ナノ量子情報研究部門
| 部門長 | 総合研究院 教授 蔡 兆申 |
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| 研究内容 | ナノ技術とその量子情報およびエレクトロニクス応用 |
| 目的 | 理論・実験両面から、超伝導量子ビット、光量子ビット、スピン量子ビットの最適動作（環境）の解明を目的とします |
| メンバー | メンバーリストはこちらから |
ナノ技術とその量子情報およびエレクトロニクス応用
背景
近年、Google とその後の中国科学技術大学による量子超越性のデモンストレーション、IBM の商用量子コンピュータの設立、D-Wave System の4000 ビットの量子アニーリングマシンなどなど、量子情報処理は目覚ましい進展を遂げています。以上は全て超伝導量子ビットをプラットフォームとしたシステムですが、それ以外にも、光、半導体、イオンなどの量子コンピュータシステムも世界中で活発に研究が進められています。
我々が目指すもの
研究の中心である超伝導量子ビットには、従来の古典的半導体回路と同じように、エラー（誤り）が発生します。また外部雑音などによって、量子ビットの量子重ね合わせ状態（俗に言う猫状態）が壊れてしまう現象（デコヒーレンス現象）もあり、これもエラーの一要因となります。真の実用化という意味での量子コンピュータと呼ばれるシステムは、このような誤りに対する耐性を持ったシステムです。そこで本研究部門では、超伝導量子ビットを用いた様々な誤り耐性量子回路の開発を実施していきます。世界では2050年までに誤り耐性型量子コンピュータの出現が期待されていますが、その実現に向けて本研究部門もその実現に貢献していきます。
集積性、操作性という観点から、超伝導素子が量子ビットとして最も適していると考えられています。しかし、超伝導量子ビットにも問題点があります。それはコヒーレンス時間がまだまだ短いという点です。量子ビットの研究の初期から、超伝導以外の物理システム、例えば光とかイオン、冷却原子、半導体といったものが研究されてきました。我々の研究部門でも、超伝導量子ビットだけでなく、スピンや光量子ビットの量子回路を追求していきます。
超伝導量子ビット評価用の希釈冷凍機の一部。多数の広帯域信号線が見える。
２ビット超伝導量子論理ゲートの写真。
２つのトランズモン型量子ビット（十文字状の構造）が超伝導共振器で結ばれている。
（東京理科大学 蔡研究室）
ムーンショット型研究開発事業
2020年度に、蔡教授を代表とする課題「超伝導共振器を用いたボゾニックコードの研究開発」が、国のムーンショット型研究開発事業に採択されました。2025年度まで続くこのプロジェクトには、髙柳、渡部、橋爪が参加します（https://ms-iscqc.jp）。
東京大学との共同研究
本研究部門のもう一つの研究活動として、東京大学との共同研究があります。連携先は、東京大学のナノ量子情報エレクトロニクス研究機構（http://www.nanoquine.iis.u-tokyo.ac.jp/）と量子イノベーション協創センターです。研究テーマは、単一光子を用いた量子光学分野で、理科大から、髙柳、佐中、Sadgroveが参加します。
今後の展開
研究部門として、量子コンピュータの30年後の実用化へ貢献したいと考えています。
部門長からのメッセージ
量子コンピュータ研究はここ数年、にわかに活況を呈しています。ナノテクノロジーの進歩による量子ビットのコヒーレンス時間が長くなったことも理由の一つです。しかし実用化にはまだほど遠く、真の意味でエラー訂正機能を持った量子コンピュータの実現に向けた研究を加速する必要があります。
研究部門
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