デジタルツインとシミュレーション
デジタルツインのカンファレンスでよく聞かれる質問に、「デジタルツインとシミュレーションはどう違うのですか？」というものがある。この質問は、この2つのコンセプトが同じではないにしても、似ていることを暗に示している。しかし、デジタルツインとシミュレーションは、全く異なるものである。

デジタルツインとシミュレーションは異なる概念でありながら、非常に補完的なものであることが、この混同と「双子化」の原点となっている。デジタルツインは、物理世界のさまざまな条件下で製品がどのように機能するかという情報を生み出すだけでなく、その性能が製品のライフタイムを通じてどのように変化するかという情報もシミュレーションによって得ることができる。

シミュレーションは、すでに存在する製品のデジタルツインに対して実行することができる。しかし、シミュレーションは開発中の製品に対して行い、新製品が物理的に製造された時点でその要件を満たすことを検証することができる。サプライチェーン、物流、金融システムなど、無形のプロセスのデジタルツインもあり得るが、ここでは、製造によって物理的な形を持つ有形の製品に焦点を当てる。

デジタルツインの定義：
J. Vickers氏と共著し2017年に出版した「デジタルツイン：複雑系における予測不可能で望ましくない創発的な振る舞いを緩和する」で定義したように、デジタルツインは:

. .潜在的または実際の物理的な製造製品を、ミクロの原子レベルからマクロの幾何学レベルまで完全に記述した仮想情報構造の集合。最適な状態では、物理的な製造製品を検査することで得られるあらゆる情報は、そのデジタルツインから得ることができる。

しかし、デジタルツインの定義よりも有用なのは、視覚的なモデルである。私が2002年に製品ライフサイクルマネジメントの大前提として開発したモデルは、年月を経て少し簡略化されていが、下記のもので3つの主要なコンポーネントから構成されている。

-　物理環境における物理的な製品

-　仮想環境（物理環境をミラー化したもの）における仮想製品

-　物理世界と仮想世界をつなぐもので、仮想製品にデータを転送し、仮想製品と環境から物理世界に情報やデータを転送する

デジタルツインは、製品のライフサイクル全体にわたる製品情報のリポジトリとして、物理的な製品を作るために必要な情報であるデジタルツインプロトタイプ（DTP）、製造された個々の製品に関する情報であるデジタルツインインスタンス（DTI）、DTIの情報を合成したデジタルツインアグリゲート（DTA）が存在する。これらのデジタルツインのリポジトリ情報を活用することで、物理資源の無駄を省き、より効果的・効率的な運用が可能になる。

シミュレーションの定義： 
デジタルツインは比較的新しい概念だが、シミュレーションはそうではない。Websterの辞書によると、シミュレーションは “あるシステムやプロセスの機能を、別のシステムの機能によって模倣的に表現すること “と定義されている。

つまり、物理世界のシステムをコンピュータの仮想世界に再現することができる。シミュレーションでは、システムの入力と初期条件を取り込み、定義された環境下でそのシステムに関連するルールを適用しようとする。そして、システムの理論的な外部出力と内部状態の変化を作り出すことができる。

実生活を再現しようとするシミュレーションは、物理システムが同じ時間帯に出すであろう出力と状態の変化と同じものを出すことができれば成功である。

より広い意味では、シミュレーションは現実に基づくことも、完全に人工的に行うことも可能である。シミュレーションの目的は、ある入力が与えられたときに、物体やシステムの時間的な変化とその出力を調査することで、シミュレーションには、軍や民間のパイロットの訓練に使われる非常にリアルなフライトシミュレーターから、ボードゲーム「Dungeons and Dragons」のような完全なファンタジーまで、さまざまなものがある。

組み合わせが生む強力な成果：
ここで、デジタルツインとシミュレーションの出番だ。デジタルツインが生み出す力と、デジタルツインに作用する力をシミュレートし、時間の経過とともにどのような挙動を示すのか。
デジタルツインもシミュレーションも、ますますコストのかからないデジタル空間で行われるため、従来の物理ベースの製品作成、テスト、運用方法と比較して、非常に大きな価値を生み出す。

