2023 Fiscal Year Annual Research Report
Braiding Operation using SFQ Current Pulses for Topological Quantum Computer
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21K18708
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
明連 広昭 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (20219827)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Keywords | トポロジカル量子ビット / 組紐操作 / 単一磁束量子論理回路 / 量子操作 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では単一磁束量子(SFQ)論理回路により生成するSFQパルスをトリガとして正負の電流パルスを発生するバイポーラ電流源(BCS)により組紐操作を実現し、トポロジカル量子ビット(TQB)と古典コンピュータであるSFQ論理回路が共存するトポロジカル量子コンピュータ(TQC)の実現への初歩的な研究を行った。3年間の研究によりSFQ論理回路により制御されたBCSによる組紐操作が十分な動作マージンで動作し、SFQ論理回路によるプロセッサにより制御可能であることが示された。
最終(2023)年度にはトポロジカルジョセフソン素子(TJJ)モデルを実装したシミュレータによるシミュレーションにより、2π周期の磁束量子が安定に存在できる領域がヤコビアン行列を用いた動的安定性の検査で得られる結果と一致することを確認した。これによりTJJモデルを含む超伝導回路をシミュレーションできることが確認された。一方、SFQパルス駆動可能なBCSに関して、超伝導回路パラメータ最適化ツールにより得られた回路パラメータを元にインダクタンス抽出プログラムを用いて得られたインダクタンスの値を行いてCADレイアウトを設計した。また、4.2 Kで動作可能なSFQ論理回路を用いて、mK温度環境下のTQBの量子操作する組紐動作を、任意のTQBおよびそれらの組合わせに対して実行可能なプロセッサを設計した。合わせて消費電力の見積もりを行い、小規模なTQBに対しては実装可能であることを確認した。一方で実効的なTQBが千個に及ぶTQCの場合には、BCSとして断熱量子パラメトロン(AQFP)に基づくBCSの利用が必要であることが示唆された。さらに、TJJアレイの初期化に関しては、TJJの両端のBCSを電流の注入と引き抜きに用いる方法で2π周期の磁束の生成・移動が可能であり、初期化のシーケンスを構築の可能性があることが示唆された。
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