量子コンピューティングのニュースを長く追いかけていると、よく分離された二つのエネルギー状態を行き来できる量子システムなら何でも量子ビットとして使えるように思えてくる。原子、イオン、光子、電子、そして製造されたデバイスにはそれぞれ支持者がいる。支持者を引き付ける重要な要素の一つは、その技術のスケーラビリティだ。複雑な計算を始めるには大量の高品質な量子ビットが必要であり、どの技術がそこに到達できるかは議論の的となっている。

そのため、一部の技術が数千の量子ビットをサポートできるようになった今でも、競合他社はまだ少数の量子ビットに取り組んでいる。彼らの背後にある企業は、より効果的にスケールできる可能性があると確信している。

そのような技術の一つが、単一の電子を保持する量子ドットである。その利点は、従来のプロセッサを製造するのと同じ技術を使って製造できることであり、このアプローチはスケーラブルであることが証明されている。今週、量子ドットの異なる使い方を説明する2つの新しい論文が発表され、そのうちの1つはIBMが開発元の企業を買収するほど魅力的だった。別の話として、別の企業がダイヤモンド欠陥に100個の個別の電子を保持するプロセッサを発表したが、この技術はスケーラブルであることが明らかではなかった。

最初のニュースは、HRL Laboratoriesという企業がNatureに発表した論文から来ている。HRLはハワード・ヒューズが立ち上げた研究プログラムの後継である。HRLは製造された量子ドットを使用しているが、これはディスプレイに使われるドットとは異なる技術でありながら、同じ物理原理に依存している。両方のアプローチは、電子の波長よりも小さい領域に電子を閉じ込める構造を使用する。ディスプレイでは、これにより材料が放出する波長を制御できる。

量子ビットの場合、トラップははるかに小さく、単一の電子を所定の位置に保持するために使用される。重要なのは、これらが製造可能であることだ。適切な配線により、電磁相互作用がシリコンの小さな領域に単一の電子を閉じ込めることができる。閉じ込められると、電子のスピン（アップ、ダウン、またはそれらの重ね合わせ）を量子ビットとして使用できる。この技術は容易にスケールできるが（シリコンに配線を大規模に配置するのは得意である）、電子スピンは安定に保つのが難しく、通常はマイクロ波で制御されるため、別の制御システムが必要となる。

しかし、「通常」は「常に」を意味するわけではなく、HRLは別の技術を説明している。これには3つの別々の量子ドットが必要で、それぞれが電子を保持し、周囲の電子機器がこれらの3つの電子のスピンが相互作用する程度を制御する。これは重要である。なぜなら、特定の条件下では、2つの電子が同じスピンを持つことができないからだ。これが原子軌道がどのように満たされるかを説明しており、各エネルギー準位は1対（スピンアップとスピンダウン）だけを保持する。それらを相互作用させることで、スピンを変更できる。

この種の量子ビットで演算を行うには、どの電子がどの程度相互作用しているかを制御するだけでよい。これは電子的に制御されるため、マイクロ波を完全に排除できる。すべては配線を介して処理され、ハードウェアを絶対零度近くに保つ冷凍システムにマイクロ波を運ぶケーブルを大量に必要としない。

HRLは論文の多くを、中間の冷凍レベルに配置された制御システムの説明に費やしている。これは低温・低電力動作に最適化された従来のプロセッサで構成され、130nmプロセスで製造されているにもかかわらず、消費電力は3.5ワット未満である。量子ビットを操作するための命令は別の場所でコンパイルされ、コントローラにロードされた後、自律的に動作する。量子ビットを保持するチップとの通信は超伝導リボンケーブルで処理される。

HRLが説明するシステムは18量子ビットを持ち、同社は単純な誤り訂正コードを実行し、論理誤り率が1パーセント未満であることを実証した。これは他の技術で達成されたものよりもはるかに低いが、重要な検証である。