デジタルツインとシミュレーションの組み合わせは、必然的にシミュレーションの中でも現実性の高いものになる。シミュレーションは、製品やプロセスのシステムとその内部動作やルールを取り上げ、外部環境の動作やルールと組み合わせ、さまざまな入力を処理して、デジタルツインで定義されたシステムの状態、出力、動作を決定し、その結果が要求される出力や動作と一致するかどうかをチェックする。

製品のライフサイクルの初期、まだ物理的な製品が存在しない段階で、デジタルツインのプロトタイプはシミュレーションを使用して、製品の予測される動作や性能を検証し、妥当性を確認する。シミュレーションは、提案された製品のDTPの構造、操作、ルールを取り込み、ユーザー定義の入力を適用し、製品の状態変化と出力を時間的に循環させることができる。製品の要件を満たす性能と動作が得られれば、その物理的なバージョンは、製品が開発者の意図通りに動作するという確信を持って製造することができる。

製品が製造され、運用されるようになると、物理的な製品はそれぞれ独自のデジタルツインインスタンスを持つことになる。DTIによるシミュレーションと、DTAにある他の製品からのすべての情報を使って、個々の将来の性能を予測することができ、IoTセンサーからリアルタイムにデータを取得する。そのデータを初期条件として製品シミュレーションに入力し、将来の性能を継続的に予測することができるのである。

FRS（Front Running Simulation）と呼ばれる、DTIとDTAの最新データを用いたこの継続的なシミュレーションにより、将来の製品の故障を予測し、故障が予測される部品が故障する前に修理や交換を行うことができるようになる。

デジタルツインとシミュレーションの組み合わせは、製品設計時に従来の物理ベースのプロトタイピングやイテレーションと比較して膨大な価値を生み出し、製品のライフサイクルにおいても、正確な予測保守や性能動作という形で膨大な利益をもたらす可能性がある。

デジタルツインのコンセプトはまだ発展途上ですが、Teslaの自動車やF-35ライトニングⅡジェット戦闘機などのハイエンド製品には、すでにDTIが存在している。

技術の向上とコンピューティングリソースの低価格化が進めば、製品ライフサイクルのあらゆる段階で、デジタルツインの利用がより多くの製品に波及していくことだろう。

2030年代には核融合エネルギーで送電網をまかなえる可能性
核融合産業協会（FIA）の第2回年次調査によると、核融合エネルギー事業者は昨年に28億3,000万ドルの新規融資を獲得し、2021年から139％増加した。このデータは、FIAによると、2030年代までに核融合発電がグリッドにアクセスできるようになると、業界が楽観的になりつつあることを示している。また、今年の参加民間企業数は、2021年の23社から33社に増加した。

参加企業6社が合わせて2億ドル以上を調達したと、FIAは報告している。Commonwealth Fusion Systemsは18億ドル、Helion Energyは5億ドルを調達した。

Helionの6番目の原型炉はTrentaと呼ばれ、2020年に完成した。Helionは現在、Polarisと呼ばれる7基目を建設中で、同時に8基目のアンタレスも計画している。Polarisは、Helionの計画では、消費エネルギー以上のエネルギーを生産できる最初の核融合装置になると予想されている。

このように、Helionは迅速な進展に加え、地元の専門知識を活用している。例えばPolarisはBoeingの最大手工場に近いワシントン州エバレットに建設されており、精密作業員やエンジニアのコミュニティが活用されている。

Commonwealth Fusion Systems（CFS）は、MITのプラズマ科学・核融合センターから独立し、数十年にわたる核融合研究の経験と、民間企業の革新性・迅速性を活用している。

FIAの調査では、発電が最も重要な市場であり、次いでオフグリッドエネルギー、水素、クリーン燃料となっている。

核融合の競争：
核融合には多くの資金が投入されている。この分野で事業を展開している最大手の企業は、Bill Gates氏やJeff Bezos氏のような複数の投資家から数十億ドルを調達した後、真の革命が間もなく起こると確信しているのである。

