統合化量子コンピュータに向けた大きな飛躍

Tiffany Trader

Bristol大学のMark Thompson博士率いる研究者の国際チームがし、シリコンチップ上の単一光子を生成し、操作することを初めて成功している – 量子コンピュータを構築するという目標の実現にかなり近づいた。発表によると、その技術は、シリコンマイクロチップ上に集積することができるよう主要コンポーネントを縮小することに関連している。

Nature Photonicsの表紙に取り上げられ、大規模な量子技術の更なる発展を阻止していたオンチップ集積問題を画期的に解決する。新しいチップは、チップ内の光子を生成することができますコンポーネントを統合しながら、これまでの努力は、光子を生成するために外部光源を使用していました。

「私たちのデバイスは、外部の光子源の必要性を取り除き、量子フォトニック回路の更なる複雑化への道筋を提供し、完全に統合された量子化技術へ向けての第一歩です。」と研究者らは記している。チップは、従来の製造技術を用いて東芝が製造し、将来の生産に向けたよい前兆である。

量子コンピューティングは、長い間、技術の聖杯と考えられてきた。量子原理に基づいて構築するコンピュータは、クラス最高の従来の計算機よりも桁違いに速くなると予想される。仕事の多くはまだ理論的ではあるが、その分野はD-Waveのような組織で過去10年間にわたり急速な進歩を経験していて、Bristol大学や幾つかの他のサイトが量子プロセッシング能力を開発したと主張している。

「私たちは、どれだけ上手く統合されたソースが一斉に行われたことに驚いていました。」と論文の主執筆者のJoshua Silverstoneは言っている。「彼らは、すべて一緒に働いて、再現性のある方法で高品質の同一の光子を生成し、私たちがその上に同じようなソースの何百ものシリコンチップを1日で製造できることが確認されました。これは、非常に複雑な計算を行うことが可能な光量子コンピュータに最終的につなげることが出来るかも知れません。」

グループリーダーのMark Thompsonは、より詳細にそのプロセスを説明する。「単一光子検出器、光源と回路はシリコン内で別々にすべて開発されてきたましたが、これらを全てを一緒に入れて、チップ上に統合することは大きな課題であるとされてきました。」と彼は言う。「私たちの装置は、これまでで最も機能的で複雑なフォトニック量子回路であり、従来の電子デバイスを作るために使用される全く同じ製造技術を用いて、東芝によって製作されました。私たちは、すべての単一のミリメートルサイズのマイクロチップ内で量子もつれを生成し、操作することができます。」

国際協力には、東芝、Stanford大学、Glasgow大学とDelft工科大学の研究者が含まれている。次のステップは、チップ上に他の必要なコンポーネントを取得し、その後、大規模な光子ベースの量子デバイスの実現可能性を実証する。

「私たちのグループは、過去5年間で機能する量子コンピュータに向けた着実な進展を作り続けてきました。」とThompsonは言う。「私たちは、高度に専門的なタスクのために、現代のコンピューティングハードウェアに匹敵する十分複雑な光子ベースのデバイスを今後数年間の内に実現することを期待しています。」

興味深いことに、研究グループは、エンジニアリング指向のアプローチが「科学者によってこれまで支配されていた分野で劇的な飛躍を遂げる。」ことを可能にしたものであると主張する。この目的のために、Bristol大学は、量子力学の基礎に密接で、現実世界の問題へのこの知識を適応することが出来る量子技術者を生み出すための新たな工学的専門性を提案した。

Bristol大学は、この目的のために量子工学の博士トレーニングセンターを設立した。そのセンターでは、量子技術革命を先導するための新世代のエンジニア、科学者や起業家を育成する。複合分野アプローチを用いて、生物学者や化学者と協力して作業し、強力な業界の関係を維持しながら、そのプログラムは物理学、工学、数学およびコンピュータサイエンスの間のギャップを埋めることを目指している。