JP7500511B2 - 情報処理装置及び情報処理方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、情報処理装置及び情報処理方法に関する。

例えば、情報処理装置において、処理効率の向上が望まれる。

Nature Communications Volume 3, Article number: 800 (2012). Physical Review A 41, 2295 (1990).

実施形態は、処理効率を向上できる情報処理装置及び情報処理方法を提供する。

実施形態によれば、情報処理装置は、複数の量子ビット対を含む量子ビット対構造体を含む。前記複数の量子ビット対は、ｍ行ｎ列（ｍは３以上の整数、ｎは３以上の整数）に並ぶ。前記複数の量子ビット対は、２ｋ行で（２ｌ－１）列の第１量子ビット対と、（２ｋ-１）行で２ｌ列の第２量子ビット対と、（２ｋ－１）行で（２ｌ－１）列の第１隣量子ビット対と、２ｋ行で（２ｌ－２）列の第２隣量子ビット対と、２ｋ行で２ｌ列の第３隣量子ビット対と、（２ｋ＋１）行で（２ｌ－１）列の第４隣量子ビット対と、（２ｋ-２）行で２ｌ列の第５隣量子ビット対と、（２ｋ-１）行で（２ｌ＋１）列の第６隣量子ビット対と、を含む。前記ｋは、１以上でｍ／２を超えない最大の整数以下の整数である。前記ｌは、１以上でｎ／２以下を超えない最大の整数以下の整数である。前記量子ビット対構造体は、前記第１量子ビット対と前記第１隣量子ビット対との間の第１スピンチェインと、前記第１量子ビット対と前記第２隣量子ビット対との間の第２スピンチェインと、前記第１量子ビット対と前記第３隣量子ビット対との間の第３スピンチェインと、前記第１量子ビット対と前記第４隣量子ビット対との間の第４スピンチェインと、前記第２量子ビット対と前記第５隣量子ビット対との間の第５スピンチェインと、前記第２量子ビット対と前記第１隣量子ビット対との間の第６スピンチェインと、前記第２量子ビット対と前記第６隣量子ビット対との間の第７スピンチェインと、前記第２量子ビット対と前記第３隣量子ビット対との間の第８スピンチェインと、を含む。前記第１スピンチェイン及び前記第５スピンチェインは、第１固有エネルギーを有する。前記第２スピンチェイン及び前記第６スピンチェインは、第２固有エネルギーを有する。前記第３スピンチェイン及び前記第７スピンチェインは、第３固有エネルギーを有する。前記第４スピンチェイン及び前記第８スピンチェインは、第４固有エネルギーを有する。前記第１固有エネルギー、前記第２固有エネルギー、前記第３固有エネルギー及び前記第４固有エネルギーは、互いに異なる。前記第１スピンチェイン及び前記第５スピンチェインは、前記第２固有エネルギー、前記第３固有エネルギー、及び、前記第４固有エネルギーを有しない。前記第２スピンチェイン及び前記第６スピンチェインは、前記第１固有エネルギー、前記第３固有エネルギー、及び、前記第４固有エネルギーを有しない。前記第３スピンチェイン及び前記第７スピンチェインは、前記第１固有エネルギー、前記第２固有エネルギー、及び、前記第４固有エネルギーを有しない。前記第４スピンチェイン及び前記第８スピンチェインは、前記第１固有エネルギー、前記第２固有エネルギー、及び、前記第３固有エネルギーを有しない。

図１は、第１実施形態に係る情報処理装置を例示する模式図である。 図２は、第１実施形態に係る情報処理装置を例示する模式図である。 図３は、第１実施形態に係る情報処理装置を例示する模式図である。 図４は、第１実施形態に係る情報処理装置を例示する模式図である。 図５（ａ）及び図５（ｂ）は、第１実施形態に係る情報処理装置を例示する模式図である。 図６は、第１実施形態に係る情報処理装置における動作を例示する模式図である。 図７は、第１実施形態に係る情報処理装置における動作を例示する模式図である。 図８は、第１実施形態に係る情報処理装置における動作を例示する模式図である。 図９は、第１実施形態に係る情報処理装置における動作を例示する模式図である。 図１０は、情報処理装置における動作を例示する模式図である。 図１１は、実施形態に係る情報処理装置を例示する模式図である。 図１２は、実施形態に係る情報処理装置を例示する模式図である。 図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、実施形態に係る情報処理装置を例示する模式図である。 図１４は、実施形態に係る情報処理装置を例示する模式的断面図である。 図１５は、実施形態に係る情報処理装置を例示する模式的断面図である。 図１６は、実施形態に係る情報処理装置における状態を例示する模式図である。 図１７は、実施形態に係る情報処理装置における状態を例示する模式図である。 図１８は、実施形態に係る情報処理装置における状態を例示する模式図である。 図１９は、実施形態に係る情報処理装置における状態を例示する模式図である。 図２０は、第１実施形態に係る情報処理装置を例示する模式図である。 図２１（ａ）及び図２１（ｂ）は、第１実施形態に係る情報処理装置を例示する模式図である。 図２２（ａ）～図２２（ｄ）は、第１実施形態に係る情報処理装置の製造方法を例示する模式的平面図である。 図２３は、第１実施形態に係る情報処理装置における動作を例示する模式図である。 図２４は、第１実施形態に係る情報処理装置における動作を例示する模式図である。 図２５（ａ）～図２５（ｄ）は、第１実施形態に係る情報処理装置の製造方法を例示する模式的平面図である。 図２６（ａ）～図２６（ｄ）は、第１実施形態に係る情報処理装置の製造方法を例示する模式的平面図である。 図２７は、第１実施形態に係る情報処理装置を例示する模式図である。 図２８（ａ）及び図２８（ｂ）は、第１実施形態に係る情報処理装置を例示する模式図である。

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る情報処理装置を例示する模式図である。
図１に示すように、実施形態に係る情報処理装置１１０は、量子ビット対構造体１０Ａを含む。図１の例では、量子ビット対構造体１０Ａは、第１構成ＣＦ１を有する。

量子ビット対構造体１０Ａは、複数の量子ビット対１０ｐを含む。複数の量子ビット対１０ｐは、ｍ行ｎ列に並ぶ。「ｍ」は、３以上の整数である。「ｎ」は、３以上の整数である。複数の量子ビット対１０ｐは、例えば、第１軸方向Ｄｘ１及び第２軸方向Ｄｘ２に沿って並ぶ。第２軸方向Ｄｘ２は、第１軸方向Ｄｘ１と交差する。

図１においては、複数の量子ビット対１０ｐは、「Ｚ」、「Ｘ」または「Ｄ」の文字により表示されている。「Ｚ」、「Ｘ」または「Ｄ」の文字は、情報処理装置１１０で実施される処理における機能に対応して良い。機能の例については後述する。

複数の量子ビット対１０ｐに設けられる量子状態が、情報処理に用いられる量子ビットに対応可能である。複数の量子ビット対１０ｐの例については、後述する。

複数の量子ビット対１０ｐは、２ｋ行で（２ｌ－１）列の第１量子ビット対１１ｒと、（２ｋ-１）行で２ｌ列の第２量子ビット対１２ｒと、（２ｋ－１）行で（２ｌ－１）列の第１隣量子ビット対１５ａと、２ｋ行で（２ｌ－２）列の第２隣量子ビット対１５ｂと、２ｋ行で２ｌ列の第３隣量子ビット対１５ｃと、（２ｋ＋１）行で（２ｌ－１）列の第４隣量子ビット対１５ｄと、（２ｋ-２）行で２ｌ列の第５隣量子ビット対１５ｅと、（２ｋ-１）行で（２ｌ＋１）列の第６隣量子ビット対１５ｆと、を含む。「ｋ」は、１以上で、ｍ／２を超えない最大の整数以下の整数である。「ｌ」は、１以上で、ｎ／２を超えない最大の整数以下の整数である。

量子ビット対構造体１０Ａは、第１～第８スピンチェイン２１～２８を含む。第１～第８スピンチェイン２１～２８は、例えば、複数の電子スピンを含む列を含む。これらのスピンチェインの例については、後述する。

第１スピンチェイン２１は、第１量子ビット対１１ｒと第１隣量子ビット対１５ａとの間に設けられる。
第２スピンチェイン２２は、第１量子ビット対１１ｒと第２隣量子ビット対１５ｂとの間に設けられる。
第３スピンチェイン２３は、第１量子ビット対１１ｒと第３隣量子ビット対１５ｃとの間に設けられる。
第４スピンチェイン２４は、第１量子ビット対１１ｒと第４隣量子ビット対１５ｄとの間に設けられる。
第５スピンチェイン２５は、第２量子ビット対１２ｒと第５隣量子ビット対１５ｅとの間に設けられる。
第６スピンチェイン２６は、第２量子ビット対１２ｒと第１隣量子ビット対１５ａとの間に設けられる。
第７スピンチェイン２７は、第２量子ビット対１２ｒと第６隣量子ビット対１５ｆとの間に設けられる。
第８スピンチェイン２８は、第２量子ビット対１２ｒと第３隣量子ビット対１５ｃとの間に設けられる。

第１スピンチェイン２１及び第５スピンチェイン２５は、第１固有エネルギーＥ_１を有する。第１スピンチェイン２１及び第５スピンチェイン２５は、複数のエネルギーを有して良い。第１固有エネルギーＥ_１は、複数のエネルギーの１つで良い。

第２スピンチェイン２２及び第６スピンチェイン２６は、第２固有エネルギーＥ_２を有する。第２スピンチェイン２２及び第６スピンチェイン２６は、複数のエネルギーを有して良い。第２固有エネルギーＥ_２は、複数のエネルギーの１つで良い。

第３スピンチェイン２３及び第７スピンチェイン２７は、第３固有エネルギーＥ_３を有する。第３スピンチェイン２３及び第７スピンチェイン２７は、複数のエネルギーを有して良い。第３固有エネルギーＥ_３は、複数のエネルギーの１つで良い。

第４スピンチェイン２４及び第８スピンチェイン２８は、第４固有エネルギーＥ_４を有する。第４スピンチェイン２４及び第８スピンチェイン２８は、複数のエネルギーを有して良い。第４固有エネルギーＥ_４は、複数のエネルギーの１つで良い。

第１～第４固有エネルギーＥ_１～Ｅ_４は、例えば、フェルミオンモードの固有エネルギーである。第１固有エネルギーＥ_１、第２固有エネルギーＥ_２、第３固有エネルギーＥ_３及び第４固有エネルギーＥ_４は、互いに異なる。例えば、第１固有エネルギーＥ_１は、第２固有エネルギーＥ_２とは異なり、第３固有エネルギーＥ_３とは異なり、第４固有エネルギーＥ_４とは異なる。例えば、第２固有エネルギーＥ_２は、第３固有エネルギーＥ_３とは異なり、第４固有エネルギーＥ_４とは異なる。例えば、第３固有エネルギーＥ_３は、第４固有エネルギーＥ_４とは異なる。

第１スピンチェイン２１及び第５スピンチェイン２５は、第２固有エネルギーＥ_２、第３固有エネルギーＥ_３、及び、第４固有エネルギーＥ_４を有しない。
第２スピンチェイン２２及び第６スピンチェイン２６は、第１固有エネルギーＥ_１、第３固有エネルギーＥ_３、及び、第４固有エネルギーＥ_４を有しない。
第３スピンチェイン２３及び第７スピンチェイン２７は、第１固有エネルギーＥ_１、第２固有エネルギーＥ_２、及び、第４固有エネルギーＥ_４を有しない。
第４スピンチェイン２４及び第８スピンチェイン２８は、第１固有エネルギーＥ_１、第２固有エネルギーＥ_２、及び、第３固有エネルギーＥ_３を有しない。

このようなスピンチェインを含む量子ビット対構造体１０Ａにより、例えば、効率的に量子ビットゲート操作を実施できる。例えば、異なるエネルギーにより、量子ビット操作における共鳴を、所望の位置に選択的に効率的に実施できる。これにより、処理効率を向上できる情報処理装置を提供できる。量子ビットゲート操作の例については、後述する。

図１に示すように、この例では、第２量子ビット対１２ｒは、第１軸方向Ｄｘ１及び第２軸方向Ｄｘ２に対して傾斜する方向において、第１量子ビット対１１ｒの隣である。実施形態において、第２量子ビット対１２ｒは、第１軸方向Ｄｘ１及び第２軸方向Ｄｘ２に対して傾斜する方向において、第１量子ビット対１１ｒの隣でなくて良い。

例えば、第１量子ビット対１１ｒが、２ｋ行で（２ｌ－１）列の量子ビット対１０ｐに対応する場合、第２量子ビット対１２ｒが、（２ｉ－１）行で２ｊ列の量子ビット対１０ｐに対応しても良い。「ｉ」は、１以上で、ｍ／２を超えない最大の整数以下の整数である。「ｊ」は、１以上で、ｎ／２を超えない最大の整数以下の整数である。この場合、複数の量子ビット対１０ｐは、上記の第１～第４隣量子ビット対１５ａ～１５ｄに加えて、第５～第８隣量子ビット対を含んで良い。この場合における第５隣量子ビット対は、（２ｉ－２）行で２ｊ列の量子ビット対１０ｐに対応する。第６隣量子ビット対は、（２ｉ－１）行で（２ｊ－１）列の量子ビット対１０ｐに対応する。第７隣量子ビット対は、（２ｉ－１）行で（２ｊ＋１）列の量子ビット対１０ｐに対応する。第８隣量子ビット対は、２ｉ行で２ｊ列の量子ビット対１０ｐに対応する。このような第５～第８隣量子ビット対に関して、第２量子ビット対１２ｒとの間に上記の第５～第８スピンチェイン２５～２８が定められて良い。第５～第８スピンチェイン２５～２８が、上記の第１～第４固有エネルギーＥ_１～Ｅ_４を有しても良い。

上記において、２ｋ行で（２ｌ－１）列の第１量子ビット対１１ｒと、（２ｋ-１）行で２ｌ列の第２量子ビット対１２ｒと、の組み合わせに関する第１構成ＣＦ１における上記の関係は、１以上でｍ／２を超えない最大の整数以下の全ての整数、及び、１以上でｎ／２を超えない最大の整数以下の全ての整数について成立して良い。

第１構成ＣＦ１において、第１～第４固有エネルギーＥ_１～Ｅ_４における互いの差は、複数の量子ビット対１０ｐの間の距離の差により形成されても良い。

図２は、第１実施形態に係る情報処理装置を例示する模式図である。
図２に示すように、情報処理装置１１０において、上記の第１量子ビット対１１ｒ、第２量子ビット対１２ｒ、及び、第１～第６隣量子ビット対１５ａ～１５ｆが設けられる。

第１量子ビット対１１ｒと第１隣量子ビット対１５ａとの間の距離、及び、第２量子ビット対１２ｒと第５隣量子ビット対１５ｅとの間の距離は、第１距離Ｌ１である。
第１量子ビット対１１ｒと第２隣量子ビット対１５ｂとの間の距離、及び、第２量子ビット対１２ｒと第１隣量子ビット対１５ａとの間の距離は、第２距離Ｌ２である。
第１量子ビット対１１ｒと第３隣量子ビット対１５ｃとの間の距離、及び、第２量子ビット対１２ｒと第６隣量子ビット対１５ｆとの間の距離は、第３距離Ｌ３である。
第１量子ビット対１１ｒと第４隣量子ビット対１５ｄとの間の距離、及び、第２量子ビット対１２ｒと第３隣量子ビット対１５ｃとの間の距離は、第４距離Ｌ４である。

例えば、第１距離Ｌ１、第２距離Ｌ２、第３距離Ｌ３及び第４距離Ｌ４は、互いに異なる。例えば、第１距離Ｌ１は、第２距離Ｌ２とは異なり、第３距離Ｌ３とは異なり、第４距離Ｌ４とは異なる。第２距離Ｌ２は、第３距離Ｌ３とは異なり、第４距離Ｌ４とは異なる。第３距離Ｌ３は、第４距離Ｌ４とは異なる。このような距離の差により、固有エネルギーの差が生じても良い。

例えば、第１量子ビット対１１ｒは、第１構造体ＳＢ１を含む。第１構造体ＳＢ１は、第１元素及び第１同位体の少なくともいずれかを含む。第２量子ビット対１２ｒは、第２構造体ＳＢ２を含む。第２構造体ＳＢ２は、第２元素及び第２同位体の少なくともいずれかを含む。第１隣量子ビット対１５ａ、第２隣量子ビット対１５ｂ、第３隣量子ビット対１５ｃ、第４隣量子ビット対１５ｄ、第５隣量子ビット対１５ｅ及び第６隣量子ビット対１５ｆは、第３構造体ＳＢ３を含む。第３構造体ＳＢ３は、第３元素及び第３同位体の少なくともいずれかを含む。第１構造体ＳＢ１は、第３構造体ＳＢ３とは異なる。第１構造体ＳＢ１は、第２構造体ＳＢ２とは異なる。第２構造体ＳＢ２は、第３構造体ＳＢ３とは異なる。このような複数の量子ビット対１０ｐにより、後述するように、仲介量子ビットの量子状態のエネルギー（遷移エネルギー）に差が生じても良い。

実施形態に係る情報処理装置において、量子ビット対構造体１０Ａは、以下の第２構成を有しても良い。

図３は、第１実施形態に係る情報処理装置を例示する模式図である。
図３に示すように、実施形態に係る情報処理装置１１１において、量子ビット対構造体１０Ａは、第２構成ＣＦ２を有しても良い。第２構成ＣＦ２においても、量子ビット対構造体１０Ａは、複数の量子ビット対１０ｐを含む。複数の量子ビット対１０ｐは、ｍ行ｎ列に並ぶ。「ｍ」は、３以上の整数である。「ｎ」は、３以上の整数である。

複数の量子ビット対１０ｐは、２ｋ行で（２ｌ－１）列の第１量子ビット対１１ｒと、（２ｋ-１）行で２ｌ列の第２量子ビット対１２ｒと、（２ｋ－１）行で（２ｌ－１）列の第１隣量子ビット対１５ａと、２ｋ行で（２ｌ－２）列の第２隣量子ビット対１５ｂと、２ｋ行で２ｌ列の第３隣量子ビット対１５ｃと、（２ｋ＋１）行で（２ｌ－１）列の第４隣量子ビット対１５ｄと、（２ｋ-２）行で２ｌ列の第５隣量子ビット対１５ｅと、（２ｋ-１）行で（２ｌ＋１）列の第６隣量子ビット対１５ｆと、を含む。「ｋ」は、１以上でｍ／２を超えない最大の整数以下の整数である。「ｌ」は、１以上で、ｎ／２を超えない最大の整数以下の整数である。

量子ビット対構造体１０Ａは、第１量子ビット対１１ｒと第１隣量子ビット対１５ａとの間の第１スピンチェイン２１と、第１量子ビット対１１ｒと第２隣量子ビット対１５ｂとの間の第２スピンチェイン２２と、第１量子ビット対１１ｒと第３隣量子ビット対１５ｃとの間の第３スピンチェイン２３と、第１量子ビット対１１ｒと第４隣量子ビット対１５ｄとの間の第４スピンチェイン２４と、第２量子ビット対１２ｒと第５隣量子ビット対１５ｅとの間の第５スピンチェイン２５と、第２量子ビット対１２ｒと第１隣量子ビット対１５ａとの間の第６スピンチェイン２６と、第２量子ビット対１２ｒと第６隣量子ビット対１５ｆとの間の第７スピンチェイン２７と、第２量子ビット対１２ｒと第３隣量子ビット対１５ｃとの間の第８スピンチェイン２８と、を含む。

第１スピンチェイン２１及び第８スピンチェイン２８は、第１固有エネルギーＥ_１を有する。
第２スピンチェイン２２及び第７スピンチェイン２７は、第２固有エネルギーＥ_２を有する。
第４スピンチェイン２４及び第５スピンチェイン２５は、第３固有エネルギーＥ_３を有する。
第３スピンチェイン２３及び第６スピンチェイン２６は、第４固有エネルギーＥ_４を有する。
第１固有エネルギーＥ_１、第２固有エネルギーＥ_２、第３固有エネルギーＥ_３及び第４固有エネルギーＥ_４は、互いに異なる。

第１スピンチェイン２１及び第８スピンチェイン２８は、第２固有エネルギーＥ_２、第３固有エネルギーＥ_３、及び、第４固有エネルギーＥ_４を有しない。
第２スピンチェイン２２及び第７スピンチェイン２７は、第１固有エネルギーＥ_１、第３固有エネルギーＥ_３、及び、第４固有エネルギーＥ_４を有しない。
第３スピンチェイン２３及び第６スピンチェイン２６は、第１固有エネルギーＥ_１、第２固有エネルギーＥ_２、及び、第３固有エネルギーＥ_３を有しない。
第４スピンチェイン２４及び第５スピンチェイン２５は、第１固有エネルギーＥ_１、第２固有エネルギーＥ_２、及び、第４固有エネルギーＥ_４を有しない。

このようなスピンチェインを含む量子ビット対構造体１０Ａにより、例えば、効率的に２量子ビットゲート操作を実施できる。

図３に示すように、この例では、第２量子ビット対１２ｒは、第１軸方向Ｄｘ１及び第２軸方向Ｄｘ２に対して傾斜する方向において、第１量子ビット対１１ｒの隣である。実施形態において、第２量子ビット対１２ｒは、第１軸方向Ｄｘ１及び第２軸方向Ｄｘ２に対して傾斜する方向において、第１量子ビット対１１ｒの隣でなくて良い。

上記において、２ｋ行で（２ｌ－１）列の第１量子ビット対１１ｒと、（２ｋ-１）行で２ｌ列の第２量子ビット対１２ｒと、の組み合わせに関する第２構成ＣＦ２における上記の関係は、１以上でｍ／２を超えない最大の整数以下の全ての整数、及び、１以上でｎ／２を超えない最大の整数以下の全ての整数について成立して良い。

第２構成ＣＦ２において、第１～第４固有エネルギーＥ_１～Ｅ_４における互いの差は、複数の量子ビット対１０ｐの間の距離の差により形成されても良い。

図４は、第１実施形態に係る情報処理装置を例示する模式図である。
図４に示すように、情報処理装置１１１において、上記の第１量子ビット対１１ｒ、第２量子ビット対１２ｒ、及び、第１～第６隣量子ビット対１５ａ～１５ｆが設けられる。

第１量子ビット対１１ｒと第１隣量子ビット対１５ａとの間の距離、及び、第２量子ビット対１２ｒと第３隣量子ビット対１５ｃとの間の距離は、第１距離Ｌ１である。
第１量子ビット対１１ｒと第２隣量子ビット対１５ｂとの間の距離、及び、第２量子ビット対１２ｒと第６隣量子ビット対１５ｆとの間の距離は、第２距離Ｌ２である。
第１量子ビット対１１ｒと第３隣量子ビット対１５ｃとの間の距離、及び、第２量子ビット対１２ｒと第１隣量子ビット対１５ａとの間の距離は、第４距離Ｌ４である。
第１量子ビット対１１ｒと第４隣量子ビット対１５ｄとの間の距離、及び、第２量子ビット対１２ｒと第５隣量子ビット対１５ｅとの間の距離は、第３距離Ｌ３である。
第１距離Ｌ１、第２距離Ｌ２、第３距離Ｌ３及び第４距離Ｌ４は、互いに異なる。このような距離の差により、固有エネルギーの差が生じても良い。

例えば、第１量子ビット対１１ｒは、第１元素及び第１同位体の少なくともいずれかを含む第１構造体ＳＢ１を含む。第２量子ビット対１２ｒは、第２元素及び第２同位体の少なくともいずれかを含む第２構造体ＳＢ２を含む。第１隣量子ビット対１５ａ、第２隣量子ビット対１５ｂ、第３隣量子ビット対１５ｃ、第４隣量子ビット対１５ｄ、第５隣量子ビット対１５ｅ及び第６隣量子ビット対１５ｆは、第３元素及び第３同位体の少なくともいずれかを含む第３構造体ＳＢ３を含む。第１構造体ＳＢ１は、第３構造体ＳＢ３とは異なる。第１構造体ＳＢ１は、第２構造体ＳＢ２とは異なる。第２構造体ＳＢ２は、第３構造体ＳＢ３とは異なる。このような複数の量子ビット対１０ｐにより、後述するように、仲介量子ビットの量子状態のエネルギー（遷移エネルギー）に差が生じても良い。

以下、量子ビット対１０ｐの例について説明する。
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、第１実施形態に係る情報処理装置を例示する模式図である。
図５（ａ）に示すように、２つの量子ビット対１０ｐと、スピンチェイン１０ｃと、が設けられる。２つの量子ビット対１０ｐは、例えば、量子ビット対１０ｐａと、量子ビット対１０ｐｂと、を含む。スピンチェイン１０ｃは、量子ビット対１０ｐａと、量子ビット対１０ｐｂと、の間に設けられる。２つの量子ビット対１０ｐの１つは、２つの物理系１０ｓを含む。２つの物理系１０ｓのそれぞれは、量子ビットを構成できる２つ以上の量子状態を有することができる。２つ物理系１０ｓの１つは、例えば、電子スピン１０Ｅｓに対応して良い。２つの物理系１０ｓの別の１つは、例えば、核スピン１０Ｎｓに対応して良い。例えば、電子スピン１０Ｅｓと核スピン１０Ｎｓとが、量子ビット対１０ｐａとなる。

電子スピン１０Ｅｓは、例えば、後述する仲介量子ビットとして利用される。核スピン１０Ｎｓは、例えば、メモリ量子ビットとして利用できる。量子ビット対１０ｐの１つは、例えば、ダイヤモンドのＮＶ中心である。ＮＶ中心は、ダイヤモンド窒素－空孔中心（Diamond Nitrogen-Vacancy Center）である。

例えば、２つの量子ビット対１０ｐの間に、スピンチェイン１０ｃが設けられる。スピンチェイン１０ｃは、電子スピン１０ｃＥｓを含む。スピンチェイン１０ｃは複数の電子スピン１０ｃＥｓを含む列を含む。例えば、複数の窒素原子を含む。複数の窒素原子は、例えば、２つの量子ビット対１０ｐの間で１次元的に並ぶ。２つの量子ビット対１０ｐは、互いに相互作用を及ぼしあうことができる。相互作用は、例えば、スピンチェイン１０ｃを介して行われてよい。

物理系１０ｓ（具体的には電子スピンあるいは核スピンのことであることに注意）は、２つの量子状態（｜０＞及び｜１＞）を取り得る。量子コンピュータにおいて、これらの２つの量子状態（｜０＞及び｜１＞）の量子力学的な重ね合わせの状態を利用して、情報処理が行われる。この重ね合わせの状態は、量子ビットに対応する。重ね合わせの状態は、例えば、Ψ＝α｜０＞＋β｜１＞で表される。α及びβは、｜α｜^２＋｜β｜^２＝１を満たす複素数である。

情報処理を行う際の量子演算において、１量子ビットゲートと、２量子ビットゲートと、が、量子ビットに実施される。１量子ビットゲートでは、１つの量子ビットの状態を変化させる。２量子ビットゲートでは、２つの量子ビットについて、条件付きゲートが実施される。条件付きゲートにおいて、一方の量子ビットの値に応じて、他方の量子ビットの値を変化させる。