核分裂を利用する既存の原子力発電所が有限の放射性廃棄物を排出するのに対し、水素原子を結合させてヘリウムを作る核融合は、二酸化炭素を排出せず、無限に電力を供給できる。しかし、この技術を研究するには、もっと時間が必要である。

2021年、2022年は技術開発にとって重要な年であり、今後、核融合がどのように研究所を離れ、市場に出てくるのかを見極める必要がある。

FIAの第2回年次調査は、核融合産業の最も包括的なイメージを作成するために、最大規模の企業、少なくとも協会の調査に回答した企業に重点を置くように努めた。

FIAのCEOが報告するように、今年はカリフォルニアの国立点火施設で制御された「燃焼プラズマ」が初めて観測され、オックスフォードの欧州合同トーラスではエネルギー出力が記録され、韓国のKSTARと中国のEASTでは高温プラズマの閉じ込め時間が記録された。

FIAに加盟している民間の核融合企業も、マサチューセッツ州Commonwealth Fusion Systemsが世界最強の磁石を実証し、ワシントン州のHelionが1億度を超えるプラズマ温度を達成、英国のTokamak Energyがプラズマの精密圧縮を実現、カナダのGeneral Fusionが高いプラズマ温度で運転できることを実証して大きく前進している。

これらのベンチマークが達成された今、民間資金が核融合ビジネスに参入し、核融合エネルギーの実現性を実証するための試験装置を作ることができるようになった。FIAの調査によると、民間産業は総額28億ドル以上の新たな投資を集め、民間投資の総額は47億ドル以上となった。

また、FIAの調査によると、今年はさらに1億1,700万ドルの助成金とその他の政府支援があり、これはわずか1年で業界のこれまでの投資の3倍以上になっている。

このような投資により、核融合エネルギーが商業化できることを証明するために必要なパイロットプラントを、核融合企業は迅速に建設することができるようになる。

核融合が研究室から市場へと発展するために、政府はこの取り組みにおいて真のパートナーとしての役割を果たす必要がある。核融合の方法は、公的なものと私的なものの間で “競争 “があってはならない。真のパートナーシップは、官民の資金提供によって形成されなければならず、政府は核融合エネルギー革命を促進するためのインフラを提供し、労働力を教育する必要があり、民間は発電所を建設する。

Pete Warden氏のスタートアップがセンサーにAIを搭載
TinyMLムーブメントの創始者の一人として広く知られている元GoogleエンジニアのPete Warden氏は、最近Googleを辞め、AI対応のセンサーモジュールを開発するスタートアップを設立した。Useful Sensorsは、家電や家庭用電化製品のセンサーにAI機能を持たせたいと考えている。

TinyMLとは、リソースに制約のある環境、通常はマイクロコントローラーで動作するAIや機械学習（ML）のことを指す。GoogleのTensorFlow Mobileチームの技術リーダーだったWarden氏は、以前、2014年にGoogleが買収した初期のAIスタートアップであるJetpacを設立しました。また、TinyMLに関する著書も出版している。

Useful Sensorsの設立により、Warden氏は、照明スイッチからテレビまでを含む家電製品へのAI対応機能の追加を加速させる意向だ。

機械学習は、膨大な計算量、消費電力、コストを必要としない方法で、日常的に使うものにこのようなインテリジェンスを付加するのに役立つ。しかし、Warden氏は、家電・電子機器メーカーがこの技術を取り入れる速度に少し不満を持っている。

Googleの彼のチームがオープンソースのマイコン向けMLフレームワークTensorFlow Liteを開発し、Warden氏の著書やコミュニティ、TinyML Groupが実例やコース、カンファレンスで尽力しているにもかかわらず、普及はまだかなり遅れているのだという。

Warden氏は、Useful Sensorsによって、家電や電化製品メーカーに 「実際に使えるもの、彼らの要求を満たすもの」を提供することを目指している。AI-in-the-sensorのアプローチは、IoTスマートセンサーやセンサーフュージョンデバイスに関する長年の研究成果を反映したものである。

