產業技術綜合研究所（產綜研）和東京工業大學等國際研究團隊研發出一項有助於實施具有較高通用的性的量子電腦技術。該技術能精密地逐個控制電子的行程，使得被稱爲量子位元的基本單元實施高密度地整合。該技術易於利用現有的半導體技術，可應用於使用硅的量子位元上。
透過鑽研產生表面聲波的梳形電極的寬度和隔膜，使脈衝得以產生（供圖：產綜研）
研究人員利用在物質表面傳播的波——表面聲波，研發出了一種可使電子逐個行程的元件。其中使用了施加電壓後產生形變的 「壓電體」材料。
當表面聲波在壓電體材料的表面傳播時，會隨之產生電場。利用這一現象，可以使元件中的電子逐個地像「衝浪」一樣隨着電場波形行程。
以往的研究通常會在壓電體的一種——砷化鎵（GaAs）材料的基底層上製作梳形電極，施加高頻電壓使之產生表面聲波。但在這種方法，電子會隨着多個表面聲波疊加而成的波行程。不僅電子容易受到對行程沒有貢獻的波的影響，而且電子在波中的位置也難以確定和控制。
研究團隊此次透過將表面聲波轉變爲單一的波（脈衝）克服了上述問題。透過鑽研對梳形電極的寬度和隔膜，使施加電壓時產生的多個表面聲波相互抵消，最終生成脈衝。由於可以將電子逐個搭載在獨立的脈衝上行程，所以能精密地控制經由電子進行的量子位元間的資訊交換。
基於這種方法，研究團隊在砷化鎵基底層上製作出了能產生頻率爲0.5GHz～3GHz表面聲波的梳形電極。利用所產生的脈衝狀表面聲波，實驗證實能以超過99%的成功率使電子逐個行程。
目前開發的量子電腦大多以高速求解組合最適化等特定問題爲目的。爲了實施能夠廣泛因應各種問題的量子電腦，需要以超過百萬的規模整合量子位元。爲此，需要在相距較遠的量子位元之間交換電子所攜帶的資訊，而此次開發的這種能以1個電子爲單位控制的技術有望起到作用。
目前存在的實際問題是提高與現有半導體技術的親密性。研究團隊中來自產綜研物理可用能測量標準研究部門的高田真太郎研究員表示：「希望該技術能應用到量子計算領域經常採用的硅類材料中。」
日文：松元則雄、《日經產業新聞》、2022/10/12
中文：JST客觀日本編輯部
