情報通信研究機構,産業技術総合研究所,名古屋大学,科学技術振興機構（JST）

令和３年９月２０日

情報通信研究機構
産業技術総合研究所
名古屋大学
科学技術振興機構（JST）

シリコン基板を用いた窒化物超伝導量子ビットの開発に成功

～超伝導量子ビットの大規模集積化に向けた新しい材料プラットフォームを提案～

ポイント

情報通信研究機構（ＮＩＣＴ、理事長：徳田 英幸）は、産業技術総合研究所（理事長：石村 和彦）、東海国立大学機構 名古屋大学（総長：松尾 清一）と共同で、超伝導材料にアルミニウムを使用しない超伝導量子ビットとして、シリコン基板上のエピタキシャル成長を用いた窒化物超伝導量子ビットの開発に世界で初めて成功しました。この量子ビットは、超伝導体として超伝導転移温度が１６ケルビン（マイナス２５７度）の窒化ニオブ（ＮｂＮ）を電極材料とし、ジョセフソン接合の絶縁層に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を使用しエピタキシャル成長させた全窒化物の素子であり、ノイズ源である非晶質の酸化物を一切含まない新しい超伝導材料から成る新型量子ビットです。今回、この新材料量子ビットをシリコン基板上に実現することで、平均値としてのエネルギー緩和時間（Ｔ１）が１６マイクロ秒と位相緩和時間（Ｔ２）が２２マイクロ秒のコヒーレンス時間が得られました。これは、従来の酸化マグネシウム基板上の窒化物超伝導量子ビットの場合と比べてＴ１は約３２倍、Ｔ２は約４４倍に相当します。

超伝導体として窒化ニオブを使うことで、より安定に動作する超伝導量子回路の構築が可能となり、量子演算の基本素子として、量子コンピュータや量子ノードの開発への貢献が期待されます。今後、回路構造や作製プロセスの最適化に取り組み、さらなるコヒーレンス時間の延伸、大規模集積化の実現に向けて研究開発を進めていく予定です。

なお、本成果は、２０２１年９月２０日（月）に、世界的に権威のあるＮａｔｕｒｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ出版社の専門誌「Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」に掲載されました。

本研究の一部は、科学技術振興機構（ＪＳＴ） 戦略的創造研究推進事業 ＣＲＥＳＴ 「超伝導量子メタマテリアルの創成と制御」（ＪＰＭＪＣＲ１７７５、研究代表者：仙場 浩一）、ＪＳＴ 戦略的創造研究推進事業 ＥＲＡＴＯ 「中村巨視的量子機械プロジェクト」（ＪＰＭＪＥＲ１６０１、研究総括：中村 泰信）、文部科学省 光・量子飛躍フラッグシッププログラム（Ｑ－ＬＥＡＰ）ＪＰＭＸＳ０１２０３１９７９４とＪＰＭＸＳ　０１１８０６８６８２、研究大学強化促進事業（名古屋大学）の助成を受けて行われました。

＜プレスリリース資料＞

＜論文タイトル＞

“Enhanced coherence of all-nitride superconducting qubit epitaxially grown on silicon substrate”
ＤＯＩ：10.1038/s43246-021-00204-4

＜お問い合わせ先＞

（英文）“All-nitride Superconducting Qubit Made on a Silicon Substrate”

前に戻る