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2012 Fiscal Year Research-status Report

生体機能を模倣した単電子情報処理システム

Research Project

Project/Area Number 24710149
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Research InstitutionYokohama National University

Principal Investigator

大矢 剛嗣  横浜国立大学, 工学研究院, 准教授 (30432066)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2015-03-31
Keywords単電子回路 / 生体機能模倣 / 雑音耐性・利用 / 揺らぎ耐性・利用
Research Abstract

本研究の目的は「生体機能を模倣した単電子情報処理システムを構築すること」である。単電子デバイスは原理的に熱雑音や揺らぎに弱いことが知られている。一般的には作製プロセスの向上および極低温動作により問題の解決を目指すが,本研究では生体の持つノイズ・揺らぎ吸収機能および利用機能に着目するという従来とは別のアプローチから解決を図る他,未確立の単電子回路向けの情報処理アーキテクチャについて,生体の持つ情報処理機能に学ぶシステムの設計をし,単電子回路に適する手法であることを実証する。
本研究の目的である生体機能を模倣した単電子並列情報処理システムの構築を実現するためには,大きく分けて3つのことについて検討をする必要がある。これは第一に,生体が持つ有益な機能の内「雑音・揺らぎを吸収・利用する機能」の単電子デバイスへの実装,第二に,生体機能の中の「機能的情報処理能力」を単電子デバイスによって実行すること,第三に,前述の「雑音・揺らぎ吸収/利用 単電子デバイス」と「生体様情報処理 単電子デバイス」との融合(最終目標)である。
平成24年度において,「雑音・揺らぎを吸収・利用する機能」の単電子デバイスへの実装については当初の計画通り,熱雑音だけではなくデバイス作製エラー(ばらつき)をも吸収/利用して動作するシステムの構築可能性を見出し,国際会議・国内学会への研究発表につなげることが出来た。生体機能の中の「機能的情報処理能力」を単電子デバイスによって実行することについては細胞性粘菌の挙動の単電子回路化および蟻の挙動に学ぶ単電子回路等複数の内容についての研究を進め,それぞれ英語論文誌への投稿準備および学会発表を実施することができた。また,現時点での総括的な内容について招待講演も実施した。最終目標として掲げた内容については基礎理論を構築しているところである。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究の目的である生体機能を模倣した単電子並列情報処理システムの構築を実現するために,次の3つのことを検討する。それは,(1)生体が持つ「雑音・揺らぎの吸収・利用能力」の単電子回路化,(2)生体の「機能的情報処理能力」の単電子回路化,(3)前述(1)および(2)の融合による最終目的の達成である。
これについて,上述の研究実績の概要に示す通り,本年度は当初計画の通り(1)および(2)について主に研究を遂行した。(1)および(2)においては,関連研究においてそれぞれ国際会議発表や国内学会発表,論文発表(準備)を実施することが出来た。
また,これらの成果は平成25年度以降の研究の十分な足がかりとなり得るため,概ね順調に進展していると評価できる。

Strategy for Future Research Activity

上述の通り,平成24年度において(1)生体が持つ「雑音・揺らぎの吸収・利用能力」の単電子回路化,(2)生体の「機能的情報処理能力」の単電子回路化に関連する基礎部分の研究を遂行することができた。
今後は,これを足掛かりに比較的大規模なシステムをプロトタイプとして設計し,シミュレーションにより検証する。(1)については回路規模を拡張し,その雑音・ばらつき利用性能を評価する。(2)については,現在進めている生体機能模倣システムの高度化に加えて,新たなシステムの導入についても並行して検討を進める。さらにはプロトタイプシステムの設計・シミュレーションによる動作デモンストレーションなども行う。これらを遂行しつつ最終目標である(3)前述(1)および(2)の融合も進めて行く。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

該当なし

  • Research Products

    (17 results)

All 2013 2012 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (13 results) (of which Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Study of stochastic resonance in a quantum dot network2012

    • Author(s)
      H. Fujino and T. Oya
    • Journal Title

      Proceedings of SPIE, Nanoengineering: Fabrication, Properties, Optics, and Devices IX

      Volume: 8463 Pages: 84631D_1-_8

    • DOI

      10.1117/12.928922

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Study of two-dimensional device-error-redundant single-electron oscillators system2012

