隠れた熱損失が原因で超伝導キュービットのコヒーレンスが失われることを発見

Tokyoフィンランドのアールト大学の研究者とその国際的なパートナーが、超伝導キュービットがコヒーレンスを失う仕組みの研究で進展を遂げました。彼らは、キュービットを含む回路内でのコヒーレンスの喪失を、熱として直接測定できることを発見しました。この発見は、キュービットの重要な部分である超伝導ジョセフソン接合を使う量子コンピューティングにとって重要です。

この研究では、以下の重要な発見に焦点を当てました。まず、熱の拡散が量子ビットのコヒーレンス喪失の主な要因であることが明らかになりました。また、熱放射は量子ビット自体から発生し、回路を通して伝わることが観測されました。さらに、熱損失を正確に追跡するために、個々のジョセフソン接合で実験が行われました。最後に、小さな実験装置を使用することで、熱放射の測定がより正確になることが示されました。

彼らの研究の中心は、これまで無視されてきた熱エネルギー損失を測定する方法でした。研究によると、エネルギー損失はキュービットによって放射され、回路のリードを伝わる熱放射から生じていることがわかりました。この微弱な放射を測定するため、研究者たちはジョセフソン接合の隣に非常に高感度な熱検出器を設置しました。そして、電圧を調整し、位相変化を観察することで、幅広い周波数範囲にわたる放射を追跡することができました。

この発見は様々な理由で重要です。まず、長時間動作する量子ビットは複雑な量子計算を行うために不可欠です。この研究は、熱の損失源を特定して減少させることにより、より安定した量子ビットを作る方法を提供しています。また、熱損失の仕組みを理解することで、量子デバイスの冷却方法をさらに向上させることが可能になります。

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研究はOtaNanoのクリーンルーム施設で行われ、ワシントン大学、ニールス・ボーア研究所、マドリード大学のような機関からの支援を受けました。この協力により、実践的な知識と理論的な知識が組み合わさり、重要な発見がもたらされました。

この研究の成果は、量子コンピューティングだけにとどまりません。超伝導量子ビットの安定性の向上により、ジョセフソン接合を利用する非常に高感度な磁場や電場の検出技術も改善される可能性があります。量子コンピューティングの研究が加速する中、本研究の知見は将来の研究開発における有益な指針を与えています。

この研究は、フィンランド研究評議会から資金提供を受けた、量子技術フィンランド卓越センターとTHEPOWコンソーシアムの支援を受けて行われました。研究成果は8月22日に『Nature Nanotechnology』誌に発表されました。