例えば、２量子ビットゲートを実施したい２つの量子ビットは、接近することが可能である。このとき、２つの量子ビットは、直接に、十分な強さの相互作用を及ぼし合える。その相互作用を利用した２量子ビットゲートが実施できる。

１量子ビットゲートまたは２量子ビットゲートを、他の量子ビットへの影響を避けながら、所望の量子ビットに対して選択的に実施するための制御性を得る場合、量子ビット間の距離が長くなる。または、量子ビット数に拡張性を持たせるためのユニット構造などにより、量子ビット間の距離は長くなる。

量子ビット間に、相互作用を媒介する物理系が設けられる。この物理系は、所望の量子ビットを移動できる。相互作用を媒介する物理系は、十分な相互作用を直接及ぼし合うようにできるトラップドイオンの量子ビット以外に、適用できる。

相互作用を媒介する物理系として、電磁場またはスピンチェイン１０ｃなどが用いられる。電磁場として、光、または、マイクロ波等が用いられる。スピンチェイン１０ｃにおいて、例えば、固体中に複数のスピンが一次元的に並べられる。

相互作用を媒介する物理系を利用する場合、媒介する物理系と、量子ビットと、の間に、相互作用を仲介する物理系がさらに設けられる。媒介する物理系と、量子ビットと、の間の相互作用は、小さい場合がある。相互作用のＯＮ／ＯＦＦが困難である。このような場合においても上記の物理系が適用できる。仲介役の物理系は、例えば、仲介量子ビット（broker qubit）である。

仲介量子ビットと量子ビットとの間の距離は、十分な相互作用を互いに作用し合えるように短い。仲介量子ビットと量子ビットとは、量子ビット対となる。仲介量子ビットは、相互作用を媒介する物理系と、相互作用を作用し合う。仲介量子ビットは、相互作用を媒介する物理系と、例えば、ＯＮ／ＯＦＦ可能な相互作用を作用し合う。

量子ビット対として、例えば、ダイヤモンド中のＮＶ中心が利用できる。ＮＶ中心は、ダイヤモンド窒素－空孔中心（Diamond Nitrogen-Vacancy Center）である。

スピンチェインとして、ダイヤモンド中に１次元的に並べられた窒素原子（Ｐ１中心）を利用する方法がある。この方法では、ＮＶ中心の核スピンの量子状態の重ね合わせが、量子ビットとされる。核スピンは、^１５Ｎ原子に起因した、スピンＩ＝１／２に対応する。量子状態は、｜－１／２_ｎ＞及び｜＋１／２_ｎ＞である。電子スピンの量子状態の重ね合わせが仲介量子ビットとされる。電子スピンは、スピンＳ＝１に対応する。利用される量子状態は、｜０_ｅ＞及び｜＋１_ｅ＞に対応する。

電子スピン１０ｃＥｓを含むスピンチェイン１０ｃ（図５（ａ）参照）として、複数の窒素原子の列が利用される。複数の窒素原子の列は、１次元的に並ぶ。電子スピンは、スピンＳ＝１／２に対応する。

以下では、混乱を避けるため、通常の量子ビットをメモリ量子ビットと呼ぶ。通常の量子ビットは、量子ビット対の一方である核スピンが担う量子ビットに対応する。

図５（ｂ）は、１００ｍＴ～１Ｔの外部磁場を印加した場合の、ＮＶ中心の核スピン１０Ｎｓ及び電子スピン１０Ｅｓの結合系のエネルギー状態を示す。例えば、メモリ量子ビットは、｜０＞（＝＋１／２_ｎ＞）、及び、｜１＞（＝｜－１／２_ｎ＞）に対応する。例えば、仲介量子ビットは、｜０＞（＝｜０_ｅ＞）、及び、｜１＞（＝＋１_ｅ＞）に対応する。図１（ｂ）において、括弧の中の左側は、電子スピン１０Ｅｓの量子状態を示す。括弧の中の右側は、核スピン１０Ｎｓの量子状態を示す。（｜－１_ｅ＞，｜＋１／２_ｎ＞）の状態と、（｜－１_ｅ＞，｜－１／２_ｎ＞）の状態との、間のエネルギーは、約４０ＭＨｚの周波数に対応する。

上記の方法において、メモリ量子ビットに関する１量子ビットゲートは、ラジオ波をパルス照射することで実施される。ラジオ波は、メモリ量子ビットとなる２つの量子状態の間の遷移周波数に共鳴する。ラジオ波の強度及び時間は、所望の１量子ビットゲートに対応する強度及び時間を有する。例えば、ラジオ波パルスの照射により、ＮＯＴゲートを実施することができる。ラジオ波パルスは、例えば、πパルスと呼ばれる強度及び持続時間を有する。

メモリ量子ビット間の２量子ビットゲートでは、メモリ量子ビットと仲介量子ビットとの間のＳＷＡＰゲートが利用される。ＳＷＡＰゲートは、量子状態を入れ替えるゲートに対応する。スピンチェインを利用した仲介量子ビット間のＳＷＡＰゲートが、利用される。仲介量子ビットとメモリ量子ビットとの間における２量子ビットゲートが、利用される。

メモリ量子ビットと仲介量子ビットとの間のＳＷＡＰゲートは、制御ＮＯＴゲート（Ｃ_ｅＮＯＴ_ｎゲート）と、制御ＮＯＴゲート（Ｃ_ｎＮＯＴ_ｅゲート）と、の組み合わせにより実施される。制御ＮＯＴゲート（Ｃ_ｅＮＯＴ_ｎゲート）では、仲介量子ビットを制御量子ビットとし、メモリ量子ビットを標的量子ビットとする。制御ＮＯＴゲート（Ｃ_ｎＮＯＴ_eゲート）では、メモリ量子ビットを制御量子ビットとし、仲介量子ビットを標的量子ビットとする。Ｃ_ｅＮＯＴ_ｎゲート、Ｃ_ｎＮＯＴ_ｅゲート、及び、Ｃ_ｅＮＯＴ_ｎゲートの順に、３回の制御ＮＯＴゲート（ＣＮＯＴゲート：Controlled NOT gate)が実施される。

Ｃ_ｅＮＯＴ_ｎゲートは、ラジオ波のπパルスを照射することで実施される。このラジオ波は、メモリ量子ビットとなる２つの量子状態（｜－１／２_ｎ＞及び｜＋１／２_ｎ＞）の間の遷移に共鳴する。仲介量子ビットが｜０＞（＝｜０_ｅ＞）の場合には、量子状態（｜－１／２_ｎ＞及び｜＋１／２_ｎ＞）が分裂していない。このため、メモリ量子ビットは変化しない。仲介量子ビットが｜１＞（＝｜＋１_ｅ＞）の場は合、メモリ量子ビットにＮＯＴゲートが実施される。

Ｃ_ｎＮＯＴ_ｅゲートは、仲介量子ビットとなる２つの量子状態｜０_ｅ＞と｜＋１_ｅ＞との間の遷移に共鳴するマイクロ波のπ／２パルスをτ_ｍの時間間隔をあけて２回照射することで実施できる。τ_ｍの間の時間発展が制御位相ゲートとなり、τ_ｍの設定により２つのπ／２パルス照射の前後でＣ_ｎＮＯＴ_ｅゲートを実施したことになるτ_ｍを設定できる。

以上のように、メモリ量子ビットと仲介量子ビットの間のＳＷＡＰゲートは、ラジオ波とマイクロ波の照射によるＣ_ｅＮＯＴ_ｎゲートとＣ_ｎＮＯＴ_ｅゲートにより実施できる。

スピンチェインを利用した仲介量子ビット間のＳＷＡＰゲートでは、仲介量子ビットとスピンチェインの共鳴を利用する。スピンチェインがＮ個の電子スピンで構成されている場合、隣のスピン間の結合強度をκとすると、スピンチェインは、式（１）で表されるフェルミオンモード固有エネルギーＥ_ｋを有する。

仲介量子ビットの３つのエネルギー状態｜－１_ｅ＞、｜０_ｅ＞、及び、｜＋１_ｅ＞において、｜－１_ｅ＞と｜＋１_ｅ＞との間の遷移に、２光子共鳴するマイクロ波を｜０_ｅ＞からの離調Δで照射する。この際、離調Δを式（２）の条件を満たすように設定する。

これにより、仲介量子ビットとスピンチェインのｋ番目のモードを共鳴させることができる。

スピンチェインとなる電子スピンに、その遷移エネルギーに共鳴するラビ周波数ν_Ｒの電磁波を照射している場合は、式（３）の条件が適用される。

これにより、仲介量子ビットとスピンチェインのｋ番目のモードを共鳴させることができる。

１つのスピンチェインの両端の仲介量子ビットを同時にスピンチェインのｋ番目のモードに共鳴させると、両端の仲介量子ビット間で状態の振動が始まる。式（４）で表される時間τ_ｋ後には、２つの仲介量子ビット間で量子状態が入れ替わり、ＳＷＡＰゲートが実施される。

式（４）において、「ｇ」は、仲介量子ビットの電子スピンとスピンチェインの端の電子スピンとの結合強度である。τ_κ（すなわちゲート時間）は、通常は、短いほど良い。したがって、「Ｎ」が奇数の場合、ｋ＝（Ｎ＋１）／２のモード、または、ｋ＝（Ｎ＋１）／２に近いモードが利用されることが好ましい。「Ｎ」が偶数の場合、ｋ＝Ｎ／２±１のモード、または、ｋ＝Ｎ／２±１に近いモードが利用されるのが好ましい。

仲介量子ビットとメモリ量子ビットとの間での２量子ビットゲートとしては、Ｃ_ｅＮＯＴ_ｎゲート、または、Ｃ_ｎＮＯＴ_ｅゲートが利用できる。Ｃ_ｅＮＯＴ_ｎゲート、または、Ｃ_ｎＮＯＴ_ｅゲートは、仲介量子ビットとメモリ量子ビット間のＳＷＡＰゲートに利用される。仲介量子ビットとメモリ量子ビットとの間で他の２量子ビットゲートができれば、そのゲートが２つのメモリ量子ビット間で実施できる。

図６は、第１実施形態に係る情報処理装置における動作を例示する模式図である。
図６に示すように、量子ビット対１０ｐａ及び量子ビット対１０ｐｂとの間にスピンチェイン１０ｃが設けられる。量子ビット対１０ｐａは、第１メモリ量子ビットｍｑ１及び第１仲介量子ビットｂｑ１を含む。量子ビット対１０ｐｂは、第２メモリ量子ビットｍｑ２及び第２仲介量子ビットｂｑ２を含む。例えば、第１メモリ量子ビットｍｑ１及び第１仲介量子ビットｂｑ１は、直接相互作用が可能である。例えば、第２メモリ量子ビットｍｑ２及び第２仲介量子ビットｂｑ２は、直接相互作用が可能である。

２つのメモリ量子ビットの間（メモリ量子ビット１０ｐａｍと第２メモリ量子ビット１０ｐｂｍとの間）で２量子ビットゲートを行う手順は、以下のとおりである。

第１手順ＳＳ１：第１メモリ量子ビットｍｑ１の量子状態を、対となる第１仲介量子ビットｂｑ１の量子状態と、ＳＷＡＰゲートで入れ替える。

第２手順ＳＳ２：スピンチェインを利用したＳＷＡＰゲートを利用して、第１仲介量子ビットｂｑ１の量子状態を、第２メモリ量子ビットｍｑ２と対となる第２仲介量子ビットｂｑ２の量子状態と、入れ替える。

第３手順ＳＳ３：第２仲介量子ビットｂｑ２と第２メモリ量子ビットｍｑ２との間で、２量子ビットゲートを行う。

第４手順ＳＳ４：第２仲介量子ビットｂｑ２と第１仲介量子ビットｂｑ１との量子状態をＳＷＡＰゲートで入れ替える。

第５手順ＳＳ５：第１仲介量子ビットｂｑ１と第１メモリ量子ビットｍｑ１との量子状態をＳＷＡＰゲートで入れ替える。

以上の第１～第５手順ＳＳ１～ＳＳ５により、スピンチェインの両側のメモリ量子ビットの間で、２量子ビットゲートを行うことができる。

量子ビット対とスピンチェインとを用いた２量子ビットゲートでは、１つの量子ビット対に複数の量子ビット対が複数のスピンチェインを介してつながっている場合、ある所望の２つのメモリ量子ビットに対して選択的に２量子ビットゲートが実施される。

例えば、その２つのメモリ量子ビットと対となる２つの仲介量子ビットを、それらの間にあるスピンチェインに共鳴させる。その状態で、第１～第５手順ＳＳ１～ＳＳ５が実施されることで、選択的な２量子ビットゲートが実施される。

量子情報処理では、性能の高い誤り訂正符号である表面符号が利用される。このような表面符号を得るための適切な構成については、知られていない。例えば、量子ビット対とスピンチェインの配置、及び、スピンチェインのフェルミオンモード固有エネルギーが適切に定められることで、適切な表面符号が効率的に得られる。以下、簡単のために、「フェルミオンモード固有エネルギー」を「固有エネルギー」と呼ぶ。

以下、表面符号の例について説明する。
図７は、第１実施形態に係る情報処理装置における動作を例示する模式図である。
図７に示すように、表面符号において、複数の量子ビット対１０ｐ（メモリ量子ビット）が、データ量子ビット（「Ｄ」）、Ｚ測定量子ビット（「Ｚ」）、及び、Ｘ測定量子ビット（「Ｘ」）の３種類の量子ビットに分けられる。

図７に示すように、これらの量子ビットは、２次元的に並ぶ。データ量子ビットと２種の測定量子ビットを含む１つの領域のデータ量子ビットが、１つの符号化された論理量子ビットに対応する。

図８は、第１実施形態に係る情報処理装置における動作を例示する模式図である。
図８に示すように、Ｚ測定量子ビット及びＸ測定量子ビットは、第１～第４操作ｐ１～ｐ４を、同期しながら、Ｚ測定量子ビット及びＸ測定量子ビットのそれぞれの隣のデータ量子ビットとの間でＣＮＯＴゲートを繰り返して行われる。

例えば、第１～第４操作ｐ１～ｐ４の組みの１つが実施されたら、測定による読み出しが行われる。読み出された後に、初期化される。その後、次のＣＮＯＴゲートの組みが始まる。この一連の動作が繰り返される。一連の動作は、表面符号のサイクルに対応する。全ての測定量子ビットにおいて、決められた順番で、上記のＣＮＯＴゲートが同期して繰り返えされる。

図９は、第１実施形態に係る情報処理装置における動作を例示する模式図である。
図９に示すように、Ｚ測定量子ビットにおける操作、及び、Ｘ測定量子ビットに関する操作の流れを例示している。図９において、左から右への向きに操作が、同期して繰り返して行われる。「｜ｇ＞」は、初期化に対応する。「Ｍ」は、測定に対応する。「Ｈ」はアダマールゲートに対応する。「Ｉ」は、「何もしない」ことを示す。

Ｚ測定量子ビットでは、データ量子ビットを制御量子ビットとし、Ｚ測定量子ビットを標的量子ビットとしたＣＮＯＴゲートであるＣ_ＤＮＯＴ_Ｚゲートが行われる。Ｘ測定量子ビットでは、データ量子ビットを標的量子ビットとし、Ｘ測定量子ビットを制御量子ビットとしたＣＮＯＴゲートであるＣ_ＸＮＯＴ_Ｄゲートが行われる。Ｘ測定量子ビットでは、一連のＣ_ＸＮＯＴ_Ｄゲートの前後にアダマールゲートという１量子ビットゲートが実施される。図９には、表面符号に関する上記のサイクルを例示している。

スピンチェインの固有エネルギーとして、全て同じ値の固有エネルギーを利用する場合、上記のような表面符号を実施することは、困難である。

図１０は、情報処理装置における動作を例示する模式図である。
例えば、図１０に示すように、縦に並ぶ３つのスピンチェインの固有エネルギーが同じ場合がある。３つのスピンチェイン（スピンチェインＳＣ１～ＳＣ３）の固有エネルギーは、Ｅｒである。スピンチェインＳＣ３は、測定量子ビットＭｑ２とデータ量子ビットＤｑ２との間にある。スピンチェインＳＣ２は、データ量子ビットＤｑ２と測定量子ビットＭｑ１との間にある。スピンチェインＳＣ１は、測定量子ビットＭｑ１とデータ量子ビットＤｑ１との間にある。

表面符号の実施において、例えば、以下が行われる。スピンチェインＳＣ１の両側の２つの仲介量子ビットをスピンチェインＳＣ１に共鳴させる。スピンチェインＳＣ３の両側の２つの仲介量子ビットをスピンチェインＳＣ３に、共鳴させる。これらの共鳴が同時に行われる。この際、３つのスピンチェインの固有エネルギーが等しいために、スピンチェインＳＣ２の両側の仲介量子ビットにおいて、スピンチェインＳＣ２への共鳴が生じる。このため、スピンチェインＳＣ１及びＳＣ３を用いた２つのＣＮＯＴゲートが正常に動作することが困難である。縦及び横において、３つの並んだスピンチェインの固有エネルギーが同じである場合に、同様の状況が生じる。

一方、全ての固有エネルギーが異なり、複数の量子ビットのそれぞれが個別に操作できる場合、表面符号が実施できると考えられる。しかし、量子ビットの数が増大した場合には、全てが互いに異なる固有エネルギーを設定するのは、実用的には、困難である。固有エネルギーの数を抑制しつつ、表面符号を適切に実施できるスピンチェインの配置が望まれる。

実施形態においては、図７に例示する量子ビットの配列において、例えば、スピンチェインの特性が適切に設定される。例えば、上記の第１構成ＣＦ１または第２構成ＣＦ２を採用することで、表面符号を適切に実施できる。

説明を簡単にするために、図７中の「左右上下」により、測定量子ビット及びデータ量子ビットの位置を言及する。

第１構成ＣＦ１において、例えば、表面符号のサイクルで同期しながら実施されるＣＮＯＴゲートにおいて、どの時も仲介量子ビットが共鳴すべきスピンチェインの固有エネルギーは同じである。この場合、例えば、全ての仲介量子ビットを第１固有エネルギーＥ_１に共鳴させる。例えば、図７において、複数の測定量子ビットの１つと、その上のデータ量子ビットと、の間のＣ_ＤＮＯＴ_Ｚ及びＣ_ＸＮＯＴ_Ｄを同時に実施するためのＳＷＡＰゲートが実施される。このＳＷＡＰゲートは、必要な仲介量子ビットの間で実施される。例えば、図９に例示した表面符号のサイクルが実施できる。このときに、他の仲介量子ビットには実効的な影響を及ぼさないようにすることができる。上記の操作は、例えば、全ての仲介量子ビットを第２～第４固有エネルギーＥ_２～Ｅ_４に共鳴させた場合も、同様である。

第２構成ＣＦ２において、複数の測定量子ビットの１つと、その上のデータ量子ビットと、の間のＣ_ＤＮＯＴ_Ｚ及びＣ_ＸＮＯＴ_Ｄが同時に実施される。例えば、Ｚ測定量子ビットと対の仲介量子ビットと、その上のデータ量子ビットと対の仲介量子ビットと、は、第１固有エネルギーＥ_１に共鳴させる。Ｘ測定量子ビットと対の仲介量子ビットと、その上のデータ量子ビットと対の仲介量子ビットと、は、第３固有エネルギーＥ_３に共鳴させる。

Ｚ測定量子ビットと、それと対の仲介量子ビットと、を含む量子ビット対を「Ｚ測定量子ビット対」と呼ぶ。Ｘ測定量子ビットと、それと対の仲介量子ビットと、を含む量子ビット対を「Ｘ測定量子ビット対」と呼ぶ。「Ｚ測定量子ビット対」及び「Ｘ測定量子ビット対」は、表面符号の実施において同等ではない。このため、「Ｚ測定量子ビット対」及び「Ｘ測定量子ビット対」について、表面符号の実施時には、異なる操作が実施される。

データ量子ビットと、それと対の仲介量子ビットと、を含む量子ビット対を「データ量子ビット対」と呼ぶ。「データ量子ビット対」は、表面符号の実施において、第１構成ＣＦ１の場合は、同じ時刻には同じ操作を実施すればよい場合が多い。Ｚ測定量子ビット対の上のデータ量子ビット対と、Ｘ測定量子ビット対の上のデータ量子ビット対と、は、互いに同じではない。第２構成ＣＦ２においては、このような同じではないデータ量子ビット対に対応した２種類のデータ量子ビットが生じる。第２構成ＣＦ２の方が、第１構成ＣＦ１よりも、操作において好都合のことがある。

第１構成ＣＦ１及び第２構成ＣＦ２によれば、例えば、少数の共通の操作で多くの量子ビットについて、表面符号の実施に必要な操作を実施できる。例えば、装置または操作方法を単純化できる。処理効率を向上できる情報処理装置及び情報処理方法が提供できる。場合によっては、第２構成ＣＦ２において、その効果が大きい場合がある。

量子ビット対及びスピンチェインの配置が、第１構成ＣＦ１の場合、表面符号の実施時に、例えば、量子ビット対は、データ量子ビット対、Ｚ測定量子ビット対及びＸ測定量子ビット対の３種に分けられる。例えば、同じ種類に分けられた量子ビット対に、ほぼ同じ操作が実施される。局在中心の量子ビットへのゲート操作においては、例えば、量子ビットとなる量子状態間の遷移に、マイクロ波を共鳴させる量子状態操作が利用できる。

その際、例えば、波長が長いため（１ｃｍ程度の波長）局所的な照射が難しいマイクロ波を、量子ビットの位置に合わせて選択的に照射して３種の量子ビット対を区別して操作するのは困難である。マイクロコイルを利用しても１００μｍ程度以下の局所的照射は難しい。

実施形態においては、例えば、量子ビットとなる量子状態間の遷移周波数が、３種の量子ビット間で異なる値を有するように設定される。例えば、照射されるマイクロ波の遷移周波数への共鳴を利用して、選択的にマイクロ波を所望の量子ビット集団に作用させる。これにより、例えば、３種の量子ビット対を区別して操作することが容易になる。例えば、局在中心の量子ビットでは、量子ビットとなる量子状態として、スピンの状態を利用することが多い。例えば、３種の量子ビット対に対応した３種の異なる磁場を印加することで、３種の量子ビット対１０ｐの状態を、互いに異なるように設定できる。

以下、別の構成の例について説明する。別の構成を「第３構成」と呼ぶ。第３構成は、第１構成ＣＦ１及び第２構成ＣＦ２の少なくともいずれかと組み合わせられて良い。
図１１は、実施形態に係る情報処理装置を例示する模式図である。
図１１に示すように、実施形態に係る情報処理装置１１２は、第３構成ＣＦ３を有する。第３構成ＣＦ３において、情報処理装置１１２は、量子ビット対構造体１０Ａに加えて、複数の第１導電部材３１、及び、複数の第２導電部材３２を含む。第３構成ＣＦ３において、量子ビット対構造体１０Ａは、複数の量子ビット対１０ｐを含む。複数の量子ビット対１０ｐは、ｍ行ｎ列（ｍは３以上の整数、ｎは３以上の整数）に並ぶ。第３構成ＣＦ３においては、複数の量子ビット対１０ｐの間の距離は、互いに同じでも良い。複数の量子ビット対１０ｐの間の距離は、互いに異なっても良い。例えば、量子ビット対構造体１０Ａは、上記の第１構成ＣＦ１または第２構成ＣＦ２などを有して良い。第３構成ＣＦ３において、複数の量子ビット対１０ｐに含まれる元素または同位体は同じでも良い。

複数の第１導電部材３１は、第１方向Ｄｒ１に沿って延びる。第１方向Ｄｒ１は、例えば、第１軸方向Ｄｘ１で良い。複数の第１導電部材３１は、第１方向Ｄｒ１と交差する第１交差方向に沿って並ぶ。第１交差方向は、例えば、第２軸方向Ｄｘ２で良い。

複数の第２導電部材３２は、第２方向Ｄｒ２に沿って延びる。第２方向Ｄｒ２は、第１方向Ｄｒ１及び第１交差方向を含む平面に沿い第１方向Ｄｒ１と交差する。第２方向Ｄｒ２は、例えば、第２軸方向Ｄｘ２で良い。複数の第２導電部材３２は、第２交差方向に沿って並ぶ。第２交差方向は、上記の平面に沿い第２方向Ｄｒ２と交差する。第２交差方向は、例えば、第１軸方向Ｄｘ１で良い。

複数の量子ビット対１０ｐは、上記の平面（Ｄｒ１－Ｄｒ２平面）に沿って並ぶ。複数の量子ビット対１０ｐの１つは、上記の平面と交差する第３方向Ｄｒ３において、第１領域ｒ１及び第２領域ｒ２と重なる。第１領域ｒ１は、複数の第１導電部材３１の１つと、複数の第１導電部材３１の別の１つと、の間である。複数の第１導電部材３１の上記の別の１つは、複数の第１導電部材３１の上記の１つの隣である。第２領域ｒ２は、複数の第２導電部材３２の１つと、複数の第２導電部材３２の別の１つと、の間である。複数の第２導電部材３２の上記の別の１つは、複数の第２導電部材３２の上記の１つの隣である。複数の第１導電部材３１及び複数の第２導電部材３２は、例えば配線である。

図１１に示すように、複数の第１導電部材３１には、交互に逆向きの電流が供給されることが可能である。複数の第２導電部材３２には、交互に逆向きの電流が供給されることが可能である。これらの電流は、例えば、回路部７０から供給されて良い。例えば、回路部７０は、第１電流回路７０Ａ及び第２電流回路７０Ｂを含んで良い。第１電流回路７０Ａは、複数の第１導電部材３１と電気的に接続される。第２電流回路７０Ｂは、複数の第２導電部材３２と電気的に接続される。電気的な接続において、間にスイッチ素子などが設けられても良い。

例えば、回路部７０（第１電流回路７０Ａ）は、複数の第１導電部材３１の上記の１つに、第１向きの第１電流ｉ１を供給可能である。回路部７０（第１電流回路７０Ａ）は、複数の第１導電部材３１の上記の別の１つに第２向きの第２電流ｉ２を供給可能である。第２向きは、第１向きの逆である。回路部７０（第２電流回路７０Ｂ）は、複数の第２導電部材３２の上記の１つに第３向きの第３電流ｉ３を供給可能である。回路部７０（第２電流回路７０Ｂ）は、複数の第２導電部材３２の上記の別の１つに第４向きの第４電流ｉ４を供給可能である。第４向きは、第３向きの逆である。このような導電部材により、量子ビット対の状態の操作が効率的に実施できる。

例えば、複数の導電部材群が設けられる。複数の導電部材群の１つは、例えば、複数の第１導電部材３１に対応する。複数の導電部材群の別の１つは、例えば、複数の第２導電部材３２に対応する。複数の導電部材群のそれぞれの導電部材は、Ｚ軸方向（第３方向Ｄｒ３）において互いに重ならずに平面的に並ぶ。複数の導電部材群は、格子状に設けられる。複数の量子ビット対１０ｐの１つ、格子状の領域の１つに対応して設けられる。

