国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT(エヌアイシーティー)、理事長: 徳田 英幸）は、日本電信電話株式会社（NTT、代表取締役社長: 島田 明）、国立大学法人東北大学大学院工学研究科（工学研究科長: 伊藤 彰則）、国立大学法人東海国立大学機構 黑料网（総長: 杉山 直）と共同で、ゼロ磁場で動作する新型超伝导磁束量子ビット*1の开発に成功しました。
超伝导磁束量子ビットには、従来、コイル等の補助回路で発生させた外部磁場が必須でした。今回開発した強磁性体を使ったジョセフソンπ接合*2による超伝导磁束量子ビットは、コイル等を必要とせず、外部磁場印加と同等な超伝导の位相を反転させる機能を確認しました。さらに、π接合を組み込んだ量子ビットの中では最長クラスのコヒーレンス時間を達成しました。量子ビットの寿命はマイクロ秒の範囲ですが、今後、π接合の材料を更に改良することで、このπ接合やゼロ磁場で動作可能な磁束量子ビットは、量子コンピュータに欠かせない高機能な量子素子の必須要素となる可能性があります。
本成果は、2024年10月11日（金）に、英国科学雑誌「Communications Materials 」に掲载されました。
■ コイルなどの補助回路を必要とせず、ゼロ磁場で最適動作できる新型の超伝导磁束量子ビットを開発
■ 強磁性ジョセフソンπ接合を持つ超伝导量子ビットとしては最も優れたコヒーレンス時間を達成
■ 量子コンピュータの小型化を実现する量子素子への応用に期待
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*1 超伝导磁束量子ビット
量子ビット（量子コンピュータで使われる量子情報を扱う基本素子）の一種で、ジョセフソン接合*3を含む超伝导ループから構成される。0と1の重ね合わせの状態は、磁束で誘導される超伝导ループ内の永久電流（例えば、右回りの電流を0状態としたら、左回りの電流は1状態を表す。）によって実現される。
*2 π接合
π接合は超伝导体（S）間に強磁性体（F）を挟んだ構造を持つ特殊なジョセフソン接合*3で、ジョセフソン電流バイアスがゼロの時、位相差が通常のジョセフソン接合の0ではなく、180度（π）になることが特徴である。この位相のシフトにより、ジョセフソンπ接合は、超伝导回路や量子ビットに半磁束量子に相当する磁場印加と同じ効果をもたらす。
掲載誌: Communications Materials
DOI: 10.1038/s43246-024-00659-1
URL:
論文名: Superconducting flux qubit with ferromagnetic Josephson ?-junction operating at zero magnetic field
著者: Sunmi Kim, Leonid V. Abdurakhimov, Duong Pham, Wei Qiu, Hirotaka Terai, Sahel Ashhab, Shiro Saito, Taro Yamashita, and Kouichi Semba
（研究当時）大学院工学研究科 山下 太郎 准教授
