ペンシルベニア大学、室温ダイヤモンド量子レジスタで単一ゲート並列エンタングルメントを実証

ペンシルベニア大学の量子研究チームは、室温環境下で動作する固体量子レジスタにおいて、単一ゲートによる並列多体エンタングルメントを実証しました。この成果は、*Nature Nanotechnology* 誌に掲載された研究で詳細に報告されており、チームは窒素バキューム（NV）センターのダイヤモンド中心電子スピンと、周囲の3つの¹³C核スピンメモリ量子ビットをエンタングルさせる4量子ビットのグリーンバーガー・ホーネ・ツァイリンガー（GHZ）状態を、単一の動的デカップリング（DD）制御シーケンスを用いてわずか14.8マイクロ秒で生成しました。

従来の固体中心スピンレジスタは、中心電子と個々の核メモリ量子ビットをエンタングルさせるために、逐次的なペアワイズ2量子ビットゲートに依存していました。この逐次的なアプローチは、大幅なゲート遅延を引き起こし、ターゲット外の核スピンに望ましくない位相クロストークを導入します。UPennのフレームワークは、この固有のクロストークを活用し、XY8動的デカップリングシーケンスの単一パルスタイミング（t）と繰り返し回数（N）を調整することで、複数の弱結合核量子ビット間で同時に条件付き回転を実行します。結果として得られた14.8マイクロ秒のゲート時間は、逐次ゲートプロトコルと比較して10倍の高速化を実現し、垂直超微細結合周波数（A_⊥ ≈ 60 kHz）によって決定される物理的相互作用限界に近い動作を実現しています。