永田研究室の役割は、シリコン量子コンピュータの核であるシリコン量子ビットを正確に制御するための、回路・実装技術の研究です。特に、シリコン量子ビットは絶対零度に限りなく近い温度（約100mK）に保つ必要があるため、極低温（100mK～4K）における量子ビット制御回路や、量子ビットチップの実装技術が求められます。しかし、極低温での回路の電気特性や熱流特性などは未知の要素が多く、既存技術を流用することができません。そこで、永田研究室では、「極低温アナログ回路」「極低温チップ実装」「極低温環境モニタリング」のテーマを掲げ、シリコン量子コンピュータの実現に貢献します。

また、永田研究室では、量子コンピュータのハードウェア研究だけでなく、量子誤り訂正アルゴリズムなどの量子ソフトウェアの研究も積極的に行っています。ハードウェアだけで実現することが困難な問題を量子アルゴリズムでカバーするなど、ハード・ソフト両面で量子コンピュータ開発に取り組んでいます。

量子コンピュータは、量子ビットの操作・読出し・初期化といった制御を行うことで量子演算を実行します。これらの制御を実現するためには、バイアス電圧やマイクロ波を発生させる信号生成器や、量子ビットの僅かな変化を読み取るセンサーが必要です。これらは全てアナログ回路で構成されます。また、これらの回路は量子ビット近傍に配置するため、極低温で動作しなければなりません。永田研究室では、極低温アナログ回路の研究を行っており、アナログ回路の設計、チップ試作、極低温評価を一貫して行うことで、シリコン量子ビットの高精度制御を実現する極低温アナログ回路の研究を行っています。

量子コンピュータのハードウェアはまだまだ開発途上であり、しばらくは様々な制約のもとでソフトウェアを構築する必要があります。ここでの制約とは、量子ビットの数と量子ビットのエラー率です。どちらも十分とは言えない現状において、ある程度「使える」アプリケーションを開発するためには、ハードウェアの改善に加え、量子誤り訂正等の量子アルゴリズムを同時に研究することが重要です。永田研究室では、IBM QやAmazon Braketを活用し、実際に量子コンピュータ上で動かすソフトウェアの研究にも取り組んでいます。