量子コンピュータのハードウェア
プランク定数を h = 6.63×10⁻³⁴ J·s、ボルツマン定数を k_B = 1.38×10⁻²³ J/K とする。周波数5 GHzの超伝導量子ビットで、|0⟩と|1⟩のエネルギーの差 hf を温度に換算した値 hf/k_B に最も近いものはどれか。
- A約0.038 K
- B約0.24 K
- C約1.5 K
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正解：B. 約0.24 K
hf = 6.63×10⁻³⁴ × 5×10⁹ ≈ 3.3×10⁻²⁴ J で、これを k_B で割ると約0.24 Kになります。熱平衡では、|1⟩に熱で励起される割合が exp(−hf/k_B T) で決まるので、温度をこれより十分低い20 mKにすれば hf/k_B T ≈ 12 となり、熱による励起はほぼ無視できます。逆に、液体ヘリウムの温度の4 Kでは k_B T が hf の約17倍になり、量子ビットとして使えません。
- A. h の代わりに、h を 2π で割った換算プランク定数 ħ を使った値です。
- B. 正しい。3.3×10⁻²⁴ J ÷ 1.38×10⁻²³ J/K ≈ 0.24 K です。
- C. 周波数 f の代わりに角周波数 2πf を h に掛けた値です。