図１１の例では、複数の導電部材の間の間隔は同じである。複数の電流の大きさは同じで良い。複数の導電部材は、実質的に同じ平面に設けられて良い。図１１において、この場合における格子の中心の位置における相対的な磁場の強さが、「０」、「２」または「－２」の数字で示されている。この例において、第３方向に沿う１つの向きの磁場が正であり、第３方向に沿い上記の１つの向きとは逆の向きの磁場が負である。

この場合、導電部材で構成される正方格子の中心での磁場の配置は、図７に例示したデータ量子ビット対、Ｚ測定量子ビット対、及び、Ｘ測定量子ビット対の配置と同じになる。第３構成ＣＦ３において、３種のオフセット磁場が複数の量子ビット対１０ｐに印加することができる。第３構成ＣＦ３において、３種の量子ビットを遷移周波数で区別して操作することができる。

第３構成ＣＦ３において、複数の導電部材群の相互の間隔は、互いに異なって良い。複数の導電部材群における電流の値は、互いに異なって良い。導電部材群の相互の間隔、及び、電流の値の少なくともいずれかによって、目的に合ったオフセット磁場を生じさせることができる。

図１２は、実施形態に係る情報処理装置を例示する模式図である。
図１２に示すように、実施形態に係る情報処理装置１１３は、第３構成ＣＦ３を有する。情報処理装置１１３において、複数の第２導電部材３２どうしの間の距離（間隔）は、同じではない。情報処理装置１１３は、複数の第１導電部材３１を含む。量子ビット対構造体１０Ａは、上記の第１構成ＣＦ１または第２構成ＣＦ２などを有して良い。

図１２に示した例では、第２導電部材群（複数の第２導電部材３２）における間隔は、第１間隔ｇ１または第２間隔ｇ２である。第１導電部材群における電流の値は、第１電流値である。第１導電部材群（複数の第１導電部材３１）における間隔は、第３間隔ｇ３である。第２導電部材群における電流の値は、第２電流値である。

例えば、ｇ１:ｇ２:ｇ３＝１：２：１．５とする。第１電流値：第２電流値＝１．５：１とする。このとき、例えば、上記の第２構成ＣＦ２に対応するオフセット磁場の配置が得られる。このオフセット磁場の配置により、データ量子ビット対がさらに２種に区別されて操作される。

量子ビット対１０ｐをスピンチェインで結合した量子コンピュータで量子計算を行う際には、以下が行われる。表面符号のサイクルとして、Ｃ_ＤＮＯＴ_Ｚ及びＣ_ＸＮＯＴ_Ｄ以外に、Ｚ測定量子ビット及びＸ測定量子ビットを対象とした測定及び初期化が行われる。Ｘ測定量子ビットを対象としたアダマールゲートが行われる。表面符号のサイクルとは別に、Ｚ測定量子ビット及びＸ測定量子ビットの個別の停止が行われる。データ量子ビットに関する個別の初期化と、個別の１量子ビットゲートと、個別の測定と、が行われる。実施形態におけるＺ測定量子ビット及びＸ測定量子ビットの初期化では、Ｚ測定量子ビット及びＸ測定量子ビットに関する個別の１量子ビットゲートが利用される。

１量子ビットゲートの一種であるアダマールゲートは、量子ビットとなる２状態系の遷移に共鳴するπ／２パルスの電磁波を照射することで実施される。局在中心の場合、例えば、この照射電磁波は、ラジオ波であることが多い。

以下、情報処理装置１１２及び１１３において実施可能なアダマールゲートの例について、説明する。アダマールゲートにおいて、例えば、ＮＶ中心を用いた複数の量子ビット対１０ｐに、一様な外部磁場が印加される。さらに、導電部材群により、図１１または図１２に例示したパターンのオフセット磁場が印加される。

Ｘ測定量子ビットにアダマールゲートを実施する場合は、Ｘ測定量子ビットと対の仲介量子ビットの｜０_ｅ＞と｜＋１_ｅ＞との間の遷移（｜０＞と｜１＞との間の遷移）に共鳴するマイクロ波のπパルスを照射する。Ｘ測定量子ビットの仲介量子ビットを、｜＋１_ｅ＞（すなわち｜１＞）にする。その後、Ｘ測定量子ビットの｜＋１／２_ｎ＞と｜－１／２_ｎ＞との間の遷移（｜０＞と｜１＞との間の遷移）に共鳴するラジオ波のπ／２パルスを照射する。再び、仲介量子ビットの｜０_ｅ＞と｜＋１_ｅ＞の間の遷移（｜０＞と｜１＞との間の遷移）に共鳴するマイクロ波のπパルスを照射する。仲介量子ビットは、｜０ｅ＞及び｜０＞に戻す。このようにして、Ｘ測定量子ビットの全体、及び、Ｘ測定量子ビット、について、選択的にアダマールゲートを実施することができる。

局在中心を利用した量子ビットの場合、測定量子ビット及びデータ量子ビットに関する測定及び初期化では、光励起過程が使われることが多い。実施形態では、表面符号のサイクルとは別の測定量子ビットの個別の停止、データ量子ビットに関する個別の１量子ビットゲートと個別の測定において、光照射が利用される。これらについて、一様な外部磁場が印加されたＮＶ中心を用いた量子ビット対１０ｐに、図１１または図１２に例示したようなパターンのオフセット磁場が印加される。

以下、光励起過程、光照射を用いる測定、及び、操作の例について説明する。

図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、実施形態に係る情報処理装置を例示する模式図である。
図１３（ａ）は、透過平面図である。図１３（ｂ）は、断面図である。
図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示すように、実施形態に係る情報処理装置１１４は、量子ビット対構造体１０Ａは、複数の量子ビット対１０ｐに加えて、複数の電極４０Ｅ及び光検出部４５を含む。この例では、複数の第１導電部材３１、及び、複数の第２導電部材３２が設けられている。

例えば、複数の電極４０Ｅは、複数の第１電極４１と、第２電極４２と、を含む。複数の第１電極４１のそれぞれは、例えば、筒状である。筒状は、円筒状を含む。複数の第１電極４１の形状は、ドーム状（針状を含む）などでも良い。複数の第１電極４１の形状は、種々の変形が可能である。複数の第１電極４１のそれぞれから第２電極４２への方向は、第３方向Ｄｒ３に沿う。複数の第１電極４１の１つの中心部の位置は、第３方向Ｄｒ３において、複数の量子ビット対１０ｐの１つの位置と、実質的に重なる。複数の電極４０Ｅ（複数の第１電極４１、及び、第２電極４２）は、例えば光透過性である。

複数の電極４０Ｅは、複数の量子ビット対１０ｐに個別に電場を印加可能である。例えば、電場印加部７１が設けられる。電場印加部７１は、複数の電極４０Ｅと電気的に接続される。電場印加部７１と、複数の電極４０Ｅと、の間にスイッチ素子が設けられても良い。

例えば、光検出部４５は、複数の量子ビット対１０ｐが発する光を検出可能である。例えば、光検出部４５は、複数の検出領域４５ｒを含む。複数の検出領域４５ｒの１つは、第３方向Ｄｒ３において、複数の量子ビット対１０ｐの１つと重なる。

この例では、光検出部４５と基体４０ｓとの間に、複数の量子ビット対１０ｐ及びスピンチェイン１０ｃが設けられる。光検出部４５と、複数の量子ビット対１０ｐ及びスピンチェイン１０ｃが設けられる領域（層状領域）と、の間に、上記の複数の第１電極４１が設けられる。複数の量子ビット対１０ｐ及びスピンチェイン１０ｃが設けられる領域（層状領域）と、基体４０ｓと、の間に、上記の第２電極４２が設けられる。第２電極４２が設けられる領域（層状領域）と、複数の量子ビット対１０ｐ及びスピンチェイン１０ｃが設けられる領域（層状領域）と、の間に、複数の第１導電部材３１が設けられる。複数の量子ビット対１０ｐ及びスピンチェイン１０ｃが設けられる領域（層状領域）と、第２電極４２が設けられる領域（層状領域）と、の間に、複数の第２導電部材３２が設けられる。これらの領域の間に中間部材４０ｉが設けられて良い。中間部材４０ｉの少なくとも一部は、例えばダイヤモンドである。基体４０ｓは、例えば、石英基板などで良い。

図１３（ｂ）に示すように、情報処理装置１１４は、電磁波照射部５０Ｄを含んでも良い。電磁波照射部５０Ｄは、例えば、複数の量子ビット対１０ｐに電磁波５０Ｗを照射する。電磁波５０Ｗは、例えば、ラジオ波、マイクロ波、及び、光の少なくともいずれかを含んで良い。

例えば、情報処理装置１１４において、複数の量子ビット対１０ｐの仲介量子ビットから放出される光子が、個別に検出される。測定量子ビット及びデータ量子ビットが測定される。複数の仲介量子ビットから得られる光子を検出する光検出部４５が設けられる。複数の電極４０Ｅにより、複数の仲介量子ビットのそれぞれにおける光遷移の遷移周波数をシュタルク効果により変化させることができる。例えば、複数の第１電極４１（光透過性電極）の１つは、複数の量子ビット対１０ｐの１つの近傍に設けられる。電磁波照射部５０Ｄにより、例えば、全ての仲介量子ビットに光が同時に照射されることが可能である。光は、グローバルフィールドに対応する。光は、４つの周波数ν_１、ν_２、ν_３、及びν_４の成分を含む。４つの周波数ν_１、ν_２、ν_３、及びν_４は、例えば、測定、初期化、個別の停止、及び、個別の１量子ビットゲートに利用される。

図１４は、実施形態に係る情報処理装置を例示する模式的断面図である。
図１４に示すように、実施形態に係る情報処理装置１１５は、情報処理装置１１４に含まれる構成に加えて、反射部材４６ｒを含む。

反射部材４６ｒは、光検出部４５と、複数の量子ビット対１０ｐと、の間に設けられる。この例では、反射部材４６ｒは、複数の第１光学層４６ａと、複数の第２光学層４６ｂと、を含む。複数の第１光学層４６ａの１つと、複数の第１光学層４６ａの別の１つと、の間に、複数の第２光学層４６ｂの１つがある。複数の第２光学層４６ｂの１つと、複数の第２光学層４６ｂの別の１つと、の間に、複数の第１光学層４６ａの１つがある。複数の第１光学層４６ａの屈折率は、複数の第２光学層４６ｂの屈折率とは異なる。反射部材４６ｒは、例えば、ブラッグミラーで良い。

情報処理装置１１５において、複数の量子ビット対１０ｐに対応して、反射部材４６ｒが分割される。反射部材４６ｒは、導波構造の少なくとも一部である。

例えば、仲介量子ビットからの光子の検出において、励起光が光検出部４５に入射して測定値に影響を与えると、正しい測定結果を得ることが困難である。励起光は、仲介量子ビットからの光子と分離されることが好ましい。情報処理装置１１５においては、反射部材４６ｒが設けられる。反射部材４６ｒは、励起光を反射する。これにより、光検出部４５への励起光の影響を抑制できる。

例えば、励起光と発光とを時間的に分離することで、励起光の影響が抑制されても良い。例えば、励起光をパルス励起光とする。例えば、光検出部４５における検出のタイミングをパルス励起光と同期させる。例えば、励起光のない期間に、高感度の光検出が行われる。これにより、励起光の影響を抑制できる。

量子ビット対１０ｐの間隔が放出光子の波長よりも短い場合には、導波路構造への光子の侵入は難しくなる。このような場合は、励起光と検出との時間的分離が、有利であると考えられる。

図１５は、実施形態に係る情報処理装置を例示する模式的断面図である。
図１５に示すように、実施形態に係る情報処理装置１１６は、情報処理装置１１４に含まれる構成に加えて、光減衰部材４８を含む。光減衰部材４８は、第３方向Ｄｒ３において、複数の量子ビット対１０ｐの間の領域と重なる。例えば、光減衰部材４８は、第３方向Ｄｒ３において、複数の第１導電部材３１と重なっても良い。例えば、光減衰部材４８は、第３方向Ｄｒ３において、複数の第２導電部材３２の少なくとも１つと重なっても良い。光減衰部材４８は、例えば、遮光部として機能する。光減衰部材４８は、例えば、光を吸収する。

例えば、複数の仲介量子ビットからの光は、複数の仲介量子ビットのそれぞれに最も近い検出領域４５ｒで検出されることが望ましい。光減衰部材４８により、複数の仲介量子ビットの１つからの光が、複数の仲介量子ビットのその１つに対応する検出領域４５ｒで適切に検出される。複数の仲介量子ビットの１つからの光が、他の検出領域４５ｒに入射することが抑制できる。これにより、より高い精度での検出が可能になる。

以下、測定量子ビット及びデータ量子ビットの測定の例について説明する。
Ｚ測定量子ビットに関する測定では、Ｚ測定量子ビットの量子ビット対１０ｐ（Ｚ測定量子ビットと仲介量子ビットの結合系）に、マイクロ波のπパルスを照射する。マイクロ波のπパルスは、（｜０_ｅ＞，｜－１／２_ｎ＞）と、（｜＋１_ｅ＞，｜－１／２_ｎ＞）と、の間の遷移周波数に共鳴する（図５（ｂ）参照）。

例えば、図１１または図１２に例示したオフセットパターンが適用される。これにより、Ｚ測定量子ビットの（｜０_ｅ＞，｜－１／２_ｎ＞）と、（｜＋１_ｅ＞，｜－１／２_ｎ＞）と、の間の遷移周波数は、Ｘ測定量子ビット対またはデータ量子ビット対の対応する遷移周波数とは異なる。Ｚ測定量子ビットの量子ビット対に、選択的にマイクロ波を作用させることができる。例えば、Ｚ測定量子ビットが｜－１／２_ｎ＞（＝｜１＞）である場合、（｜０_ｅ＞，｜－１／２_ｎ＞）の状態である量子ビット対１０ｐは、（｜＋１_ｅ＞，｜－１／２_ｎ＞）の状態へ変化する。一方、Ｚ測定量子ビットが｜＋１／２_ｎ＞（＝｜０＞）である場合、量子ビット対１０ｐの状態は、変化しない。

図１６は、実施形態に係る情報処理装置における状態を例示する模式図である。
図１６は、ＮＶ中心の電子基底状態（^３Ａ）と電子励起状態（^３Ｅ）とにおける電子スピンの状態を例示している。電子スピンの状態は、仲介量子ビットの状態に対応する。図１６においては、核スピンの状態による分裂は省略される。

図５（ｂ）においては、^３Ａに相当するエネルギー状態が例示される。マイクロ波照射の後、複数の電極４０Ｅ（光透過性電極）に電圧が印加される。電圧の印加による電場により、Ｚ測定量子ビットと対となる仲介量子ビットの^３Ａの｜０_ｅ＞と^３Ｅの｜０_ｅ＞との間の光遷移エネルギーが変化する。仲介量子ビットは、励起光の周波数ν_１に共鳴する。Ｚ測定量子ビットが｜＋１／２_ｎ＞（すなわち｜０＞）である場合、対となる仲介量子ビットは、励起されて光子を放出する。

これにより、最近接の検出領域４５ｒ（光検出部４５）で、光子が検出される。励起光による^３Ａの｜０_ｅ＞から^３Ｅの｜０_ｅ＞への励起と、光子放出による^３Ｅの｜０_ｅ＞から^３Ａの｜０_ｅ＞への緩和と、は、核スピンの状態（Ｚ測定量子ビット）を保ったまま、繰り返される。複数の光子が放出される。

一方、Ｚ測定量子ビットが｜－１／２_ｎ＞（＝｜１＞）の場合は、対となる仲介量子ビットは励起されず、光子は放出されない。このため、最近接の検出領域４５ｒ（光検出部４５）での光子の検出は起こらない。このようにして、Ｚ測定量子ビットに関する測定が行われる。

Ｘ測定量子ビットに関する測定において、Ｘ測定量子ビットの量子ビット対１０ｐに、マイクロ波のπパルスが照射される。このマイクロ波のπパルスは、図５（ｂ）に例示した（｜０_ｅ＞，｜－１／２_ｎ＞）と、（｜＋１_ｅ＞，｜－１／２_ｎ＞）と、の間の遷移周波数に共鳴する。

Ｚ測定量子ビットに関する測定の場合と同様に、Ｘ測定量子ビットの量子ビット対１０ｐに、選択的にマイクロ波を作用させることができる。その後、複数の電極４０Ｅ（光透過性電極）に電圧が印加される。電圧の印加による電場により、Ｘ測定量子ビットと対となる仲介量子ビットの^３Ａの｜０_ｅ＞と、^３Ｅの｜０_ｅ＞と、の間の光遷移エネルギーを励起光の周波数ν_１に共鳴させる。仲介量子ビットからの放出光子の有無が検出領域４５ｒ（光検出部４５）で検出される。これにより、Ｚ測定量子ビット場合と同様に、Ｘ測定量子ビットに関する測定が行われる。

データ量子ビットに関しても、測定量子ビットと同様に、マイクロ波のπパルス照射が行われる。さらに、シュタルクシフトでの共鳴による光励起及び放出光子が検出される。これにより、データ量子ビットに関する測定が行われる。

以下、本実施形態における測定量子ビット及びデータ量子ビットの初期化の例について説明する。
初期化の際に、何らかの理由で、初期化する測定量子ビット、または、データ量子ビットと対の仲介量子ビットが、^３Ａの｜０_ｅ＞の状態にないと考えられる場合は、以下が行われる。

図１７は、実施形態に係る情報処理装置における状態を例示する模式図である。
図１７に示すように、周波数ν_２の光、及び、周波数ν_３の光との共鳴を生じさせる。例えば、複数の電極４０Ｅ（光透過性電極）に電圧が印加される。電圧の印加による電場により、仲介量子ビットの^３Ａの｜＋１_ｅ＞と、^３Ｅの｜＋１_ｅ＞と、の間の光遷移エネルギー、及び、^３Ａの｜－１_ｅ＞と、^３Ｅの｜－１_ｅ＞と、の間の光遷移エネルギーを同時に変化させる。^３Ａの｜＋１_ｅ＞と、^３Ｅの｜＋１_ｅ＞と、の間の光遷移を周波数ν_２の光に共鳴させる。^３Ａの｜－１_ｅ＞と、^３Ｅの｜－１_ｅ＞と、の間の光遷移を周波数ν_３の光に共鳴させる。

この２つの光での励起と緩和による光ポンピングにより、仲介量子ビットは^３Ａの｜０_ｅ＞の状態になる。

仲介量子ビットが^３Ａの｜０_ｅ＞である測定量子ビット、または、データ量子ビットは、測定を利用して初期化することができる。例えば、｜０＞（＝｜＋１／２_ｎ＞）に初期化する場合、測定量子ビットまたはデータ量子ビットを上記の方法で測定する。測定量子ビットまたはデータ量子ビットが｜１＞の場合に、後述する個別の１量子ビットゲートで、測定量子ビットまたはデータ量子ビットを｜０＞にする。同様にして、測定量子ビットまたはデータ量子ビットを｜１＞の状態に初期化することもできる。

以下では、Ｚ測定量子ビット及びＸ測定量子ビットについての個別の停止の例について説明する。以下では、データ量子ビットに関する個別の初期化及び個別の測定の例が示される。以下では、Ｚ測定量子ビット、Ｘ測定量子ビット、及び、データ量子ビットに関する個別の１量子ビットゲートの例が示される。

図１８は、実施形態に係る情報処理装置における状態を例示する模式図である。
１つの例において、これらの個別の操作には、例えば、量子ゼノ効果が利用される。例えば、図１８に示すような３つのエネルギー状態を有する物理系がある。この物理系の初期状態を｜ａ＞とする。この物理系に、電磁波が照射される。電磁波において、ラビ周波数は、ν_Ｒである。この電磁波は、ラビ周波数は、｜ａ＞と｜ｂ＞との間の遷移に共鳴する。ラビ周波数は、物理系との相互作用の大きさに対応する。このような電磁波の照射により、物理系の状態は、｜ａ＞と｜ｂ＞との間で、１／ν_Ｒの周期の振動を始める。この際、｜ａ＞と｜ｂ＞とのどちらの状態に存在するかが測定可能である。例えば、この測定において、時間発展により、｜ａ＞及び｜ｂ＞の重ね合わせになっていた物理系の状態が、測定結果に応じて、｜ａ＞及び｜ｂ＞の一方の状態に収縮する。この際に、１／ν_Ｒよりも十分に短い時間間隔τ（すなわち式（５）を満たすτ）で頻繁に測定が行われる。

このような測定において、例えば、測定の度に、状態は、｜ａ＞になる。このため、ラビ周波数ν_Ｒの電磁波が照射されているにもかかわらず、｜ａ＞からの変化が生じない。この現象は、量子ゼノ効果に対応する。

測定においては、例えば、図１８に例示する｜ａ＞と｜ｃ＞との間の遷移に共鳴する光が照射される。物理系が｜ａ＞の状態である場合に、光で励起されて｜ｃ＞の状態になった物理系からの光子放出を検出することで、測定が行われる。

測定には、例えば、式（５）の条件を満たすとみなせる状況で、｜ｃ＞の状態の寿命の間に、複数の光子が放出されるような強度と継続時間の光が用いられる。物理系から放出された光子は、必ずしも検出装置で検出されなくても良い。例えば、光子が放出されれば物理系の状態は電磁場に“記録”され、測定されたことになる。

量子ゼノ効果の利用において、例えば、物理系における２状態間の遷移に対応するマイクロ波を照射しながら、その２状態の一方の状態と、第３の状態と、の間の遷移に共鳴する強い光が照射される。量子ゼノ効果を利用することで、物理系のマイクロ波への応答を抑制することができる。

図１９は、実施形態に係る情報処理装置における状態を例示する模式図である。
図１９に示すように、例えば、Ｚ測定量子ビット及びＸ測定量子ビットの個別の停止では、周波数ν_４の光が照射される。周波数ν_４の光の強度は、他の周波数（例えば周波数ν_１）の光の強度よりも高い。例えば、複数の電極４０Ｅ（光透過性電極）に電圧が印加される。電圧の印加による電場により、停止させたい量子ビットと対となる仲介量子ビットにおいて、^３Ａの｜＋１_ｅ＞と、^３Ｅの｜＋１_ｅ＞と、の間の光遷移エネルギーを励起光の周波数ν_４に共鳴させる。

このような光による量子ゼノ効果により、仲介量子ビットは、^３Ａの｜０_e＞と｜＋１_ｅ＞との間の遷移に共鳴するマイクロ波に応答しなくなる。このため、停止させたい量子ビットが｜０_ｅ＞の状態に留まり続ける。停止させたい量子ビットは、量子ビット操作用のラジオ波にも応答しなくなり、動作を停止する。

データ量子ビットに関する個別の初期化と個別の測定では、初期化または測定したいデータ量子ビット以外の量子ビットと対の仲介量子ビットに関して、複数の電極４０Ｅ（光透過性電極）により電圧が印加される。初期化または測定したいデータ量子ビット以外の量子ビットと対の仲介量子ビットの^３Ａの｜＋１_ｅ＞と^３Ｅの｜＋１_ｅ＞との間の光遷移エネルギーを、電圧印加による電場で励起光の周波数ν_４に共鳴させながら、上記と同様の操作が行われる。例えば、まず、初期化または測定したいデータ量子ビットと対の仲介量子ビットを、マイクロ波の照射の後に、電圧印加による電場で励起光の周波数ν_１に共鳴させる。これにより、初期化または測定したいデータ量子ビットと対の仲介量子ビットの測定が行われる。初期化の場合は、測定結果に応じて、後述する個別の１量子ビットゲートにより、所望の初期値への設定が行われる。

Ｚ測定量子ビット、Ｘ測定量子ビット及びデータ量子ビットに関する個別の１量子ビットゲートは、以下のように実施される。これらの量子ビットの中で１量子ビットゲートを実施したい量子ビット以外と対となる仲介量子ビットを、複数の電極４０Ｅ（光透過性電極）への電圧印加による電場で励起光の周波数ν_４に共鳴させる。その状態で、マイクロ波のπパルスが照射される。マイクロ波のπパルスは、１量子ビットゲートを実施したい量子ビットの仲介量子ビットの｜０_ｅ＞と｜＋１_ｅ＞との間の遷移に共鳴する。マイクロ波のπパルスの照射により、その仲介量子ビットが選択的に｜＋１_ｅ＞になる。その後、ラジオ波が照射される。ラジオ波は、１量子ビットゲートを実施したい量子ビットの｜＋１／２_ｎ＞と｜－１／２_ｎ＞との間の遷移（｜０＞と｜１＞との間の遷移）に共鳴する。ラジオ波の照射により、１量子ビットゲートが実施される。その後、再び、マイクロ波のπパルスが照射される。マイクロ波のπパルスは、仲介量子ビットの｜０_ｅ＞と｜＋１_ｅ＞との間の遷移（｜０＞と｜１＞との間の遷移）に共鳴する。マイクロ波のπパルスの照射により、仲介量子ビットは、｜０_ｅ＞（すなわち｜０＞）に戻る。このようにして、Ｚ測定量子ビット、Ｘ測定量子ビット、及び、データ量子ビットに関する個別の１量子ビットゲートが実施される。

量子ビットの測定の際に、例えば、周波数ν_１の光をパルス照射する方法が適用されても良い。例えば、励起光と、仲介量子ビットからの放出光子と、を時間的に分離することができる。周波数ν_１の光をパルス照射する場合に、例えば、周波数ν_２、ν_３及びν_４の光が、周波数ν_１の光に同期してパルス照射される。これにより、例えば、光子の検出中に光検出部４５に意図しない光が入射することが抑制できる。または、例えば、表面符号のサイクルにおけるＺ測定量子ビット及びＸ測定量子ビットに関する測定、及び、初期化の光子の検出を行っている間は、周波数ν_２、ν_３及びν_４の光が照射されない。周波数ν_２、ν_３及びν_４の光が必要な操作は、光子の検出を行う時間と重ならないように実施される。

これらの実施形態により、性能が高い誤り訂正法である表面符号が実装できる。例えば、表面符号の操作が簡単になる。例えば、量子ビットの初期化、操作及び観測の際に、照射される電磁波５０Ｗ（光、マイクロ波及ラジオ波の少なくともいずれか）の照射位置を複数の量子ビット対１０ｐの位置にアライメントしなくて良い。例えば、照射される電磁波５０Ｗの周波数を複数の量子ビット対１０ｐのそれぞれの共鳴周波数に適合させなくて良い。例えば、電磁波５０Ｗは、量子ビットの集団の全体に照射されても良い。一般に、量子ビットの数の増大に伴い、必要な光線の数、及び、周波数の数が増大する。これにより、装置が複雑化し、大型化する。実施形態によれば、装置の複雑化及び大型化が抑制できる。

実施形態において、複数の量子ビット対１０ｐの１つは、２つの物理系１０ｓ（図５（ａ）参照）を含む。２つの物理系１０ｓの１つは、第１量子状態、第２量子状態、及び、第３量子状態を含む。複数の電極４０Ｅにより印加された電場により、第２量子状態と第３量子状態との間の遷移が変化する。

