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Hardware random number generator using superconducting single flux quantum circuits and the application of stochastic logic

Research Project

Project/Area Number 18K11231
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 60040:Computer system-related
Research InstitutionFukuoka Institute of Technology

Principal Investigator

Onomi Takeshi  福岡工業大学, 工学部, 准教授 (70312676)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Keywords超伝導 / 単一磁束量子回路 / 乱数生成器 / ストカスティック演算
Outline of Final Research Achievements

A hardware random number generator for stochastic logic using superconducting single flux quantum circuits was proposed and demonstrated experimentally on an integrated circuit. A new true random number generator based on a signal generator using Josephson oscillation was proposed. The proposed random number generator was designed, fabricated and measured using Nb/AlOx/Nb Josephson junction integrated technology. The generator was demonstrated experimentally, and it was further confirmed that random numbers generated by this circuit have good qualities. Furthermore, improved design of the random number generator with less variation in random number quality with respect to changes in circuit bias voltage was also proposed and investigated.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

超伝導体の単一磁束量子を情報担体とする回路を利用した、発振器ベースの独自のハードウェア乱数生成器を提案した。本回路は超伝導体を利用した集積回路で設計・試作が行われ、実験的に動作検証に成功した。この回路は人工神経回路網のハードウェア化を確率的なパルス信号で計算を行うストカスティック演算に応用するものを目指したものであり、将来の知的な情報処理システム実現への応用に対して学術的な意義があるものである。

Report

(7 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2023 2022 2021 2020 2019 2018

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (13 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Evaluation of a True Random Number Generator Utilizing Timing Jitters in RSFQ Logic Circuits2022

    • Author(s)
      K. Sato, N. Sega, Y. Somei, H. Shimada, T. Onomi, and Y. Mizugaki
    • Journal Title

      IEICE Transactions on Electronics

      Volume: E105.C Issue: 6 Pages: 296-299

    • DOI

      10.1587/transele.2021SES0001

    • NAID

      130008142640

    • ISSN
      0916-8524, 1745-1353
    • Year and Date
      2022-06-01
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Hardware Random Number Generator Using Josephson Oscillation and SFQ Logic Circuits2020

    • Author(s)
      Takeshi Onomi and Yoshinao Mizugaki
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity

      Volume: 30 Issue: 7 Pages: 1301305-1301305

    • DOI

      10.1109/tasc.2020.2992248

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ジョセフソン発振を利用した相補型物理乱数生成器の動作検証2023

    • Author(s)
      小野美武、吉田渉悟
    • Organizer
      2023年応用物理学会九州支部講演会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Random Number Generation Utilizing Timing Jitters of Single-Flux-Quantum Propagation2023

    • Author(s)
      Y. Mizugaki, K. Sato, H. Shimada, and T. Onomi
    • Organizer
      Proceedings of 2023 Photonics & Electromagnetics Research Symposium
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ジョセフソン発振を利用した発振器ベースの乱数生成器への発振周期揺らぎ機構の導入2023

    • Author(s)
      小野美 武
    • Organizer
      電子情報通信学会超伝導エレクトロニクス研究会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] ジョセフソン発振を利用した相補型物理乱数生成器の集積回路設計2022

    • Author(s)
      吉田 渉悟、 小野美 武
    • Organizer
      2022 年応用物理学会九州支部学術講演会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] ジョセフソン発振を利用したSFQ真性乱数生成器におけるバイナリ乱数生成割合のバイアス電源電圧依存性の低減化2022

    • Author(s)
      小野美武
    • Organizer
      2022年電子情報通信学会総合大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 超伝導物理乱数生成器に用いる AND ゲートの回路パラメータの最適化2021

    • Author(s)
      古賀仁誌、横山聡、小野美武
    • Organizer
      2021 年応用物理学会九州支部学術講演会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] ジョセフソン発振を利用した相補型物理乱数生成器の設計2021

    • Author(s)
      吉田渉悟、小野美武
    • Organizer
      2021 年応用物理学会九州支部学術講演会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 単一磁束量子発振器に基づく超伝導乱数生成器の乱数品質とAND ゲートのスイッチング時間の関係2020

    • Author(s)
      古賀仁誌、小野美武
    • Organizer
      2020年応用物理学会九州支部学術講演会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 単一磁束量子回路による発振パルスサンプリング型真性乱数生成器の開発2020

    • Author(s)
      小野美武
    • Organizer
      電子情報通信学会超伝導エレクトロニクス研究会、共催:東北大学電気通信研究所共同プロジェクト「量子検出のための高Q値マイクロ波共振器に関する研究」研究会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Design of a Hardware Random Number Generator using Josephson Oscillation and SFQ Logic Circuits2019

    • Author(s)
      Takeshi Onomi
    • Organizer
      The 17th IEEE International Superconductive Electronics Conference 2019
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] SFQ パルス発振器に基づくSFQ 乱数生成器の試作2019

    • Author(s)
      小野美 武、水柿 義直
    • Organizer
      2019年電子情報通信学会エレクトロニクスソサエティ大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 単一磁束量子発振器に基づく超伝導乱数生成器の乱数品質の検証2019

    • Author(s)
      小野美 武
    • Organizer
      2019年応用物理学会九州支部学術講演会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 結合SQUIDs ゲートを利用したシュミットトリガー回路による弛張発振器の発振周波数と回路パラメータの関係2018

    • Author(s)
      小野美 武
    • Organizer
      2018年応用物理学会九州支部学術講演会
    • Related Report
      2018 Research-status Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2025-01-30  

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