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。
本部門では、超伝導ボゾニック量子ビットという新規な量子ビットの開発に成功して、これがスケーラブルな量子情報処理のプラットフォームであることを示しました。今後はこの量子ビットを使った量子誤り訂正の実証実験を計画しています。
集積性、操作性という観点では、超伝導量子ビット有利で、コヒーレンス時間が短いという弱点も、近年格段に改善されてきました。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います。我々の研究部門でも、光量子ビットの量子回路を追求しています。
図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。
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、佐中、Sadgroveが参加します。