スペクトラム社のDDS技術が実現する新たな量子コンピューティングの可能性

ドイツのスペクトラム社（Spectrum Instrumentation）が開発したDirect Digital Synthesis（DDS）技術が、量子コンピューティング分野において革新をもたらしています。エレクトロン社（eleQtron）との提携によって実現されたこの技術は、量子コンピュータのイオン制御を可能にし、より信頼性が高く、強力な量子コンピュータの実用化に向けた道を開いています。

DDS技術の仕組み

エレクトロン社の量子コンピュータは、従来のレーザーの代わりにマイクロ波を使用したイオン制御手法を取り入れています。このアプローチでは、量子ビット（qubits）の制御が大幅に簡素化され、冷却時のエネルギー消費も減少するため、高効率な設計が可能になっています。

スペクトラム社の高度なDDS技術を利用した任意波形発生器（AWG）は、出力ごとに最大20の正弦波キャリアを生成でき、量子計算の効率を劇的に向上させます。この技術により、エレクトロン社のMAGIC量子プロセッサが実装され、各量子ビットがマイクロ波によって制御されるようになります。

エレクトロン社の量子コンピュータの核となるMAGIC技術

エレクトロン社は、Siegen大学からスピンオフした企業であり、自社の特許技術であるMAGIC（MAgnetic Gradient Induced Coupling）量子プロセッサを使っています。この技術では、Ytterbium（171Yb⁺）イオンを生成し、各イオンを量子ビットとして利用するための高真空中でのレーザーアブレーションを行います。これにより、最大30個のイオンを一つのレジスタ内に配置でき、効率的な量子操作が実現されるのです。

マイクロ波を用いたイオン制御の利点

従来の量子コンピュータでは、イオンの制御にレーザーを使用していました。しかし、その方法では、各イオンを個別に高精度で照射する必要があり、また電力の消費が大きいという課題がありました。対照的に、スペクトラム社のDDS技術が実現するマイクロ波制御では、電力消費が約5分の1に抑えられ、メカニズムが大幅にシンプルになります。

高周波発振器の出力とDDSカードの出力を結合することで、約12.64 GHzの信号が生成され、磁場によるゼーマン効果を応用して各イオンを精密にアドレス指定することが可能になります。これにより、量子コンピュータの中でも特に重要な要素である、量子ゲートの実行が容易になります。

スペクトラム社のAWGの優れた機能

エレクトロン社の研究者は、量子ビットを正確に制御するために、スペクトラム社の16ビットAWG「M4i.66xxシリーズ」を採用しました。このデバイスは、最大1.25 GS/sの出力レートを持ち、複数の波形を再生するためにセグメント化可能な大容量のメモリを搭載しています。これにより、エレクトロン社の量子コンピュータが必要とする高度な信号処理が実現され、量子操作のスピードが向上します。

量子研究の新たな時代

この技術の導入により、量子計算の実現に向けた新たなステージが開かれました。スペクトラム社のDDS技術とエレクトロン社の革新的な量子プロセッサが組み合わさることで、量子科学者たちはより多くのqubitをアドレス指定し、より複雑な量子回路を実装できるようになります。これは、未来の計算技術に大きな影響を与える可能性を秘めています。

スペクトラム社の概要

スペクトラム社は1989年に創業し、モジュラー設計を活かしたデジタイザおよび波形発生器の製品を提供しています。ドイツのハンブルク近郊に本拠を構える同社は、35年間にわたり世界中の高等教育機関や業界リーダーに信頼され続けています。今後もスペクトラム社は、革新を追求し続け、量子コンピューティング分野をはじめとする先端技術の発展に寄与していくことでしょう。