Feedforward control of electron spin qubits in quantum dots

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近年、従来型コンピュータの高速化が限界を迎えつつある中で、新しいパラダイムにより超高速計算を可能にする量子計算機の実現が切望されている。最近、特に集積化に有利とされるシリコン(Si)基板の量子ドットデバイスで高性能な電子スピン量子ビットが実現され、量子計算機実現に向けた機運が高まっている。しかしながら現実の量子ビットには必ずエラーが伴うため、このエラーを検出し訂正する回路の実現が必要である。本課題では、この量子エラー訂正回路を実装する上で必須とされるフィードフォワード制御技術の基盤を確立することを目標としている。2021年度は、従来のGaAsに比べて高性能なSi電子スピン量子ビットに適用できるよう改良したフィードバック制御システムを利用して、磁気雑音・電気雑音の抑制による位相コヒーレンスの改善及び、量子ビットのアクティブリセット（初期化）の実証実験を進めた。従来のGaAsでは核スピンに由来する極低周波の磁気雑音が支配的であったが、Siではこの効果が低減されることにより電気雑音の効果が相対的に大きい。また、特に２ビットゲート操作時に電気雑音の影響が顕著となることに着目し、フィードバック制御によって２ビット操作時のコヒーレンスを改善することを試みた。当初の狙い通りコヒーレンス時間の一定程度の改善を確認することができたが、その程度は試料の雑音特性や電圧条件に拠るところが大きいことがわかった。またアクティブリセットについても実験を完了し、プロトコルが正常に動作することを確認することができた。現在、これらの実験データの解析と取りまとめを進めている。