本研究開発項目では、誤り耐性を有する大規模化に適したSi量子ビットデバイス技術の開発を目指します。これまでの少数量子ビット系で達成された誤り耐性閾値を上回る高精度な量子ビット制御を発展させ、これらの制御精度を損なわずに大規模化を進め量子誤り訂正を実装可能なアーキテクチャ・量子ビットレイアウト・試料構造・信号伝送技術を開発する必要があります。これらの要素技術を確立し、真に拡張性を有するSi量子ビットデバイスを追究します。

• ① 直列５量子ビット試料を作製し、各量子ビットの初期化、読み出し、量子ゲート操作を実証
• ② ２量子ビットの制御位相ゲート操作におけるエラーのメカニズムを解析し、その補償方法を解明
• ③ 量子誤り訂正に求められる高速・高忠実度な量子ビット読み出しを実証
• ④ 量子ビット読み出し結果に応じたフィードバック制御により、量子ビットのアクティブリセットを実証

①では５つの量子ビットを直列に配置した試料を作製し安定的に動作させることに成功し、各量子ビットの初期化・読み出しとゲート操作を実証しました（図２）。量子ビット性能から得られた知見をデバイス構造にフィードバックし、量子誤り訂正の実装に向けた開発指針を得ました。
②では量子演算においてボトルネックとなり得る２ビットゲート操作におけるエラーをゲートセットトモグラフィーと呼ばれる手法で解析し、エラーを最小化する制御波形を体系的に生成しました。また、エラーの起源に関わる量子ビットのノイズ相関を検出・解析しました。
③、④では、量子誤り訂正の実装時に必要不可欠な高速・高精度量子ビット読み出しとフィードバック制御を実現しました。量子ビットのコヒーレンス時間（T2*~10µs）よりも十分に短い積算時間（~1µs）で99%以上の高忠実度読み出しを初めて実証しました（図３）。さらに量子ビット読み出しの結果をリアルタイムで量子ビット制御波形にフィードバックすることで、量子ビットを所望の状態に初期化するアクティブリセットを実証しました。