【双语资讯】全球首次成功检测并识别出限制超导量子比特寿命的缺陷

全球首次成功检测并识别出限制超导量子比特寿命的缺陷

-向实用量子处理器的实现迈进-

日本产综研等组成的研究小组成功采用超导磁通量子比特^[1]检测并识别出限制量子比特寿命的二能级缺陷^[2]。

日本電信電話株式会社（本社：東京都千代田区、代表取締役社長：島田  明、以下「NTT」）と国立 研究開発法人  産業技術総合研究所（以下「産総研」）は、超伝導磁束量子ビット※1  を用いて、量子 ビットの寿命を制限する 2 準位欠陥※2 を検出・識別することに成功しました。

超导量子比特是实现量子计算机最有潜力的一种构成元素。尽管超导量子比特的相关研发已取得了长足的进展，但容错量子计算^[3]技术的开发仍然很困难，其原因之一就在于量子比特能够保持量子信息的时间（寿命）很短。量子比特是由约瑟夫森结^[4]所构成的。限制量子比特寿命的一个主要噪声就来自于约瑟夫森结的电荷波动所引起的二能级缺陷。因此，要开发能够进行容错量子计算的超导量子处理器，就必须了解二能级缺陷的特性，并减少这种缺陷。

量子コンピュータ実現に向けて、超伝導量子ビットは最も有望な構成要素の一つです。しかし、超 伝導量子ビットに関する研究開発の著しい発展にもかかわらず、誤り耐性量子計算※3  が困難であ る理由の一つは、量子ビットが量子情報を保持することのできる時間（寿命）の短さにあります。こ の量子ビットの寿命を制限している大きなノイズ源が、量子ビットを構成するジョセフソン接合※4  の 電荷揺らぎを引き起こす、2  準位欠陥です。したがって、2  準位欠陥の特性を理解し、低減すること が、誤り耐性型量子計算に向けた超伝導量子プロセッサの進展に必要です。

针对理论上已预测的不同种类的二能级缺陷，本研究提出了一种通过实验进行识别的方法，并进行了相关示范。本方法加深了对缺陷特征的理解，如能将这些理解反馈到试样制作当中，优化制造工艺和材料，将有望实现缺陷无限少的长寿命量子比特。

本研究では、理論的に予想されていたタイプの異なる  2  準位欠陥を実験的に識別する方法を提 案し、実証しました。本手法により深まった欠陥の特性に対する理解を、試料作製にフィードバック し、作製プロセスや材料を最適化することにより、限りなく欠陥を少なくした長寿命な量子ビットの実 現が期待されます。

在不远的将来，传统计算机通过集成更多电路改善性能的方式将达到物理极限，因此，越来越多的研究人员开始关注基于新原理运行的计算机，特别是量子计算机。曾经，量子力学世界当中的叠加态和纠缠态未能得到很好的利用，而量子计算机积极运用了这些特性，有望在传统计算机所不擅长的大规模搜索和因数分解等领域发挥巨大作用。量子计算机的基本元素是量子比特。有关量子比特已经有很多物理方面的研究，而超导量子比特是其中最有潜力的一种技术路线。

従来のコンピュータは、近い将来、回路上の集積化による特性向上が物理的な限界を迎えると 考えられており、新しい原理で動作するコンピュータの研究が注目を集めています。特に、量子コン ピュータはこれまであまり活用されてこなかった量子力学の世界で現れる重ね合わせやもつれ状態 を積極的に利用し、従来のコンピュータが苦手とする大規模検索や因数分解などに威力を発揮す ると期待されています。量子コンピュータの基本要素である量子ビットは、様々な物理系が研究され ていますが、超伝導量子ビットは最も有力な候補の一つです。

超导量子比特的相关研发已经有了长足的发展，然而容错量子计算技术的开发仍然十分困难，其原因之一在于量子比特寿命较短。限制量子比特寿命的一个重要噪声源就是二能级缺陷。理解二能级缺陷的特征并减少这种缺陷，是实现容错量子计算的一个难题（图1）。

超伝導量子ビットに関する研究開発の著しい発展にもかかわらず、誤り耐性量子計算が困難で ある理由の一つは、量子ビットの寿命の短さにあります。この量子ビットの寿命を制限している大き なノイズ源が、2 準位欠陥です。そこで、2 準位欠陥の特性を理解し低減することが、誤り耐性量子 計算実現に向けた一つの課題となっています（図 1）。

针对超导量子比特中所存在的不同种类的二能级缺陷（电荷型^[5]和临界电流型^[6]），研究小组提出了一种检测识别的方法，并进行了示范实验（图2）。尽管以往已经存在多种检测二能级缺陷的方法，理论上也已经预测存在不同类型的二能级缺陷，但本次是首次通过实验检测并识别不同类型的缺陷。

研究グループは、超伝導量子ビット中に存在する異なるタイプの 2 準位欠陥(電荷型*5 と臨界電 流型*6)を検出・識別する方法を提案し、実証実験を行いました(図 2)。これまでも 2 準位欠陥はいく つかの方法