【概要】 由 QuEL 株式会社的工程师栗本佳典、研究科学家大平龙太郎、CTO 三好健文（大阪大学量子信息与量子生命研究中心（QIQB）特聘教授），以及大阪大学量子信息与量子生命研究中心（QIQB）的根来诚教授等组成的设备开发与研究团队，开发了量子比特控制设备 「QuEL-1 SE」 ，该设备能实现用于控制超导量子比特（注1）的微波（注2）信号长时间稳定化，并已实验性地验证其性能。本研究通过为锁相回路（PLL）和放大器等模拟设备引入 独立的温度控制机制 ，大幅抑制了长时间运作时微波信号的振幅和相位波动问题。同时测量 15 个信道的微波输出长达 24 小时的结果显示，振幅的标准差（注3）被抑制在 0.09–0.22%（平均 0.15%） ，相位的标准差被抑制在 0.35–0.44°（平均 0.39°） 。据估计，这些振幅和相位波动导致的单一量子比特闸错误，远小于量子错误修正所要求的典型容错阈值。这项成果有助于实现 高稳定微波控制技术 ，这对于量子电脑的长时间运作和规模扩展至关重要。本研究成果已发表于 Review of Scientific Instruments 期刊。 【发表内容】 在量子电脑中，微波信号被广泛用于操作量子比特的状态。特别是在超导量子比特中，高精度控制微波的 频率、振幅和相位 对于实现高保真度的量子闸至关重要。然而，在实际的控制设备中，由于锁相回路（PLL）、放大器和混频器等模拟电路的温度变化，微波信号的振幅和相位会随时间波动。这些波动会降低长时间量子计算和量子错误修正处理中量子闸的精度。为了解决这个问题，研究团队在量子比特控制设备 QuEL-1 SE （图1）中引入了 设备级温度控制机制 ，以单独控制每个模拟设备的温度。 在此系统中，对于放大器、PLL、混频器等对温度变化敏感的组件，采用了结合热敏电阻温度检测和加热器加热的闭回路控制，实现了不受周围环境温度波动影响的稳定运作。 在实验中，研究人员使用一台 ADC 同时测量了三台 QuEL-1 SE 设备输出的总计 15 个信道的微波信号，并评估了长达 24 小时的振幅和相位波动。 结果证实，振幅的标准差被抑制在 0.09–0.22% ，相位的标准差被抑制在 0.35–0.44° ，这些都是非常小的值。这些波动与未进行温度控制的情况相比， 减少了 1/2 以上 ，证明了温度控制的有效性（图2）。 此外，关于这种稳定性对量子闸的影响，估计由振幅误差和相位误差引起的单一量子比特闸错误分别为 约 2×10⁻⁶ 和约 2×10⁻⁵ ，这远低于量子错误修正所预期的容错阈值。 这些结果表明，QuEL-1 SE 即使在长时间的量子计算中也能提供稳定的微波控制，预计将成为未来实现大规模量子电脑的重要基础技术。