電磁波照射部５０Ｄは、例えば、第１動作及び第２動作の実施が可能である。第１動作において、電磁波照射部５０Ｄは、複数の量子ビット対１０ｐに第１電磁波を照射する。第２動作において、電磁波照射部５０Ｄは、複数の量子ビット対１０ｐに第２電磁波を照射する。複数の量子ビット対１０ｐの１つは、２つの物理系１０ｓを含む。２つの物理系１０ｓの１つは、第１量子状態、第２量子状態、及び、第３量子状態を含む。例えば、第１量子状態と第２量子状態との間の遷移は、第１電磁波に共鳴する。第２量子状態と第３量子状態との間の遷移は、第２電磁波に共鳴する。例えば、第１量子状態及び第２量子状態は、量子ビットに対応する。

このように、実施形態において、２つの物理系１０ｓの１つは、２つ以上の量子状態を含む。２つ以上の量子状態は、量子ビットに対応可能である。

例えば、複数の量子ビット対１０ｐの１つは、第１対、第２対、第３対、第４対及び第５対のいずれかを含んで良い。

第１対は、ダイヤモンドのＮＶ中心の電子スピン及び核スピンを含む。第２対は、ダイヤモンドのＮＶ中心の電子スピンと、ダイヤモンドのＮＶ中心の近傍の^１３Ｃの核スピンと、を含む。この例において、ダイヤモンドのＮＶ中心の電子スピンと、^１３Ｃの核スピンと、の間の距離は、量子ビットとして使えるだけの大きさの相互作用を互いに及ぼし合う程度以下の距離である。第３対は、ＳｉＣのＮＶ中心の電子スピン及び核スピンを含む。第４対は、ＳｉＣのＮＶ中心の電子スピンと、ＳｉＣのＮＶ中心の近傍の^１３Ｃの核スピンと、を含む。この例において、ＳｉＣのＮＶ中心の電子スピンと、^１３Ｃの核スピンと、の間の距離は、量子ビットとして使えるだけの大きさの相互作用を互いに及ぼし合う程度以下の距離である。第５対は、ＳｉＣのＶＶ^０の電子スピンと、ＳｉＣのＶＶ^０の近傍の^１３Ｃの核スピンと、を含む。この例において、ＳｉＣのＶＶ^０の電子スピン、^１３Ｃの核スピンと、の間の距離は、量子ビットとして使えるだけの大きさの相互作用を互いに及ぼし合う程度以下の距離である。

以下、実施形態に係るいくつかの例について説明する。
（第１例）
図２０は、第１実施形態に係る情報処理装置を例示する模式図である。
図２０に示すように、情報処理装置１２０は、量子ビット対構造体１０Ａに加えて、第１レーザ光源５１ａ、第２レーザ光源５１ｂ、ラジオ波照射用コイル５２及びマイクロ波照射用コイル５３、光検出器４７を含む。第１レーザ光源５１ａ、第２レーザ光源５１ｂ、ラジオ波照射用コイル５２及びマイクロ波照射用コイル５３は、例えば、電磁波照射部５０Ｄに含まれて良い。情報処理装置１２０は、磁場印加用コイル５４ａ及び５４ｂを含んでも良い。この例では、情報処理装置１２０は、第１素子部５８ａ及び第２素子部５８ｂを含む。第１素子部５８ａは、例えば、周波数設定用の電気光学効果素子を含む。第２素子部５８ｂは、例えば、音響光学効果素子を含む。音響光学効果素子は、例えば、光強度の設定、及び、光のスイッチ動作が可能である。情報処理装置１２０は、光ファイバ５８ｆ、カットオフ光学フィルタ４４、光学系５１ｏ、及び、クライオスタット５９を含んで良い。情報処理装置１２０は、制御部７７を含んでも良い。

この例では、磁場印加用コイル５４ａ及び磁場印加用コイル５４ｂとの間に、量子ビット対構造体１０Ａの複数の量子ビット対１０ｐが設けられる。この例では、磁場印加用コイル５４ｂは、光検出器４７と、複数の量子ビット対１０ｐと、の間に設けられる。

第１レーザ光源５１ａは、第１光ＬＬ１（第１レーザ）を放出する。第１光ＬＬ１は、量子ビット対構造体１０Ａに含まれる複数の量子ビット対１０ｐの電荷を初期化可能である。第１光ＬＬ１の波長は、例えば、５３２ｎｍである。放出された第１光は、光学系５１ｏにより、複数の量子ビット対１０ｐの全体に照射される。

第２レーザ光源５１ｂは、第２光ＬＬ２（第２レーザ）を出力する。第２光ＬＬ２は、仲介量子ビットの初期化、及び、読み出しのための光に対応する。第２光ＬＬ２の波長は、例えば、約６３７ｎｍである。出力された第２光は、２５の光ファイバ５８ｆに分配して入射され、５×５の正方格子状に並べられて出力される。

２５本の光ファイバ５８ｆのそれぞれの途中には、第１素子部５８ａ及び第２素子部５８ｂが設けられる。第１素子部５８ａは、例えば、周波数調整に利用される。これにより、量子ビット等の所望の遷移に、レーザを共鳴させることができる。第１素子部５８ａにより、例えば光ファイバ５８ｆの一本から、複数の周波数成分を持つ光を出力することができる。光ファイバ５８ｆから出力される２５の光は、光学系５１ｏにより量子ビット対構造体１０Ａに導かれる。２５の光ファイバ５８ｆからの出力のそれぞれが、５×５の正方格子状に並んだ量子ビット対１０ｐの仲介量子ビットを照射するように、結像する。

ラジオ波照射用コイル５２は、量子ビット対構造体１０Ａにラジオ波を照射する。マイクロ波照射用コイル５３は、量子ビット対構造体１０Ａにマイクロ波を照射する。マイクロ波照射用コイル５３は、マイクロ波照射用のホーンアンテナでも良い。

カットオフ光学フィルタ４４は、第１レーザ光源５１ａ及び第２レーザ光源５１ｂからの光を遮断可能である。これにより、仲介量子ビットから放出された光子が選択的に光検出器４７に入射できる。光検出器４７は、仲介量子ビットから放出された光子をフォトンカウンティングし、その信号を制御部７７に供給する。

制御部７７は、第１レーザ光源５１ａ、第２レーザ光源５１ｂ、第１素子部５８ａ、第２素子部５８ｂ、ラジオ波照射用コイル５２、マイクロ波照射用コイル５３、及び、光検出部４５に制御信号ｓｇ１を供給することが可能である。

光学系５１ｏの一部、磁場印加用コイル５４ａ、磁場印加用コイル５４ｂラジオ波照射用コイル５２、マイクロ波照射用コイル５３、カットオフ光学フィルタ４４、光検出器４７、複数の量子ビット対１０ｐは、クライオスタット５９の中に設けられる。クライオスタット５９の内部の温度は、７Ｋに保たれる。量子ビット対構造体１０Ａには、磁場印加用コイル５４ａ及び５４ｂにより、６００ｍＴの磁場が印加される。

図２１（ａ）及び図２１（ｂ）は、第１実施形態に係る情報処理装置を例示する模式図である。
図２１（ａ）は、平面図である。図２１（ｂ）は、断面図である。
量子ビット対構造体１０Ａは、高純度ダイヤモンドの単結晶を含む。単結晶は、実質的に、１ｍｍ×１ｍｍ×０.５ｍｍの直方体である。単結晶の１ｍｍ×１ｍｍの面は、（１,１,１）面である。１ｍｍ×１ｍｍの面の中央部に、複数の量子ビット対１０ｐとなるＮＶ中心が設けられる。複数の量子ビット対１０ｐは、５×５の正方格子状に並ぶ。複数の量子ビット対１０ｐの第１方向Ｄｒ１に沿う距離ｄｒ１は、実質的に１μｍである。複数の量子ビット対１０ｐの第２方向Ｄｒ２に沿う距離ｄｒ２は、実質的に１μｍである。複数の量子ビット対１０ｐの間に、スピンチェイン１０ｃが設けられる。スピンチェイン１０ｃは、複数の^１５Ｎの電子スピンを含む。複数の^１５Ｎの電子スピンの列の１つは、第１方向Ｄｒ１に沿って並ぶ。複数の^１５Ｎの電子スピンの列の別の１つは、第２方向Ｄｒ２に沿って並ぶ。複数の^１５Ｎの電子スピンは、２つのＮＶ中心の間に設けられる。

複数の第１導電部材３１及び複数の第２導電部材３２が設けられる。これらの導電部材により形成される格子状の複数の領域の１つに、複数の量子ビット対１０ｐの１つが設けられる。複数の量子ビット対１０ｐの１つの位置は、格子状の複数の領域の１つの中心の位置に対応する。

図２１（ａ）には、格子状の複数の領域の６個が例示されている。ＮＶ中心の核スピンの状態が、メモリ量子ビットに対応する。電子スピンの状態が、仲介量子ビットに対応する。

複数の第１導電部材３１には、交互に逆向きの電流が供給される。複数の第２導電部材３２には、交互に逆向きの電流が供給される。複数の第１導電部材３１のそれぞれ、及び、複数の第２導電部材３２のそれれに流れる電流は、例えば、２２０ｎＡ以上である。これらの電流は、例えば、１ｍＡ程度でも良い。この例では、これらの電流は、８８０μＡである。

量子ビット対構造体１０Ａは、例えば、以下のようにして作製される。以下において、平面図における「上下左右」により、複数の位置の関係が記載される。

図２２（ａ）～図２２（ｄ）は、第１実施形態に係る情報処理装置の製造方法を例示する模式的平面図である。
図２２（ａ）に示すように、単結晶１０Ｘが準備される。単結晶１０Ｘは、例えば、基体４０ｓ（図２１（ｂ）参照）に対応する。単結晶１０Ｘは、実質的に１ｍｍ×１ｍｍ×０.５ｍｍの直方体である。１ｍｍ×１ｍｍの面が、（１,１,１）面である。単結晶１０Ｘは、高純度ダイヤモンドの単結晶である。その１ｍｍ×１ｍｍの面からのイオン注入により、複数の^１５Ｎの列を形成する。複数の^１５Ｎの列の深さは、例えば、約５０ｎｍである。複数の^１５Ｎの列により、複数の格子点１０Ｌが形成される。複数の格子点１０Ｌの間の第１方向Ｄｒ１に沿う間隔（ピッチ）は、１μｍである。複数の格子点１０Ｌの間の第２方向Ｄｒ２に沿う間隔（ピッチ）は、１μｍである。

図２２（ｂ）に示すように、複数の格子点１０Ｌを「Ｚ点」、「Ｘ点」及び「Ｄ点」とする。複数の^１５Ｎは、複数の「Ｚ点」、複数の「Ｘ点」、及び、複数の「Ｄ点」のそれぞれに対応して、設けられる。

Ｚ点、Ｘ点及びＤ点に、集光した短パルスレーザを照射する。短パルスレーザの波長は約７９０ｎｍである。短パルスレーザの照射により、Ｚ点、Ｘ点及びＤ点において、^１５Ｎの近傍に空格子点が形成される。

レーザ強度が低い短パルス列が照射される。これにより、アニーリングが行われる。これにより、空格子点と^１５Ｎとを結合させる。これにより、Ｚ点、Ｘ点及びＤ点において、ＮＶ中心が形成される。

例えば、Ｚ点の上、左、右及び下において隣のＤ点と、そのＺ点と、の間には、それぞれ１００個、９０個、８０個及び７０個の^１５Ｎが等間隔で並ぶ。Ｘ点の上、左、右及び下において隣のＤ点と、そのＸ点と、の間には、それぞれ１００個、９０個、８０個及び７０個の^１５Ｎが等間隔で並ぶ。

Ｚ点、Ｘ点及びＤ点それぞれのＮＶ中心と、そのＮＶ中心と、隣の^１５Ｎと、の間の距離は２０ｎｍである。等間隔で一列に配列した複数の^１５Ｎが、複数のＮＶ中心をつなぐスピンチェイン１０ｃとなる。Ｚ点及びＸ点のそれぞれの上、左、右及び下のスピンチェイン１０ｃは、５.３ｋＨｚ、７.１ｋＨｚ、１０.１ｋＨｚ及び１２.６ｋＨｚの固有エネルギーをそれぞれ有する。これらの固有エネルギーは、ｋ＝４９、ｋ＝４３、ｋ＝３７、及び、ｋ＝３１のモードに対応する。

図２２（ｃ）に示すように、複数の第１導電部材３１を形成する。さらに、中間部材４０ｉの少なくとも一部となるＳｉＯ_２膜を形成する。ＳｉＯ_２膜の厚さは、例えば、１５０ｎｍである。

図２２（ｄ）に示すように、さらに、複数の第２導電部材３２を形成する。複数の第２導電部材３２は、例えば、銅細線である。複数の第２導電部材３２の幅は、例えば、約１００ｎｍである。複数の第２導電部材３２の厚さ、例えば、約５０ｎｍである。複数の第２導電部材３２は、複数の溝を形成し、その溝に導電材料を埋め、ＣＭＰなどにより導電材料を分離することで形成されて良い。

銅細線の断面は、例えば、実質的に長方形である。銅細線の断面において、例えば、ダイヤモンド表面に対して平行な辺の長さは、１００ｎｍである。ダイヤモンド表面に対して垂直な辺の長さは、５０ｎｍである。

複数の第１導電部材３１及び複数の第２導電部材３２は、銅、銀、導電性シリコン、カーボンナノチューブ、及び、グラフェンよりなる群から選択された少なくとも１つを含んでも良い。

図２２（ｄ）に示すように、例えば、複数の第１導電部材３１に、交互に逆の向きの電流が供給される。複数の第２導電部材３２に、交互に逆の向きの電流が供給される。

図２２（ｄ）において、格子の内側の領域に、「Ｚ点」、「Ｘ点」及び「Ｄ点」の例が記載されている。格子の内側の領域に、電流により形成される磁場オフセットの値が、「０」、「２」及び「－２」として記載されている。

図２３は、第１実施形態に係る情報処理装置における動作を例示する模式図である。
図２３は、情報処理装置１２０における動作の例を示している。
Ｄ点にある電子スピンの^３Ａ状態の３つのエネルギー状態は、｜－１_ｅ＞、｜０_ｅ＞、及び、｜＋１_ｅ＞に対応する。｜－１_ｅ＞と｜０_ｅ＞との間の遷移をν_{Ｄ，－１，０}とする。｜０_ｅ＞と｜＋１_ｅ＞との間の遷移をν_{Ｄ，０，＋１}とする。^３Ａ状態の｜０_ｅ＞と、^３Ｅ状態の｜０_ｅ＞と、の間の遷移周波数をν_{Ｄ，ＡＥ，１}とする。^３Ａ状態の｜＋１_ｅ＞と、^３Ｅ状態の｜＋１_ｅ＞と、の間の遷移周波数をν_{Ｄ，ＡＥ，２}とする。^３Ａ状態の｜－１_ｅ＞と、^３Ｅ状態の｜－１_ｅ＞と、の間の遷移周波数をν_{Ｄ，ＡＥ，３}とする。

Ｚ点にある電子スピンの^３Ａ状態の３つのエネルギー状態間、及び、^３Ａ状態の３つのエネルギー状態と、^３Ｅ状態の３つのエネルギー状態と、の間の遷移についても、同様に遷移周波数に関する記号が定められる。Ｘ点にある電子スピンの^３Ａ状態の３つのエネルギー状態間、及び、^３Ａ状態の３つのエネルギー状態と、^３Ｅ状態の３つのエネルギー状態と、の間の遷移についても、同様に遷移周波数に関する記号が定められる。

複数の第１導電部材３１及び複数の第２導電部材３２に流れる電流による磁場が、複数の量子ビット対１０ｐに印加される。Ｚ点及びＸ点の電子スピンの遷移は、それぞれシフトする。遷移周波数ν_{Ｄ，－１，０}よりも、遷移周波数ν_{Ｚ，－１、０}は、大きく、その差は、約４０ＭＨｚである。遷移周波数ν_{Ｄ，０，＋１}よりも、遷移周波数ν_{Ｘ，０、＋１}は、小さく、その差は、約４０ＭＨｚである。

図２３に示すように、２つのマイクロ波を考える。２つのマイクロ波は、Ｄ点にある電子スピンの^３Ａ状態に２光子共鳴する。これらの２つのマイクロ波の周波数は、ν_{Ｄ，ＭＷ１}、及び、ν_{Ｄ，ＭＷ２}である。ν_{Ｄ，ＭＷ１}＋ν_{Ｄ，ＭＷ２}＝ν_{Ｄ，－１，０}＋ν_{Ｄ，０，＋１}である。ν_{Ｄ，ＭＷ１}＝ν_{Ｄ，－１、０}－Δ_Ｄである。

Ｚ点にある電子スピンの^３Ａ状態に２光子共鳴する２つのマイクロ波を考える。これらの２つのマイクロ波の周波数は、ν_{Ｚ，ＭＷ１}、及び、ν_{Ｚ，ＭＷ２}である。ν_{Ｚ，ＭＷ１}＋ν_{Ｚ，ＭＷ２}＝ν_{Ｚ，－１，０}＋ν_{Ｚ，０，＋１}である。ν_{Ｚ，ＭＷ１}＝ν_{Ｚ，－１、０}－Δ_Ｚである。

Ｘ点にある電子スピンの^３Ａ状態に２光子共鳴する２つのマイクロ波を考える。これらの２つのマイクロ波の周波数は、ν_{Ｘ，ＭＷ１}、及び、ν_{Ｘ，ＭＷ２}である。ν_{Ｘ，ＭＷ１}＋ν_{Ｘ，ＭＷ２}＝ν_{Ｘ，－１，０}＋ν_{Ｘ，０，＋１}である。ν_{Ｘ，ＭＷ１}＝ν_{Ｘ，－１、０}－Δ_Ｘである。

図２３において、ν_{＊、０，＋１}などの記載における「＊」は、「Ｘ」、「Ｚ」及び「Ｄ」のいずれかである。「＊点」における電子スピンの遷移周波数と、「＊点」における電子スピンに作用させるマイクロ波の周波数と、において、このような表記を採用する。

図２４は、第１実施形態に係る情報処理装置における動作を例示する模式図である。
図２４は、情報処理装置１２０における動作の例を示している。
図２４に示すように、ＮＶ中心の核スピンの状態に分解した遷移に関して、Ｄ点にあるＮＶ中心の^３Ａ状態の｜０_ｅ,－１／２_ｎ＞と、｜＋１_ｅ,－１／２_ｎ＞と、の間の遷移周波数をν_{Ｄ，｜０ｅ，－１／２ｎ＞、｜＋１ｅ，－１／２ｎ＞}とする。｜０_ｅ,＋１／２_ｎ＞と、｜＋１_ｅ,＋１／２_ｎ＞と、の間の遷移周波数をν_{Ｄ，｜０ｅ，＋１／２ｎ＞、｜＋１ｅ，＋１／２ｎ＞}とする。Ｚ点及びＸ点にあるＮＶ中心についても、同様に遷移周波数に関する記号が定められる。

第１例では、例えば、以下のような操作が順次行われる。
第１レーザ光源５１ａからの光を複数の量子ビット対１０ｐに照射し、ＮＶ中心の電荷を「－１」に初期化する。第２レーザ光源５１ｂから出力した光を複数の量子ビット対１０ｐに照射する。この光は、ν_{Ｄ，ＡＥ，２}、ν_{Ｄ，ＡＥ，３}、ν_{Ｚ，ＡＥ，２}、ν_{Ｚ，ＡＥ，３}、ν_{Ｘ，ＡＥ，２}、及び、ν_{Ｘ，ＡＥ，３}の周波数を有する。例えば、全ての仲介量子ビットの^３Ａ状態を｜０_ｅ＞にする。

その後、マイクロ波照射用コイル５３により、マイクロ波を複数の量子ビット対１０ｐに照射する。マイクロ波の周波数は、ν_{Ｄ，｜０ｅ，－１／２ｎ＞、｜＋１ｅ，－１／２ｎ＞}である。マイクロ波は、Ｄ点の仲介量子ビットへのπパルスに対応する。その際、１つのＤ点を除く他のＤ点には、仲介量子ビットを｜０_ｅ＞に設定した際の光の強度の１０倍の強度を有し、周波数ν_{Ｄ，ＡＥ，２}を有する光を照射する。これにより、他のＤ点の仲介量子ビットへのマイクロ波の影響が抑制される。

その後、第２レーザ光源５１ｂから出力した光を、上記の１つのＤ点の仲介量子ビットに照射する。この光の周波数は、ν_{Ｄ，ＡＥ，１}である。照射は、１つの時間で行われる。光検出器４７で光子が検出されなかったら、ラジオ波照射用コイル５２により、複数の量子ビット対１０ｐにラジオ波を照射する。ラジオ波の周波数ν_ＲＦは、例えば、ν_ＲＦ＝ν_{Ｄ，｜０ｅ，＋１／２ｎ＞、｜＋１ｅ，＋１／２ｎ＞}－ν_{Ｄ，｜０ｅ，－１／２ｎ＞、｜＋１ｅ，－１／２ｎ＞}を満たす。ラジオ波は、メモリ量子ビットの｜－１／２_ｎ＞と｜＋１／２_ｎ＞との間の遷移へのπパルスに対応する。

その後、マイクロ波を複数の量子ビット対１０ｐに照射する。マイクロ波の周波数は、ν_{Ｄ，｜０ｅ，－１／２ｎ＞、｜＋１ｅ，－１／２ｎ＞}である。マイクロ波は、Ｄ点の仲介量子ビットへのπパルスに対応する。その際、上記の１つのＤ点を除く他のＤ点に、仲介量子ビットを｜０_ｅ＞に設定した際の光の強度の１０倍の強度を有し、周波数ν_{Ｄ，ＡＥ，２}を有する光を照射する。これにより、他のＤ点の仲介量子ビットへのマイクロ波の影響が抑制される。

照射の時間（上記の１つの時間）は、例えば５０μ秒である。このようにして、そのＤ点のメモリ量子ビットを｜＋１／２_ｎ＞（＝｜０＞）に初期化する。同様にして、残りの１２個のＤ点のメモリ量子ビットを、順次、｜＋１／２_ｎ＞（＝｜０＞）に初期化する。６個のＺ点のメモリ量子ビット、及び、６個のＸ点の量子ビットも、同様に｜＋１／２_ｎ＞（＝｜０＞）に初期化する。

その後、図２２（ｄ）におけるＺ点の１つをＺ１点とする。Ｚ１点の直上に位置するＤ点をＤ１点とする。Ｘ点の１つをＸ１点とする。Ｘ１点の上において隣のもう１つのＤ点をＤ２点とする。Ｄ１点とＤ２点以外のＤ点に周波数ν_{Ｄ，ＡＥ，２}の強い光を照射しながら、周波数ν_{Ｄ，０，＋１}のπパルスマイクロ波を照射する。さらに、ν_ＲＦのラジオ波を照射する。これにより、Ｄ１点及びＤ２点のメモリ量子ビットを選択的に｜－１／２_ｎ＞（＝｜１＞）にする。その後、周波数ν_{Ｄ，０，＋１}のπパルスマイクロ波を照射し、再び、仲介量子ビットを｜０_e＞にする。ここまで、Ｄ１点及びＤ２点以外のＤ点への周波数ν_{Ｄ，ＡＥ，２}の強い光の照射が継続する。

その後、Ｚ点及びＸ点の量子ビット対１０ｐに、同時並行に、Ｃ_ｅＮＯＴ_ｎゲートと、Ｃ_ｎＮＯＴ_ｅゲートと、実施する。Ｃ_ｅＮＯＴ_ｎゲートでは、ν_ＲＦの周波数のラジオ波のπパルス照射が行われる。Ｃ_ｎＮＯＴ_ｅゲートでは、ν_{Ｚ，０，＋１}の周波数、及び、ν_{Ｘ，０，＋１}周波数を有する２つずつのπ／２パルスが照射される。さらに、２度目のＣ_ｅＮＯＴ_ｎゲートを実施する。２度目のＣ_ｅＮＯＴ_ｎゲートでは、２度目のν_ＲＦのラジオ波のπパルスが照射される。これにより、Ｚ点及びＸ点のそれぞれのメモリ量子ビットと、仲介量子ビットと、の間において、ＳＷＡＰゲートが実施される。

その後、マイクロ波照射用コイル５３により、ν_{Ｚ，ＭＷ１}、ν_{Ｚ，ＭＷ２}、ν_{Ｘ，ＭＷ１}、ν_{Ｘ，ＭＷ２}、ν_{Ｄ，ＭＷ１}、及び、ν_{Ｄ，ＭＷ２}の６つの周波数のマイクロ波を照射する。照射の時間は、例えば、６．３ｍｓである。この照射において、例えば、Δ_Ｄ＝Δ_Ｚ＝Δ_Ｘ＝５．３ｋＨｚとする。このマイクロ波照射により、Ｚ点及びＸ点の仲介量子ビットと、それらの直上のＤ点の仲介量子ビットと、の間において、ＳＷＡＰゲートが実施される。

その後、Ｘ点の上において隣のＤ点に、周波数ν_{Ｄ，ＡＥ，２}の強い光を照射しながら、ν_{Ｄ，０，＋１}の周波数を有する２つのπ／２パルスを照射する。これにより、Ｚ点の直上のＤ点のＣ_ｎＮＯＴ_ｅゲートが実施される。

その後、Ｚ点の直上のＤ点に周波数ν_{Ｄ，ＡＥ，２}の強い光を照射しながら、ν_ＲＦの周波数を有するラジオ波のπパルスを照射する。これにより、Ｘ点直上のＤ点に、Ｃ_ｅＮＯＴ_ｎゲートが実施される。

その後、ν_{Ｚ，ＭＷ１}、ν_{Ｚ，ＭＷ２}、ν_{Ｘ，ＭＷ１}、ν_{Ｘ，ＭＷ２}、ν_{Ｄ，ＭＷ１}、及び、ν_{Ｄ，ＭＷ２}の６つの周波数のマイクロ波を、で照射する。照射の時間は、例えば、６.３ｍｓである。この照射において、例えば、Δ_Ｄ＝Δ_Ｚ＝Δ_Ｘ＝５．３ｋＨｚとする。このマイクロ波照射により、Ｚ点及びＸ点の仲介量子ビット、とそれらの直上のＤ点の仲介量子ビットと、の間において、ＳＷＡＰゲートが実施される。

その後、Ｚ点及びＸ点の量子ビット対に関して、Ｃ_ｅＮＯＴ_ｎゲートを実施する。Ｃ_ｅＮＯＴ_ｎゲートにおいては、ν_ＲＦの周波数を有するラジオ波のπパルスが照射される。さらに、Ｃ_ｎＮＯＴ_ｅゲートを実施する。Ｃ_ｎＮＯＴ_ｅゲートにおいて、ν_{Ｚ，０，＋１}、及び、ν_{Ｘ，０，＋１}のそれぞれの周波数において２つずつのπ／２パルスが照射される。２度目のＣ_ｅＮＯＴ_ｎゲートを実施する。２度目のＣ_ｅＮＯＴ_ｎゲートにおいて、２度目のν_ＲＦの周波数を有するラジオ波のπパルスが照射される。上記により、Ｚ点及びＸ点のそれぞれに関して、メモリ量子ビットと仲介量子ビットとの間において、ＳＷＡＰゲートが実施される。