同社の最初の製品は、人感センサーだった。20×20mmの基板で、前面にカメラ、背面にマイクロコントローラを搭載し、このボードには2つの出力があり、人が検出されるとハイになる1本のピンとカメラフレーム内の人の位置、人がデバイスを見ているかどうか、などの情報を出力するI2Cインターフェイスがある。

Useful Sensorsは、すでに潜在顧客に対して、このボードの利用方法について話をしている。
これまでのところ、Warden氏によれば、潜在的な顧客は次のようなアプリケーションに興味を示しているという。

-　部屋の中でユーザーの後をついて回る扇風機
-　使わないときは画面をロックしておくノートパソコン
-　部屋のどこに人が座っているかを把握するサラウンド・サウンド・システム

また、ジェスチャーコントロールも注目されている。

データセットの作成：
同社は、独自のチップを開発していない。少なくとも今のところは、マイクロコントローラーにこだわっている。データセットの作成とモデル開発に付加価値を見いだし、モデルやデータセットの作成を本業としない企業をターゲットにしている。

顧客はML開発をしたくないのか、それとも初期段階のソフトウェアが乗り越えられない障壁になっているのか？Warden氏は、初期段階のソフトウェアと断片化されたハードウェアの状況が問題の一部であることに同意している。

MLモデルを学習させるためのデータセットは、たとえtinyMLモデルであっても、信頼性を確保するために可能な限り高品質でなければならない。Useful Sensorsは、コミュニティ・ユーザーを活用することで、自分たちでは見つけられないようなギャップを探すことを意図している。

セキュリティとプライバシー：
Warden氏は、家電製品にカメラを搭載することで、セキュリティやプライバシーに問題が生じることも強く認識しており、ハッカーがカメラにアクセスできないように、同社の人感センサーを第三者機関に認証してもらいたいと考えている。モジュールのI2Cインターフェースは、シーンに関するメタデータのみを伝送し（フルフレーム画像ではない）、モジュールにネットワーク接続はない。

様々な種類のセンサーもUseful Sensorsのロードマップにあり、最も可能性の高い次の製品は音声認識センサーで、ここでもより特殊なチップではなくマイクロコントローラーが使われている。

Useful Sensorsは、500万ドルのシードラウンドを調達し、現在6人の従業員を抱えているが、そのうち3人はGoogle出身者である。同社の人感センサーボードは現在発売中となっている。

RFAB2 LabでTexas Instrumentsがアナログ・チップの生産を拡大
9月29日、TIは、テキサス州リチャードソンにある新しい300mmアナログウェハラボ「RFAB2」で最初のチップ生産を開始したと発表した。このラボは、13年の歴史を持つ同社の300mmアナログウェハファブ「RFAB1」に接続されている。数年後には、この2つの工場で毎日1億個以上のアナログ・チップを生産できるようになるとTIは主張している。

TIのアナログシグナルチェーン事業でインターフェイス製品担当副社長兼ゼネラルマネジャーのRoland Sperlich氏は、EE Timesに対し、「こうした製品を当社の最新かつ最高の製造プロセスに投入することが、当社の投資戦略であり、そうすることで、より小さなジオメトリ、パッケージサイズ、そしてより低いコストを実現することができる。我々のコアバリューの1つは、半導体とその実装のコストを下げることだ」と述べている。

TIのRFAB2は、世界初の300mmアナログウェハファブであるRFAB1を拡張したものである。両者を合わせると、63万平方フィートのクリーンルームスペースと15マイルの自動オーバーヘッドトラックを持ち、両者間でウエハーをシームレスに移動させることができる。

Sperlich氏は、デジタル・アイソレータISOW774x、イーサネットPHY DP83TG720-Q1、ホール効果位置センサTMAG5170、ブラシレスDCモータ・ドライバDRV8311、デジタル・アナログ変換器DAC63204など、彼のチームと同社のアナログ・シグナル・チェーン・グループが市場に出した電子デバイスを紹介した。

これらのデバイスのうち、少なくとも2～3製品は、新しい300mmウェハ・ファブの追加生産能力を活用する予定で、先月末に初期生産が開始された。今後1年間で、フル稼働になる予定であるという。

