| 研究課題/領域番号 |
20K04635
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
浅井 栄大 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (00722290)
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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 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2022年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2021年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | 半導体量子ビット / 半導体デバイスシミュレータ / 量子ビットシミュレータ / 量子コンピュータ / 量子コンピューティング / TCAD |
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| 研究開始時の研究の概要 |
近年、大手半導体素子メーカーを含めた産学官連携による半導体量子コンピュータの研究が急速に進展している。実用的な量子コンピュータの実現には、その素子である量子ビットの動作解析及び最適設計が鍵となる。しかし、現在の量子ビット開発の現場では従来型半導体素子の高集積化を支援しているTCAD シミュレータに相当する設計ツールが存在せず、経験則的設計に留まっている。そこで本研究では、TCAD シミュレーション手法と量子ビットの理論解析手法とを融合する事で半導体量子ビットシミュレータ(QCAD)を開発し、量子ビットの動作解析及び設計支援を行う環境を構築する。
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| 研究実績の概要 |
半導体量子ビット設計に活用できる実用的な設計シミュレータの実現に向けて、今年度は最後の課題であった「２量子ドット系の電荷安定図」のシミュレーション機能の開発に取り組んだ。大規模なデバイス構造に対応させるために、量子ドット領域を非等間隔なメッシュで扱うための手法を新しく導入しながら、昨年度までに開発していた「１量子ドット系の電荷安定図解析」を拡張する形で開発を進めた。また、シミュレーション結果の定量的な精度向上に向けて、量子ドットに閉じ込められる電子の交換相関相互作用を考慮した解析方法も導入した。様々なデバイス寸法、電圧条件におけるテスト計算を行い、先行研究で報告されているようなゲート電圧操作によるドット間結合の制御がシミュレーションにおいても再現できる事を確認した。
昨年度までに開発した「１量子ビット系の単電子輸送」、「１量子ビット系の電荷安定図」、「1量子ビットゲート＆２量子ビットゲート操作」のシミュレーション機能に、本年度開発した「２量子ビット系の電荷安定図」シミュレーション機能を追加する事で、半導体量子コンピュータの基本単位構造である半導体量子ビット設計に最低限必要な機能を全て完成する事ができた。本年度はこれらの機能を用いたシミュレーションを行いながら、実験チームと今後試作する量子ビットデバイスの構造案について議論した。また、これまでのシミュレーション技術をまとめ、国内外の研究会において発表した。
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