| 研究課題/領域番号 |
18K04280
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| 研究機関 | 横浜国立大学 |
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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)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | ジョセフソン接合 / 超伝導集積回路 / パイ遷移ジョセフソン接合 / 磁性ジョセフソン接合 / 低電力回路 / 単一磁束量子回路 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、従来のジョセフソン接合のみで構成される超伝導単一磁束量子回路に、ジョセフソン接合と相補的な電流-電圧特性を持つパイ遷移ジョセフソン接合の導入することによる大幅な性能の向上を狙いとしている。本年度は前年に考案した、ジョセフソン接合とパイ遷移ジョセフソン接合を組み合わせた論理ゲート設計法に基づき、ANDやORといった様々な論理ゲートの設計と評価を詳細に行った。全ての論理ゲートについて、動作に必要なバイアス電流量、素子数が従来の論理ゲートに比べて少なくできることが詳細な設計とシミュレーションの結果より明らかになった。
さらに2線式と呼ばれる信号表現を用いた超伝導単一磁束量子汎用論理ゲートの設計を行った。この論理ゲートは信号線の定義を変更することにより、AND、OR、NAND、NORの動作をする論理ゲートであり、この論理ゲートを組み合わせて効率的に大規模な論理ゲートを構成することができる。この論理ゲートがジョセフソン接合のみを用いて構成した場合に比べて、パイ遷移ジョセフソン接合を導入することにより効率的に構成できることを明らかにした。この論理ゲートにおいて、2線式単一磁束量子回路の特徴であるゼロ静的電力動作ができることをアナログ回路シミュレーションにおいて確認した。ゼロ静的電力動作ができる動作マージンも評価し、動作マージンの観点からも従来のジョセフソン接合のみを用いて構成される回路に比べて優れていることを示すことができた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
前年に検討した論理ゲート構成法を用いてさまざまな論理ゲートを設計し、パイ遷移ジョセフソン接合の導入の有効性を示した。さらにパイ遷移ジョセフソン接合を導入した回路でゼロ静的電力動作が可能な2線式超伝導単一磁束量子回路を実現できることとその有効性を示した。これらの成果は超伝導分野全般の国際会議において招待講演に選ばれて発表した。さらに国際論文誌において招待論文として刊行された。
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| 今後の研究の推進方策 |
今年度までにパイ遷移ジョセフソン接合を導入することによって効率的に広い動作マージンを持つ2線式論理ゲートを構成できることがわかった。しかしこの論理ゲートは汎用性を持つものの信号入力のタイミングに制限があり、非同期動作を行うことができない。
そこで信号入力タイミングに制限がない2線式単一磁束量子論理ゲートを構成を検討する。この論理ゲートを用いて、クロックに同期しない非同期論理回路を構成できることを示すことを目指す。
また、前年度までには優位性を詳しく評価して来なかった回路の動作速度について検討し、回路構成の工夫によりパイ遷移ジョセフソン接合の導入によって従来回路に比べて高速動作が可能な回路が構成できることを示す。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
新型コロナウイルスの影響により３月の学会発表がなくなり、その旅費がキャンセルになったため差額が生じた。差額は次年度の実験に必要な消耗品の購入に充てる。
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