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パイ遷移ジョセフソン接合を含む新しい超伝導集積回路の設計法の開発とその応用

研究課題

研究課題/領域番号 18K04280
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
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

山梨 裕希  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (70467059)

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
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2018年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワードパイ遷移ジョセフソン接合 / 単一磁束量子回路 / ジョセフソン接合 / 超伝導集積回路 / 磁性ジョセフソン接合 / 低電力回路 / 回路シミュレータ / 超伝導回路
研究成果の概要

超伝導回路は数十GHzのクロック周波数で超低電力な動作が可能であり、次世代の回路技術として注目を集めている。超伝導回路の性能をさらに向上させる方法にパイ遷移ジョセフソン接合の導入がある。本研究ではパイ遷移ジョセフソン接合を含む回路構成法を検討し、あらゆる論理ゲートを設計できる方法を見出した。パイ遷移ジョセフソン接合を含む回路を解析できる回路シミュレータを用いた評価で、相補出力非破壊読み出しゲートが従来回路の半分以下の回路面積で実装できることがわかった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究により、超伝導回路のさらなる性能向上が可能になった。特に相補出力型の論理ゲートの大幅な小面積化と性能向上は、大規模なディジタル回路に欠かせないデコーダ回路の性能向上につながり、超伝導回路によるランダムアクセスメモリの大幅な小面積化も可能になった。開発したパイ遷移ジョセフソン接合を含む回路の解析ができる回路シミュレータは公開し、国内外の研究者に利用されている。

報告書

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

    (36件)

すべて 2021 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (27件) (うち国際学会 13件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Compact Superconducting Lookup Table Composed of Two-Dimensional Memory Cell Array Reconfigured by External DC Control Currents2021

    • 著者名/発表者名
      Hosoya Takuya、Yamanashi Yuki、Yoshikawa Nobuyuki
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity

      巻: 31 号: 3 ページ: 1-6

    • DOI

      10.1109/tasc.2021.3049771

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] Demonstration of an efficient single flux quantum logic circuit by introducing a local magnetic flux biasing2021

    • 著者名/発表者名
      Asada Shunta、Yamanashi Yuki、Yoshikawa Nobuyuki
    • 雑誌名

      Superconductor Science and Technology

      巻: 34 号: 5 ページ: 055007-055007

    • DOI

      10.1088/1361-6668/abf23a

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] Simulation of the Margins in Single Flux Quantum Circuits Containing π-Shifted Josephson Junctions2019

    • 著者名/発表者名
      Yamanashi Yuki、Nakaishi Sotaro、Yoshikawa Nobuyuki
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity

      巻: 29 号: 5 ページ: 1-5

    • DOI

      10.1109/tasc.2019.2904700

    • NAID

      120006606657

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Study on Single Flux Quantum Floating-Point Divider Based on Goldschmidt's Algorithm2019

    • 著者名/発表者名
      Sanada Akiyoshi、Yamanashi Yuki、Yoshikawa Nobuyuki
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity

      巻: 29 号: 5 ページ: 1-4

    • DOI

      10.1109/tasc.2019.2902800

    • NAID

      120006606658

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Miniaturization of adiabatic quantum-flux-parametron circuits by adopting offset buffers2019

    • 著者名/発表者名
      Okuma Yukihiro、Takeuchi Naoki、Yamanashi Yuki、Yoshikawa Nobuyuki
    • 雑誌名

      Superconductor Science and Technology

      巻: 32 号: 6 ページ: 065007-065007

    • DOI

      10.1088/1361-6668/ab1672

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Demonstration of Picosecond Time Resolution in Double-Oscillator Time-to-Digital Converter Using Single-Flux-Quantum Circuits2019

    • 著者名/発表者名
      Tomitsuka Yuma、Yamanashi Yuki、Zen Nobuyuki、Ohkubo Masataka、Yoshikawa Nobuyuki
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity

      巻: 29 号: 5 ページ: 1-5

    • DOI

      10.1109/tasc.2019.2902478

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [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 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Influence of Magnetic Flux Trapped in Moats on Superconducting Integrated Circuit Operation2018

    • 著者名/発表者名
      Yamanashi Yuki、Imai Hibiki、Yoshikawa Nobuyuki
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity

      巻: 28 号: 7 ページ: 1-5

    • DOI

      10.1109/tasc.2018.2836971

    • NAID

      120006477601

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A random-access-memory cell based on quantum flux parametron with three control lines2018

    • 著者名/発表者名
      Takayama Hiroshi、Takeuchi Naoki、Yamanashi Yuki、Yoshikawa Nobuyuki
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 1054 ページ: 012063-012063

    • DOI

      10.1088/1742-6596/1054/1/012063

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] CMOS回路の電流出力による再構成が可能な64-bit単一磁束量子ルックアップテーブルの動作実証2021

    • 著者名/発表者名
      弘中 祐樹, 細谷 岳哉, 山梨 裕希, 吉川 信行
    • 学会等名
      応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] ジョセフソン発振回路の周波数同期化現象” 応用物理学会春季学術講演会2021

    • 著者名/発表者名
      山梨 裕希, 木下 諒, 吉川 信行
    • 学会等名
      応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 直流電流の印加による再構成が可能な単一磁束量子ルックアップテーブルの小型化と動作実証2021

    • 著者名/発表者名
      細谷岳哉, 山梨裕希, 吉川信行
    • 学会等名
      低温工学・超電導学会研究発表会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 局地磁束バイアスを用いた単一磁束量子メモリシステムの設計と動作検証2021