TIは300mmアナログウェーハの巨大ラボで何を作るかにかかわらず、現在はアイソレーションに非常に強い焦点を置いている。Sperlich氏は、TIが2006年に最初のSiO2容量性アイソレータを発表して以来、「アイソレーションのイノベーションを提供してきた」という事実を指摘した。

TIが製造するアイソレーション・デバイスは、家庭内を歩き回ることで汚れだけでなく静電気も集めるロボット掃除機などの日用品をそれ自体から保護し、電気自動車（EV）を駆動する巨大なバッテリーパックから消費者を保護することを手始めに、さまざまな製品を保護している。

EVの普及と、それに伴うEV充電ステーションの普及は、TIの専門分野にとって良い兆しである。「一般に、電気自動車や充電ステーションがあるところには、アイソレーションの製品がある」と、彼は付け加えた。

一般に、自動車には、スクリーンやボタン、可動式の椅子、周囲の雑音を打ち消すスピーカーなど、デジタル・コンテンツがますます増えており、運転体験をより興味深いものにしているという。

TIのアイソレーション・デバイスは、決して車載用アプリケーションに限定されるものではない。

「当社は、世界初の USB 準拠の絶縁ソリューションである絶縁 USB 2.0 のリリースを間近に控えている。このデバイスは、オーディオ信号がUSB経由で流れるオーディオ・アプリケーションや、病院内にUSBプラグがあり、人々がデータをダウンロードするためにメモリースティックを接続する医療アプリケーションに使用される可能性がある」とSperlich氏は述べている。

「ISOUSBの製品では、今年すでに12メガビットの低速品をリリースしており、480メガビットの製品も近々リリースされる予定だ。USBソケットは、左右の電圧差があるため、レベルシフターのようなものが必要になるため、かなりエキサイティングな製品になると思う。ISOUSB211は、繊細な回路を保護し、動作を維持することができる」と付け加えた。

TIは、ISOUSB211が低速（1.5Mbps）、全速（12Mbps）、高速をサポートするガルバニック絶縁USB 2.0準拠のリピータとして、宇宙や低軌道衛星環境での使用も視野に入れている。

衛星から携帯電話への直接接続サービスが登場
わずか12ヶ月余りの間に、衛星から携帯電話への直接通信は、SFの夢物語から現実的な展望へと変貌を遂げている。

AppleとT-Mobileは、それぞれGlobalstarとSpaceXと共同で、宇宙から届く信号に接続できるようにする計画を展開している。Amazonは、低軌道（LEO）プロジェクトKuiper衛星群の複数回の打ち上げを準備している。

AST SpaceMobile やLynx Globalなどのスタートアップ企業は、これらのサービスを可能にする宇宙船が正式に打ち上げられる前にもかかわらず、世界中の複数の携帯電話会社（MNO）と衛星-携帯電話間の契約を締結している。

一方、Googleは、地上のネットワークと軌道上の衛星との間の通信を高速化する独自のソフトウェア・プロジェクトに取り組んでいる。9月にAalyriaというスタートアップをスピンアウトさせ、地上のシステムと飛行機や宇宙に配備されたシステムをつなぐネットワーク・オーケストレーション・ソフトウェアに取り組んでいる。

緊急時の通信手段を拡大する：
これらの初期の宇宙通信プロジェクトの大部分は、成層圏から高速ブロードバンド・リンクを提供するものではない。むしろ、地上の携帯電話ネットワークが存在しない荒野での緊急通話やメールに適した低帯域の接続を提供する予定である。

個人的な携帯電話目的で衛星と携帯電話の直接通信を望む消費者もいるが、調査によると、緊急時の接続を提供する必要性があることが分かっている。例えば、T-Mobileは、米国の20％近くが従来の無線ネットワークで到達できない地域であると主張する。この割合は、無線通信のサービスが行き届いていない世界中の多くの国々を無視している。また、地球の70％以上が海に覆われているため、標準的な携帯電話ネットワークでは対応できない地域があるという事実も無視されている。

