Si-LSIによる量子計算機実現に関する基礎的研究

• 研究課題/領域番号: 12875065
• 研究種目: 萌芽的研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 電子デバイス・機器工学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 中島 康治 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (60125622)
• 研究分担者: 小野美 武 東北大学, 電気通信研究所, 助手 (70312676) ; 佐藤 茂雄 東北大学, 電気通信研究所, 助手 (10282013)
• 研究期間 (年度): 2000 – 2001
• 研究課題ステータス: 完了 (2001年度)
• 配分額: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円); 2001年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2000年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
• キーワード: 量子計算 / 量子ビット / 単電子トランジスタ / 断熱変化アルゴリズム / Si-LSI / RF-SET

研究概要

量子計算の実現のためには、キュビットの実現、ハミルトニアンの制御、読み出し等の要素技術の開発が必要である。Si系の核スピンを利用した量子計算機実現の立場からこれら要素技術に関して考察した。キュビット実現に関しては、STMとCVDを組み合わせた方法とイオン注入を用いた方法の比較検討から前者の優位性を確認し、必要な装置の設計を行った。また、不純物拡散やアイソトープの問題を検討した。キュビットの読み出しに関しては、残念ながらキュビットの実現までに至らなかったため読み出しの実験はできなかったが基本素子である単電子トランジスタの製作技術を確立した。電子ビーム露光とAI膜の斜め蒸着を組み合わせることにより数nmのトンネル接合の形成に成功した。この結果を国際会議にて報告した。また量子計算の実用化のためには、汎用性のある計算アルゴリズムの開発が不可欠であることが指摘されている。この観点から組み合わせ最適化問題を解くハミルトニアンの断熱変化に着目し、これを使ってNクィーン問題の正解が得られることを計算機シミュレーションによって確認した。しかしこのアルゴリズムを物理的に実現するには多くの困難があることから、新たにニューラルネットワークの手法を導入した制約の少ない新しい断熱変化アルゴリズムの開発に取り組んだ。シミュレーションにより性能検証を行い、これら結果を国際会議にて報告した。量子計算の物理的実現は将来の課題として残ったが、本研究の基礎実験や理論的解析結果から、Si量子計算機実現のための多くの有益な知見を得た。

研究成果

• [文献書誌] M.Kinjo et al.: "Hardware Implementation of a DBN Network with Non-monotonic Neurons"IEICE Transactions on Information and Systems. J85-D-II no.3. 558-567 (2002)
• [文献書誌] T.Onomi et al.: "Phase-Mode Pipelined Parallel Multiplier"IEEE Trans. on Applied Superconductivity. 11 no.1. 541-544 (2001)
• [文献書誌] T.Onomi et al.: "New Phase-Mode Logic Gates with Large Operating Regions of Circuit Parameters"IEEE Trans on Applied Super conductivity. 11 no.1. 974-977 (2001)
• [文献書誌] 山名智尋 他: "環状結合ニューラルネットワークのアトラクタとその流域構造"電子情報通信学会論文誌A. J84-A no.7. 911-920 (2001)
• [文献書誌] M.Kinjo et al.: "Evaluation of the Quantum Adiabatic Evolution Algorithm"Proceedings 2001 Intertational Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications. 323-326 (2001)
• [文献書誌] S.Sato et al.: "A New Approach for Implementation of Analog Neurochips"Proceedings 2001 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications. 505-508 (2001)
• [文献書誌] T.Harada et.al.: "New Nonvolatile Analog Memories for Analog Data Processing"Japanese Journal of Applied Physics. 39・4B. 2291-2296 (2000)
• [文献書誌] Cheol-Young Park: "Majority Algorithm : A Formation for Neural Networks with the Quantized Connection Weights"IEICE Trans. on Fundamentals. E83-A・6. 1059-1065 (2000)
• [文献書誌] 小柳光正: "LSI技術で脳型情報処理の実現へ、視覚、学習連想の各チップを試作"日経マイフロバザイス. 7. 144-148 (2000)
• [文献書誌] M.Kinjo et.al.: "Characteristics of Small Scale Non-Monotonic Neuron Networks Having Large Potentiality for Learning"Proc.of Int.Joint Conf.on Neural Networks. WE1-4 (2000)
• [文献書誌] S,Sato et.al.: "Hardware Neural Networks with Single Electron Transistors"Proc.of Int.Symp. on Nonlinear Theory and Its Applications. 1. 409-412 (2000)
• [文献書誌] Y.Katayama et.al.: "Implementation of a Large Fun-in Majority Circuit"Proc.of Int.Symp. on Nonlinear Theory and Its Applications. 1. 413-416 (2000)