核スピン検出用単電子トランジスタの試作

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13875064
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 佐藤 茂雄 東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (10282013)
• 研究分担者: 早川 吉弘 東北大学, 電気通信研究所, 助手 (20250847) ; 小野美 武 東北大学, 電気通信研究所, 助手 (70312676) ; 中島 康冶 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (60125622)
• キーワード: 量子計算 / 量子ビット / 単電子トランジスタ / STM / 単原子リソグラフィー / 断熱的変化アルゴリズム

研究概要

本年度は核スピン検出のためのデバイス製作を目的として、核スピンを有するリン原子^<31>Pのシリコン基板中への埋め込みに関する実験について精力的に研究を行った。リン原子を単独で埋め込むために走査型トンネル顕微鏡(STM)を使った単原子リソグラフィー技術の確立を図った。シリコン<100>面の表面処理工程を最適化し、ダイマー列の観測を行った。また、フッ酸を使った表面処理によって水素原子を吸着させその様子を観測した。しかし、フッ酸処理では水素の吸着むらが生じるため、気体水素をラジカル化させて吸着する方が有利であるとの結論を得た。またこのための水素ラジカル源の設計と製作を行った。ラジカル源による実験は来年度の課題となった。また、床振動のために安定な表面観察が阻害されることから、除振台の設計と製作も行った。また、デバイス製作と並行して、単電子トランジスタ製作工程の最適化、核スピン量子計算ビット用量子計算アルゴリズムの設計を行った。特に量子計算アルゴリズムでは断熱的変化アルゴリズムに、神経回路で用いられている罰則関数を使った手法を応用することにより汎用化を試みた。ホップフィールドネットワークで用いられる2次形式のエネルギー関数と、スピン系のハミルトニアンとの対応付けを行い、組み合わせ最適化問題に応用しNクィーン問題が解法可能であることを明らかにした。2次形式で記述可能な問題については本手法により解法が可能である。これら結果は国際会議、各種学会等で報告された。

研究成果

• [文献書誌] M.Kinjo, et al.: "Advantage and Disadvantage of the Quantum Adiabatic Evolution Algorithm for Combinatorial Optimization Problems"Proc. of the 10th JST Int. Symp. on Quantum Computing (ISQC). 2 (2002)
• [文献書誌] T.Onomi, et al.: "Implementation of Phase-Mode Arithmetic Elements for Parallel Signal Processing"Abst. of Applied Superconductivity Conference 2002. 4EC02 (2002)
• [文献書誌] Y.Hayakawa, et al.: "Analysis and Measurement of Limit Cycles Generated on Neural Networks with Cyclic and Longer Connections"Proc. 2002 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications. 315-318 (2002)
• [文献書誌] T.Haga, et al.: "Learning Algorithm for the Threshold of Nonmonotonic Neurons Composing a Boltzmann Machine"Proc. 2002 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications. 687-690 (2002)
• [文献書誌] S.Akima, et al.: "Hardware Implementation of a Single Electron Neural Network"Proc. 2002 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications. 913-916 (2002)
• [文献書誌] S.Akimoto, et al.: "Implementation of a new stochastic neurochip and a study on transitions between limit cycles by stochastic noise"Proc. 2002 International Symposium Nonlinear Theory and Its Applications. 917-920 (2002)