以上の操作により、例えば、Ｃ_ＤＮＯＴ_Ｚゲート及びＣ_ＸＮＯＴ_Ｄゲートが実施される。Ｃ_ＤＮＯＴ_Ｚゲートにおいては、Ｚ点のメモリ量子ビットが標的量子ビットとされ、そのＺ点の上において隣のＤ点の量子ビットが制御量子ビットとされる。Ｃ_ＸＮＯＴ_Ｄゲートにおいて、Ｘ点のメモリ量子ビットが制御量子ビットとされ、そのＸ点の上において隣のＤ点の量子ビットが標的量子ビットとされる。

その後、マイクロ波照射用コイル５３により、マイクロ波を複数の量子ビット対１０ｐに照射する。このマイクロ波の周波数は、ν_{Ｄ，｜０ｅ、－１／２ｎ＞，｜＋１ｅ，－１／２ｎ＞}、ν_{Ｚ，｜０ｅ、－１／２ｎ＞，｜＋１ｅ，－１／２ｎ＞}、及び、ν_{Ｘ，｜０ｅ、－１／２ｎ＞，｜＋１ｅ，－１／２ｎ＞}である。このマイクロ波のそれぞれは、Ｄ点、Ｚ点及びＸ点の仲介量子ビットへのπパルスに対応する。

その後、第２レーザ光源５１ｂから出力した光をＤ点の仲介量子ビットに、順次照射する。光の周波数は、ν_{Ｄ，ＡＥ，１}である。光検出器４７での光子の検出の有無により、Ｄ点のメモリ量子ビットが順次読み出される。

その後、Ｚ点のメモリ量子ビット、及び、Ｘ点のメモリ量子ビットに、光照射が順次行われ、光検出器４７で読み出される。光の周波数は、それぞれ、ν_{Ｚ，ＡＥ，１、}ν_{Ｘ，ＡＥ，１}である。この読み出しにより、各メモリ量子ビットは、以下のようになる。すなわち、Ｄ１点は、｜－１／２_ｎ＞（＝｜１＞）となる。Ｚ１点は、｜－１／２_ｎ＞（＝｜１＞）となる。Ｄ２点は、｜－１／２_ｎ＞（＝｜１＞）となる。Ｘ１点は、｜＋１／２_ｎ＞（＝｜０＞）となる。他の格子点は、｜＋１／２_ｎ＞（＝｜０＞）となる。Ｚ点と、その上において隣のＤ点と、に関して、メモリ量子ビット間のＣ_ＤＮＯＴ_Ｚゲートが選択的に実施される。Ｘ点と、その上において隣のＤ点と、に関して、メモリ量子ビット間のＣ_ＸＮＯＴ_Ｄゲートが選択的に実施される。

上記の一連の操作において、ν_{Ｚ，ＭＷ１}、ν_{Ｚ，ＭＷ２}、ν_{Ｘ，ＭＷ１}、ν_{Ｘ，ＭＷ２}、ν_{Ｄ，ＭＷ１}、及び、ν_{Ｄ，ＭＷ２}の６つの周波数のマイクロ波が照射される。この照射の際において、Δ_Ｄ、Δ_Ｚ、Δ_Ｘ、及び、照射時間は、適切に設定される。これにより、Ｚ点及びＸ点において、それららの左、右、下において隣のＤ点のメモリ量子ビットとの選択的ＣＮＯＴゲートが、同様に実施できる。

Ｄ点、Ｚ点及びＸ点のメモリ量子ビットが、それぞれ、データ量子ビット、Ｚ測定量子ビット、及び、Ｘ測定量子ビットとする表面符号が実施される。この際、同期して実施されるデータ量子ビットとＺ測定量子ビットとの間のＣＮＯＴゲートが同期して実施される。データ量子ビットとＸ測定量子ビットとの間のＣＮＯＴゲートが同期して実施される。

量子ビット対構造体１０Ａに設けられる複数に量子ビット対１０ｐにおける、仲介量子ビット及びメモリ量子ビットには、例えば、ダイヤモンドのＮＶ中心の電子スピンと核スピンとが適用される。仲介量子ビット及びメモリ量子ビットには、例えば、ダイヤモンドのＮＶ中心の電子スピンと、その近傍の^１３Ｃの核スピンと、が適用できる。仲介量子ビット及びメモリ量子ビットには、例えば、ＳｉＣのＮＶ中心の電子スピンと核スピンとが適用できる。仲介量子ビット及びメモリ量子ビットには、例えば、ＳｉＣのＮＶ中心の電子スピンと、その近傍の^１３Ｃの核スピンと、が適用できる。仲介量子ビット及びメモリ量子ビットには、例えば、ＳｉＣのＶＶ^０の電子スピンと、その近傍の^１３Ｃの核スピンと、が適用できる。

（第２例）
第２例においては、第１例における量子ビット対構造体１０Ａが、以下の量子ビット対構造体１０Ａと置き換えられる。第２例における他の構成は、第１例における構成と同じで良い。

図２５（ａ）～図２５（ｄ）は、第１実施形態に係る情報処理装置の製造方法を例示する模式的平面図である。
図２５（ａ）に示すように、単結晶１０Ｘが準備される。単結晶１０Ｘは、実質的に１ｍｍ×１ｍｍ×０.５ｍｍの直方体である。１ｍｍ×１ｍｍの面が、（１,１,１）面である。複数の^１５Ｎの列が形成される。

図２５（ｂ）に示すように、複数の格子点１０Ｌを「Ｚ点」、「Ｘ点」、「ＤＺ点」、及び「ＤＸ点」とする。短パルスレーザの照射により、Ｚ点、Ｘ点、ＤＸ点及びＤＺ点において、^１５Ｎの近傍に空格子点が形成される。レーザ強度が低い短パルス列の照射により、Ｚ点、Ｘ点、ＤＸ点及びＤＺ点において、ＮＶ中心が形成される。

Ｚ点の上、左、右及び下において隣のＤＺ点と、ＤＸ点と、の間には、それぞれ１００個、９０個、８０個及び７０個の^１５Ｎが、等間隔で並ぶ。

Ｘ点の上、左、右及び下において隣のＤＺ点と、ＤＸ点と、の間には、それぞれ７０個、８０個、９０個及び１００個の^１５Ｎが等間隔で並ぶ。

Ｚ点、Ｘ点、ＤＺ点及びＤＸ点のＮＶ中心のそれぞれと、それらの隣の^１５Ｎと、の間の距離は、２０ｎｍである。Ｚ点の上、左、右及び下のスピンチェイン１０ｃは、５.３ｋＨｚ、７.１ｋＨｚ、１０.１ｋＨｚ及び１２.６ｋＨｚの固有エネルギーそれぞれを有する。

Ｘ点の上、左、右及び下のスピンチェイン１０ｃは、１２.６ｋＨｚ、１０.１ｋＨｚ、７.１ｋＨｚ及び５.３ｋＨｚの固有エネルギーをそれぞれ有する。

その後、図２５（ｃ）及び図２５（ｄ）に示すように、複数の第１導電部材３１及び複数の第２導電部材３２が形成される。複数の第１導電部材３１の間隔（ピッチ）は、１μｍである。複数の第２導電部材３２の間隔（ピッチ）は、２／３μｍの間隔及び４／３μｍの間隔が交互に並ぶ。複数の第１導電部材３１及び複数の第２導電部材３２で形成される格子状の領域の中央に、複数の量子ビット対１０ｐとなるＮＶ中心が設けられる。

複数の第１導電部材３１には、交互に逆向きの電流が供給される。複数の第２導電部材３２には、交互に逆向きの電流が供給される。複数の第１導電部材３１のそれぞれに流れる電流の大きさは、例えば、約６６０μＡである。複数の第２導電部材３２のそれぞれに流れる電流の大きさは、例えば、約４４０μＡである。

ＤＺ点にある電子スピンの^３Ａ状態の３つのエネルギー状態｜－１_ｅ＞、｜０_ｅ＞、及び、｜＋１_ｅ＞において、｜－１_ｅ＞と｜０_ｅ＞との間の遷移周波数、及び、｜０_ｅ＞と｜＋１_ｅ＞との間の遷移周波数を、それぞれ、ν_{ＤＺ，－１、０}、及び、ν_{ＤＺ，０、＋１}とする。^３Ａ状態の｜０_ｅ＞と、^３Ｅ状態の｜０_ｅ＞と、の間の遷移周波数をν_{ＤＺ，ＡＥ、１}とする。^３Ａ状態の｜＋１_ｅ＞と、^３Ｅ状態の｜＋１_ｅ＞と、の間の遷移周波数をν_{ＤＺ，ＡＥ、２}とする。^３Ａ状態の｜－１_ｅ＞と、^３Ｅ状態の｜－１_ｅ＞と、の間の遷移周波数をν_{ＤＺ，ＡＥ、３}とする。

ＤＸ点にある電子スピンの^３Ａ状態の３つのエネルギー状態｜－１_ｅ＞、｜０_ｅ＞、｜＋１_ｅ＞において、｜－１_ｅ＞と｜０_ｅ＞との間の遷移周波数、及び、｜０_ｅ＞と｜＋１_ｅ＞との間の遷移周波数を、それぞれ、ν_{ＤＸ，－１、０}、及び、ν_{ＤＸ，０、＋１}とする。^３Ａ状態の｜０_ｅ＞と、^３Ｅ状態の｜０_ｅ＞と、の間の遷移周波数をν_{ＤＸ，ＡＥ、１}とする。^３Ａ状態の｜＋１_ｅ＞と、^３Ｅ状態の｜＋１_ｅ＞と、の間の遷移周波数をν_{ＤＸ，ＡＥ、２}とする。^３Ａ状態の｜－１_ｅ＞と、^３Ｅ状態の｜－１_ｅ＞と、の間の遷移周波数をν_{ＤＸ，ＡＥ、３}とする。

第１例と同様に、Ｚ点及びＸ点にある電子スピンの^３Ａ状態の３つのエネルギー状態間の遷移についても、遷移周波数に関する記号が定められる。^３Ａ状態の３つのエネルギー状態と、^３Ｅ状態の３つのエネルギー状態と、の間の遷移についても、遷移周波数に関する記号が定められる。

電流による磁場により、Ｚ点、ＤＺ点及びＤＸ点の電子スピンの遷移は、それぞれシフトする。ν_{Ｘ，－１、０}よりもν_{Ｚ，－１、０}は大きく、それらの差は、約７．５ＭＨｚである。ν_{Ｘ，０、＋１}よりもν_{Ｚ，０、＋１}は大きく、それらの差は、約７．５ＭＨｚである。ν_{Ｘ，－１、０}よりもν_{ＤＺ，－１、０}は大きく、それらの差は、約３０ＭＨｚである。ν_{Ｘ，０、＋１}よりもν_{ＤＺ，０、＋１}は大きく、それらの差は、約３０ＭＨｚである。ν_{Ｘ，－１、０}よりもν_{ＤＸ，－１、０}は大きく、それらの差は、約２２．５ＭＨｚである。ν_{Ｘ，０、＋１}よりもν_{ＤＸ，０、＋１}は大きく、それらの差は、約２２．５ＭＨｚである。

ＤＺ点にある電子スピンの^３Ａ状態に２光子共鳴する２つのマイクロ波を考える。マイクロ波の周波数は、ν_{ＤＺ，ＭＷ１}、及び、ν_{ＤＺ，ＭＷ２}である。ν_{ＤＺ，ＭＷ１}＋ν_{ＤＺ，ＭＷ２＝}ν_{ＤＺ，－１，０}＋ν_{ＤＺ，０、＋１}である。ν_{ＤＺ，ＭＷ１}、＝ν_{ＤＺ，－１，０}－Δ_ＤＺである。

同様に、ＤＸ点にある電子スピンの^３Ａ状態に２光子共鳴する２つのマイクロ波を考える。マイクロ波の周波数は、ν_{ＤＸ，ＭＷ１}、及び、ν_{ＤＸ，ＭＷ２}である。ν_{ＤＸ，ＭＷ１}＋ν_{ＤＸ，ＭＷ２＝}ν_{ＤＸ，－１，０}＋ν_{ＤＸ，０、＋１}である。ν_{ＤＸ，ＭＷ１}＝ν_{ＤＸ，－１，０}－Δ_ＤＸである。

Ｚ点にある電子スピンの^３Ａ状態に２光子共鳴する２つのマイクロ波（ν_{Ｚ，ＭＷ１}及びν_{Ｚ，ＭＷ２}の周波数）を考える。Ｘ点にある電子スピンの^３Ａ状態に２光子共鳴する２つのマイクロ波（ν_{Ｘ，ＭＷ１}及びν_{Ｘ，ＭＷ２}の周波数）も考える。

ＮＶ中心の核スピンの状態まで分解した遷移に関して、第１例と同様にＤＺ点にあるＮＶ中心の^３Ａ状態の｜０_ｅ，－１／２_ｎ＞と｜＋１_ｅ，－１／２_ｎ＞との間の遷移周波数をν_{ＤＺ，｜０ｅ，－１／２ｎ＞，｜＋１ｅ，－１／２ｎ＞}とする。｜０_ｅ，＋１／２_ｎ＞と｜＋１_ｅ，＋１／２_ｎ＞との間の遷移周波数をν_{ＤＺ，｜０ｅ，＋１／２ｎ＞，｜＋１ｅ，＋１／２ｎ＞}とする。ＤＸ点にあるＮＶ中心の^３Ａ状態の｜０_ｅ，－１／２_ｎ＞と｜＋１_ｅ，－１／２_ｎ＞との間の遷移周波数をν_{ＤＸ，｜０ｅ，－１／２ｎ＞，｜＋１ｅ，－１／２ｎ＞}とする。｜０_ｅ，＋１／２_ｎ＞と｜＋１_ｅ，＋１／２_ｎ＞との間の遷移周波数をν_{ＤＸ，｜０ｅ，＋１／２ｎ＞，｜＋１ｅ，＋１／２ｎ＞}とする。Ｚ点及びＸ点にあるＮＶ中心についても、遷移周波数に関する記号が同様に定められる。

第２例では，以下のような操作が順次行われる。
第１レーザ光源５１ａからの光を複数の量子ビット対１０ｐに照射し、ＮＶ中心の電荷を－１に初期化する。第２レーザ光源５１ｂから出力した光を複数の量子ビット対１０ｐに照射する。第２レーザ光源５１ｂから出力した光の周波数は、周波数ν_{ＤＺ，ＡＥ、２}、ν_{ＤＺ，ＡＥ、３}、ν_{ＤＸ，ＡＥ、２}、ν_{ＤＸ，ＡＥ、３}、ν_{Ｚ，ＡＥ、２}、ν_{Ｚ，ＡＥ、３}、ν_{Ｘ，ＡＥ、２}、及び、ν_{Ｘ，ＡＥ、３}の成分を有する。全ての仲介量子ビット^３Ａ状態が、｜０_ｅ＞となる。

マイクロ波照射用コイル５３によりマイクロ波を複数の量子ビット対１０ｐに照射する。マイクロ波は、周波数ν_{ＤＺ，｜０ｅ、－１／２ｎ＞，｜＋１ｅ、－１／２ｎ＞}を有する。マイクロ波は、ＤＺ点の仲介量子ビットへのπパルスに対応する。その際、１つのＤＺ点を除く他のＤＺ点には、仲介量子ビットを｜０_ｅ＞に設定した際の光の強度の１０倍の強度を有し、周波数ν_{ＤＺ，ＡＥ，２}を有する光を照射する。これにより、他のＤＺ点の仲介量子ビットへのマイクロ波の影響が抑制される。

その後、第２レーザ光源５１ｂから出力した光を上記の１つのＤＺ点の仲介量子ビットに照射する。この光は、周波数ν_{ＤＺ，ＡＥ，１}を有する。光検出器４７で光子が検出されなかったら、ラジオ波を照射する。ラジオ波は、周波数ν_ＲＦを有する。周波数ν_ＲＦ＝ν_{ＤＺ，｜０ｅ、＋１／２ｎ＞，｜＋１ｅ、＋１／２ｎ＞}－ν_{ＤＺ，｜０ｅ、－１／２ｎ＞，｜＋１ｅ、－１／２ｎ＞}を有する。ラジオ波は、メモリ量子ビットの｜－１／２_ｎ＞と｜＋１／２_ｎ＞との間の遷移へのπパルスに対応する。

その後、マイクロ波を複数の量子ビット対１０ｐに照射する。マイクロ波は、ＤＺ点の仲介量子ビットへのπパルスに対応する。その際、上記の１つのＤＺ点を除く他のＤＺ点には、仲介量子ビットを｜０_ｅ＞に設定した際の光の強度の１０倍の強度を有し、周波数ν_{ＤＺ，ＡＥ，２}を有する光を照射する。これにより、他のＤＺ点の仲介量子ビットへのマイクロ波の影響が抑制される。

このようにして、そのＤＺ点のメモリ量子ビットは、｜＋１／２_ｎ＞（＝｜０＞）に初期化される。同様にして、残りの１２個のＤＺ点及びＤＸ点のメモリ量子ビットが、順次、｜＋１／２_ｎ＞（＝｜０＞）に初期化される。６個のＺ点のメモリ量子ビット、及び、６個のＸ点の量子ビットも、同様に｜＋１／２_ｎ＞（＝｜０＞）に初期化される。

図２５（ｂ）に示されるＺ点の１つを、Ｚ１点とする。Ｚ１点の上において隣のＤＺ点をＤＺ１点とする。Ｘ点の１つをＸ１点とする。Ｘ１点の上において隣の別のＤ点をＤＸ１点とする。

ＤＺ１点及びＤＸ１点以外のＤＺ点及びＤＸ点に強い光を照射しながら、πパルスマイクロ波を照射する。強い光は、周波数ν_{ＤＺ，ＡＥ，２}、及び、ν_{ＤＸ，ＡＥ，２}を有する。πパルスマイクロ波は、周波数ν_{ＤＺ，０，＋１}、及び、ν_{ＤＸ，０，＋１}を有する。さらに、ラジオ波のπパルス照射により、ＤＺ１点及びＤＸ１点のメモリ量子ビットを、選択的に｜－１／２_ｎ＞（＝｜１＞）にする。このラジオ波は、周波数ν_ＲＦを有する。さらに、πパルスマイクロ波を照射して、再び、仲介量子ビットを｜０_ｅ＞にする。このπパルスマイクロ波は、周波数ν_{ＤＺ，０，＋１}、及び、ν_{ＤＸ，０，＋１}を有する。ここまでの操作において、ＤＺ１点及びＤＸ１点以外のＤＺ点及びＤＸ点への、周波数ν_{ＤＺ，ＡＥ，２}、及び、ν_{ＤＸ，ＡＥ，２}の強い光の照射は継続される。

その後、Ｚ点及びＸ点の量子ビット対について、同時並行に、Ｃ_ｅＮＯＴ_ｎゲート、Ｃ_ｎＮＯＴ_ｅゲート、及び、Ｃ_eＮＯＴ_ｎゲートを実施する。Ｃ_ｅＮＯＴ_ｎゲートにおいては、ν_ＲＦの周波数を有するラジオ波のπパルスが照射される。Ｃ_ｎＮＯＴ_ｅゲートにおいては、ν_{Ｚ，０，＋１}及びν_{Ｘ，０，＋１}のそれぞれの周波数において２つずつのπ／２パルスが照射される。このような操作により、Ｚ点及びＸ点のそれぞれのメモリ量子ビットと仲介量子ビットとの間において、ＳＷＡＰゲートが実施される。

その後、マイクロ波照射用コイル５３により、８つの周波数の成分を有するマイクロ波を照射する。８つの周波数は、ν_{Ｚ，ＭＷ１}、ν_{Ｚ，ＭＷ２}、ν_{Ｘ，ＭＷ１}、ν_{Ｘ，ＭＷ２}、ν_{ＤＺ，ＭＷ１}、ν_{ＤＺ，ＭＷ２}、ν_{ＤＸ，ＭＷ１}、及び、ν_{ＤＸ，ＭＷ２}である。この照射において、Δ_ＤＺ＝Δ_Ｚ＝５．３ｋＨｚである。Δ_ＤＸ＝Δ_Ｘ＝１２．６ｋＨｚである。ν_{Ｚ，ＭＷ１}、ν_{Ｚ，ＭＷ２}、ν_{ＤＺ，ＭＷ１}、及び、ν_{ＤＺ，ＭＷ２}の周波数のマイクロ波照射時間は、６.３ｍsである。ν_{Ｘ，ＭＷ１}、ν_{Ｘ，ＭＷ２}、ν_{ＤＸ，ＭＷ１}、及び、ν_{ＤＸ，ＭＷ２}の周波数のマイクロ波の照射時間は５．６ｍsである。このようなマイクロ波の照射により、Ｚ点の仲介量子ビットと、そのＺ点の上において隣のＤＺ点の仲介量子ビットと、の間におけるＳＷＡＰゲートが実施される。Ｘ点の仲介量子ビットと、Ｘ点の上において隣のＤＸ点の仲介量子ビットと、の間におけるＳＷＡＰゲートが実施される。ν_{ＤZ，０，＋１}の周波数の２つのπ／２パルス照射により、ＤＺ点について、Ｃ_ｎＮＯＴ_ｅゲートが実施される。ＤＺ点に例えば周波数ν_{ＤＺ，ＡＥ，２}の強い光を照射しながら、ν_ＲＦの周波数のラジオ波πパルス照射により、ＤＸ点について、Ｃ_ｅＮＯＴ_ｎゲートが実施される。

その後、８つの周波数のマイクロ波を照射する。８つの周波数は、ν_{Ｚ，ＭＷ１}、ν_{Ｚ，ＭＷ２}、ν_{Ｘ，ＭＷ１}、ν_{Ｘ，ＭＷ２}、ν_{ＤＺ，ＭＷ１}、ν_{ＤＺ，ＭＷ２}、ν_{ＤＸ，ＭＷ１}、及び、ν_{ＤＸ，ＭＷ２}である。この照射において、Δ_ＤＺ＝Δ_Ｚ＝５．３ｋＨｚである。Δ_ＤＸ＝Δ_Ｘ＝１２．６ｋＨｚである。ν_{Ｚ，ＭＷ１}、ν_{Ｚ，ＭＷ２}、ν_{ＤＺ，ＭＷ１}、及び、ν_{ＤＺ，ＭＷ２}の周波数のマイクロ波照射時間は６.３ｍsである。ν_{Ｘ，ＭＷ１}、ν_{Ｘ，ＭＷ２}、ν_{ＤＸ，ＭＷ１}、及び、ν_{ＤＸ，ＭＷ２}の周波数のマイクロ波照射時間は５．６ｍsである。このようなマイクロ波照射により、Ｚ点の仲介量子ビットと、そのＺ点の上において隣のＤＺ点の仲介量子ビットと、の間におけるＳＷＡＰゲートが実施される。Ｘ点の仲介量子ビットと、そのＸ点の上において隣のＤＸ点の仲介量子ビットと、の間におけるＳＷＡＰゲートが実施される。

その後、Ｚ点及びＸ点の量子ビット対について、ν_ＲＦの周波数のラジオ波のπパルス照射によるＣ_ｅＮＯＴ_ｎゲートが実施される。２つのπ／２パルスの照射によりＣ_ｎＮＯＴ_ｅゲートが実施される。２つのπ／２パルスの周波数は、ν_{Ｚ，０，＋１}、及び、ν_{Ｘ，０，＋１}である。２度目のν_ＲＦの周波数のラジオ波πパルスにより、Ｃ_ｅＮＯＴ_ｎゲートが実施される。これにより、Ｚ点及びＸ点のそれぞれのメモリ量子ビットと、仲介量子ビットと、の間においてＳＷＡＰゲートが実施される。

以上の操作により、Ｃ_ＤＮＯＴ_Ｚゲート及びＣ_ＸＮＯＴ_Ｄゲートが実施されるこのＣ_ＤＮＯＴ_Ｚゲートにおいて、Ｚ点のメモリ量子ビットが標的量子ビットとされる。そのＺ点の上において隣のＤＺ点の量子ビットが制御量子ビットとされる。Ｘ点のメモリ量子ビットを制御量子ビットとする。Ｃ_ＸＮＯＴ_Ｄゲートにおいて、そのＸ点の上において隣のＤＸ点の量子ビットが標的量子ビットとされる。

上記の一連の操作において、ν_{Ｚ，ＭＷ１}、ν_{Ｚ，ＭＷ２}、ν_{Ｘ，ＭＷ１}、ν_{Ｘ，ＭＷ２}、ν_{ＤＺ，ＭＷ１}、ν_{ＤＺ，ＭＷ２}、ν_{ＤＸ，ＭＷ１}、及び、ν_{ＤＸ，ＭＷ２}の８つの周波数のマイクロ波照射時において、Δ_ＤＺ、Δ_ＤＸ、Δ_Ｚ、Δ_Ｘ、及び、照射時間が調整される。これにより、Ｚ点と、そのＺ点の左、右及び下において隣のＤＺ点及びＤＸ点のメモリ量子ビットと、の間のＣＮＯＴゲートが、選択的に実施される。Ｘ点と、そのＸ点の左、右及び下において隣のＤＺ点及びＤＸ点のメモリ量子ビットと、の間のＣＮＯＴゲートが選択的に実施される。

上記により、表面符号とＣＮＯＴゲートとが、同期して実施されることが可能である。表面符号において、ＤＺ点及びＤＸ点のメモリ量子ビットがデータ量子ビットとされる。表面符号において、Ｚ点及びＸ点のメモリ量子ビットがそれぞれＺ測定量子ビット及びＸ測定量子ビットとされる。ＣＮＯＴゲートにおいて、データ量子ビットと、Ｚ測定量子ビット及びＸ測定量子ビットと、の間のＣＮＯＴゲートが実施される。

（第３例）
第３例では、第１例における量子ビット対構造体１０Ａが、以下のような量子ビット対構造体１０Ａと置き換えられる。

図２６（ａ）～図２６（ｄ）は、第１実施形態に係る情報処理装置の製造方法を例示する模式的平面図である。
図２６（ａ）に示すように、単結晶１０Ｘが準備される。単結晶１０Ｘは、実質的に１ｍｍ×１ｍｍ×０.５ｍｍの直方体である。１ｍｍ×１ｍｍの面が、（１,１,１）面である。複数の^１５Ｎの列が形成される。複数の^１５Ｎは、２つの正方格子となる。２つの格子の格子点の間隔（ピッチ：間隔ｄｐ１及びｄｐ２）は、２つの方向において、５／３μｍである。

図２６（ｂ）に示すように、複数の格子点１０Ｌを、「Ｚ点」、「Ｘ点」及び「Ｄ点」とする。図２６（ｂ）に示すように、第１～第３方向Ｄｒ１～Ｄｒ３が定められる。第１方向Ｄｒ１と、正方格子の１つの辺と、の間の角度は４５度である。第１方向Ｄｒ１の向きと反対の向きを「上方向Ｄｕ１」とする。

