理化学研究所、5個のシリコン量子ビットを同時操作し約99.9％の忠実度

理化学研究所は2026年10月15日、シリコン量子ビットを同時に高精度で操作する研究成果を発表した。理研の樽茶清悟氏らが参加する国際共同研究チームによる成果だ。

何が発表されたのか

理研によると、5個のシリコン量子ビットを同時に高精度で操作する手法を実証した。5個全ての同時操作で、約99.9％の忠実度を達成したという。

忠実度は、操作が理想にどれだけ近いかを示す指標だ。100％が完全な操作を表す。3個の同時操作では、各量子ビットの忠実度が99.99％超だったとしている。

ここでの数字は、量子ビットを操作する正確さを示している。論文は日本時間2026年10月15日付の「Nature Physics」に掲載された。

かんたんに言うと

シリコン量子ビットは、シリコン内に閉じ込めた電子のスピンを情報処理に使う。スピンは電子が持つ性質のことだ。

従来は、複数の量子ビットを同時に操作すると、互いの影響で性能が下がる問題があった。たとえるなら、複数の楽器で合奏するときに、互いの影響で拍子がずれるようなものだ。今回の研究では、そのずれを測り、補正する方法を使った。

理研によると、シリコン量子ビットは半導体製造技術と相性がよい。多数の量子ビットを集める大規模集積の候補としている。

ずれを測って補正し、配線も共有

理研は、精度低下の主因がACシュタルク効果だったとしている。制御信号によって量子ビットの動作周波数が変わり、位相という動作のタイミングにずれが生じる効果だ。

研究では、量子ビットを2個ずつ組み合わせて位相のずれを測った。その結果をもとに、制御信号で補正した。加えて、不要な周波数成分を抑えた制御パルスという信号も使った。

理研によると、3個以上の補正値も、各ペアの測定値を足し合わせて求められる。5個の制御には共通の高周波電極1本を使った。電極を共有することで、制御配線の本数を減らせるとしている。

まとめ

今回の成果は、同時操作で起きるずれを補正し、複数の量子ビットを高精度で扱った点にある。

理研は、誤り耐性量子コンピュータの大規模並列制御の基盤として期待している。これは誤りを訂正し、一定の誤りがあっても計算を続ける仕組みだ。今後、低電力で高速操作する技術との併用で、同時操作数と精度の向上につながる可能性がある。