NEC推出量子bit可变结合器 寿命不会缩短

    NEC宣布，在首次成功进行了旨在实现量子计算机的、以可变结合器（可执行开/关动作）连接多个量子bit的系统验证。该系统的特点是各量子bit寿命——相干时间在量子bit结合时不会大幅缩短，原理上可以构筑由几十个量子bit组成的系统。NEC已经在5月4日出版的美国学术杂志《Science》上发表了此次的成果。

    NEC的系统是由3个使用约瑟夫逊结（JosephsonJunction）的磁通式量子bit连接而成。并使其在20mK的超低温下工作。各量子bit的边长为数μm，与NEC在2004年发表的系统基本相同。不过该系统的量子运算符仅为两端的2个量子bit，中央的量子bit则作为两端量子bit的可变结合器，或2bit操作时的微波接收器。

    各量子bit可以通过加载特定波长的微波，将初始状态设定为“0”或“1”。可变结合器在特定波长的微波加载时打开，未加载时关闭。而且在打开时可以通过选择微波波长，利用相互感应，使状态从“00”迁移至“11”，实现2bit控制。此次，“doubleC-NOT（二重控制否定）门”的bit控制验证获得了成功。

    除此之外，通过使用该系统还可实现3步bit控制。具体方法是，首先对2个量子bit中的1个进行控制，再将结合打开，进行2bit控制，然后关闭结合，进行1bit控制。“获得的输出结果与预想相同”（NEC）。

    量子计算机研究从“元件”进入“电路”

    NEC认为，此次开发首次将以往的各种以量子bit开发为中心的量子计算机研究带入了“电路水平”。理由如下：（1）此次的结合器“可变”，就是说能够通过开关，利用同一电路结构实现1bit控制与2bit控制；（2）结合器本身是量子bit，因此，在进一步增加量子bit数量时，只需单纯增加量子bit就可扩大电路规模。

    而且，使多个量子bit联合工作，进入“量子纠缠状态”后，相干时间就会大幅缩短的传统课题也得到了大幅度改善。原因是“此次的结构使用了可变结合器，可以在bit操作时选择对外界噪音影响的响应不明显的量子bit状态”（NEC蔡兆申）。

    不过，“N个量子bit结合后，相干时间会缩短为1/N”这一课题还依然存在。因此，目前要想制造出性能超过超级计算机的量子计算机，“需要大幅延长1～2个量子bit的相干时间”。

    具体来说，想要超过超级计算机的性能，系统需要由30～50个量子bit组成。但目前情况下，使用约瑟夫逊结的1个量子bit的相干时间长仅为3μs左右。由于“工作频率”——量子振动的频率约为20MHz，1个量子bit只能进行60次左右的运算处理。使其成为由50个量子bit组成的系统的1/50并不能进行令人满意的运算处理。“目前量子bit相干时间的决定因素还不明确。明白原因之后，就可以找到解决的办法”（NEC蔡兆申）。