ラスト・マイルをカバーできるのは衛星だけであり、特にそのラスト・マイルが大西洋の彼方にある場合はなおさらである。

IDCのコネクティビティおよびスマートフォン半導体担当アナリスト兼リサーチディレクターのPhil Solis氏は、EE Timesに対し、これまでのところ、LEO衛星は携帯電話の直接サービスではなく、固定局および携帯局（RVを意味する）向けの高速衛星ブロードバンドサービス」に利用されている、と語っています。また、LoRaWANなどのネットワーク技術を利用したIoT用途の衛星低電力広域ネットワーク（LPWAN）も登場し始めているという。

SOS衛星接続は、Globalstarとの契約により、iPhone 14モデルで利用できるようになった。T-Mobileは2023年にSpaceXとLEO接続プログラムを開始する予定である。衛星と携帯電話の直接通信が現実味を帯びてきた。

「これは、携帯電話の基地局からのカバレッジをまだ複製するためのものではない。目的は、緊急時の接続とテキスト機能を提供し、どこからでも通信できるようにすることだ」、とSolis氏は述べている。

あるいは、SpaceXのCEOであるElon Musk氏が、8月末のSpaceX/T-Mobileの打ち上げイベントで言ったように、携帯電話のデッドゾーンが世界のどこにもないことを意味している。

ハイキングや登山を中心とした観光が盛んな国がある。これらの国の多くは、人々が緊急電話をかけるための解決策を探し求めていた。

最初は衛星直行便は低速のデータ転送速度で、簡単なテキストメッセージと通話しかできないかもしれないが、アイダホ州中央部に位置するFrank Church-River of No Return Wilderness（米国本土48州最大の連邦高地）で救急隊と連絡を取ろうとすれば、これは救世主になるかもしれない。

衛星と携帯電話の直接接続はどのように機能するのか？：
衛星から携帯への直接通信は、実際にどのように機能するのだろうか？まず、重要なことは、会社によって、衛星から携帯電話への直接接続サービスの仕組みが異なるということである。

Appleの「衛星経由の緊急SOS」という宇宙スキームは、Globalstarの衛星ネットワークを使って動作している。このサービスは、衛星にリンクするためにiPhone 14に接続されたかさばる外部アンテナを破棄している。

「デバイスの美観を台無しにする代わりに、彼らは上端のデバイス内のアンテナを維持した。外部アンテナなしでは、そのアンテナが衛星に向いていない場合は特に信号がずっと弱くなる」と指摘する。

これに対処するために、AppleはiPhone 14でGlobalstar衛星に接続する方法についてのガイドを含んでいる。

Acceleration Economyの寄稿アナリストであるLeonard Lee氏は、EE Timesに対し、「特殊なアンテナ設計が、衛星からスマートフォンを実現するために最も重要な要素になるだろう」と述べ、ティアダウン報告によって現在GlobalstarのBand 53 speをサポートしているQualcomm X65モデムとは別に特別なチップがあるかどうかが明らかになると付け加えた。

一方、SpaceXとT-Mobileの契約は、SpaceXがStarlinkコンステレーション用に打ち上げる第2世代のLEO衛星に依存することになる。同社は来年を目指している。

「Starlinkの第2世代衛星は、携帯電話に直接放送できるようになる」と、SpaceX/T-Mobileの打ち上げイベントでMusk氏は述べた。第2世代衛星は、大型で強力なアンテナを持ち、地上のT-Mobileの携帯電話からの信号を拾って処理するための複雑なソフトウェアも備えているという。

両社は今のところ、この方式を実験室でテストしたに過ぎない。SpaceXが2023年に次世代スウォームを構成する約3万個の第2世代LEO衛星の打ち上げを開始するまで、彼らは正当にテストすることはできないだろう。

ただし、この計画はまだFCCによる承認が必要だ。T-MobileのCEOであるMike Sievert氏は、この計画が軌道に乗ることを確信している。同氏は、Starlink衛星は「ミッドバンドのPCSスペクトルの一片」を通じて、ほとんどのT-Mobileの携帯電話に接続すると述べている。

Imecが次世代超伝導キュービットのデモを実施
量子コンピュータは、材料合成、医薬品開発、サイバーセキュリティなど、特定の応用分野に劇的な影響を与えることが期待されている。

