2019 Fiscal Year Research-status Report
超伝導単一磁束量子回路によるハードウェア乱数生成器とストカスティック演算への応用
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18K11231
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| Research Institution | Fukuoka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
小野美 武 福岡工業大学, 工学部, 准教授 (70312676)
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2018-04-01 – 2022-03-31
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| 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 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、超伝導体の単一磁束量子演算回路による物理乱数生成器、およびその乱数生成器を用いたストカスティック論理演算回路の実験的な検証を、Nb/AlOx/Nbジョセフソン接合を用いた超伝導集積回路により行うことを目的としている。単一磁束量子回路はその高速・低消費電力性から信号処理回路への応用が期待されており、素子数の少ない回路で演算可能なストカスティック論理方式を利用することで、ソフトコンピューティングなどに適用可能なハードウェアコストの低い情報処理回路としての応用が期待される。
研究実施２年目となる当年度は、前年度に設計および集積化した超伝導チップを用いて、超伝導物理乱数生成器の液体ヘリウム下での実験を行った。測定した回路は、バイナリ乱数を得るための機能を確かめるプロトタイプであるが、数値解析による予測通り、所望の乱数列が取得できることを確認した。本結果に関連して、学会発表３件、論文投稿（投稿中）１件にて公表を行った。また、乱数品質が回路の電源バイアスにより変動することが知見として得られ、一様の乱数品質を得るように回路の改良も必要であることが判った。これらの結果を踏まえ、次に物理乱数生成器の高速化と計測を実施するためのオンチップ高速テスト回路を付加した回路の設計を行った。同回路は産業技術総合研究所のチップファンダリにより集積化し、超伝導チップを取得した。本回路の測定は、新型コロナウイルス感染症流行のため実施できず、次年度以降に実施することとした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当年度は、昨年度から継続して行った超伝導物理乱数生成器の極低温下での実験を行い、乱数生成器としての所望の動作を実測にて確認した。本成果に関連して、学会発表３件（内、国際学会１件）で発表し、年度後半に学会誌に１件論文投稿を実施している。測定については、寒剤の液体ヘリウムが需給悪化により思うように入手できず、電気通信大学の協力により同大にて計測を実施した。以上の結果を踏まえ次の段階として、物理乱数生成器の高速化と計測を実施するためのオンチップ高速テスト回路を付加した回路の設計を行った。同回路はチップファンダリにより、集積化チップを取得している。
ただし、年度後半に新型コロナウイルス感染症の影響により、低温測定が実施できず、当年度に回路設計を行ったオンチップ高速テスト回路を付加した物理乱数生成器の測定を行うことができなかった。
以上のことから、当初予定していた物理乱数生成器の高速テストが実施できなかったが、計画の70～80%程度まで到達できたものと考えており、表記区分の（3）やや遅れている、となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、昨年度入手を行った物理乱数生成器の高速化と計測を実施するためのオンチップ高速テスト回路を付加した回路の測定を予定しているが、寒剤である液体ヘリウムの入手状況が不透明のため、新型コロナウイルス感染症の状況を見定めた上、ヘリウムリサイクルを実施している他大学の協力を得て、学外での計測を行うことを予定している。
一方、本年度の産業技術研究所によるチップファンダリでは、ジョセフソン接合の臨界電流密度が従来のそれより４倍高密度になる試作プロセスの使用を予定しており、それに伴う高速化（スイッチング速度は約２倍）を見越した乱数生成器の回路設計とテスト回路の設計を予定している。これまでのプロトタイプ回路での実験結果から、乱数品質が回路の電源バイアスによって変化することも判ってきており、一様の乱数品質が得られる回路への改良も予定している。
また、研究の進捗状況によっては、物理乱数生成器を複数並列に配置した回路からビット長４程度の乱数を生成し、SFQディジタル比較器を用いてディジタルの入力値と比較することによるストカスティック信号列生成を検証したい。
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| Causes of Carryover |
当年度３月に低温測定を実施するための出張を検討していたが、新型コロナウィルス感染症流行のため、計画を見合わせた。このことにより、当初想定した旅費の使用が減ったため、53,030円の次年度使用額が生じた。次年度予算の約７％の使用額であり、次年度に必要となる論文投稿料（既に論文は掲載決定済）の一部として使用予定である。
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