この場合、Ｚ点と、Ｚ点の上方向Ｄｕ１において隣のＤ点と、の間の距離（ピッチ）は、５^１／２／３μｍである。Ｘ点と、Ｘ点の上方向Ｄｕ１において隣のＤ点と、の間の距離（ピッチ）は、５^１／２／３μｍである。Ｚ点と、Ｚ点の左において隣のＤ点と、の間の距離（ピッチ）は、２・（５^１／２／３）μｍである。Ｘ点と、Ｘ点の左において隣のＤ点と、の間の距離（ピッチ）は、２・（５^１／２／３）μｍである。Ｚ点と、Ｚ点の右において隣のＤ点と、の間の距離は、１０^１／２／３μｍである。Ｘ点と、Ｘ点の右において隣のＤ点と、の間の距離は、１０^１／２／３μｍである。Ｚ点と、Ｚ点の下において隣のＤ点と、の間の距離は、５／３μｍである。Ｘ点と、Ｘ点の下において隣のＤ点と、の間の距離は、５／３μｍである。

第１例と同様にして、Ｚ点、Ｘ点及びＤ点に、ＮＶ中心が生成される。Ｚ点及びＸ点と、Ｚ点及びＸ点の上、左、右及び下において隣のＤ点と、の間に^１５Ｎが並ぶ。^１５Ｎの並ぶ間隔は、約１０ｎｍである。７１個、１４５個、１０１個及び１６３個の^１５Ｎが、等間隔で並ぶ。

図２６（ｃ）に示すように、複数の第１導電部材３１が設けられる。複数の第１導電部材３１は、第１方向Ｄｒ１に沿って延びる。

図２６（ｄ）に示すように、複数の第２導電部材３２が設けられる。複数の第２導電部材３２は、第２方向Ｄｒ２に沿って延びる。複数の第１導電部材３１には、交互に逆向きの電流が供給される。複数の第２導電部材３２には、交互に逆向きの電流が供給される。１つの導電部材に流れる電流は、例えば、８８０μＡである。

このような量子ビット対構造体１０Ａに、６つ周波成分を有するマイクロ波が照射される。６つの周波数は、ν_{Ｚ，ＭＷ１}、ν_{Ｚ，ＭＷ２}、ν_{Ｘ，ＭＷ１}、ν_{Ｘ，ＭＷ２}、ν_{Ｄ，ＭＷ１}、及び、ν_{Ｄ，ＭＷ２}である。これらの周波数は、第１例と同様に定義される。マイクロ波の照射において、Δ_Ｄ、Δ_Ｚ、Δ_Ｘ、及び、照射時間の設定により、Ｚ点及びＸ点のメモリ量子ビットと、Ｚ点及びＸ点の上、左、右及び下において隣のＤ点のメモリ量子ビットと、の選択的なＣＮＯＴゲートが実施される。Ｄ点のメモリ量子ビットがデータ量子ビットとされる。Ｚ点のメモリ量子ビットがＺ測定量子ビットとされる。Ｘ点のメモリ量子ビットがＸ測定量子ビットとされる。このような表面符号が実施される。これに同期して実施されるデータ量子ビットと、Ｚ測定量子ビットと、の間のＣＮＯＴゲートが実施される。データ量子ビットと、Ｘ測定量子ビットと、の間のＣＮＯＴゲートが実施される。

（第４例）
図２７は、第１実施形態に係る情報処理装置を例示する模式図である。
図２７に示すように、実施形態に係る情報処理装置１２１は、量子ビット対構造体１０Ａに加えて、第１～第５レーザ光源５１ａ～５１ｅ、ラジオ波照射用コイル５２及びマイクロ波照射用コイル５３を含む。この例では、情報処理装置１２１は、磁場印加用コイル５４ａ及び５４ｂを含む。この例では、情報処理装置１２１は、複数の第１素子部５８ａ、複数の第２素子部５８ｂ、及び、光合成用光学系５１ｓを含む。

第１素子部５８ａは、例えば、周波数設定用の電気光学効果素子を含む。第２素子部５８ｂは、例えば、音響光学効果素子を含む。音響光学効果素子は、例えば、光強度の設定、及び、光のスイッチ動作が可能である。第２～第５レーザ光源５１ｂ～５１ｅから出射する第２～第５光ＬＬ２～ＬＬ５は、複数の第１素子部５８ａの１つ、及び、複数の第２素子部５８ｂの１つを通過して、光合成用光学系５１ｓに入射する。光合成用光学系５１ｓにより、第２～第５光ＬＬ２～ＬＬ５は合成されて１つの光として、量子ビット対構造体１０Ａに入射する。これらの光は、光ファイバ５８ｆにより導波される。この例においても、情報処理装置１２１は、光学系５１ｏ、クライオスタット５９及び制御部７７を含む。

第１レーザ光源５１ａは、５３２ｎｍの波長を有するレーザ（第１光ＬＬ１）を出射する。この光により、量子ビット対構造体１０Ａに含まれる複数の量子ビット対１０ｐの電荷が初期化される。第１光ＬＬ１は、光学系５１ｏにより、複数の量子ビット対１０ｐに照射される。

第２～第５レーザ光源５１ｂ～５１ｅは、例えば、６３７ｎｍまたは６３７ｎｍ近傍の波長を有するレーザ（第２～第５光ＬＬ２～ＬＬ５）を出射する。これらの光により、例えば、量子ビットの初期化、測定及び操作が行われる。これらは、個別に行われて良い。これらの光は、複数の第１素子部５８ａ、及び、複数の第２素子部５８ｂにより調整され、光合成用光学系５１ｓにより、１つの光に合成される。合成された光が、量子ビット対構造体１０Ａの複数の量子ビット対１０ｐの全体に照射される。

制御部７７は、第１レーザ光源５１ａ、複数の第１素子部５８ａ、複数の第２素子部５８ｂ、及び、量子ビット対構造体１０Ａに制御信号ｓｇ１を供給する。制御部７７は、量子ビット対構造体１０Ａからの信号を取得する。

図２８（ａ）及び図２８（ｂ）は、第１実施形態に係る情報処理装置を例示する模式図である。
図２８（ａ）は、透過平面図である。図２８（ｂ）は、断面図である。
図２８（ａ）及び図２８（ｂ）に示すように、複数の量子ビット対１０ｐが設けられる。この例では、複数の量子ビット対１０ｐとして、ＮＶ中心が用いられる。複数の量子ビット対１０ｐの第１方向Ｄｒ１及び第２方向Ｄｒ２におけるピッチは、１μｍである。複数の第１導電部材３１及び複数の第２導電部材３２が設けられる。複数の量子ビット対１０ｐは、これらの導電部材で形成される格子状の領域の実質的な中心部に設けられる。複数の第１導電部材３１のそれぞれ、及び、複数の第２導電部材３２のそれぞれに８８０μＡの電流が供給される。

この例では、光検出部４５としてアバランシェフォトダイオードが用いられる。複数の光検出領域は、アバランシェフォトダイオードを含む。この例では、アバランシェフォトダイオードには、ゲート機能が設けられる。複数のアバランシェフォトダイオードは、光を独立して検出可能である。

第４例において、第１例と同様に、１μｍ間隔の正方格子の格子点（１μｍ間隔）に、図２２（ｂ）に示した例と同様の名前を与える。Ｚ点、Ｘ点、及びＤ点に^１５Ｎが設けられる。Ｚ点及びＸ点と、Ｚ点及びＸ点の上、左、右、下において隣のＤ点と、の間に、それぞれ１００個、９０個、８０個、７０個の^１５Ｎが、等間隔で並ぶ。Ｚ点及びＸ点の上、左、右及び下のスピンチェイン１０ｃは、５.３ｋＨｚ、７.１ｋＨｚ、１０.１ｋＨｚ、及び１２.６ｋＨｚの固有エネルギーをそれぞれ有する。これらの固有エネルギーは、ｋ＝４９、ｋ＝４３、ｋ＝３７、及び、ｋ＝３１のモードに対応する。

情報処理装置１２１の形成において、アバランシェフォトダイオードを含む構造体、複数の導電部材を含む構造体、及び、^１５Ｎを含む構造体と、が別に形成され、これらの構造体が積層されても良い。

第４例では、Ｄ点、Ｚ点及びＸ点にあるＮＶ中心（すなわち、複数の量子ビット対１０ｐ）について、第１例と同様の記号が定められる。記号は、例えば、電子スピン及び核スピンに関する量子状態間の遷移周波数に関する。

第４例では、以下のような操作が順次行なわれる。

第１レーザ光源５１ａからの光を量子ビット対構造体１０Ａに照射し、ＮＶ中心の電荷を－１に初期化する。第２～第５レーザ光源５１ｂ～５１ｅから出力する光の周波数を、それぞれ、ν_ａ、ν_ｂ、ν_ｃ、及び、ν_ｄとする。ν_ａ＝ν_{Ｄ，ＡＥ、１}＋３ＧＨｚである。ν_ｂ＝ν_{Ｄ，ＡＥ、２}＋６ＧＨｚである。ν_ｃ＝ν_{Ｄ，ＡＥ、３}＋６ＧＨｚである。ν_ｄ＝ν_{Ｄ，ＡＥ、２}＋１２ＧＨｚである。

第５レーザ光源５１ｅから出力する周波数ν_ｄのレーザの強度は、第３レーザ光源５１ｃから出力する周波数ν_ｂのレーザの強度の１０倍である。第２～第５レーザ光源５１ｂ～５１ｅから出力する光は、全て同期した矩形のパルス光である。これらのパルス光において、パルスの時間幅は、１０ｎｓである。パルスの間隔は、２０ｎsである。光検出部４５は、ゲート動作により、制御される。光検出部４５は、時間的に隣の光パルスと間の期間（光パルスが無い１０ｎｓの期間）において、感度を有する。

Ｄ点、Ｚ点及びＸ点の電場印加用電極（複数の電極４０Ｅ）に９００ｍＶの電圧を印加する。全ての仲介量子ビットにおいて、^３Ａの｜＋１_ｅ＞と^３Ｅの｜＋１_ｅ＞との間の遷移は、周波数ν_ｂの光に共鳴する。全ての仲介量子ビットにおいて、^３Ａの｜－１_ｅ＞と^３Ｅの｜－１_ｅ＞との間の遷移は、周波数ν_ｃの光に共鳴する。全ての仲介量子ビットの状態が｜０_ｅ＞となる。これらの遷移は｜＋１_ｅ＞どうしの遷移、及び、｜－１_ｅ＞どうしの遷移に対応する。このため、これらの遷移周波数において、Ｄ点、Ｚ点及びＸ点における磁場の違いによる差は無視できる。どの点においても、周波数ν_ｂ及びν_ｃの光との共鳴が生じる。

その後、上記の１つのＤ点以外のＤ点の電場印加用電極に１３５０ｍＶの電圧を印加する。マイクロ波照射用コイル５３により、マイクロ波を複数の量子ビット対１０ｐに照射する。マイクロ波の周波数は、ν_{Ｄ，｜０ｅ，－１／２ｎ＞，｜＋１ｅ，－１／２ｎ＞}である。マイクロ波は、Ｄ点の仲介量子ビットへのπパルスに対応する。

その後、そのＤ点の仲介量子ビットの電場印加用電極に４５０ｍＶの電圧を印加する。Ｄ点において、周波数ν_ａの光との共鳴を生じさせる。光検出部４５で光子が検出されなかったら、ラジオ波を照射する。ラジオ波の周波数は、ν_ＲＦ＝ν_{Ｄ，｜０ｅ，＋１／２ｎ＞，｜＋１ｅ，＋１／２ｎ＞}－ν_{Ｄ，｜０ｅ，－１／２ｎ＞，｜＋１ｅ，－１／２ｎ＞}である。ラジオ波は、メモリ量子ビットの｜－１／２_ｎ＞と｜＋１／２_ｎ＞への遷移のπパルスに対応する。その後、マイクロ波を複数の量子ビット対１０ｐに照射する。マイクロ波は、Ｄ点の仲介量子ビットへのπパルスに対応する。

このようにして、そのＤ点の量子ビットを｜＋１／２_ｎ＞（＝｜０＞）に初期化する。同様にして、残りの１２個のＤ点のメモリ量子ビットを順次、｜＋１／２_ｎ＞（＝｜０＞）に初期化する。６個のＺ点のメモリ量子ビット、及び、６個のＸ点の量子ビットも、同様に、｜＋１／２_ｎ＞（＝｜０＞）に初期化する。この場合も、周波数ν_ｄの光への共鳴に関しては、Ｄ点、Ｚ点及びＸ点における磁場の違いによる差は無視できる。どの点においても、周波数ν_ｄの光との共鳴が生じる。

Ｚ点の１つをＺ１点とする。Ｚ１点の上において隣のＤ点をＤ１点とする。Ｘ点の１つをＸ１点とする。Ｘ１点の上において隣のもう１つのＤ点をＤ２点とする。Ｄ１点及びＤ２点以外のＤ点の電場印加用電極に１３５０ｍＶの電圧が印加される。その位置における仲介量子ビットに、周波数ν_ｄの強い光を照射しながら、周波数ν_{Ｄ，０，＋１}のπパルスマイクロ波を照射する。さらに、ν_ＲＦの周波数のラジオ波を照射する。Ｄ１点及びＤ２点のメモリ量子ビットを選択的に｜－１／２_ｎ＞（＝｜１＞）にする。

その後、周波数ν_{Ｄ，０，＋１}のπパルスマイクロ波を照射して、再び仲介量子ビットを｜０_ｅ＞にする。

その後、Ｚ点、Ｘ点の量子ビット対に対して同時並行に、Ｃ_ｅＮＯＴ_ｎゲート、Ｃ_ｎＮＯＴ_ｅゲート、及び、Ｃ_ｅＮＯＴ_ｎゲートを実施する。Ｃ_ｅＮＯＴ_ｎゲートにおいて、ν_ＲＦの周波数のラジオ波のπパルスの照射が行われる。Ｃ_ｎＮＯＴ_ｅゲートにおいて、２つのπ／２パルスの照射が行われる。２つのπ／２パルスの周波数は、ν_{Ｚ，０，＋１}、及び、ν_{Ｘ，０，＋１}である。

さらに、２度目のＣ_ｅＮＯＴ_ｎゲートが実施される。２度目のＣ_ｅＮＯＴ_ｎゲートにおいて、ν_ＲＦの周波数のラジオ波のπパルスが照射される。Ｚ点及びＸ点のそれぞれのメモリ量子ビットと仲介量子ビットとの間において、ＳＷＡＰゲートが実施される。

その後マイクロ波照射用コイルにより、６つの周波数のマイクロ波を照射する。６つの周波数は、ν_{Ｚ，ＭＷ１}、ν_{Ｚ，ＭＷ２}、ν_{Ｘ，ＭＷ１}、ν_{Ｘ，ＭＷ２}、ν_{Ｄ，ＭＷ１}、及び、ν_{Ｄ，ＭＷ２}である。Δ_Ｄ、Δ_Ｚ、及び、Δ_Ｘは、５．３ｋＨｚである。照射の時間は、６.３ｍsである。このマイクロ波照射により、Ｚ点の仲介量子ビットと、Ｚ点の上において隣のＤ点の仲介量子ビットと、の間において、ＳＷＡＰゲートが実施される。Ｘ点の仲介量子ビットと、Ｘ点の上において隣のＤ点の仲介量子ビットと、の間にＳＷＡＰゲートが実施される。

その後、Ｘ点の上において隣のＤ点の電場印加用電極に１３５０ｍＶの電圧を印加する。その仲介量子ビットを周波数ν_ｄの強い光に共鳴させながら、２つのπ／２パルスを照射する。２つのπ／２パルスの周波数は、ν_{Ｄ，０，＋１}である。これにより、Ｚ点の上において隣のＤ点に関するＣ_ｎＮＯＴ_ｅゲートが実施される。

その後、Ｚ点の上において隣のＤ点の電場印加用電極に１３５０ｍＶの電圧を印加する。その仲介量子ビットを周波数ν_ｄの強い光に共鳴させながら、ラジオ波πパルスが照射される。ラジオ波πパルスの周波数は、ν_ＲＦである。Ｘ点の上において隣のＤＸ点において、Ｃ_ｅＮＯＴ_ｎゲートが実施される。

その後、６つの周波数の成分を含むマイクロ波を照射する。６つの周波数は、ν_{Ｚ，ＭＷ１}、ν_{Ｚ，ＭＷ２}、ν_{Ｘ，ＭＷ１}、ν_{Ｘ，ＭＷ２}、ν_{Ｄ，ＭＷ１}、及び、ν_{Ｄ，ＭＷ２}である。Δ_Ｄ、Δ_Ｚ、及び、Δ_Ｘは、５．３ｋＨｚである。である。照射の時間は、６.３ｍsである。このマイクロ波照射により、Ｚ点の仲介量子ビットと、Ｚ点の上において隣のＤ点の仲介量子ビットと、の間においてＳＷＡＰゲートが実施される。Ｘ点の仲介量子ビットと、Ｘ点の上において隣のＤ点の仲介量子ビットと、の間においてＳＷＡＰゲートが実施される。

その後、Ｚ点及びＸ点の量子ビット対に対して、Ｃ_ｅＮＯＴ_ｎゲート、Ｃ_ｎＮＯＴ_ｅゲート、及び、Ｃ_ｅＮＯＴ_ｎゲートを実施する。Ｃ_ｅＮＯＴ_ｎゲートにおいては、ν_ＲＦの周波数のラジオ波のπパルスが照射される。Ｃ_ｎＮＯＴ_ｅゲートにおいては、２つのπ／２パルスが照射される。２つの周波数は、ν_{Ｚ，０，＋１}、及び、ν_{Ｘ，０，＋１}である。Ｃ_ｅＮＯＴ_ｎゲートにおいて、周波数ν_ＲＦのラジオ波のπパルスの２度目の照射が行われる。これにより、Ｚ点及びＸ点のそれぞれのメモリ量子ビットと、仲介量子ビットと、の間において、ＳＷＡＰゲートが実施される。

以上の操作により、Ｃ_ＤＮＯＴ_Ｚゲートと、Ｃ_ＸＮＯＴ_Ｄゲートと、が実施される。Ｃ_ＤＮＯＴ_Ｚゲートにおいて、Ｚ点のメモリ量子ビットが標的量子ビットとされ、そのＺ点の上において隣のＤ点の量子ビットが制御量子ビットとされる。Ｃ_ＸＮＯＴ_Ｄゲートにおいて、Ｘ点のメモリ量子ビットが制御量子ビットとされ、そのＸ点の上において隣のＤ点の量子ビットが標的量子ビットとされる。

その後、マイクロ波照射用コイル５３により、マイクロ波を複数の量子ビット対１０ｐに照射する。マイクロ波の周波数は、ν_{Ｄ，｜０ｅ，－１／２ｎ＞｜，｜＋１ｅ，－１／２ｎ＞}、ν_{Ｚ，｜０ｅ，－１／２ｎ＞｜，｜＋１ｅ，－１／２ｎ＞}、及び、ν_{Ｘ，｜０ｅ，－１／２ｎ＞｜，｜＋１ｅ，－１／２ｎ＞}である。マイクロ波は、Ｄ点、Ｚ点及びＸ点の仲介量子ビットへのπパルスに対応する。

その後、１つのＤ点の仲介量子ビットの電場印加用電極に４５０ｍＶの電圧を印加する。周波数ν_ａの光に共鳴させる。光検出部４５による光子の検出の有無により、Ｄ点のメモリ量子ビットを読み出す。これらの操作を、順次、全てのＤ点のメモリ量子ビットに対して実施する。

その後、Ｚ点のメモリ量子ビット、及び、Ｘ点のメモリ量子ビットにおいて、電場印加用電極に４５０ｍＶの電圧を印加する。読み出しが行われる。この読み出しにより、各メモリ量子ビットは以下のようになる。すなわち、Ｄ１点は、｜－１／２_ｎ＞（＝｜１＞）となる。Ｚ１点は、｜－１／２_ｎ＞（＝｜１＞）となる。Ｄ２点は、｜－１／２_ｎ＞（＝｜１＞）となる。Ｘ１点は、｜＋１／２_ｎ＞（＝｜０＞）となる。他の格子点は、｜＋１／２_ｎ＞（＝｜０＞）となる。

上記により、Ｃ_ＤＮＯＴ_Ｚゲート、及び、Ｃ_ＸＮＯＴ_Ｄゲートが選択的に実施される。Ｃ_ＤＮＯＴ_Ｚゲートにおいては、Ｚ点のメモリ量子ビットと、その上において隣のＤ点のメモリ量子ビットと、の間において実施される。Ｃ_ＸＮＯＴ_Ｄゲートは、Ｘ点のメモリ量子ビットと、Ｘ点の上において隣のＤ点のメモリ量子ビットと、の間において実施される。上記の操作は、個別の量子ビット対１０ｐヘの光照射、マイクロ波照射、及び、ラジオ波照射が行われることなく実施される。

上記の一連の操作における、６つの周波数の成分を含むマイクロ波の照射において、Δ_Ｄ、Δ_Ｚ、Δ_Ｘ、及び、及び照射時間が適切に設定される。６つの周波数は、ν_{Ｚ，ＭＷ１}、ν_{Ｚ，ＭＷ２}、ν_{Ｘ，ＭＷ１}、ν_{Ｘ，ＭＷ２}、ν_{Ｄ，ＭＷ１}、及び、ν_{Ｄ，ＭＷ２}である。上記により、Ｚ点及びＸ点のメモリ量子ビットと、それらの上、左、右、下において隣のＤ点のメモリ量子ビットと、の間の選択的ＣＮＯＴゲートが、同様に実施される。

第４例では、Ｄ点、Ｚ点及びＸ点の電場印加用電極により、複数の仲介量子ビットとして使う電子スピンの遷移を個別に、周波数ν_ａの測定用の光に共鳴させる。複数の仲介量子ビットとして使う電子スピンの遷移を、個別に、仲介量子ビットを｜０_ｅ＞にする周波数ν_ｂ及び周波数ν_ｃの光に共鳴させる。複数の仲介量子ビットとして使う電子スピンの遷移を、個別に、周波数ν_ｄの光に共鳴させる。複数の仲介量子ビットとして使う電子スピン、メモリ量子ビットとして使う核スピンは、マイクロ波またはラジオ波に応答しなくなる。複数のメモリ量子ビットに関しての個別の停止、複数のメモリ量子ビットに関しての個別の１量子ビットゲート、複数のメモリ量子ビットに関しての個別の測定、及び、複数のメモリ量子ビットに関しての個別の初期化が可能である。

（第２実施形態）
第２実施形態は、情報処理方法に係る。実施形態に係る情報処理方法においては、例えば、第１構成ＣＦ１または第２構成ＣＦ２を有する量子ビット対構造体１０Ａが用いられる。

実施形態に係る情報処理方法においては、このような量子ビット対構造体１０Ａに電磁波５０Ｗを照射する。電磁波５０Ｗは、複数の量子ビット対の少なくとも１つに照射される。電磁波５０Ｗは、光、マイクロ波及びラジオ波の少なくともいずれかを含む。電磁波５０Ｗが照射された量子ビット対１０ｐに含まれる２つの物理系１０ｓの１つ（例えば、仲介量子ビットであり、上記の少なくとも１つ）は、量子ビット対構造体１０Ａに含まれるスピンチェイン１０ｃの第１～第４固有エネルギーＥ_１～Ｅ_４に共鳴可能である。電磁波５０Ｗの照射により、例えば、第１量子ビット対１１ｒ、及び、第２量子ビット対１２ｒについて２量子ビットゲート操作が実施される。

固体中の局在中心は、コヒーレンス時間が長い。物理系のサイズが小さく素子の小型化に適している。固体中の局在中心は、量子技術に適合した物理系として期待されている。量子技術は、例えば、量子コンピュータ、量子シミュレータ及び量子センサ等を含む。

固体中の局在中心を量子ビットとする場合において、性能が高い誤り訂正に適する具体的な構造は知られていない。従来、量子ビットを個別に初期化、操作、及び、観測する際に、照射電磁波（光、マイクロ波またはラジオ波など）の照射位置、及び、周波数は、それぞれの量子ビットに固有の位置及び共鳴周波数に適合される。一般に、量子ビット数の増大に伴い、必要な光線の数及び周波数の数が、増大する。これにより、装置が複雑化し、大型化する。実施形態によれば、装置が複雑化及び大型化が抑制できる。

実施形態によれば、例えば、性能の向上と小型化とが可能な情報処理装置が提供される。

実施形態は、以下の構成（例えば技術案）を含んで良い。
(構成１）
複数の量子ビット対を含む量子ビット対構造体を備え、
前記複数の量子ビット対は、ｍ行ｎ列（ｍは３以上の整数、ｎは３以上の整数）に並び、
前記複数の量子ビット対は、
２ｋ行で（２ｌ－１）列の第１量子ビット対と、
（２ｋ-１）行で２ｌ列の第２量子ビット対と、
（２ｋ－１）行で（２ｌ－１）列の第１隣量子ビット対と、
２ｋ行で（２ｌ－２）列の第２隣量子ビット対と、
２ｋ行で２ｌ列の第３隣量子ビット対と、
（２ｋ＋１）行で（２ｌ－１）列の第４隣量子ビット対と、
（２ｋ-２）行で２ｌ列の第５隣量子ビット対と、
（２ｋ-１）行で（２ｌ＋１）列の第６隣量子ビット対と、
を含み、
前記ｋは、１以上でｍ／２を超えない最大の整数以下の整数であり、
前記ｌは、１以上でｎ／２以下を超えない最大の整数以下の整数であり、
前記量子ビット対構造体は、
前記第１量子ビット対と前記第１隣量子ビット対との間の第１スピンチェインと、
前記第１量子ビット対と前記第２隣量子ビット対との間の第２スピンチェインと、
前記第１量子ビット対と前記第３隣量子ビット対との間の第３スピンチェインと、
前記第１量子ビット対と前記第４隣量子ビット対との間の第４スピンチェインと、
前記第２量子ビット対と前記第５隣量子ビット対との間の第５スピンチェインと、
前記第２量子ビット対と前記第１隣量子ビット対との間の第６スピンチェインと、
前記第２量子ビット対と前記第６隣量子ビット対との間の第７スピンチェインと、
前記第２量子ビット対と前記第３隣量子ビット対との間の第８スピンチェインと、
を含み、
前記第１スピンチェイン及び前記第５スピンチェインは、第１固有エネルギーを有し、
前記第２スピンチェイン及び前記第６スピンチェインは、第２固有エネルギーを有し、
前記第３スピンチェイン及び前記第７スピンチェインは、第３固有エネルギーを有し、
前記第４スピンチェイン及び前記第８スピンチェインは、第４固有エネルギーを有し、
前記第１固有エネルギー、前記第２固有エネルギー、前記第３固有エネルギー及び前記第４固有エネルギーは、互いに異なり、
前記第１スピンチェイン及び前記第５スピンチェインは、前記第２固有エネルギー、前記第３固有エネルギー、及び、前記第４固有エネルギーを有せず、
前記第２スピンチェイン及び前記第６スピンチェインは、前記第１固有エネルギー、前記第３固有エネルギー、及び、前記第４固有エネルギーを有せず、
前記第３スピンチェイン及び前記第７スピンチェインは、前記第１固有エネルギー、前記第２固有エネルギー、及び、前記第４固有エネルギーを有せず、
前記第４スピンチェイン及び前記第８スピンチェインは、前記第１固有エネルギー、前記第２固有エネルギー、及び、前記第３固有エネルギーを有しない、情報処理装置。

