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磁性ジョセフソン接合を用いたプログラマブル断熱的超伝導回路の研究

研究課題

研究課題/領域番号 18H01493
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
研究機関横浜国立大学

研究代表者

竹内 尚輝  横浜国立大学, 先端科学高等研究院, 特任教員(准教授) (00746472)

研究分担者 山下 太郎  名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (60567254)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2020年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2019年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2018年度: 9,490千円 (直接経費: 7,300千円、間接経費: 2,190千円)
キーワード断熱磁束量子パラメトロン / π接合 / 超伝導エレクトロニクス / 磁性ジョセフソン接合 / プログラマブル / 低電力 / 超伝導集積回路 / 磁束量子パラメトロン / 超伝導回路 / ジョセフソン接合 / 磁性体 / 超伝導ディジタル回路 / 断熱ロジック
研究成果の概要

本研究は、磁性ジョセフソン接合であるπ接合を、低電力超伝導ロジックである断熱磁束量子パラメトロン(AQFP)に導入することで、プログラマブル超伝導回路の実現を目指した。π接合のAQFP回路上への作製技術の確立、π接合を導入したAQFP回路のシミュレーション方法の確立、π接合ベースのメモリを用いたプログラマブルAQFP回路の開発、同回路の低温下での動作実証を通じて、プログラマブル超伝導回路の基盤技術確立に成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究により、プログラマブル超伝導回路の基盤技術が確立された。同回路は、低電力超伝導ロジックAQFPで構成されるため、極めて小さな消費電力で動作可能であり、将来的に超低電力FPGAに応用できると考えられる。また、このような超低電力FPGAは、スーパーコンピュータ、データセンター、最適化問題ソルバ等の様々なシステムの消費エネルギーの低減に貢献し、未来の情報社会を支える集積回路技術になると期待できる。

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (31件)

すべて 2021 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 1件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 12件、 招待講演 4件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Magnetic Josephson Junctions: New Phenomena and Physics with Diluted Alloy, Conventional Ferromagnet, and Multilayer Barriers2021

    • 著者名/発表者名
      Yamashita Taro
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Electronics

      巻: E104.C 号: 9 ページ: 422-428

    • DOI

      10.1587/transele.2020SUI0004

    • NAID

      130008082175

    • ISSN
      0916-8524, 1745-1353
    • 年月日
      2021-09-01
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Impedance Design of Excitation Lines in Adiabatic Quantum-Flux-Parametron Logic Using InductEx2021

    • 著者名/発表者名
      Takeuchi Naoki、Suzuki Hideo、Fourie Coenrad J.、Yoshikawa Nobuyuki
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity

      巻: 31 号: 5 ページ: 1300605-1300605

    • DOI

      10.1109/tasc.2021.3058080

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Design and Demonstration of Directly Coupled Quantum-Flux-Parametron Circuits With Optimized Parameters2021

    • 著者名/発表者名
      Ishida Ryohei、Takeuchi Naoki、Yamae Taiki、Yoshikawa Nobuyuki
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity

      巻: 31 号: 5 ページ: 1100505-1100505

    • DOI

      10.1109/tasc.2021.3059723

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Directly coupled adiabatic superconductor logic2020

    • 著者名/発表者名
      Takeuchi Naoki、Arai Kota、Yoshikawa Nobuyuki
    • 雑誌名

      Superconductor Science and Technology

      巻: 33 号: 6 ページ: 065002-065002

    • DOI

      10.1088/1361-6668/ab87ad

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] π phase shifter based on NbN-based ferromagnetic Josephson junction on a silicon substrate2020

    • 著者名/発表者名
      Yamashita Taro、Kim Sunmi、Kato Haruki、Qiu Wei、Semba Kouichi、Fujimaki Akira、Terai Hirotaka
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 号: 1 ページ: 13687-13687

    • DOI

      10.1038/s41598-020-70766-9

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Systematic method to evaluate energy dissipation in adiabatic quantum-flux-parametron logic2019

