新しい研究によると、4 つの異なる方法を使用して 1 つの原子にデータを保存すると、より多くの量子処理能力を所定の空間に詰め込むことができます。このアプローチにより、より強力で制御が容易な量子コンピューターが実現される可能性があります。
従来のコンピューターは情報を 0 または 1 の形式で処理および保存できますが、量子コンピューターは情報を 0 または 1 の形式で処理および保存し、同時に 2 つの重ね合わせを処理および保存できます。量子ビット (量子ビット) の数が増加するにつれて、量子コンピューターの処理能力は指数関数的に向上し、通常のコンピューターでは複雑すぎる問題を解決できるようになります。
問題は、特に量子コンピューターがより多くの量子ビットを使用し始めると、これらの量子ビットの操作が難しくなる可能性があることです。しかし今回、シドニーのニューサウスウェールズ大学（UNSW）の科学者らは、毎回必要なものに応じて、4つの異なる方法で量子ビット（この場合は個々の原子）にデータを書き込む方法を示した。
この原子はアンチモンと呼ばれる元素で、シリコンチップに注入して、シリコン原子の 1 つを置き換えることができます。この重原子が選ばれたのは、その原子核に量子データの符号化に使用できる 8 つの独立した量子状態がすでに含まれているためです。さらに、その電子自体には 2 つの量子状態があり、アンチモン原子の量子状態の総数は 2 倍の 16 になります (元の 8 つの量子状態のそれぞれが、電子の 2 つの量子状態と順番にペアになります)。他の材料を使用して 16 状態の量子コンピューターを作成するには、4 つの量子ビットを結合する必要があります。
しかし、この研究の真の進歩は、チームが 4 つの異なる方法を使用して原子のデータを操作したことでした。電子は磁場を振動させることで制御できます。 MRI 装置で使用されるような磁気共鳴法は、原子核のスピンを操作できます。電場は原子核の制御にも使用できます。最後に、「フリッピングビット」と呼ばれる技術は、電場の助けを借りて原子核と電子を制御することができます。
研究チームは、今回の研究は量子コンピューターをより「高密度」にし、より小さな空間に多くの量子ビットを収容するのに役立つと述べた。
この研究の筆頭著者であるアンドレア・モレロ教授は、「私たちは、より難しくて遅い技術に投資しているが、非常に正当な理由がある。その1つは、処理できる情報の密度が非常に高いことだ。1平方ミリメートルに2500万個の原子は素晴らしいが、それらを一つずつ制御する必要がある。磁場、電場、またはそれらの組み合わせを使用して原子を制御する柔軟性があり、システムをスケールアップする際に多くの選択肢が得られるだろう。」と述べた。
次に、チームはこれらの原子を使用して論理量子ビットをエンコードし、最終的にはより実用的な量子コンピューターへの道を開くことを計画しています。
この研究はNature Communications誌に掲載された。