【概要】 QuEL股份有限公司的栗本佳典工程师、大平龙太郎研究科学家、三好健文CTO（大阪大学量子信息・量子生命研究中心（QIQB）特任教授），以及大阪大学量子信息・量子生命研究中心（QIQB）的根来诚教授等设备开发及研究团队，开发了可实现超导量子比特（注1）控制所用微波（注2）信号长时间稳定化的量子比特控制设备 「QuEL-1 SE」 ，并以实验方式实证了其性能。本研究针对锁相回路（PLL）及放大器等模拟组件导入 个别温度控制机制 ，大幅抑制了长时间运作时造成问题的微波信号振幅及相位变动。经24小时对15个信道的微波输出同时测量，确认振幅标准差（注3）抑制在 0.09–0.22%（平均0.15%） ，相位标准差抑制在 0.35–0.44°（平均0.39°） 。估计这些振幅及相位变动对单一量子比特闸道所造成的错误，远小于量子纠错所要求的典型容错阈值。本成果有助于实现量子电脑长时间运作及大规模化所需的 高稳定微波控制技术 。本研究成果已刊登于《Review of Scientific Instruments》期刊。 【发表内容】 量子电脑中广泛使用微波信号来操控量子比特的状态。尤其在超导量子比特中，高精度控制微波的 频率、振幅、相位 对于提升量子闸道的保真度不可或缺。然而，实际的控制设备中，锁相回路（PLL）、放大器、混频器等模拟电路因温度变化，导致微波信号的振幅与相位随时间产生变动。这些变动在长时间量子计算及量子纠错处理过程中，成为降低量子闸道精度的因素。研究团队为解决此问题，在量子比特控制设备 QuEL-1 SE （图1）中导入了对各模拟组件温度进行个别控制的 组件级温度控制机制 。 该系统针对放大器、PLL、混频器等对温度变化敏感的组件，采用热敏电阻进行温度侦测并结合加热器加热的回馈控制，实现不受周围环境温度变动影响的稳定运作。 实验中，以1台ADC对3台QuEL-1 SE设备输出的合计15个信道微波信号进行同时测量，评估了24小时内的振幅及相位变动。 结果确认振幅标准差抑制在 0.09–0.22% ，相位标准差抑制在 0.35–0.44° 等极小数值。这些变动相较于无温度控制的情况 减少至1/2以下 ，实证了温度控制的有效性（图2）。 此外，关于此稳定性对量子闸道的影响，估计因振幅误差及相位误差造成的单一量子比特闸道错误分别约为 2×10⁻⁶及2×10⁻⁵ ，充分低于量子纠错所缺省的容错阈值。 这些结果显示QuEL-1 SE即使在长时间量子计算中也能提供稳定的微波控制，预期将成为未来实现大规模量子电脑的重要基础技术。 <img src="https://prcdn.freetls.fastly.net/release_image/173953/3/173953-3-2c02fdd4b2ae2a208f4d4dd5eeaab495-402x201.png?width=1950 height=1350 quali...