    • 著者名/発表者名
      Yamae Taiki、Takeuchi Naoki、Yoshikawa Nobuyuki
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 126 号: 17 ページ: 173903-173903

    • DOI

      10.1063/1.5119306

    • NAID

      120006786475

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Low-latency adiabatic superconductor logic using delay-line clocking2019

    • 著者名/発表者名
      Takeuchi Naoki、Nozoe Mai、He Yuxing、Yoshikawa Nobuyuki
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 115 号: 7 ページ: 072601-072601

    • DOI

      10.1063/1.5111599

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Adiabatic quantum-flux-parametron with π Josephson junctions2019

    • 著者名/発表者名
      Arai Kota、Takeuchi Naoki、Yamashita Taro、Yoshikawa Nobuyuki
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 125 号: 9 ページ: 093901-093901

    • DOI

      10.1063/1.5080467

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 大規模量子計算に向けた超伝導量子回路の作製技術2018

    • 著者名/発表者名
      寺井 弘高, 丘 偉, 山下 太郎
    • 雑誌名

      低温工学

      巻: 53 号: 5 ページ: 295-305

    • DOI

      10.2221/jcsj.53.295

    • NAID

      130007500596

    • ISSN
      0389-2441, 1880-0408
    • 年月日
      2018-08-20
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Phase Shift and Control in Superconducting Hybrid Structures2018

    • 著者名/発表者名
      T. Yamashita
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Electronics

      巻: E101.C 号: 5 ページ: 378-384

    • DOI

      10.1587/transele.E101.C.378

    • NAID

      130006729729

    • ISSN
      0916-8524, 1745-1353
    • 年月日
      2018-05-01
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Design methodology of single-flux-quantum flip-flops composed of both 0- and π-shifted Josephson junctions2018

    • 著者名/発表者名
      Yamanashi Yuki、Nakaishi Sotaro、Sugiyama Akira、Takeuchi Naoki、Yoshikawa Nobuyuki
    • 雑誌名

      Superconductor Science and Technology

      巻: 31 号: 10 ページ: 105003-105003

    • DOI

      10.1088/1361-6668/aad78d

    • NAID

      120006501249

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 断熱磁束量子パラメトロンによる超低電力コンピューティング2021

    • 著者名/発表者名
      竹内 尚輝
    • 学会等名
      2021年電子情報通信学会総合大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Impedance design of excitation lines in adiabatic quantum-flux-parametron logic using InductEx2021

    • 著者名/発表者名
      N. Takeuchi, H. Suzuki, C. J. Fourie, and N. Yoshikawa
    • 学会等名
      Applied Superconductivity Conference 2020 (ASC 2020)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] NbN-based Josephson junction with PdNi-ferromagnetic barrier2021

    • 著者名/発表者名
      Duong Pham, Riku Sugimoto, Hayate Nakamura, Masamitsu Tanaka, Taro Yamashita, Akira Fujimaki
    • 学会等名
      American Physical Society (APS) March Meeting
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 断熱磁束量子パラメトロン ―様々な情報システムへの応用と今後の展望―2020

    • 著者名/発表者名
      竹内 尚輝
    • 学会等名
      日本学術振興会超伝導エレクトロニクス第146委員会・合同分科会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Design and demonstration of directly-coupled quantum-flux-parametron circuits with optimized circuit parameters2020

    • 著者名/発表者名
      R. Ishida, N. Takeuchi, and N. Yoshikawa
    • 学会等名
      Applied Superconductivity Conference 2020 (ASC 2020)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 直結式量子磁束パラメトロン回路における配線長の改善2020

    • 著者名/発表者名
      石田 椋平, 竹内 尚輝, 山栄 大樹, 吉川 信行
    • 学会等名
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 最適回路パラメータを用いた直結式量子磁束パラメトロン回路の動作実証2020

