| 研究課題/領域番号 |
21K18708
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分21:電気電子工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 埼玉大学 |
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研究代表者 |
明連 広昭 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (20219827)
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| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 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 |
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2023年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2021年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
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| キーワード | トポロジカル量子ビット / 組紐操作 / 単一磁束量子論理回路 / 量子操作 / 単一磁束量子電流パルス / トポロジカル量子コンピュータ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
トポロジカル絶縁体ジョセフソン接合(3D TI JJ)の理論モデルを追加した回路シミュレーションソフトを用いて、3D TI JJ三角格子アレイ中の分数量子磁束の組紐操作をSFQ電流パルスで駆動する回路を設計する。また、より汎用性の高い構成として3D TI JJ正方格子アレイ中の量子磁束の組紐操作を大規模メモリアレイへのSFQ書き込み回路を参考に設計する。
設計された組紐操作回路は、通常のJJアレイ中の量子磁束の移動操作としてデモンストレーションする。
また、研究期間中に実用的な3D TI JJアレイが完成した場合には、設計・試作したSFQ組紐操作回路を実装して、トポロジカル量子ビット操作を試みる。
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| 研究成果の概要 |
本研究では単一磁束量子(SFQ)論理回路により生成するSFQパルスをトリガとして正負の電流パルスを発生するバイポーラ電流源(BCS)によりトポロジカル量子ビット(TQB)に対する組紐操作を実現し、TQBと古典コンピュータであるSFQ論理回路が共存するトポロジカル量子コンピュータ(TQC)の実現への初歩的な研究を行った。3年間の研究によりSFQ論理回路により制御されたBCSによる組紐操作が十分な動作マージンで動作し、SFQ論理回路によるプロセッサによりTQBに対する組紐操作が制御可能であることが示された。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
現在の主流である2準位系を用いる超伝導量子ビットでは、その量子操作や量子情報の読み出しにマイクロ波を用いており、大きな冷却能力を持ち広大な冷却スペースを持った大規模無冷媒機械式冷凍機を必要とするとともに、今後大規模な量子誤り訂正回路の実装研究が必要となる。
本研究は、3D TI JJアレイ中の分数量子磁束に束縛されたMBSの組紐操作が電流パルスにより可能であるという理論的な提案に基づき、電流パルスの発生をSFQパルスをトリガーとしSFQ論理回路でデジタル制御する方法を着想した。トポロジカル量子コンピュータでは小規模の量子誤り訂正回路しか必要とせず、実用的な量子コンピュータに最も近い方式である。
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