    • 著者名/発表者名
      浅田峻汰, 山梨裕希, 吉川信行
    • 学会等名
      低温工学・超電導学会研究発表会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 局地磁束バイアスを用いた超伝導単一磁束量子メモリシステムの設計2021

    • 著者名/発表者名
      浅田峻汰, 山梨裕希, 吉川信行
    • 学会等名
      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] 直流電流の印加によってデータの書き換えが可能な単一磁束量子メモリセルの小型化2021

    • 著者名/発表者名
      細谷岳哉, 山梨裕希, 吉川信行
    • 学会等名
      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] Demonstration of neurons with sigmoidal activation functions for superconducting neural networks2020

    • 著者名/発表者名
      D. Yamaguchi, Y. Yamanashi, and N. Yoshikawa
    • 学会等名
      International Symposium on Superconductivity (ISS) 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Experimental evaluation of gray zone width of quantum flux parametron implemented by circuit fabrication processes with different critical current density2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Yamanashi, Y. Tsuna, and N. Yoshikawa
    • 学会等名
      Applied Superconductivity Conference (ASC) 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Design of high-density single flux quantum look-up table composed of memory cells reconfigured by external dc control currents2020

    • 著者名/発表者名
      T. Hosoya, Y. Yamanashi, and N. Yoshikawa
    • 学会等名
      Applied Superconductivity Conference (ASC) 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Implementation of energy- and area- efficient single flux quantum circuit by introducing local flux magnetic flux bias technique2020

    • 著者名/発表者名
      S. Asada, Y. Yamanashi, and Yoshikawa
    • 学会等名
      Applied Superconductivity Conference (ASC) 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Performance Improvement of Superconducting Circuit by Introducing pi-Shifted Josephson Junctions2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Yamanashi
    • 学会等名
      32nd International Superconductivity Symposium
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Measurement of Single-Flux-Quantum Floating-Point Divider Based on Goldschmidt's Algorithm2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Yamanashi, A. Sanada, and N. Yoshikawa
    • 学会等名
      International Superconductive Electronics Conference (ISEC) 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Investigation of the effects of 1/f noise on superconducting circuits2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Tsuna, Y. Yamanashi, and N. Yoshikawa
    • 学会等名
      International Superconductive Electronics Conference (ISEC) 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Single-Flux-Quantum Parallel Multiplier Using Accumulator Unit2019

    • 著者名/発表者名
      Z. Li, Y. Yamanashi, and N. Yoshikawa
    • 学会等名
      32nd International Superconductivity Symposium
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Numerical and Experimental Analysis of Influences of 1/ f noises on Superconducting Integrated Circuits2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Tsuna, Y. Yamanashi, and N. Yoshikawa
    • 学会等名
      32nd International Superconductivity Symposium
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 超伝導回路の動作安定度に対する1/f雑音の影響の解析と評価2019

    • 著者名/発表者名
      津名 宥佑,山梨 裕希 , 吉川 信行
    • 学会等名
      応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 外部からの磁束印可によるデータ入力が可能な単一磁束量子メモリセルの設計とルックアップテーブルへの応用2019

    • 著者名/発表者名
      細谷 岳哉, 山梨 裕希, 吉川 信行
    • 学会等名
      応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 局地磁束バイアスを用いた超伝導単一磁束量子論理ゲートの動作実証2019

    • 著者名/発表者名
      浅田峻汰, 山梨裕希 , 吉川信行
    • 学会等名
      応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 外部磁束印可によってデータの再構成が可能なメモリセルを用いた単一磁束量子ルックアップテーブルの動作実証2019

    • 著者名/発表者名
      細谷岳哉, 山梨裕希, 吉川信行
    • 学会等名
      応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] パイ遷移ジョセフソン接合を用いた二線式超伝導単一磁束量子論理ゲートの設計2019

    • 著者名/発表者名
      小原佑亮, 山梨裕希, 吉川信行
    • 学会等名
      電子情報通信学会総合大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Evaluation of Single Flux Quantum Flip-Flops Containing p-Shifted Josephson Junctions2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Yamanashi, S. Nakaishi, and N. Yoshikawa
    • 学会等名
      Applied Superconductivity Conference (ASC) 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Study on Single Flux Quantum Floating-Point Divider Based on a Goldschmidt’s Algorithm2018

    • 著者名/発表者名
      A. Sanada, Y. Yamanashi, and N. Yoshikawa
    • 学会等名
      Applied Superconductivity Conference (ASC) 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Superconducting Digital Data Processing Circuits for Astronomical Applications2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Yamanashi
    • 学会等名
      19th East Asia Sub-millimeter-wave Receiver Technology Workshop 5th Riken-NICT Joint Workshop on Terahertz Technology
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Simulation of superconductor circuit operation considering 1/f noises2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Tsuna, Y. Yamanashi, and N. Yoshikawa
    • 学会等名
      12th Superconducting SFQ VLSI Workshop (SSV2019)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigation of Superconducting Neural Network Realizing Arbitrary Logic Function2018

    • 著者名/発表者名
      D. Yamaguchi, Y. Yamanashi, and N. Yoshikawa
    • 学会等名
      12th Superconducting SFQ VLSI Workshop (SSV2019)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 局地磁束バイアスを用いた超伝導単一磁束量子回路の設計と評価2018

    • 著者名/発表者名
      浅田峻汰,山梨裕希,吉川信行
    • 学会等名
      応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 磁束量子パラメトロンを用いた超伝導ニューラルネットワークによる任意出力可能な論理ゲートの設計と評価2018

    • 著者名/発表者名
      山口大貴, 山梨裕希, 竹内尚輝, 吉川信行
    • 学会等名
      応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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