超伝導単一磁束量子回路によるハードウェア乱数生成器とストカスティック演算への応用

采用超导单通量量子电路的硬件随机数发生器及其在随机运算中的应用

基本信息

批准号：
18K11231
负责人：
小野美武
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Fukuoka Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18K11231/
关键词：
超伝導単一磁束量子回路乱数生成器ストカスティック演算

项目摘要

本研究では、超伝導体の単一磁束量子演算回路による物理乱数生成器、およびその乱数生成器を用いたストカスティック論理演算回路の実験的な検証を、Nb/AlOx/Nbジョセフソン接合を用いた超伝導集積回路により行うことを目的としている。単一磁束量子（SFQ）回路はその高速・低消費電力性から信号処理回路への応用が期待されており、素子数の少ない回路で演算可能なストカスティック論理方式を利用することで、ソフトコンピューティングなどに適用可能なハードウェアコストの低い情報処理回路としての応用が期待される。研究実施５年目となる当年度は、これまでに設計・検証を行ってきた、ジョセフソン発振を用いた超伝導物理乱数生成器において、バイアス電源変動に伴うバイナリ乱数("0","1")の生成割合が理想的な50：50から差異が生じることを補償する回路構成を提案し、集積回路上での動作検証を行った。本回路は２つの乱数生成器を同一回路上に集積化し、そのうちの１つの乱数生成器の出力をインバーターにより反転する。この２つの乱数生成器からの乱数を交互に出力することで、乱数"0","1"の生成割合のバイアス電源依存性を低減する手法である。チップファンダリによって試作を行った回路を計測し、乱数 "0","1"の生成割合のバイアス電源依存性の低下が確認された。これらの結果を含めたこれまでの研究結果に関連して、学術論文掲載１件、学会発表２件にて公表を行った。本方式による乱数生成器の低温実験による検証を実施したが、寒剤の液体ヘリウムの入手が不調のため、十分な測定を実施するまでに至らず、事業の１年延長によって低温計測による検証を次年度も実施することとした。

这项研究旨在使用超导体的单个磁通量量子操作电路对物理随机数发生器进行实验验证，以及使用随机数发生器使用NB/Alox/NB Josephson Josephson连接的超导体计算机使用随机数生成器进行实验性量子量子。单滤器量子（SFQ）电路预计将由于其高速和低功耗而应用于信号处理电路，并通过使用可以使用少量元素的电路来计算的STOKUSTIC逻辑系统，预计该电路可用于将其用于较低的硬件的信息，以适用于本年度的信息，以在本年度进行更高的计算。理想的50:50使用Josephson振荡在超导物理随机数发生器中生成的二进制随机数（“ 0”，“ 1”）的生成速率，我们到目前为止已经设计和验证了，我们在集成电路上验证了操作。该电路在同一电路上集成了两个随机数发生器，并通过逆变器将其中一个输出倒入。此方法通过从这两个随机数生成器中交替输出随机数来降低随机数“ 0”，“ 1”的偏置电源依赖性。测量使用芯片狂热的原型的电路，并确认随机数“ 0”，“ 1”的发电速率的偏置电源依赖性降低。关于以前的研究结果，包括这些结果，该出版物是在一份学术论文和两个学术会议演讲中发表的。尽管我们使用该方法使用低温实验对随机数发生器进行了验证，但由于液体氦气的可用性差，低温，无法进行足够的测量，并且通过将项目扩展一年，我们决定再次使用低温测量来进行明年的低温测量。