富士通、ダイヤモンドスピン型量子コンピュータのプロトタイプを開発した

フォトニック集積回路にスズ空孔（SnV）センターを組み込んだ新しいダイヤモンドスピン量子コンピュータのプロトタイプは、量子コンピュータのスケーラビリティに向けた重要な一歩となる

 Fujitsu 同社は本日、フォトニック集積回路にスズ空孔（SnV）センターを組み込んだ、ダイヤモンドスピン量子コンピュータの世界初の実働プロトタイプを開発したと発表した[1] [2]。 この試作機は-271.6°Cで動作可能であり、これは超伝導量子コンピュータの一般的な動作温度（-273.13°C）よりも高い。富士通はテスト環境において、専門的な知識がなくても「富士通ハイブリッド量子コンピューティングプラットフォーム」を通じて本試作機を利用できることを実証した。 この開発は、高い忠実度と効率的な光接続性を備え、量子コンピュータの高拡張性を実現する最も有望なアプローチの一つであるモジュラーアーキテクチャの実現に向けた重要なマイルストーンとなる。.

このプロトタイプは、富士通、デルフト工科大学、およびデルフト工科大学（TU Delft）傘下で世界トップクラスの量子技術研究機関であるQuTechが2020年に開始した共同研究の成果に基づいている。.

富士通は、2027年までにマルチモジュール型ダイヤモンドスピン量子コンピュータのプロトタイプを開発する予定だ。さらに、富士通はダイヤモンドスピン方式と超伝導方式を統合する技術の開発に着手し、大規模量子コンピュータの実現に向けた進展を推進していく。.

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この取り組みは、2030年までに実用的な量子コンピューティングの実現を目指す富士通の量子ロードマップの一環として行われるものだ。.

富士通株式会社 コーポレート執行役員、コーポレートバイスプレジデント、CTO、システムプラットフォーム担当のヴィヴェック・マハジャン氏からのコメント

“「このプロトタイプに適用したダイヤモンドスピン方式は、それ自体で卓越した拡張性を備えているだけでなく、超伝導量子コンピュータと統合することでその能力をさらに拡張し、より複雑で大規模な計算を可能にする可能性を秘めている。」.

2030年度までに250論理量子ビットシステム、2035年度までに1,000論理量子ビットシステムを実現するという当社のロードマップに基づき、 富士通は、高忠実度や光接続性といったダイヤモンドスピン方式の主要な利点を活かしつつ、ソフトウェアからハードウェアに至る幅広い分野において、実用的な量子コンピューティングの開発を推進し続ける。」”

デルフト工科大学 QuTech 総局長、キース・エイケル博士のコメント

“「2020年から富士通、デルフト工科大学、QuTechの3者間で進めてきた共同研究の成果として、このダイヤモンドスピン量子コンピュータのプロトタイプを発表できることを大変嬉しく思う。これは、我々の強固な連携における重要なマイルストーンである。 ダイヤモンドスピン量子コンピューティングに期待されるスケーラビリティを実証するには、依然として長く困難な道のりが待っている。しかし、富士通との連携をさらに強化することで、私たちはこの野心的かつ意義深い課題に取り組み、次世代量子技術の開発をリードしていく所存だ。」”

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開発された技術の概要

このプロトタイプには、富士通が開発した以下の3つの技術が採用されている：

1. スケーラブルな量子コンピューティングチップのための異種材料の接合および薄層化技術

SnVセンターを用いた量子コンピューティングチップを開発するため、富士通は、スズをイオン注入した高品質なダイヤモンド基板を、アルミナ／二酸化ケイ素基板に接合するための異種材料接合技術を開発した。 また、富士通は、ダイヤモンド基板の厚さを数百マイクロメートルから数百ナノメートルに薄くする薄化技術も開発し、量子コンピューティングチップへの利用に適したものにした。.

2. SnVセンター向けフォトニクス集積回路の製造技術

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富士通は、SnVセンターを含むナノメートルサイズのダイヤモンド結晶と、可視光領域で透明なアルミナ光導波路を統合したフォトニクス集積回路[3]を製造する技術を開発し、クビットの読み出し時にSnVセンターから放出される単一光子を抽出できるようにした。 ダイヤモンドの加工については、富士通は東京大学との共同研究の成果を活用した。.

