The critical nature of isotopic engineering／量子情報技術における同位体工学

慶應義塾大学の伊藤公平教授の研究グループで行われている同位体の比率制御により量子ビットの精度を高める技術の研究を紹介します。

多くの元素は、同一の原子番号に対して異なる核種を持っていてこれを同位体と呼びます。例えば、コンピュータ内部の集積回路を作っているケイ素には多数の同位体がありますが、その中でも28Si、29Si、30Siの3種類の安定同位体があります。そのうち28Siと30Siはスピン0ですが、Si29は電子などのフェルミ粒子と同じでスピンが1/2となっています。

そのため電子スピン、電流、磁束などを利用して量子ビットを作ろうとする場合、Si29のようなスピン0ではないケイ素の同位体が電子状態に干渉を引き起こし、デコヒーレンスの原因となってしまいます。つまり、量子回路の基盤の設計にはスピン0で構成された元素の方が向きます。そしてスピンを持つ同位体を減少させる技術は、量子ドットをはじめとする量子ビットの持続時間に関わってくる様々な技術にとってとても重要な働きをします。