磁石を用いた量子コンピューティング技術の実証に成功 韓国KAIST
韓国科学技術院(KAIST)は6月5日、KAISTの主導する国際研究チームが、世界初となる磁性材料(強磁性体)を用いた量子コンピューティング技術の実証に成功したと発表した。研究成果は、学術誌Nature Communicationsと学術誌npj Spintronicsに掲載された。
KAIST物理学科のキム・カブジン(Kab-Jin Kim)教授(右)
KAIST物理学科(Department of Physics)のキム・カブジン(Kab-Jin Kim)教授のチームは、米国アルゴンヌ国立研究所(Argonne National Laboratory)とイリノイ大学アーバナ・シャンペーン校(UIUC)との共同研究により、フォトン・マグノン・ハイブリッドチップを開発し、磁性材料を用いたリアルタイム・マルチパルス干渉の実装に成功した。
これを分かりやすく説明すると、光と内部磁気振動(マグノン)を同期させる特別なチップを開発し、離れた磁石の間で位相情報を伝達することで、複数の信号間の干渉をリアルタイムで観測・制御することに成功したと言うことができる。これは、磁石が量子コンピューティングの主要なコンポーネントとして機能し、磁石ベースの量子プラットフォームに向けた重要ステップとして役立つことを示した最初の実験的証拠である。
この研究は、量子情報処理の基本的な手法である複数のパルスを用いた量子ゲート演算が、磁性材料と超伝導回路のハイブリッドシステムを用いて実現できることを実証した。これにより、磁石を用いた量子デバイスの実用化が可能となる。
キム教授は、「このプロジェクトは、グローバル・シンギュラリティ研究プログラムに提案された大胆で型破りなアイデアから始まりました。磁石を使った量子コンピュータ-を作れたらどうなるかというものでした。この研究は、量子スピントロニクスの新たな分野を切り開くだけでなく、高効率な量子情報処理デバイスを開発する転換点になるものです」と述べた。
Figure 1. Superconducting Circuit-Based Magnon-Photon Hybrid System. (a) Schematic diagram of the device. A NbN superconducting resonator circuit fabricated on a silicon substrate is coupled with spherical YIG magnets (250 µm diameter), and magnons are generated and measured in real-time via a vertical antenna. (b) Photograph of the actual device. The distance between the two YIG spheres is 12 mm, a distance at which they cannot influence each other without the superconducting circuit.
Figure 2. Experimental Data. (a) Measurement results of magnon-magnon band anticrossing via continuous wave measurement, showing the formation of a strong coupling hybrid system. (b) Magnon pulse exchange oscillation phenomenon between YIG spheres upon single pulse application. It can be seen that magnon information is coherently transmitted at regular time intervals through the superconducting circuit. (c,d) Magnon interference phenomenon upon dual pulse application. The magnon information state can be arbitrarily controlled by adjusting the time interval and carrier frequency between pulses.
(出典：いずれもKAIST)
サイエンスポータルアジアパシフィック編集部