    • 著者名/発表者名
      石田 椋平, 竹内 尚輝, 山栄 大樹, 吉川 信行
    • 学会等名
      2020年度春季低温工学・超電導学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Fabrication of Magnetic Josephson Junctions on Nb 4-layer Structure for Large Scale Half Flux Quantum Circuits2020

    • 著者名/発表者名
      Daiki Hasegawa, Yuto Takeshita, Feng Li, Kyosuke Sano, Masamitsu Tanaka, Taro Yamashita, and Akira Fujimaki
    • 学会等名
      13th Superconducting SFQ VLSI Workshop (SSV 2020)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Adiabatic Quantum-Flux-Parametron: Recent Progress and Applications2020

    • 著者名/発表者名
      N. Takeuchi, C. L. Ayala, O. Chen, Y. He, and N. Yoshikawa
    • 学会等名
      13th Superconducting SFQ VLSI Workshop (SSV2020)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Parameter optimization of directly coupled quantum flux parametron circuits2020

    • 著者名/発表者名
      R. Ishida, N. Takeuchi, and N. Yoshikawa
    • 学会等名
      13th Superconducting SFQ VLSI Workshop (SSV2020)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Magnetic Josephson junctions on Nb four-layer structure for half flux quantum circuits2019

    • 著者名/発表者名
      Daiki Hasegawa, Yuto Takeshita, Kyosuke Sano, Masamitsu Tanaka, Taro Yamashita, and Akira Fujimaki
    • 学会等名
      17th International Superconductive Electronics Conference (ISEC 2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Adiabatic quantum-flux-parametron: recent progress and possibility for quantum applications2019

    • 著者名/発表者名
      N. Takeuchi, C. L. Ayala, O. Chen, Y. He, and N. Yoshikawa
    • 学会等名
      1st workshop on Quantum and Classical Cryogenic Devices, Circuits, and Systems (QCCC 2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Low-latency adiabatic quantum-flux-parametron using delay-line clocking2019

    • 著者名/発表者名
      N. Takeuchi, M. Nozoe, Y. He, and N. Yoshikawa
    • 学会等名
      17th International Superconductive Electronics Conference (ISEC 2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 強磁性ジョセフソン接合と量子回路応用2019

    • 著者名/発表者名
      山下太郎
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会(2019年)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Inverting quantum flux parametron as adiabatic superconductor logic without transformers2018

    • 著者名/発表者名
      K. Arai, N. Takeuchi, Y. Yamanashi, and N. Yoshikawa
    • 学会等名
      The Applied Superconductivity Conference 2018 (ASC 2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 反転型量子磁束パラメトロンを用いたマイノリティゲートの動作実証2018

    • 著者名/発表者名
      荒井 孝太, 竹内 尚輝, 山梨 裕希, 吉川 信行
    • 学会等名
      2018年電子情報通信学会ソサイエティ大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 反転型磁束量子パラメトロンを用いた論理回路の動作実証2018

    • 著者名/発表者名
      荒井 孝太, 竹内 尚輝, 山梨 裕希, 吉川 信行
    • 学会等名
      電子情報通信学会超伝導エレクトロニクス研究会SCE2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Development of pi-shift superconducting flux qubits2018

    • 著者名/発表者名
      T. Yamashita
    • 学会等名
      13th International Workshop on Low Temperature Electronics (WOLTE 13)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] NbN-based ferromagnetic Josephson junctions for π-shift superconducting flux qubits2018

    • 著者名/発表者名
      T. Yamashita, A. Kawakami, H. Terai, and A. Fujimaki
    • 学会等名
      The Applied Superconductivity Conference 2018 (ASC 2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [産業財産権] 磁束バイアス回路2021

    • 発明者名
      竹内 尚輝, 吉川 信行, 橋本 義仁, 山本 剛, 平山 文紀
    • 権利者名
      横浜国立大学, 日本電気, 産業技術総合研究所
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2021-068575
    • 出願年月日
      2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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