ねじれ超伝導ダイオードが効率27.6%に到達、シミュレーションでは量子ビットに適すると示唆

フロリダ大学、台湾の国立成功大学、スロバキア科学アカデミー、ニューヨーク州立大学バッファロー校の研究者らが、より低ノイズの超伝導量子回路を目指して、ねじれたNbSe2で作製した超伝導ダイオードについて報告した。Han Zhong、Denis Kochan、Igor Žutić、Yingying Wuによる論文は、2026年10月10日にNature Communicationsに掲載された。同誌のページによると、本論文は査読を経て受理された研究を早期公開したもので、オープンアクセス版は引用可能だが、最終的なVersion of Recordに置き換えられるまでに編集される可能性がある。

研究チームが取り組んだ課題は、超伝導回路では信号が双方向に伝わり得るという点だ。著者らによれば、これにより反射や反作用が周囲の環境からのノイズを回路のコヒーレントな部分へ持ち込み、忠実度を低下させる。超伝導ダイオードは非相反性を持つ、つまり両方向を異なる形で扱うため、回路自体の内部でこうした後方散乱を抑制する手段となる。ただし著者らは、これらのダイオードの効率や量子ハードウェアへの統合は、これまで限られていたと指摘している。

実験では、研究チームはNbSe2でダイオードを作製し、素子の面内方向と面に垂直な方向の両方に磁場をかけて動作させた。アブストラクトによると、わずか1°のねじれを導入することで、ねじれのない元の素子と比べてダイオード効率が27.6%に向上した。

この値は理想的な100%には遠く及ばない。著者らは、これは欠点ではないと主張している。彼らの量子シミュレーションは、この中程度の効率が実験室で実現可能な現実的な値であると同時に、量子ビットの非調和性を損なわず、二準位系を安定化させるうえで最適な選択であることを示している。言い換えれば、論文は、可能な限り強い整流、すなわちダイオードの一方向性の効果が、必ずしも量子情報にとって最善とは限らないと述べている。

著者らはこれを、低消費電力かつ高忠実度の量子回路を目標とした、ねじれ超伝導体の基本特性に関する新たな設計原理として位置づけている。論文に記載された資金提供機関には、米国国立科学財団、米国エネルギー省、スロバキア科学アカデミー、スロバキア研究開発庁、台湾の国家科学及技術委員会が含まれる。著者らは利益相反はないと表明している。