私たちはシリコンデバイス中の単一電子スピンを量子力学的に制御することにより「スピン量子ビット」を実現し、これを用いて量子コンピュータの中核をなす量子プロセッサーを開発します。実用的な量子コンピュータの実現には、誤り訂正を実行可能な高精度量子制御と多数量子ビットの集積を同時に達成する必要があります。 最先端のマイクロ波工学と半導体集積化プロセスを活用し、多数量子ビットからなる量子プロセッサーに拡張可能な技術を研究開発します。

本研究課題では、多数のシリコン量子ビットの制御に適用可能な信号配線実装技術を開発します。半導体回路技術と先端チップパッケージング技術を活用して、多チャネルの高精度制御信号生成器の開発およびシリコンインターポーザ基板と貫通シリコンビアを用いた高品質な信号伝送経路の構築に取り組みます。これにより、量子ビット数の増加に伴う制御信号の複雑化や配線密度の増大に対応し、シリコン量子プロセッサーの拡張性を向上させることが期待されます。

私たちの研究では、中距離量子伝送路の開発に挑戦しています。この技術で、離れた場所にある量子ビット同士を効率的につなげることが可能になります。
当プロジェクトでは、量子ビットを量子ドットの閉じ込めを保持した状態で電圧により伝送する方法を採用しています。これにより、量子ビットの情報を高速かつ確実に伝達することができます。さらに、今後は伝送路の延長や新しい伝送方式を試みて、より大きな量子システムを構築し、量子ビットの集積化を進める計画です。
私たちの最終目標は、オンチップ量子ネットワークの構築です。このネットワークの実現は、高性能な小規模量子プロセッサー同士をつなぎ、集積化と性能を両立した量子コンピューターへの道を切り開く可能性を秘めています。

量子ビットの単位構造と中距離量子結合の繰り返し実装により拡張性のあるシリコン量子コンピュータを実現するため、結晶材料レベルで誤り耐性を満たす同位体制御Si/SiGe量子プラットフォームを開発します。 量子ビットの単位構造と量子結合を実装する空間スケールで散乱のない超高品質な同位体結晶を実装し、量子制御性の低下を招く同位体界面の制御技術の開発と、大規模実装に対応する同位体基板の結晶評価技術の開発を推し進めます。

本研究課題では、量子回路を伝搬する電子波束を用いた新原理の量子コンピューターを開発します。
量子ビットを電子波束の量子状態で定義し、量子演算回路を設置したループ回路において、電子波束を繰り返し伝搬させることによってユニバーサルな量子演算を実行します。この手法では、冷凍機1台で実現する小さなハードウェアで、実用的な大規模量子コンピューターを構成できる可能性があります。
具体的には、量子性が高い短い電子波束の生成技術の開発と量子ビットの高忠実度操作の実現を目指します。

この課題では、量子回路を伝搬する電子波束を用いた新原理の量子コンピュータを実現するための要素技術として、電子波束の固有状態の制御技術、及び単一の電子波束の読み出し技術の開発に取り組みます。
電子波束の固有状態は通常導波路の幅の制御を通して行いますが、本課題では電子波束の進行方向の閉じ込めを用いた新たな方法の研究開発に取り組みます。また、読み出し技術については電子波束と強く相互作用をする電子スピン量子ビットを用い、電子波束の有無を電子スピンの量子状態に反映させ、そのスピン状態を読み出すことで電子波束の有無を検出する方法の研究開発を行います。