量子コンピュータを構築するには、科学者はまず、制御可能かつ測定可能な実用的な量子ビット（量子ビット）を構築する必要があります（これは、量子的な理由から、非常に困難な課題です）。しかし、ハーバード大学の物理学者グループは、いくつかの重要な障害を克服し、ラボで生成されたダイヤモンドに含まれる不純物を、室温で約2秒間（量子コヒーレンス時間では永遠に相当する）情報を保持できる量子ビットに変換しました。
現在開発中の量子コンピューティングシステムのほとんどは（最近いくつか記事を書きました）、レーザーでイオンを捕捉したり、実験室で「人工原子」を生成して絶対零度近くまで冷却したりする複雑なシステムに依存しています。これは非常に困難で、多くのリソースを必要とする作業です。ハーバード大学のチームが今回達成した最大のイノベーションは、コヒーレンス時間（量子システムが読み取り可能な情報を保持できる時間）のこれまでの記録を塗り替えたことです。しかも、室温で達成したのです。
量子コンピューティングという名のウサギの穴に深く入り込むことは避けますが（そこはかなり深く、複雑で、概して直感に反する領域です）、研究者たちは、これまでダイヤモンドベースの量子システムの欠点とされていた特性を、その利点に転じることに成功したとだけ述べておきます。これまでの研究では、ダイヤモンド中の窒素空孔（NV）中心の量子スピンを利用して量子ビットを作成していましたが、NV中心はコヒーレンス時間がわずか100万分の1秒と短いため、実用的な量子ビットとしては実現不可能であることが判明していました。
原因は、ダイヤモンドに含まれる不純物、炭素13でした。ダイヤモンド結晶を構成する原子の大部分は炭素12で、量子スピンを持ちません。しかし、近傍の炭素13原子のスピンがNV中心と相互作用し、短いコヒーレンス時間を引き起こしていました。そこでハーバード大学の研究チームは、このシステムを根本から見直し、炭素13を量子ビットとして利用しました。英国の人工ダイヤモンド専門家の協力を得て、99.99%の炭素12ダイヤモンドを作製し、窒素を照射してNV中心を生成しました。
次に、このシステムを逆方向に操作し、近くの炭素13原子のスピンに情報をエンコードしました。コヒーレンス時間はかなり長く、約2秒という従来の研究よりも6桁も改善されました。また、炭素13とNV中心の相互作用によりNVが炭素13をミラーリングするため、NVをモニタリングすることで炭素13の状態を正確に測定することができました。
これは決して実用的な量子コンピュータとは言えませんが、室温で動作する実用的な量子ビットへの一歩です。研究者たちは、今後の課題の大半は技術的なものだと考えているため、コヒーレンス時間を数分、そして最終的には数時間にまで延長できない理由はないでしょう。
サイエンスデイリー
