超伝導ループ中の磁束量子を用いた量子コンピータの基礎的研究

• Project/Area Number: 14750248
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 電子デバイス・機器工学
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 小野美 武 東北大学, 電気通信研究所, 助手 (70312676)
• Project Period (FY): 2002 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥3,500,000 (Direct Cost: ¥3,500,000); Fiscal Year 2004: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2003: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2002: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 超伝導 / ジョセフソン接合 / 磁束量子 / 量子計算

Research Abstract

超伝導磁束量子干渉計を用いた量子論理ゲートの実現に向けて、高抵抗微小ジョセフソン接合を含む超伝導ループ(SQUID)中の磁束量子の位置を利用した2準位系を実現するデバイスの集積化と測定を行った。集積化はNb/AlOx/Nbジョセフソン集積回路技術と電子ビーム露光による微細加工技術を用いて行われ、最小接合寸法1μm角までのジョセフソン接合が集積可能となっている。本年度は従来より実績のある超伝導単一磁束量子回路の集積化において、酸化ニオブを絶縁体として用いた超伝導ストリップ伝送線路の集積化を行い、量子論理ゲートを観測するための単一磁束量子回路の基礎的実験を合わせて遂行した。ストリップ線路の遅延時間を測定するためのリング型発振器の設計・集積化を行い、ジョセフソン臨界電流密度やインダクタンスなどの基礎パラメータの条件だしによる集積プロセス確立が達成された。本集積プロセスを用いて超伝導量子ゲートと単一磁束量子回路を合わせて集積することにより、量子論理ゲートの2準位状態の観測が容易になるものと期待される。一方、本年度は量子論理ゲートを操作する系として有望な単一磁束量子回路において、ニューロアルゴリズムを基本とした演算回路を提案し、その基本回路の設計・試作を行った。この結果は論文誌に投稿を行い受理されている。これらの結果は、量子計算と磁束量子回路の融合による計算機回路への展開という観点で重要な結果である。

Research Products

• [Journal Article] Superconducting neural circuits using stochastic logic and new fabrication process elements (2005)
  • Author(s): T.Onomi, et al.
  • Journal Title: Proceedings of 2005 Japan-Taiwan Symposium on Superconductive Electronics Pages: 119-122
  • NAID: 110003204685
• [Journal Article] Design and implementation of stochastic neurosystem using SFQ logic circuits (2005)
  • Author(s): T.Kondo, et al.
  • Journal Title: IEEE Transactions on Applied Superconductivity 16・2(掲載決定)
• [Publications] Y.Horima, et al.: "Improved design for Parallel Multiplier based on Phase-Mode Logic"IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 13・2. 527-530 (2003)
• [Publications] T.Onomi, et al.: "Implementation of Phase-Mode Arithmetic Elements for Parallel Signal Processing"IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 13・2. 583-586 (2003)
• [Publications] M.Kobori, et al.: "Design of component circuits for fast Fourier transform based on SFQ logic"Extendedn Abstracts of 9th International Superconductive Electronics Conference. PMo-23 (2003)
• [Publications] I.Shimizu, et al.: "Design and Implementation of the Parallel Multiplier using SFQ"Extendedn Abstracts of 9th International Superconductive Electronics Conference. PMo-29 (2003)
• [Publications] Y.Yamada, et al.: "Observation of the Emission from Bi-2212 Intrinsic Junctions in the Flux-flow State by Nb/AlO_x/Nb Junction"Abstracts of Second East Asia Symposium on Superconductive Electronics. 63 (2003)
• [Publications] Y.Horima, et al.: "Comparison between an AND Array and a Booth Encoder for Large-Scale Phase-Mode Multipliers"IEICE Transactions on Electronics. E86-C・1. 16-23 (2003)