IBMは、量子技術を含む物理科学および情報科学分野で研究開発を行う機関、HRL Laboratoriesの買収に関する最終契約を締結したと発表した。IBMは、HRLが持つシリコン製スピン量子ビット工学の専門知識が、量子コンピューターの規模拡大に向けた同社の長期計画を補完できると考えている。
2026年7月23日に公開されたブログ記事で、IBMはこの技術に関心を持つ理由を説明した。同社によれば、スピン量子ビットと超伝導量子ビットはいずれもシリコン製造技術を活用し、冷却構造の内部で動作するとともに、相互接続された量子ビットにゲートを適用する外部信号によって制御される。ただし、量子情報を保存・処理する方法には根本的な違いがある。
スピン量子ビットはどのように動作するのか
これらの量子ビットは、電子が本来持つスピンという性質に依存している。スピンの値はプラスまたはマイナスの半分となり、通常はこの2つの状態を「上向き」と「下向き」と呼ぶ。この性質を利用して、量子コンピューティングにおける0と1の状態を表現する。
個々の電子を制御するため、HRLは量子ドットとして知られる構造を使用している。これは電子の性質を閉じ込め、制御できる小さな構造である。同社は、シリコンとゲルマニウムの層であるSiGeから量子ドットを製造している。
単一のスピン状態を0または1の値に直接対応させる代わりに、HRLは交換のみ量子ビット（exchange-only qubits）と呼ばれる構造を使用している。各量子ビットは、3つの量子ドットに格納された3個の電子で構成される。2個の電子が計算状態を決定し、スピンの合計が0の場合、量子ビットは状態0となり、1の場合は状態1となる。3個目の電子は、システムの安定性維持を助ける。ゲートは、電子同士を近づけたり遠ざけたりする電気パルスとして適用される。
利点と現在の成果
IBMによれば、スピン量子ビットは現在の半導体製造装置を使って製造できるため、大規模製造の可能性がある。また、長いコヒーレンス時間、低いエラー率、比較的容易な制御という特徴を持ち、成熟すれば、大規模な量子回路を高効率かつ低い運用コストで動作させられる可能性がある。
これらの量子ビットは1ケルビンの温度で動作する。これは、超伝導量子ビットのアーキテクチャにおける約0.015ケルビンと比較した値である。HRLは最近、量子ビットアレイと冷却された制御ボードの両方に製造可能なCMOSを使用し、デジタル制御されるシリコン量子コンピューターを披露した。この装置には3本のトラックに分散配置された54個の量子ドットがあり、最大18量子ビットを備えるチップが可能になる。また、デモでは、1量子ビットおよび2量子ビットのゲートの動作に加え、エラー検出用の小規模な符号も示された。
IBMの量子ビジョンにおけるHRLの役割
IBMの研究責任者兼フェローであるジェイ・ガンビタは、HRLのチームが同社による量子イノベーションの推進を支援すると述べた。さらに、同チームのポートフォリオが、量子コンピューティング、量子センシング、量子ネットワークにおけるIBMの長期計画を強化すると付け加えた。
IBMによれば、HRLの技術はコンピューティングに限られない。同機関は、微細な物理現象を検出し、医療、航法、防衛、科学研究などの用途向けに高度な測定を行う、高精度の量子センサーを開発している。また、より堅牢な量子ビット、より優れた半導体、より高感度なセンサーを支える可能性のある新たな量子材料にも取り組んでいる。