3. ダイヤモンドスピン法を用いた量子回路変換技術

ダイヤモンドスピン方式では、光、マイクロ波、高周波を組み合わせて量子ビットを制御する必要がある。富士通は、ダイヤモンドスピン方式において、量子ゲートによって記述される量子回路を、これらの物理的操作のための制御シーケンスに変換する仕組みを開発し、同社のハイブリッド量子コンピューティングプラットフォームからの制御を可能にした。.

背景

ダイヤモンド・スピン法は、ダイヤモンド結晶内の「カラーセンター」と呼ばれる格子欠陥構造を量子ビットとして利用するものである。ダイヤモンドには量子状態を安定に保つ固有の性質があるため[4]、この手法では高い忠実度を実現でき、超伝導法や他の手法に比べ、より少ない物理量子ビットから論理量子ビットを確実に形成できる可能性がある。 さらに、光を用いて複数の量子モジュールを柔軟に接続することができ[5][6]、効率的に拡張可能なモジュール型アーキテクチャを持つシステムの構築が可能となる。.

通常、ダイヤモンドスピン法では、ダイヤモンド結晶中の窒素原子不純物によって形成される「窒素空孔（NV）センター」と呼ばれる構造が用いられる。 しかし、このプロトタイプの開発において、富士通はスズ空孔（SnV）センターを採用した。SnVセンターは構造的な対称性を持ち、NVセンターよりも外部ノイズの影響を受けにくいため、安定した高輝度のカラーセンターとして有望な候補となっている。.

研究支援

本研究の一部は、文部科学省（MEXT）の「日本における材料・ナノテクノロジー先端研究基盤（ARIM）」の支援を受けている。 提案番号 JPMXP1225NM0096。本研究プロジェクトは、QuTechと富士通の共同研究であり、Holland High TechによるトップセクターHTSMの研究開発向けPPP助成金および経済省からの研究・イノベーション向けPPP助成金により共同資金提供を受けている。.

[1] 2026年9月に富士通が実施した調査による。.
[2] スズ空孔（SnV）センター：
2つの隣接する空孔の間に1つのスズ（Sn）原子が位置する、ダイヤモンドの格子欠陥である。これは「カラーセンター」と呼ばれる構造の一種である。.
[3] フォトニクス集積回路：
光（光子）を発生、制御、検出することで情報を処理する集積回路。電子の性質を利用して情報を伝達する電子的処理とは対照的である。.
[4] 量子状態が安定に保たれることを可能にする固有の性質：
デルフト工科大学や富士通などの研究グループは、ダイヤモンド中のNVセンターの電子スピンおよび核スピンを用いて、エラー確率が0.1%未満の2量子ビットゲート動作を実証した（Phys. Rev. Applied 23, 034052 (2025)）。.
[5] 光を利用することで、複数の量子モジュールを柔軟に接続することができる：
光接続を用いれば、光子を利用して離れたスピン間に量子もつれを生成することで、別々のチップやクライオスタットに収められた電子スピン量子ビット間を接続することができる。 例えば、デルフト工科大学と富士通の共同研究チームは、別々のクライオスタット内に収容された遠隔のNVセンター間で、量子もつれおよび量子ゲート演算の実証に成功した（Nat Commun 17, 4694 (2026)）。.

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[6] 量子モジュール：
ダイヤモンドスピン量子コンピュータの基本構成単位である。電子スピン量子ビットと13C炭素同位体の核スピン量子ビットという2種類のスピン量子ビットを備えている。複数の量子モジュールを光ファイバーで接続することで、システムを拡張することができる。.

富士通について

富士通の目的は、イノベーションを通じて社会からの信頼を築き、世界をより持続可能なものにすることです。世界中の顧客から選ばれるデジタルトランスフォーメーションのパートナーとして、当社の10万人の従業員は、人類が直面する最も大きな課題の解決に取り組んでいます。 当社の幅広いサービスとソリューションは、AI、コンピューティング、ネットワーク、データ・セキュリティ、およびコンバージング・テクノロジーという5つの主要技術に基づいており、これらを統合することで、サステナビリティ・トランスフォーメーションを実現しています。 富士通株式会社（東証：6702）は、2026年3月31日に終了した会計年度において、連結売上高3.5兆円（1兆4,230億米ドル）を計上し、市場シェアにおいて引き続き日本最大のデジタルサービス企業としての地位を維持しています。.