    • Author(s)
      Y. Murakami and T. Oya
    • Journal Title

      Proceedings of SPIE, Nanoengineering: Fabrication, Properties, Optics, and Devices IX

      Volume: 8463 Pages: 84631E_1-_8

    • DOI

      10.1117/12.928923

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Collision-Based Computing Using Single-Electron Circuits2012

    • Author(s)
      S. Hayashi and T. Oya
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 51 Pages: 06FE11_1-_5

    • DOI

      10.1143/JJAP.51.06FE11

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Collision Based Computingを適用した単電子回路設計と評価2013

    • Author(s)
      林 俊介, 大矢剛嗣
    • Organizer
      2013年春季応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学
    • Year and Date
      20130327-20130330
  • [Presentation] 雑音エネルギーを利用する単電子ブラウン・ラチェット回路の開発2013

    • Author(s)
      河村祐介, 大矢剛嗣
    • Organizer
      2013年春季応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学
    • Year and Date
      20130327-20130330
  • [Presentation] 量子ドット単電子ネットワーク内の電子移動解析2013

    • Author(s)
      藤野啓基, 大矢剛嗣
    • Organizer
      2013年春季応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学
    • Year and Date
      20130327-20130330
  • [Presentation] デバイスエラー補完二次元単電子振動子システム2013

    • Author(s)
      村上可諭, 大矢剛嗣
    • Organizer
      2013年春季応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学
    • Year and Date
      20130327-20130330
  • [Presentation] 単電子ドミノ論理回路の応用展開2013

    • Author(s)
      大竹央将, 栗山栄太郎, 大矢剛嗣
    • Organizer
      2013年春季応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学
    • Year and Date
      20130327-20130330
  • [Presentation] アリの群行動に学ぶ単電子情報処理回路2013

    • Author(s)
      小尾勇志, 大矢剛嗣
    • Organizer
      2013年春季応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学
    • Year and Date
      20130327-20130330
  • [Presentation] 自然・生物に学ぶ斬新な情報処理システムのナノデバイスへの実装を目指して2013

    • Author(s)
      大矢剛嗣
    • Organizer
      (独)日本学術振興会 第181委員会 第14回研究会
    • Place of Presentation
      大阪 千里中央 ライフサイエンスセンター
    • Year and Date
      20130121-20130122
    • Invited
  • [Presentation] Collision based Computing for Arrayed Single-electron Oscillators2012

    • Author(s)
      S. Hayashi and T. Oya
    • Organizer
      the 25th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2012)
    • Place of Presentation
      Kobe Meriken Park Oriental Hotel
    • Year and Date
      20121030-20121102
  • [Presentation] 単電子ネットワークにおける電子挙動の解析2012

    • Author(s)
      藤野 啓基, 大矢剛嗣
    • Organizer
      2012年秋季応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      愛媛大学・松山大学
    • Year and Date
      20120911-20120914
  • [Presentation] デバイスエラー補完二次元単電子振動子システム(2)2012

    • Author(s)
      村上可諭, 大矢剛嗣
    • Organizer
      2012年秋季応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      愛媛大学・松山大学
    • Year and Date
      20120911-20120914
  • [Presentation] Study of stochastic resonance in a huge quantum dot network2012

    • Author(s)
      H. Fujino and T. Oya
    • Organizer
      SPIE NanoScience + Engineering
    • Place of Presentation
      San Diego convention center
    • Year and Date
      20120812-20120816
  • [Presentation] Study of two-dimensional device-error-redundant single-electron oscillators systems2012

    • Author(s)
      Y. Murakami and T. Oya
    • Organizer
      SPIE NanoScience + Engineering
    • Place of Presentation
      San Diego convention center
    • Year and Date
      20120812-20120816
  • [Presentation] エマージング・デバイスのための新概念アーキテクチャとは?

    • Author(s)
      大矢剛嗣
    • Organizer
      (独)日本学術振興会 シリコン超集積化システム第165委員会 第68回研究会 「ヘテロジーニアス・インテグレーション」
    • Place of Presentation
      東京工業大学 百年記念館
    • Invited
  • [Remarks] 横浜国立大学大矢研究室 研究発表業績

    • URL

      http://arrow.ynu.ac.jp/publication.html

URL: 

Published: 2014-07-24  

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