スピン量子ビットとは

正解：C. 量子ビットが数十〜百 nm程度と小さく、CMOS の製造技術や300 mmウエハの設備を活かして多数を集積できる可能性があるから

シリコンのスピン量子ビットは、ゲート電極の電圧でシリコン中に作った量子ドットに電子を1個ずつ閉じ込め、その電子のスピンの向きを量子ビットにします。量子ビット1個の大きさは数十〜百 nm程度で、数百 µm程度の超伝導量子ビットよりはるかに小さく、半導体工場の微細加工や300 mmウエハでの製造、ウエハ単位での特性評価を応用できると期待されています。また、1 K前後の比較的高い温度での動作も報告されており、制御回路を近くに置きやすい可能性があります。一方、量子ドットごとのばらつきや、密に並んだ多数の量子ビットへの配線が課題です。

正解：B. 天然のシリコンに約4.7%含まれる ²⁹Si は核スピンをもち、その磁場のゆらぎが電子スピンの位相を乱すから

天然のシリコンは ²⁸Si が約92%、²⁹Si が約4.7%、³⁰Si が約3.1%で、このうち ²⁹Si だけが核スピンをもっています。核スピンは小さな磁石のように働き、その向きがランダムに変わると、電子スピンが感じる磁場がゆらいで位相が乱れ、T2 が短くなります。²⁹Si を0.1%程度以下まで減らした同位体濃縮シリコンを使うと、コヒーレンス時間が大きく延びます。