量子コンピュータのハードウェア
超伝導量子ビットの読み出しに広く使われる分散読み出しの仕組みとして、正しいものはどれか。
- A量子ビットに直流電流を流し、0と1で異なる抵抗値を電圧として読み取る
- B量子ビットと結合させた共振器の共振周波数が量子ビットの状態によってわずかにずれることを、マイクロ波の位相や振幅の変化として読み取る
- C量子ビットが1のときに出す可視光の光子を、フォトダイオードで数える
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正解：B. 量子ビットと結合させた共振器の共振周波数が量子ビットの状態によってわずかにずれることを、マイクロ波の位相や振幅の変化として読み取る
分散読み出しでは、量子ビットとは周波数が離れた読み出し用の共振器(例えば7 GHz前後)を量子ビットに結合させます。量子ビットが|0⟩か|1⟩かによって共振器の周波数がわずかにずれるので、共振器に弱いマイクロ波を送り、反射や透過した信号の位相・振幅の違いから状態を判定します。信号は非常に弱いので、極低温のジョセフソンパラメトリック増幅器や 4 K段の HEMT 増幅器などで雑音を抑えながら増幅し、室温で処理します。量子ビットのエネルギーを直接吸い取らずに読むので、測定のあとも、量子ビットは測定結果に対応した状態に残ります。
- A. 超伝導の量子ビットには抵抗がなく、直流の抵抗で状態を読むことはしません。
- B. 正しい。共振器の周波数のずれを、マイクロ波の位相や振幅の違いとして検出します。
- C. 超伝導量子ビットのエネルギーはマイクロ波の領域で、可視光は出しません。光を数えて読み出すのは、イオントラップや中性原子の方式です。