| 研究課題/領域番号 |
20H01827
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分13010:数理物理および物性基礎関連
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| 研究機関 | 三重大学 |
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研究代表者 |
内海 裕洋 三重大学, 工学研究科, 准教授 (10415094)
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| 研究分担者 |
都倉 康弘 筑波大学, 数理物質系, 教授 (20393788)
高橋 和孝 三重大学, 工学研究科, 特任准教授(研究担当) (70415214)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2021年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2020年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
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| キーワード | メゾスコピック量子輸送 / 完全計数統計理論 / 熱力学的不確定性関係・速度限界 / 計算機科学 / 情報量揺らぎ / 非平衡統計力学・揺らぎの定理 / メゾスコピック系 / 完全計数統計 / 非平衡統計力学・熱力学的不確定性関係 / 計算科学 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
小規模な量子素子回路を対象に、熱統計力学や量子力学の物理法則が与える情報処理性能の限界を明らかにする。物理量の揺らぎ分布を扱う「完全計数統計理論」の方法に基づき、発熱・計算時間・誤り率の同時確率分布を、非平衡統計力学の定理である「揺らぎ定理」を満たすように評価する理論を構築する。そして最小発熱かつ最短計算時間または最小誤り率を実現する量子素子回路のデザインとプロトコルを明らかにすることを目的とする。短期的には①古典計算過程の計算速度分布理論の構築、②古典・量子計算過程の非断熱ダイナミクス理論の構築、③量子ブラウニアン型計算理論の構築、を目標とし、最終的に３つを統合して目的の達成を目指す。
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| 研究成果の概要 |
本研究は、小規模量子素子回路の情報処理性能の限界を、最近の確率熱力学的研究の成果である熱力学的不確定性関係、速度限界、揺らぎの定理などを用いて解析し、発熱、計算時間、誤り率を低減する回路やプロトコルを見出すことを目的とし、次の成果等を得た。①ブラウン型計算機ではリセットにかかる情報熱力学的コストのみで発熱なく計算できることを示し、計算時間揺らぎの信号雑音比の熱力学的不確定性関係による上界を示した。②古典アニーリング計算において、フィッシャー情報計量を用いた誤差の上界を導出した。③CMOS・NANDゲートのスイッチに関わる熱力学的コストを、揺らぎの定理を満たす計算の確率熱力学的解析により導いた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
過去20年にわたり、確率熱力学の概念に基づいて、メゾスコピック固体量子素子を用いた低温物理分野で、熱・情報・量子に関する非平衡量子熱統計力学的研究が進展してきた。また、量子計算機や確率ビット回路など、量子素子を集積した回路の実証も進んでいる。本研究は、量子素子の非平衡統計力学を、情報処理機能を持つ量子素子回路に拡張したという学術的意義がある。現在、半導体集積回路ではリーク電流や情報伝達に伴う発熱が問題となっているが、本研究はそれを回避し、熱揺らぎを利用する可能性を示したという点で社会的意義がある。
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