超高速集積回路の設計

研究概要

現在の計算機システムよりはるかに計算能力と電力効率の高い、次世代の計算システムを作ることが本研究室の目標です。我々は超伝導エレクトロニクスを武器に、このような目標の実現に向けて研究を行っています。　極めて小さな消費電力で100GHzを超えるクロック速度での動作が可能な「超伝導ディジタル回路」、超伝導特有の巨視的な量子効果を利用することで組み合わせ最適化問題を極めて効率的に解くことができる「アニーリング型超伝導量子コンピュータ」、生物の脳の機能を模倣した超伝導回路網によってパターン認識や学習が効率的に行える「超伝導人工ニューラルネットワーク」が現在の主な研究テーマです。

アドバンテージ

超伝導デバイスは短い応答時間、超低消費電力性、磁場や電流に対する極めて高い感度、巨視的な量子効果が利用可能である、といったエレクトロニクスの観点からとても魅力的な特徴を持っています。これらの特徴を利用した、従来にはない優れた情報処理技術の確立、従来のデバイスでは実現不可能な応用分野の開拓を目指しています。

事例紹介

組み合わせ最適化問題を高速に解くことができる量子アニーリング回路が注目されています。超伝導素子は巨視的なサイズで電子の波動性を利用することができ、設計できる集積回路において量子効果を利用することができます。超伝導集積回路を用いて、特定用途に特化した量子アニーリング回路の開発を行っています。これまでに基本論理ゲートや乗算器の動作を実証しています。

相談に応じられるテーマ

超高速集積回路の設計

超伝導量子アニーリング回路の開発

主な所属学会

応用物理学会

電子情報通信学会

IEEE

主な論文

2021. Saida, Y. Yamanashi, M. Hidaka, F. Hirayama, K. Imafuku, S. Nagasawa, and S. Kawabata, “Experimental Demonstrations of Native Implementation of Boolean Logic Hamiltonian in a Superconducting Quantum Annealer,” IEEE Trans. Quantum Eng., vol. 2, 3103508, Aug. 2021.
2022. Hosoya, Y. Yamanashi, and N. Yoshikawa, “Compact Superconducting Lookup Table Composed of Two-Dimensional Memory Cell Array Reconfigured by External DC Control Currents,”IEEE Trans. Appl. Supercond., vol. 31, no. 3, 1300406, Apr. 2021.
2023. Yamanashi, S. Nakaishi, A. Sugiyama, N. Takeuchi, and N. Yoshikawa, “Design methodology of single-flux-quantum flip-flops composed of both 0- and π-shifted Josephson junctions,” Supercond. Sci. Technol., vol. 31, no. 10, 105003, Aug. 2018.

主な特許

特願2021-131307「超伝導物理乱数生成器」

特開2012-220968「物理乱数発生器」

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