【先驅科研人】利用液態氦和固態氖中的「懸浮電子」,研發量子電腦的高性能量子位元

川上 恵里加 國立研究開發法人理化學研究所 量子計算研究中心 理研白眉研究團隊負責人 出生於大阪府。2016年完成荷蘭代爾夫特理工大學博士課程,獲博士學位。曾任沖繩科學技術大學院大學博士後研究員,2020年起任現職。2017~2020年任先驅研究員,2020年起任創發研究員,2025年成為ASPIRE研究員。

2026/10/27

圖文引用自:tc.keguanjp.com

Q1 怎樣的契機讓您立志成為一名研究者?
A1契機是牛頓運動三定律和量子力學帶來的震撼

高中時期,物理課上學習牛頓運動三定律時,受到很大震撼,感覺自己看待世界的方式一下子發生了改變。原來自然界的各種現象都可以用簡單的數學公式來描述,這種直指事物本質的魅力深深吸引了我。上大學後,我陸續讀了一些科學家的傳記,對科學家這一職業越來越向往,也開始認真考慮將研究作為自己的職業。

學習量子力學時感受到的震撼,甚至超過了高中時的那次體驗。量子力學能夠精確地描述那些日常感覺難以置信的現象,並將其作為支配這個世界的基本規則。我迷戀上了這樣的研究方式——排除感情和主觀臆斷,透過層層推進的邏輯推理,最終抵達真相。

大三時,我抱著「想看看外面更廣闊的世界」的想法,前往法國留學。留學期間,我在義大利參加實習,第一次接觸到了量子資訊理論,並由此對量子電腦產生了興趣。回國後,我取得碩士學位,隨後進入荷蘭代爾夫特理工大學攻讀博士學位。來自世界各地、致力於開發不同類型量子電腦的研究人員聚集在此,在這樣先進的研究環境中,我也全身心投入到了利用半導體中的電子實現量子位元的研究中。

Q2 目前正在開展什麼研究?
A2 將懸浮於真空中的電子用作量子位元

電子可以懸浮在液氦或固態氖表面附近的真空中,被稱為「懸浮電子」。我正在利用這種懸浮電子進行研究,嘗試實現作為量子電腦基礎的高性能量子位元。量子位元一旦受到雜質或缺陷帶來的雜訊影響影響,便會無法維持量子態;而在真空中,則可以大幅減少周圍環境帶來的干擾。我在博士期間研究半導體中的電子時,發現即使是高品質的矽晶體,也無法避免缺陷和雜質的存在。光是消除這些因素造成的干擾,就需要耗費大量時間。這也是我開始關注真空中電子的契機。

量子位元的實現方式多種多樣。超導和半導體量子位元具有易於整合的優勢,而離子和冷原子量子位元則能夠長時間保持量子態。懸浮電子量子位元的最大優勢在於兼具這兩方面的優點。不過對於真空中的電子而言,還缺乏透過電學方式測量量子態的技術,而這項技術對於實現量子位元的整合化至關重要。為此,我們開發了一種新的方法,利用共振器等裝置,以電學方式讀取量子態。這是利用懸浮電子實現量子位元的重要一步。…

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