(構成２）
前記第１量子ビット対と前記第１隣量子ビット対との間の距離、及び、前記第２量子ビット対と前記第５隣量子ビット対との間の距離は、第１距離であり、
前記第１量子ビット対と前記第２隣量子ビット対との間の距離、及び、前記第２量子ビット対と前記第１隣量子ビット対との間の距離は、第２距離であり、
前記第１量子ビット対と前記第３隣量子ビット対との間の距離、及び、前記第２量子ビット対と前記第６隣量子ビット対との間の距離は、第３距離であり、
前記第１量子ビット対と前記第４隣量子ビット対との間の距離、及び、前記第２量子ビット対と前記第３隣量子ビット対との間の距離は、第４距離であり、
前記第１距離、前記第２距離、前記第３距離及び前記第４距離は、互いに異なる、構成１記載の情報処理装置。

(構成３）
複数の量子ビット対を含む量子ビット対構造体を備え、
前記複数の量子ビット対は、ｍ行ｎ列（ｍは３以上の整数、ｎは３以上の整数）に並び、
前記複数の量子ビット対は、
２ｋ行で（２ｌ－１）列の第１量子ビット対と、
（２ｋ-１）行で２ｌ列の第２量子ビット対と、
（２ｋ－１）行で（２ｌ－１）列の第１隣量子ビット対と、
２ｋ行で（２ｌ－２）列の第２隣量子ビット対と、
２ｋ行で２ｌ列の第３隣量子ビット対と、
（２ｋ＋１）行で（２ｌ－１）列の第４隣量子ビット対と、
（２ｋ-２）行で２ｌ列の第５隣量子ビット対と、
（２ｋ-１）行で（２ｌ＋１）列の第６隣量子ビット対と、
を含み、
前記ｋは、１以上でｍ／２を超えない最大の整数以下の整数であり、
前記ｌは、１以上でｎ／２を超えない最大の整数以下の整数であり、
前記第１量子ビット対と前記第１隣量子ビット対との間の距離、及び、前記第２量子ビット対と前記第５隣量子ビット対との間の距離は、第１距離であり、
前記第１量子ビット対と前記第２隣量子ビット対との間の距離、及び、前記第２量子ビット対と前記第１隣量子ビット対との間の距離は、第２距離であり、
前記第１量子ビット対と前記第３隣量子ビット対との間の距離、及び、前記第２量子ビット対と前記第６隣量子ビット対との間の距離は、第３距離であり、
前記第１量子ビット対と前記第４隣量子ビット対との間の距離、及び、前記第２量子ビット対と前記第３隣量子ビット対との間の距離は、第４距離であり、
前記第１距離、前記第２距離、前記第３距離及び前記第４距離は、互いに異なる、情報処理装置。

(構成４）
前記第１量子ビット対は、第１元素及び第１同位体の少なくともいずれかを含む第１構造体を含み、
前記第２量子ビット対は、第２元素及び第２同位体の少なくともいずれかを含む第２構造体を含み、
前記第１隣量子ビット対、前記第２隣量子ビット対、前記第３隣量子ビット対、前記第４隣量子ビット対、前記第５隣量子ビット対及び前記第６隣量子ビット対は、第３元素及び第３同位体の少なくともいずれかを含む第３構造体を含み、
前記第１構造体は、前記第３構造体とは異なり、
前記第１構造体は、前記第２構造体とは異なり、
前記第２構造体は、前記第３構造体とは異なる、構成１～３のいずれか１つに記載の情報処理装置。

(構成５）
複数の量子ビット対を含む量子ビット対構造体を備え、
前記複数の量子ビット対は、ｍ行ｎ列（ｍは３以上の整数、ｎは３以上の整数）に並び、
前記複数の量子ビット対は、
２ｋ行で（２ｌ－１）列の第１量子ビット対と、
（２ｋ-１）行で２ｌ列の第２量子ビット対と、
（２ｋ－１）行で（２ｌ－１）列の第１隣量子ビット対と、
２ｋ行で（２ｌ－２）列の第２隣量子ビット対と、
２ｋ行で２ｌ列の第３隣量子ビット対と、
（２ｋ＋１）行で（２ｌ－１）列の第４隣量子ビット対と、
（２ｋ-２）行で２ｌ列の第５隣量子ビット対と、
（２ｋ-１）行で（２ｌ＋１）列の第６隣量子ビット対と、
を含み、
前記ｋは、１以上でｍ／２を超えない最大の整数以下の整数であり、
前記ｌは、１以上でｎ／２を超えない最大の整数以下の整数であり、
前記第１量子ビット対は、第１元素及び第１同位体の少なくともいずれかを含む第１構造体を含み、
前記第２量子ビット対は、第２元素及び第２同位体の少なくともいずれかを含む第２構造体を含み、
前記第１隣量子ビット対、前記第２隣量子ビット対、前記第３隣量子ビット対、前記第４隣量子ビット対、前記第５隣量子ビット対及び前記第６隣量子ビット対は、第３元素及び第３同位体の少なくともいずれかを含む第３構造体を含み、
前記第１構造体は、前記第３構造体とは異なり、
前記第１構造体は、前記第２構造体とは異なり、
前記第２構造体は、前記第３構造体とは異なる、情報処理装置。

(構成６）
複数の量子ビット対を含む量子ビット対構造体を備え、
前記複数の量子ビット対は、ｍ行ｎ列（ｍは３以上の整数、ｎは３以上の整数）に並び、
前記複数の量子ビット対は、
２ｋ行で（２ｌ－１）列の第１量子ビット対と、
（２ｋ-１）行で２ｌ列の第２量子ビット対と、
（２ｋ－１）行で（２ｌ－１）列の第１隣量子ビット対と、
２ｋ行で（２ｌ－２）列の第２隣量子ビット対と、
２ｋ行で２ｌ列の第３隣量子ビット対と、
（２ｋ＋１）行で（２ｌ－１）列の第４隣量子ビット対と、
（２ｋ-２）行で２ｌ列の第５隣量子ビット対と、
（２ｋ-１）行で（２ｌ＋１）列の第６隣量子ビット対と、
を含み、
前記ｋは、１以上でｍ／２を超えない最大の整数以下の整数であり、
前記ｌは、１以上でｎ／２を超えない最大の整数以下の整数であり、
前記量子ビット対構造体は、
前記第１量子ビット対と前記第１隣量子ビット対との間の第１スピンチェインと、
前記第１量子ビット対と前記第２隣量子ビット対との間の第２スピンチェインと、
前記第１量子ビット対と前記第３隣量子ビット対との間の第３スピンチェインと、
前記第１量子ビット対と前記第４隣量子ビット対との間の第４スピンチェインと、
前記第２量子ビット対と前記第５隣量子ビット対との間の第５スピンチェインと、
前記第２量子ビット対と前記第１隣量子ビット対との間の第６スピンチェインと、
前記第２量子ビット対と前記第６隣量子ビット対との間の第７スピンチェインと、
前記第２量子ビット対と前記第３隣量子ビット対との間の第８スピンチェインと、
を含み、
前記第１スピンチェイン及び前記第８スピンチェインは、第１固有エネルギーを有し、
前記第２スピンチェイン及び前記第７スピンチェインは、第２固有エネルギーを有し、
前記第４スピンチェイン及び前記第５スピンチェインは、第３固有エネルギーを有し、
前記第３スピンチェイン及び前記第６スピンチェインは、第４固有エネルギーを有し、
前記第１固有エネルギー、前記第２固有エネルギー、前記第３固有エネルギー及び前記第４固有エネルギーは、互いに異なり、
前記第１スピンチェイン及び前記第８スピンチェインは、前記第２固有エネルギー、前記第３固有エネルギー、及び、前記第４固有エネルギーを有せず、
前記第２スピンチェイン及び前記第７スピンチェインは、前記第１固有エネルギー、前記第３固有エネルギー、及び、前記第４固有エネルギーを有せず、
前記第４スピンチェイン及び前記第５スピンチェインは、前記第１固有エネルギー、前記第２固有エネルギー、及び、前記第４固有エネルギーを有せず、
前記第３スピンチェイン及び前記第６スピンチェインは、前記第１固有エネルギー、前記第２固有エネルギー、及び、前記第３固有エネルギーを有しない、情報処理装置。

(構成７）
前記第１量子ビット対と前記第１隣量子ビット対との間の距離、及び、前記第２量子ビット対と前記第３隣量子ビット対との間の距離は、第１距離であり、
前記第１量子ビット対と前記第２隣量子ビット対との間の距離、及び、前記第２量子ビット対と前記第６隣量子ビット対との間の距離は、第２距離であり、
前記第１量子ビット対と前記第４隣量子ビット対との間の距離、及び、前記第２量子ビット対と前記第５隣量子ビット対との間の距離は、第３距離であり、
前記第１量子ビット対と前記第３隣量子ビット対との間の距離、及び、前記第２量子ビット対と前記第１隣量子ビット対との間の距離は、第４距離であり、
前記第１距離、前記第２距離、前記第３距離及び前記第４距離は、互いに異なる、構成６記載の情報処理装置。

(構成８）
複数の量子ビット対を含む量子ビット対構造体を備え、
前記複数の量子ビット対は、ｍ行ｎ列（ｍは３以上の整数、ｎは３以上の整数）に並び、
前記複数の量子ビット対は、
２ｋ行で（２ｌ－１）列の第１量子ビット対と、
（２ｋ-１）行で２ｌ列の第２量子ビット対と、
（２ｋ－１）行で（２ｌ－１）列の第１隣量子ビット対と、
２ｋ行で（２ｌ－２）列の第２隣量子ビット対と、
２ｋ行で２ｌ列の第３隣量子ビット対と、
（２ｋ＋１）行で（２ｌ－１）列の第４隣量子ビット対と、
（２ｋ-２）行で２ｌ列の第５隣量子ビット対と、
（２ｋ-１）行で（２ｌ＋１）列の第６隣量子ビット対と、
を含み、
前記ｋは、１以上でｍ／２を超えない最大の整数以下の整数であり、
前記ｌは、１以上でｎ／２を超えない最大の整数以下の整数であり、
前記第１量子ビット対と前記第１隣量子ビット対との間の距離、及び、前記第２量子ビット対と前記第３隣量子ビット対との間の距離は、第１距離であり、
前記第１量子ビット対と前記第２隣量子ビット対との間の距離、及び、前記第２量子ビット対と前記第６隣量子ビット対との間の距離は、第２距離であり、
前記第１量子ビット対と前記第４隣量子ビット対との間の距離、及び、前記第２量子ビット対と前記第５隣量子ビット対との間の距離は、第３距離であり、
前記第１量子ビット対と前記第３隣量子ビット対との間の距離、及び、前記第２量子ビット対と前記第１隣量子ビット対との間の距離は、第４距離であり、
前記第１距離、前記第２距離、前記第３距離及び前記第４距離は、互いに異なる、情報処理装置。

(構成９）
前記第１量子ビット対は、第１元素及び第１同位体の少なくともいずれかを含む第１構造体を含み、
前記第２量子ビット対は、第２元素及び第２同位体の少なくともいずれかを含む第２構造体を含み、
前記第１隣量子ビット対、前記第２隣量子ビット対、前記第３隣量子ビット対、前記第４隣量子ビット対、前記第５隣量子ビット対及び前記第６隣量子ビット対は、第３元素及び第３同位体の少なくともいずれかを含む第３構造体を含み、
前記第１構造体は、前記第３構造体とは異なり、
前記第１構造体は、前記第２構造体とは異なり、
前記第２構造体は、前記第３構造体とは異なる、構成８記載の情報処理装置。

(構成１０）
複数の量子ビット対を含む量子ビット対構造体を備え、
前記複数の量子ビット対は、ｍ行ｎ列（ｍは３以上の整数、ｎは３以上の整数）に並び、
前記複数の量子ビット対は、
２ｋ行で（２ｌ－１）列の第１量子ビット対と、
（２ｋ-１）行で２ｌ列の第２量子ビット対と、
（２ｋ－１）行で（２ｌ－１）列の第１隣量子ビット対と、
２ｋ行で（２ｌ－２）列の第２隣量子ビット対と、
２ｋ行で２ｌ列の第３隣量子ビット対と、
（２ｋ＋１）行で（２ｌ－１）列の第４隣量子ビット対と、
（２ｋ-２）行で２ｌ列の第５隣量子ビット対と、
（２ｋ-１）行で（２ｌ＋１）列の第６隣量子ビット対と、
を含み、
前記ｋは、１以上でｍ／２を超えない最大の整数以下の整数であり、
前記ｌは、１以上でｎ／２を超えない最大の整数以下の整数であり、
前記第１量子ビット対は、第１元素及び第１同位体の少なくともいずれかを含む第１構造体を含み、
前記第２量子ビット対は、第２元素及び第２同位体の少なくともいずれかを含む第２構造体を含み、
前記第１隣量子ビット対、前記第２隣量子ビット対、前記第３隣量子ビット対、前記第４隣量子ビット対、前記第５隣量子ビット対及び前記第６隣量子ビット対は、第３元素及び第３同位体の少なくともいずれかを含む第３構造体を含み、
前記第１構造体は、前記第３構造体とは異なり、
前記第１構造体は、前記第２構造体とは異なり、
前記第２構造体は、前記第３構造体とは異なる、情報処理装置。

(構成１１）
前記複数の量子ビット対の１つは、第１対、第２対、第３対、第４対及び第５対のいずれかを含み、
前記第１対は、ダイヤモンドのＮＶ中心の電子スピン及び核スピンを含み、
前記第２対は、前記ダイヤモンドの前記ＮＶ中心の電子スピンと、^１３Ｃの核スピンと、を含み、
前記第３対は、ＳｉＣのＮＶ中心の電子スピン及び核スピンを含み、
前記第４対は、前記ＳｉＣの前記ＮＶ中心の電子スピンと、^１３Ｃの核スピンと、を含み、
前記第５対は、前記ＳｉＣのＶＶ^０の電子スピンと、^１３Ｃの核スピンと、を含む、構成１～１０のいずれか１つに記載の情報処理装置。

(構成１２）
第１方向に沿って延び、前記第１方向と交差する第１交差方向に沿って並ぶ複数の第１導電部材と、
前記第１方向及び前記第１交差方向を含む平面に沿い前記第１方向と交差する第２方向に沿って延び、前記平面に沿い前記第２方向と交差する第２交差方向に沿って並ぶ複数の第２導電部材と、
をさらに備え、
前記複数の量子ビット対は、前記平面に沿って並び、
前記複数の量子ビット対の１つは、前記平面と交差する第３方向において、第１領域及び第２領域と重なり、
前記第１領域は、前記複数の第１導電部材の１つと、前記複数の第１導電部材の別の１つと、の間であり、前記複数の第１導電部材の前記別の１つは、前記複数の第１導電部材の前記１つの隣であり、
前記第２領域は、前記複数の第２導電部材の１つと、前記複数の第２導電部材の別の１つと、の間であり、前記複数の第２導電部材の前記別の１つは、前記複数の第２導電部材の前記１つの隣である、構成１～１１のいずれか１つに記載の情報処理装置。

(構成１３）
回路部をさらに備え、
前記回路部は、前記複数の第１導電部材の前記１つに第１向きの第１電流を供給可能であり、
前記回路部は、前記複数の第１導電部材の前記別の１つに第２向きの第２電流を供給可能であり、
前記第２向きは、前記第１向きの逆であり、
前記回路部は、前記複数の第２導電部材の前記１つに第３向きの第３電流を供給可能であり、
前記回路部は、前記複数の第２導電部材の前記別の１つに第４向きの第４電流を供給可能であり、
前記第４向きは、前記第３向きの逆である、構成１２記載の情報処理装置。

(構成１４）
前記複数の量子ビット対に電磁波を照射可能な電磁波照射部をさらに備え、
前記量子ビット対構造体は、
複数の電極と、
光検出部と、
を含み、
前記複数の電極は、前記複数の量子ビット対に個別に電場を印加可能であり、
前記光検出部は、前記複数の量子ビット対が発する光を検出可能である、
構成１～１３のいずれか１つに記載の情報処理装置。

(構成１５）
前記電磁波照射部は、前記複数の量子ビット対に第１電磁波を照射する第１動作と、
前記複数の量子ビット対に第２電磁波を照射する第２動作と、の実施が可能であり、
前記複数の量子ビット対の１つは、２つの物理系を含み、
前記２つの物理系の１つは、第１量子状態、第２量子状態、及び、第３量子状態を含み、
前記第１量子状態と前記第２量子状態との間の遷移は、第１電磁波に共鳴し、
前記第２量子状態と前記第３量子状態との間の遷移は、第２電磁波に共鳴する、構成１４記載の情報処理装置。

(構成１６）
前記複数の量子ビット対の１つは、２つの物理系を含み、
前記２つの物理系の１つは、第１量子状態、第２量子状態、及び、第３量子状態を含み、
前記複数の電極により印加された前記電場により、前記第２量子状態と前記第３量子状態との間の遷移が変化する、構成１～７のいずれか１つに記載の情報処理装置。

(構成１７）
前記第１量子状態及び前記第２量子状態は、量子ビットに対応可能である、構成１５または１６に記載の情報処理装置。

(構成１８）
前記複数の量子ビット対の１つは、２つの物理系を含み、
前記２つの物理系の１つは、２つ以上の量子状態を含み、
前記２つ以上の量子状態は、量子ビットに対応可能である、構成１～１２のいずれか１つに記載の情報処理装置。

(構成１９）
複数の量子ビット対を含む量子ビット対構造体の前記複数の量子ビット対の少なくとも１つに電磁波を照射し、
前記複数の量子ビット対は、ｍ行ｎ列（ｍは３以上の整数、ｎは３以上の整数）に並び、
前記複数の量子ビット対は、
２ｋ行で（２ｌ－１）列の第１量子ビット対と、
（２ｋ-１）行で２ｌ列の第２量子ビット対と、
（２ｋ－１）行で（２ｌ－１）列の第１隣量子ビット対と、
２ｋ行で（２ｌ－２）列の第２隣量子ビット対と、
２ｋ行で２ｌ列の第３隣量子ビット対と、
（２ｋ＋１）行で（２ｌ－１）列の第４隣量子ビット対と、
（２ｋ-２）行で２ｌ列の第５隣量子ビット対と、
（２ｋ-１）行で（２ｌ＋１）列の第６隣量子ビット対と、
を含み、
前記ｋは、１以上でｍ／２を超えない最大の整数以下の整数であり、
前記ｌは、１以上でｎ／２を超えない最大の整数以下の整数であり、
前記量子ビット対構造体は、
前記第１量子ビット対と前記第１隣量子ビット対との間の第１スピンチェインと、
前記第１量子ビット対と前記第２隣量子ビット対との間の第２スピンチェインと、
前記第１量子ビット対と前記第３隣量子ビット対との間の第３スピンチェインと、
前記第１量子ビット対と前記第４隣量子ビット対との間の第４スピンチェインと、
前記第２量子ビット対と前記第５隣量子ビット対との間の第５スピンチェインと、
前記第２量子ビット対と前記第１隣量子ビット対との間の第６スピンチェインと、
前記第２量子ビット対と前記第６隣量子ビット対との間の第７スピンチェインと、
前記第２量子ビット対と前記第３隣量子ビット対との間の第８スピンチェインと、
を含み、
前記第１スピンチェイン及び前記第５スピンチェインは、第１固有エネルギーを有し、
前記第２スピンチェイン及び前記第６スピンチェインは、第２固有エネルギーを有し、
前記第３スピンチェイン及び前記第７スピンチェインは、第３固有エネルギーを有し、
前記第４スピンチェイン及び前記第８スピンチェインは、第４固有エネルギーを有し、
前記第１固有エネルギー、前記第２固有エネルギー、前記第３固有エネルギー及び前記第４固有エネルギーは、互いに異なり、
前記第１スピンチェイン及び前記第５スピンチェインは、前記第２固有エネルギー、前記第３固有エネルギー、及び、前記第４固有エネルギーを有せず、
前記第２スピンチェイン及び前記第６スピンチェインは、前記第１固有エネルギー、前記第３固有エネルギー、及び、前記第４固有エネルギーを有せず、
前記第３スピンチェイン及び前記第７スピンチェインは、前記第１固有エネルギー、前記第２固有エネルギー、及び、前記第４固有エネルギーを有せず、
前記第４スピンチェイン及び前記第８スピンチェインは、前記第１固有エネルギー、前記第２固有エネルギー、及び、前記第３固有エネルギーを有せず、
前記複数の量子ビット対の前記少なくとも１つに含まれる２つの物理系の１つは、前記第１～第４固有エネルギーに共鳴し、
前記第１量子ビット対、及び、前記第２量子ビット対について２量子ビットゲート操作を実施する、情報処理方法。

(構成２０）
複数の量子ビット対を含む量子ビット対構造体の前記複数の量子ビット対の少なくとも１つに電磁波を照射し、
前記複数の量子ビット対は、ｍ行ｎ列（ｍは３以上の整数、ｎは３以上の整数）に並び、
前記複数の量子ビット対は、
２ｋ行で（２ｌ－１）列の第１量子ビット対と、
（２ｋ-１）行で２ｌ列の第２量子ビット対と、
（２ｋ－１）行で（２ｌ－１）列の第１隣量子ビット対と、
２ｋ行で（２ｌ－２）列の第２隣量子ビット対と、
２ｋ行で２ｌ列の第３隣量子ビット対と、
（２ｋ＋１）行で（２ｌ－１）列の第４隣量子ビット対と、
（２ｋ-２）行で２ｌ列の第５隣量子ビット対と、
（２ｋ-１）行で（２ｌ＋１）列の第６隣量子ビット対と、
を含み、
前記ｋは、１以上でｍ／２を超えない最大の整数以下の整数であり、
前記ｌは、１以上でｎ／２を超えない最大の整数以下の整数であり、
前記量子ビット対構造体は、
前記第１量子ビット対と前記第１隣量子ビット対との間の第１スピンチェインと、
前記第１量子ビット対と前記第２隣量子ビット対との間の第２スピンチェインと、
前記第１量子ビット対と前記第３隣量子ビット対との間の第３スピンチェインと、
前記第１量子ビット対と前記第４隣量子ビット対との間の第４スピンチェインと、
前記第２量子ビット対と前記第５隣量子ビット対との間の第５スピンチェインと、
前記第２量子ビット対と前記第１隣量子ビット対との間の第６スピンチェインと、
前記第２量子ビット対と前記第６隣量子ビット対との間の第７スピンチェインと、
前記第２量子ビット対と前記第３隣量子ビット対との間の第８スピンチェインと、
を含み、
前記第１スピンチェイン及び前記第８スピンチェインは、第１固有エネルギーを有し、
前記第２スピンチェイン及び前記第７スピンチェインは、第２固有エネルギーを有し、
前記第４スピンチェイン及び前記第５スピンチェインは、第３固有エネルギーを有し、
前記第３スピンチェイン及び前記第６スピンチェインは、第４固有エネルギーを有し、
前記第１固有エネルギー、前記第２固有エネルギー、前記第３固有エネルギー及び前記第４固有エネルギーは、互いに異なり、
前記第１スピンチェイン及び前記第８スピンチェインは、前記第２固有エネルギー、前記第３固有エネルギー、及び、前記第４固有エネルギーを有せず、
前記第２スピンチェイン及び前記第７スピンチェインは、前記第１固有エネルギー、前記第３固有エネルギー、及び、前記第４固有エネルギーを有せず、
前記第４スピンチェイン及び前記第５スピンチェインは、前記第１固有エネルギー、前記第２固有エネルギー、及び、前記第４固有エネルギーを有せず、
前記第３スピンチェイン及び前記第６スピンチェインは、前記第１固有エネルギー、前記第２固有エネルギー、及び、前記第３固有エネルギーを有せず、
前記複数の量子ビット対の少なくとも１つに含まれる２つの物理系の片方は、前記第１～第４固有エネルギーに共鳴し、
前記第１量子ビット対、及び、前記第２量子ビット対について２量子ビットゲート操作を実施する、情報処理方法。

上記の第１例において、上記のように、Ｚ点の直上のＤ点に周波数ν_{Ｄ，ＡＥ，２}の強い光を照射しながら、ν_ＲＦの周波数を有するラジオ波のπパルスを照射する。これにより、Ｘ点直上のＤ点に、Ｃ_ｅＮＯＴ_ｎゲートが実施される。

このとき、第１例において、以下の処理が実施されても良い。周波数ν_{Ｄ，ＡＥ，２}の強い光の代わりに、次に示す周波数ν_eの光及び周波数ν_fの光を含む強い光を照射してもよい。周波数ν_eの光及び周波数ν_fの光は、レーザ光源５１ｂによる光の周波数設定、及び、第１素子部５８ａによる周波数変調の少なくともいずれかにより生成され得る。周波数ν_eは、Ｚ点の上において隣のＤ点の仲介量子ビットとメモリ量子ビットとの結合系における、^３Ａの｜０_e,＋１／２_n＞の状態から^３Ｅの｜－１_e,＋１／２_n＞の状態への遷移に共鳴する周波数である。周波数ν_fは、Ｚ点の上において隣のＤ点の仲介量子ビットとメモリ量子ビットの結合系における、^３Ａの｜＋１_e,＋１／２_n＞の状態から^３Ｅの｜＋１_e,＋１／２_n＞の状態への遷移に共鳴する周波数である。周波数ν_eの光及び周波数ν_fの光は、パルス光または連続光でよい。例えば、Ｚ点の上において隣のＤ点の仲介量子ビットとメモリ量子ビットとの結合系を、周波数ν_eの光及び周波数ν_fの光を含む強い光に共鳴させながら、ラジオ波πパルスを照射する。これによりＸ点の上において隣のＤ点において、Ｃ_ｅＮＯＴ_ｎゲートが実施される。

上記の第２例において、上記のように、マイクロ波照射用コイル５３により、８つの周波数の成分を有するマイクロ波を照射する。８つの周波数は、ν_{Ｚ，ＭＷ１}、ν_{Ｚ，ＭＷ２}、ν_{Ｘ，ＭＷ１}、ν_{Ｘ，ＭＷ２}、ν_{ＤＺ，ＭＷ１}、ν_{ＤＺ，ＭＷ２}、ν_{ＤＸ，ＭＷ１}、及び、ν_{ＤＸ，ＭＷ２}である。この照射において、Δ_ＤＺ＝Δ_Ｚ＝５．３ｋＨｚである。Δ_ＤＸ＝Δ_Ｘ＝１２．６ｋＨｚである。ν_{Ｚ，ＭＷ１}、ν_{Ｚ，ＭＷ２}、ν_{ＤＺ，ＭＷ１}、及び、ν_{ＤＺ，ＭＷ２}の周波数のマイクロ波照射時間は、６.３ｍsである。ν_{Ｘ，ＭＷ１}、ν_{Ｘ，ＭＷ２}、ν_{ＤＸ，ＭＷ１}、及び、ν_{ＤＸ，ＭＷ２}の周波数のマイクロ波の照射時間は５．６ｍsである。このようなマイクロ波の照射により、Ｚ点の仲介量子ビットと、そのＺ点の上において隣のＤＺ点の仲介量子ビットと、の間におけるＳＷＡＰゲートが実施される。Ｘ点の仲介量子ビットと、Ｘ点の上において隣のＤＸ点の仲介量子ビットと、の間におけるＳＷＡＰゲートが実施される。ν_{ＤZ，０，＋１}の周波数の２つのπ／２パルス照射により、ＤＺ点について、Ｃ_ｎＮＯＴ_ｅゲートが実施される。ＤＺ点に例えば周波数ν_{ＤＺ，ＡＥ，２}の強い光を照射しながら、ν_ＲＦの周波数のラジオ波πパルス照射により、ＤＸ点について、Ｃ_ｅＮＯＴ_ｎゲートが実施される。