量子回路モデルでは、量子論理ゲート（または単に量子ゲート）は少数の量子ビットに対する基本操作であり、従来のデジタル回路における古典論理ゲートに相当するものである。量子ゲートは、量子回路の構成要素である。現在、様々な量子ビットを用いた量子コンピュータが開発され、世界的に実用化が進められている。

その量子コンピューティングの有力な技術のひとつが、超伝導回路を利用したものである。超伝導量子ビットのエネルギー状態は比較的制御しやすいため、研究者は長年にわたって、より多くの量子ビットを結合させることができるようになってきたと、Imecの量子コンピューティング上級研究員、Anton Potočnik氏は述べている。これにより、量子コンピューティングの柱のひとつである「もつれ」をより高いレベルで実現することが可能となった。

コヒーレンス時間は、量子ビットがその量子状態（つまり情報）を保持する時間に関する情報であるのに対し、ゲート忠実度は、理想的なゲートと量子ハードウェアの対応する物理ゲートとの動作の違いを定量的に示すものである。

広範な実装を阻む可変性の問題：
これまでのところ、最も重要な要素であるジョセフソン接合の作製に、二重角度蒸着法とリフトオフ法を用いて、研究室レベルで得られたものに過ぎない。「超伝導量子ビットは、本質的に、非線形インダクタ（L）とキャパシタ（C）を含む非線形LC共振器回路である」とPotočnik氏は言う。ジョセフソン接合は、非線形・非散逸インダクタの役割を担っており、これにより、量子ビットのエネルギー状態を操作して、たとえば、10>と11>の重ね合わせを表現することができる。エネルギーの損失を最小限に抑え、言い換えればコヒーレンス時間を最大化するためには、接合とキャパシタを構成する構造に含まれるさまざまな界面が、できる限りクリーンでなければならない。界面に原子レベルの欠陥が1つでもあれば、量子ビットのエネルギー損失が発生する可能性がある。そのため、ダブルアングル蒸着とリフトオフが最適な製造方法とされており、極めてクリーンな界面が得られるのである。

しかし、これらの製造技術には重大な欠点がある。それは、より多くの量子ビットを実現するためのさらなるスケールアップが困難であるということだ。大規模な実装には、蒸発接合におけるジョセフソンエネルギーのばらつきが妨げになる。さらに、この製造技術によって超伝導材料の選択が制限されるため、量子ビットの改良の可能性も制限される。

代替アプローチ：
Imecのチームは、超電導回路を作製するための代替方法を検討した。CMOSと互換性のある材料と技術のみを用いて、いわゆるオーバーラップジョセフソン接合を形成することに焦点を当てた。これは、最先端のCMOS処理工程が提供する信頼性と再現性を活用して、ばらつきを抑え、スケールアップを容易にするためである。

オーバーラップ接合は、薄い絶縁体層で隔てられた2つの電極（下側と上側）を持っている。この電極は、2回のパターニングサイクルで定義され、その間に真空の中断がある。この真空引きの間に、金属酸化物が無秩序に成長するため、Arミリングと呼ばれる工程で除去しなければならない。
しかし、このArmillingステップは非常に重要であることが知られており、不要なエネルギー損失をもたらすことが以前から報告されている。

最大100 μsのコヒーレンスタイム、99.94%のゲートフィデリティを実現：
ImecのTsvetan Ivanov研究員は、「私たちの研究室で、コヒーレンス時間が100μsを超え、平均単一量子ビットゲート忠実度が99.94%の超伝導量子ビットを実証した」と述べている。これらの結果は、最先端のデバイスに匹敵するものだが、最先端のスパッタリング成膜やサブトラクティブエッチングなどのCMOS互換の製造技術を用いて初めて実現したものである。この画期的な成果は、オーバーラップ接合の既知の作製プロセスを改善することで達成された。改善点としては、プロセスの最適化により工程数と界面数を減らし、エネルギー損失のリスクを低減すること、Arミリングステップの改善、電極の製造にアルミニウムを独占的に使用することなどが挙げられる。