【プレスリリース】大規模イオントラップ量子コンピュータに向けた省配線・低温電圧制御技術を実証 ―時分割多重化による低温環境での効率的な電極制御―

キュエル株式会社の大平龍太郎リサーチサイエンティスト、森榮真一エンジニア（大阪大学量子情報・量子生命研究センター（QIQB）特任研究員）、栗本佳典エンジニア、大阪大学量子情報・量子生命研究センターの三好健文特任教授（キュエル株式会社CTO）、東京大学の野口篤史准教授、中村一平特任助教、稲田聡明助教の研究グループは、大規模なイオントラップ量子コンピュータにおける配線数の増大という課題に対し、時分割多重化（Time-Division Multiplexing: TDM）を用いて複数のトラップ電極を少数の制御線から駆動する電圧制御システムを開発し、その低温環境での動作を実装しました。

イオントラップ量子コンピュータを大規模化するために有力なQuantum Charge-Coupled Device（QCCD）方式では、多数の電極を独立に制御しながらイオンを量子プロセッサ内で移動させます。このため、量子ビット数の増加に伴って必要な電極数や真空容器内外を接続する配線数も急速に増大し、システムの大規模化を妨げる要因となります。

今回研究グループは、1つの電圧信号を時間的に切り替えて複数の電極へ分配するTDM方式を低温環境に導入しました。低温側に配置したスイッチ回路によって信号を各電極へ振り分けることで、複数の電極で電圧生成回路やアナログ配線を共有できることを実装しました。また、イオンの位置や状態を安定に保つための比較的ゆっくりした電圧制御から、イオン輸送に必要となる時間変化の速い電圧制御まで、低温環境でTDM方式を適用できることを確認しました。これにより、性質の異なる複数の電極制御を低温環境で多重化し、大規模なイオントラップ量子コンピュータの制御に必要な配線や電圧生成回路を集約できる可能性を示しました。本成果は、量子コンピュータの大規模化に向けた制御システムの簡素化につながる技術として期待されます。

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