このとき、第２例において、以下の処理が実施されても良い。周波数ν_{Ｄ，ＡＥ，２}の強い光の代わりに、次に示す周波数ν_eの光及び周波数ν_fの光を含む強い光を照射してもよい。周波数ν_eの光及び周波数ν_fの光は、レーザ光源５１ｂによる光の周波数設定、及び、第１素子部５８ａによる周波数変調の少なくともいずれかにより生成され得る。周波数ν_eは、Ｚ点の上において隣のＤＺ点の仲介量子ビットとメモリ量子ビットとの結合系における、^３Ａの｜０_e,＋１／２_n＞の状態から^３Ｅの｜－１_e,＋１／２_n＞の状態への遷移に共鳴する周波数である。周波数ν_fは、Ｚ点の上において隣のＤＺ点の仲介量子ビットとメモリ量子ビットの結合系における、^３Ａの｜＋１_e,＋１／２_n＞の状態から^３Ｅの｜＋１_e,＋１／２_n＞の状態への遷移に共鳴する周波数である。周波数ν_eの光及び周波数ν_fの光は、パルス光または連続光でよい。例えば、Ｚ点の上において隣のＤＺ点の仲介量子ビットとメモリ量子ビットとの結合系を、周波数ν_eの光及び周波数ν_fの光を含む強い光に共鳴させながら、ラジオ波πパルスを照射する。これによりＸ点の上において隣のＤＸ点において、Ｃ_ｅＮＯＴ_ｎゲートが実施される。

上記の第４例において、上記のように、その後、Ｚ点の上において隣のＤ点の電場印加用電極に１３５０ｍＶの電圧を印加する。その仲介量子ビットを周波数ν_ｄの強い光に共鳴させながら、ラジオ波πパルスが照射される。

このとき、第４例において、以下の処理が実施されても良い。１３５０ｍＶの代わりに、１８００ｍＶの電圧を印加しても良い。その際、周波数ν_ｄの強い光を、次に示す周波数ν_eの光及び周波数ν_fの光を含む強い光に変更する。周波数ν_eの光及び周波数ν_fの光は、第５レーザ光源５１ｅからの光の周波数設定、及び、第１素子部５８ａによる周波数変調の少なくともいずれかにより生成され得る。周波数ν_eは、その電圧印加下でＺ点の上において隣のＤ点の仲介量子ビットとメモリ量子ビットの結合系における、^３Ａの｜０_e,＋１／２_n＞の状態から^３Ｅの｜－１_e,＋１／２_n＞の状態への遷移に共鳴する周波数である。周波数ν_fは、その電圧印加下でＺ点の上において隣のＤ点の仲介量子ビットとメモリ量子ビットの結合系における、^３Ａの｜＋１_e,＋１／２_n＞の状態から^３Ｅの｜＋１_e,＋１／２_n＞の状態への遷移に共鳴する周波数である。

周波数ν_eの光及び周波数ν_fの光は、次のように生成されても良い。第５レーザ光源５１eおよび第1素子部５８ａからの光は周波数ν_ｄの光とする。例えば、第６レーザ光源５１ｆ、第７レーザ光源５１ｇ、それらに対応する複数の第１素子部５８ａ、複数の第２素子部５８ｂ、光合成用光学系５１ｓ、及び、光ファイバ５８ｆが用意されて良い。第６レーザ光源５１ｆは、周波数ν_eの光を出力する。第７レーザ光源５１ｇは、周波数ν_eの光を出力する。１８００ｍＶの電圧印加中において、周波数ν_eの光及び周波数ν_fの光を含む強い光は、パルス光または連続光でよい。例えば、Ｚ点の上において隣のＤ点の仲介量子ビットとメモリ量子ビットとの結合系を、周波数ν_eの光及び周波数ν_fの光を含む強い光に共鳴させながら、ラジオ波πパルスが照射される。

第４例では、Ｄ点、Ｚ点及びＸ点の電場印加用電極により、複数の仲介量子ビットとして使う電子スピンの遷移を個別に、周波数ν_ａの測定用の光に共鳴させる。複数の仲介量子ビットとして使う電子スピンの遷移を、個別に、仲介量子ビットを｜０_ｅ＞にする周波数ν_ｂ及び周波数ν_ｃの光に共鳴させる。複数の仲介量子ビットとして使う電子スピンの遷移を、個別に、周波数ν_ｄの光に共鳴させる。または、複数の仲介量子ビットとして使う電子スピンの遷移を、個別に、周波数ν_ｅの光及び周波数ν_ｆの光に共鳴させる。複数の仲介量子ビットとして使う電子スピン、メモリ量子ビットとして使う核スピンは、マイクロ波またはラジオ波に応答しなくなる。従って、複数の量子ビット対に関して、光照射、マイクロ波照射またはラジオ波照射を個別に行うことがない。複数のメモリ量子ビットに関しての個別の停止、複数のメモリ量子ビットに関しての個別の１量子ビットゲート、複数のメモリ量子ビットに関しての個別の測定、及び、複数のメモリ量子ビットに関しての個別の初期化が可能である。

実施形態によれば、処理効率の向上が可能な情報処理装置及び情報処理方法が提供できる。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、情報処理装置に含まれる各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。

各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

その他、本発明の実施の形態として上述した情報処理装置及び情報処理方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての情報処理装置及び情報処理方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０Ａ…量子ビット対構造体、 １０Ｅｓ…電子スピン、 １０Ｌ…格子点、 １０Ｎｓ…核スピン、 １０Ｘ…単結晶、 １０ｃ…スピンチェイン、 １０ｃＥｓ…電子スピン、 １０ｐ…量子ビット対、 １０ｐａ、１０ｐｂ…量子ビット対、 １０ｐａｍ、１０ｐｂｍ…メモリ量子ビット対、 １０ｓ…物理系、 １１ｒ…第１量子ビット対、 １２ｒ…第２量子ビット対、 １５ａ～１５ｆ…第１～第６隣量子ビット対、 ２１～２８…第１～第８スピンチェイン、 ３１、３２…第１、第２導電部材、 ４０Ｅ…電極、 ４０ｉ…中間部材、 ４０ｓ…基体、 ４１、４２…第１、第２電極、 ４４…カットオフ光学フィルタ、 ４５…光検出部、 ４５ｒ…光検出領域、 ４６ａ、４６ｂ…第１、第２光学層、 ４６ｒ…反射部材、 ４７…光検出器、 ４８…光減衰部材、 ５０Ｄ…電磁波照射部、 ５０Ｗ…電磁波、 ５１ａ～５１ｅ…第１～第５レーザ光源、 ５１ｏ…光学系、 ５２…ラジオ波照射用コイル、 ５３…マイクロ波照射用コイル、 ５４ａ、５４ｂ…磁場印加用コイル、 ５８ａ、５８ｂ…第１、第２素子部、 ５８ｆ…光ファイバ、 ５９…クライオスタット、 ７０…回路部、 ７０Ａ、７０Ｂ…第１、第２電流回路、 ７１…電場印加部、 ７７…制御部、 １１０～１１６、１２０、１２１…情報処理装置、 ＣＦ１～ＣＦ３…第１～第３構成、 Ｄｑ１、Ｄｑ２…第１、第２データ量子ビット、 Ｄｒ１～Ｄｒ３…第１～第３方向、 Ｄｕ１…上方向、 Ｄｘ１、Ｄｘ２…第１、第２軸方向、 Ｅ_１～Ｅ_４…第１～第４固有エネルギー、 Ｌ１～Ｌ４…第１～第４距離、 ＬＬ１～ＬＬ５…第１～第５光、 Ｍｑ１、Ｍｑ２…第１、第２測定量子ビット、 ＳＢ１～ＳＢ３…第１～第３構造体、 ＳＣ１～ＳＣ３…スピンチェイン、 Ｅ_１～Ｅ_４…第１～第４固有エネルギー、 Ｌ１～Ｌ４…第１～第４距離、 Ｍｑ１、Ｍｑ２…第１、第２測定量子ビット、 ｂｑ１、ｂｑ２…第１、第２仲介量子ビット、 ｄｐ１、ｄｐ２…間隔、 ｄｒ１、ｄｒ２…距離、 ｇ１～ｇ３…第１～第３間隔、 ｉ１～ｉ４…第１～第４電流、 ｍｑ１、ｍｑ２…第１、第２メモリ量子ビット、 ｐ１～ｐ４…第１～第４操作、 ｒ１、ｒ２…第１、第２領域、 ｓｇ１…制御信号

Claims (10)

1. 複数の量子ビット対を含む量子ビット対構造体を備え、
   前記複数の量子ビット対は、ｍ行ｎ列（ｍは３以上の整数、ｎは３以上の整数）に並び、
   前記複数の量子ビット対は、
   ２ｋ行で（２ｌ－１）列の第１量子ビット対と、
   （２ｋ-１）行で２ｌ列の第２量子ビット対と、
   （２ｋ－１）行で（２ｌ－１）列の第１隣量子ビット対と、
   ２ｋ行で（２ｌ－２）列の第２隣量子ビット対と、
   ２ｋ行で２ｌ列の第３隣量子ビット対と、
   （２ｋ＋１）行で（２ｌ－１）列の第４隣量子ビット対と、
   （２ｋ-２）行で２ｌ列の第５隣量子ビット対と、
   （２ｋ-１）行で（２ｌ＋１）列の第６隣量子ビット対と、
   を含み、
   前記ｋは、１以上でｍ／２を超えない最大の整数以下の整数であり、
   前記ｌは、１以上でｎ／２以下を超えない最大の整数以下の整数であり、
   前記量子ビット対構造体は、
   前記第１量子ビット対と前記第１隣量子ビット対との間の第１スピンチェインと、
   前記第１量子ビット対と前記第２隣量子ビット対との間の第２スピンチェインと、
   前記第１量子ビット対と前記第３隣量子ビット対との間の第３スピンチェインと、
   前記第１量子ビット対と前記第４隣量子ビット対との間の第４スピンチェインと、
   前記第２量子ビット対と前記第５隣量子ビット対との間の第５スピンチェインと、
   前記第２量子ビット対と前記第１隣量子ビット対との間の第６スピンチェインと、
   前記第２量子ビット対と前記第６隣量子ビット対との間の第７スピンチェインと、
   前記第２量子ビット対と前記第３隣量子ビット対との間の第８スピンチェインと、
   を含み、
   前記第１スピンチェイン及び前記第５スピンチェインは、第１固有エネルギーを有し、
   前記第２スピンチェイン及び前記第６スピンチェインは、第２固有エネルギーを有し、
   前記第３スピンチェイン及び前記第７スピンチェインは、第３固有エネルギーを有し、
   前記第４スピンチェイン及び前記第８スピンチェインは、第４固有エネルギーを有し、
   前記第１固有エネルギー、前記第２固有エネルギー、前記第３固有エネルギー及び前記第４固有エネルギーは、互いに異なり、
   前記第１スピンチェイン及び前記第５スピンチェインは、前記第２固有エネルギー、前記第３固有エネルギー、及び、前記第４固有エネルギーを有せず、
   前記第２スピンチェイン及び前記第６スピンチェインは、前記第１固有エネルギー、前記第３固有エネルギー、及び、前記第４固有エネルギーを有せず、
   前記第３スピンチェイン及び前記第７スピンチェインは、前記第１固有エネルギー、前記第２固有エネルギー、及び、前記第４固有エネルギーを有せず、
   前記第４スピンチェイン及び前記第８スピンチェインは、前記第１固有エネルギー、前記第２固有エネルギー、及び、前記第３固有エネルギーを有しない、情報処理装置。
2. 複数の量子ビット対を含む量子ビット対構造体を備え、
   前記複数の量子ビット対は、ｍ行ｎ列（ｍは３以上の整数、ｎは３以上の整数）に並び、
   前記複数の量子ビット対は、
   ２ｋ行で（２ｌ－１）列の第１量子ビット対と、
   （２ｋ-１）行で２ｌ列の第２量子ビット対と、
   （２ｋ－１）行で（２ｌ－１）列の第１隣量子ビット対と、
   ２ｋ行で（２ｌ－２）列の第２隣量子ビット対と、
   ２ｋ行で２ｌ列の第３隣量子ビット対と、
   （２ｋ＋１）行で（２ｌ－１）列の第４隣量子ビット対と、
   （２ｋ-２）行で２ｌ列の第５隣量子ビット対と、
   （２ｋ-１）行で（２ｌ＋１）列の第６隣量子ビット対と、
   を含み、
   前記ｋは、１以上でｍ／２を超えない最大の整数以下の整数であり、
   前記ｌは、１以上でｎ／２を超えない最大の整数以下の整数であり、
   前記第１量子ビット対と前記第１隣量子ビット対との間の距離、及び、前記第２量子ビット対と前記第５隣量子ビット対との間の距離は、第１距離であり、
   前記第１量子ビット対と前記第２隣量子ビット対との間の距離、及び、前記第２量子ビット対と前記第１隣量子ビット対との間の距離は、第２距離であり、
   前記第１量子ビット対と前記第３隣量子ビット対との間の距離、及び、前記第２量子ビット対と前記第６隣量子ビット対との間の距離は、第３距離であり、
   前記第１量子ビット対と前記第４隣量子ビット対との間の距離、及び、前記第２量子ビット対と前記第３隣量子ビット対との間の距離は、第４距離であり、
   前記第１距離、前記第２距離、前記第３距離及び前記第４距離は、互いに異なる、情報処理装置。
3. 複数の量子ビット対を含む量子ビット対構造体を備え、
   前記複数の量子ビット対は、ｍ行ｎ列（ｍは３以上の整数、ｎは３以上の整数）に並び、
   前記複数の量子ビット対は、
   ２ｋ行で（２ｌ－１）列の第１量子ビット対と、
   （２ｋ-１）行で２ｌ列の第２量子ビット対と、
   （２ｋ－１）行で（２ｌ－１）列の第１隣量子ビット対と、
   ２ｋ行で（２ｌ－２）列の第２隣量子ビット対と、
   ２ｋ行で２ｌ列の第３隣量子ビット対と、
   （２ｋ＋１）行で（２ｌ－１）列の第４隣量子ビット対と、
   （２ｋ-２）行で２ｌ列の第５隣量子ビット対と、
   （２ｋ-１）行で（２ｌ＋１）列の第６隣量子ビット対と、
   を含み、
   前記ｋは、１以上でｍ／２を超えない最大の整数以下の整数であり、
   前記ｌは、１以上でｎ／２を超えない最大の整数以下の整数であり、
   前記第１量子ビット対は、第１元素及び第１同位体の少なくともいずれかを含む第１構造体を含み、
   前記第２量子ビット対は、第２元素及び第２同位体の少なくともいずれかを含む第２構造体を含み、
   前記第１隣量子ビット対、前記第２隣量子ビット対、前記第３隣量子ビット対、前記第４隣量子ビット対、前記第５隣量子ビット対及び前記第６隣量子ビット対は、第３元素及び第３同位体の少なくともいずれかを含む第３構造体を含み、
   前記第１構造体は、前記第３構造体とは異なり、
   前記第１構造体は、前記第２構造体とは異なり、
   前記第２構造体は、前記第３構造体とは異なる、情報処理装置。
4. 複数の量子ビット対を含む量子ビット対構造体を備え、
   前記複数の量子ビット対は、ｍ行ｎ列（ｍは３以上の整数、ｎは３以上の整数）に並び、
   前記複数の量子ビット対は、
   ２ｋ行で（２ｌ－１）列の第１量子ビット対と、
   （２ｋ-１）行で２ｌ列の第２量子ビット対と、
   （２ｋ－１）行で（２ｌ－１）列の第１隣量子ビット対と、
   ２ｋ行で（２ｌ－２）列の第２隣量子ビット対と、
   ２ｋ行で２ｌ列の第３隣量子ビット対と、
   （２ｋ＋１）行で（２ｌ－１）列の第４隣量子ビット対と、
   （２ｋ-２）行で２ｌ列の第５隣量子ビット対と、
   （２ｋ-１）行で（２ｌ＋１）列の第６隣量子ビット対と、
   を含み、
   前記ｋは、１以上でｍ／２を超えない最大の整数以下の整数であり、
   前記ｌは、１以上でｎ／２を超えない最大の整数以下の整数であり、
   前記量子ビット対構造体は、
   前記第１量子ビット対と前記第１隣量子ビット対との間の第１スピンチェインと、
   前記第１量子ビット対と前記第２隣量子ビット対との間の第２スピンチェインと、
   前記第１量子ビット対と前記第３隣量子ビット対との間の第３スピンチェインと、
   前記第１量子ビット対と前記第４隣量子ビット対との間の第４スピンチェインと、
   前記第２量子ビット対と前記第５隣量子ビット対との間の第５スピンチェインと、
   前記第２量子ビット対と前記第１隣量子ビット対との間の第６スピンチェインと、
   前記第２量子ビット対と前記第６隣量子ビット対との間の第７スピンチェインと、
   前記第２量子ビット対と前記第３隣量子ビット対との間の第８スピンチェインと、
   を含み、
   前記第１スピンチェイン及び前記第８スピンチェインは、第１固有エネルギーを有し、
   前記第２スピンチェイン及び前記第７スピンチェインは、第２固有エネルギーを有し、
   前記第４スピンチェイン及び前記第５スピンチェインは、第３固有エネルギーを有し、
   前記第３スピンチェイン及び前記第６スピンチェインは、第４固有エネルギーを有し、
   前記第１固有エネルギー、前記第２固有エネルギー、前記第３固有エネルギー及び前記第４固有エネルギーは、互いに異なり、
   前記第１スピンチェイン及び前記第８スピンチェインは、前記第２固有エネルギー、前記第３固有エネルギー、及び、前記第４固有エネルギーを有せず、
   前記第２スピンチェイン及び前記第７スピンチェインは、前記第１固有エネルギー、前記第３固有エネルギー、及び、前記第４固有エネルギーを有せず、
   前記第４スピンチェイン及び前記第５スピンチェインは、前記第１固有エネルギー、前記第２固有エネルギー、及び、前記第４固有エネルギーを有せず、
   前記第３スピンチェイン及び前記第６スピンチェインは、前記第１固有エネルギー、前記第２固有エネルギー、及び、前記第３固有エネルギーを有しない、情報処理装置。
5. 複数の量子ビット対を含む量子ビット対構造体を備え、
   前記複数の量子ビット対は、ｍ行ｎ列（ｍは３以上の整数、ｎは３以上の整数）に並び、
   前記複数の量子ビット対は、
   ２ｋ行で（２ｌ－１）列の第１量子ビット対と、
   （２ｋ-１）行で２ｌ列の第２量子ビット対と、
   （２ｋ－１）行で（２ｌ－１）列の第１隣量子ビット対と、
   ２ｋ行で（２ｌ－２）列の第２隣量子ビット対と、
   ２ｋ行で２ｌ列の第３隣量子ビット対と、
   （２ｋ＋１）行で（２ｌ－１）列の第４隣量子ビット対と、
   （２ｋ-２）行で２ｌ列の第５隣量子ビット対と、
   （２ｋ-１）行で（２ｌ＋１）列の第６隣量子ビット対と、
   を含み、
   前記ｋは、１以上でｍ／２を超えない最大の整数以下の整数であり、
   前記ｌは、１以上でｎ／２を超えない最大の整数以下の整数であり、
   前記第１量子ビット対と前記第１隣量子ビット対との間の距離、及び、前記第２量子ビット対と前記第３隣量子ビット対との間の距離は、第１距離であり、
   前記第１量子ビット対と前記第２隣量子ビット対との間の距離、及び、前記第２量子ビット対と前記第６隣量子ビット対との間の距離は、第２距離であり、
   前記第１量子ビット対と前記第４隣量子ビット対との間の距離、及び、前記第２量子ビット対と前記第５隣量子ビット対との間の距離は、第３距離であり、
   前記第１量子ビット対と前記第３隣量子ビット対との間の距離、及び、前記第２量子ビット対と前記第１隣量子ビット対との間の距離は、第４距離であり、
   前記第１距離、前記第２距離、前記第３距離及び前記第４距離は、互いに異なる情報処理装置。
6. 前記複数の量子ビット対の１つは、第１対、第２対、第３対、第４対及び第５対のいずれかを含み、
   前記第１対は、ダイヤモンドのＮＶ中心の電子スピン及び核スピンを含み、
   前記第２対は、前記ダイヤモンドの前記ＮＶ中心の電子スピンと、^１３Ｃの核スピンと、を含み、
   前記第３対は、ＳｉＣのＮＶ中心の電子スピン及び核スピンを含み、
   前記第４対は、前記ＳｉＣの前記ＮＶ中心の電子スピンと、^１３Ｃの核スピンと、を含み、
   前記第５対は、前記ＳｉＣのＶＶ^０の電子スピンと、^１３Ｃの核スピンと、を含む、請求項１～５のいずれか１つに記載の情報処理装置。
7. 第１方向に沿って延び、前記第１方向と交差する第１交差方向に沿って並ぶ複数の第１導電部材と、
   前記第１方向及び前記第１交差方向を含む平面に沿い前記第１方向と交差する第２方向に沿って延び、前記平面に沿い前記第２方向と交差する第２交差方向に沿って並ぶ複数の第２導電部材と、
   をさらに備え、
   前記複数の量子ビット対は、前記平面に沿って並び、
   前記複数の量子ビット対の１つは、前記平面と交差する第３方向において、第１領域及び第２領域と重なり、
   前記第１領域は、前記複数の第１導電部材の１つと、前記複数の第１導電部材の別の１つと、の間であり、前記複数の第１導電部材の前記別の１つは、前記複数の第１導電部材の前記１つの隣であり、
   前記第２領域は、前記複数の第２導電部材の１つと、前記複数の第２導電部材の別の１つと、の間であり、前記複数の第２導電部材の前記別の１つは、前記複数の第２導電部材の前記１つの隣である、請求項１～６のいずれか１つに記載の情報処理装置。
8. 回路部をさらに備え、
   前記回路部は、前記複数の第１導電部材の前記１つに第１向きの第１電流を供給可能であり、
   前記回路部は、前記複数の第１導電部材の前記別の１つに第２向きの第２電流を供給可能であり、
   前記第２向きは、前記第１向きの逆であり、
   前記回路部は、前記複数の第２導電部材の前記１つに第３向きの第３電流を供給可能であり、
   前記回路部は、前記複数の第２導電部材の前記別の１つに第４向きの第４電流を供給可能であり、
   前記第４向きは、前記第３向きの逆である、請求項７記載の情報処理装置。
9. 前記複数の量子ビット対に電磁波を照射可能な電磁波照射部をさらに備え、
   前記量子ビット対構造体は、
   複数の電極と、
   光検出部と、
   を含み、
   前記複数の電極は、前記複数の量子ビット対に個別に電場を印加可能であり、
   前記光検出部は、前記複数の量子ビット対が発する光を検出可能である、
   請求項１～８のいずれか１つに記載の情報処理装置。
10. 複数の量子ビット対を含む量子ビット対構造体の前記複数の量子ビット対の少なくとも１つに電磁波を照射し、
    前記複数の量子ビット対は、ｍ行ｎ列（ｍは３以上の整数、ｎは３以上の整数）に並び、
    前記複数の量子ビット対は、
    ２ｋ行で（２ｌ－１）列の第１量子ビット対と、
    （２ｋ-１）行で２ｌ列の第２量子ビット対と、
    （２ｋ－１）行で（２ｌ－１）列の第１隣量子ビット対と、
    ２ｋ行で（２ｌ－２）列の第２隣量子ビット対と、
    ２ｋ行で２ｌ列の第３隣量子ビット対と、
    （２ｋ＋１）行で（２ｌ－１）列の第４隣量子ビット対と、
    （２ｋ-２）行で２ｌ列の第５隣量子ビット対と、
    （２ｋ-１）行で（２ｌ＋１）列の第６隣量子ビット対と、
    を含み、
    前記ｋは、１以上でｍ／２を超えない最大の整数以下の整数であり、
    前記ｌは、１以上でｎ／２を超えない最大の整数以下の整数であり、
    前記量子ビット対構造体は、
    前記第１量子ビット対と前記第１隣量子ビット対との間の第１スピンチェインと、
    前記第１量子ビット対と前記第２隣量子ビット対との間の第２スピンチェインと、
    前記第１量子ビット対と前記第３隣量子ビット対との間の第３スピンチェインと、
    前記第１量子ビット対と前記第４隣量子ビット対との間の第４スピンチェインと、
    前記第２量子ビット対と前記第５隣量子ビット対との間の第５スピンチェインと、
    前記第２量子ビット対と前記第１隣量子ビット対との間の第６スピンチェインと、
    前記第２量子ビット対と前記第６隣量子ビット対との間の第７スピンチェインと、
    前記第２量子ビット対と前記第３隣量子ビット対との間の第８スピンチェインと、
    を含み、
    前記第１スピンチェイン及び前記第５スピンチェインは、第１固有エネルギーを有し、
    前記第２スピンチェイン及び前記第６スピンチェインは、第２固有エネルギーを有し、
    前記第３スピンチェイン及び前記第７スピンチェインは、第３固有エネルギーを有し、
    前記第４スピンチェイン及び前記第８スピンチェインは、第４固有エネルギーを有し、
    前記第１固有エネルギー、前記第２固有エネルギー、前記第３固有エネルギー及び前記第４固有エネルギーは、互いに異なり、
    前記第１スピンチェイン及び前記第５スピンチェインは、前記第２固有エネルギー、前記第３固有エネルギー、及び、前記第４固有エネルギーを有せず、
    前記第２スピンチェイン及び前記第６スピンチェインは、前記第１固有エネルギー、前記第３固有エネルギー、及び、前記第４固有エネルギーを有せず、
    前記第３スピンチェイン及び前記第７スピンチェインは、前記第１固有エネルギー、前記第２固有エネルギー、及び、前記第４固有エネルギーを有せず、
    前記第４スピンチェイン及び前記第８スピンチェインは、前記第１固有エネルギー、前記第２固有エネルギー、及び、前記第３固有エネルギーを有せず、
    前記複数の量子ビット対の前記少なくとも１つに含まれる２つの物理系の１つは、前記第１～第４固有エネルギーに共鳴し、
    前記第１量子ビット対、及び、前記第２量子ビット対について２量子ビットゲート操作を実施する、情報処理方法。

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