コヒーレンス時間は数十μs台、窒化物超伝導量子ビットの開発に成功：組み込み開発ニュース

情報通信研究機構は、シリコン基板を用いた窒化物超伝導量子ビットを開発した。従来よりもコヒーレンス時間が長く、安定して動作する量子ビットを用いた量子コンピュータや量子ノードの開発が期待される。

[MONOist]

　情報通信研究機構は2021年9月20日、産業技術総合研究所、名古屋大学と共同で、シリコン基板を用いた窒化物超伝導量子ビットを開発したと発表した。従来よりもコヒーレンス時間が長く、安定して動作する量子ビットを用いた量子コンピュータや量子ノードの開発が期待される。

開発した窒化物超伝導量子ビット 出所：情報通信研究機構

　電極材料には16ケルビン（−257℃）の超伝導転移温度を持つ窒化ニオブ（NbN）を、ジョセフソン接合の絶縁層には窒化アルミニウム（AlN）を用いた。これにより、これまでノイズ源となっていた、非晶質の酸化アルミニウムを絶縁層から排除している。

　また、コヒーレンス時間を長くするため、結晶の構造と配向を上部電極まで全てそろえたエピタキシャル成長の基板として、従来の酸化マグネシウム（MgO）よりも誘電損失の小さいシリコン（Si）を採用。バッファー層は窒化チタン（TiN）とすることで、NbN／AlN／NbNエピタキシャル接合を用いた量子ビット回路の作製に成功した。

　熱揺らぎの小さい10ミリケルビンの極低温で、量子ビットと弱く結合した共振器のマイクロ波伝送特性からコヒーレンス時間を測定したところ、100回測定の平均値でエネルギー緩和時間（T₁）は16マイクロ秒、位相緩和時間（T₂）は22マイクロ秒を示した。MgO基板状の超伝導量子ビットに比べて、T1は約32倍、T2は約44倍改善している。

　今後は、コヒーレンス時間の延伸に加え、超伝導量子ビットの大規模集積化に向けて、回路構造や作製プロセスの最適化に取り組むとしている。

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