単一磁束量子を情報担体とする超高速メモリシステムに関する研究

以单磁通量子为信息载体的超高速存储系统研究

• 批准号: 04J04854
• 负责人: 藤原 完
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Yokohama National University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-04J04854/
• 关键词: 超伝導集積回路; ハイブリッド; インターフェース回路; 高速試験; SFQ; グランド電流; メモリ; アンプ; シフトレジスタ; マイクロプロセッサ; エラーレート; Josephson-CMOSハイブリッドシステム

超伝導体集積回路は、半導体集積回路に比べ、1桁以上の高速性、3桁以上の超低消費電力性を有し、次世代集積回路としての期待が大きい。現時点で、半導体デバイス以外で、1万接合規模の回路が動作実証されたものは、超伝導回路以外に存在しない。また、低温超伝導技術の発展は、窒素温度下の高温超伝導体技術、極低温下の量子ビット応用技術の発展へも繋がる重要な研究である。昨年度、名古屋大学と共同研究を行ってきた超伝導シフトレジスタ型メモリを搭載したマイクロプロセッサの動作実証に世界で初めて成功した。今年度は、更に大規模な超伝導回路の動作に向けたバイアス電流量の増加に伴う影響調査を行った。一万接合規模回路のグランド電流影響調査の結果、まず入出力回路を元にグランド電流の影響を軽減する構造開発を行った。その結果、上部、下部グランドプレーンでシールド型構造が、グランド電流の影響を軽減する効果がある事を示す事に成功した。これは、今後の大規模超伝導回路動作へ向けた一つの指針を示す大きな結果であるといえる。また、最も重要な課題の一つに現半導体回路とのインターフェース技術、特に高速試験を行う必要性がある。そこで、共同研究を行っているUC Berkeley校において、Josephson-CMOSハイブリッドメモリシステムの設計及び高速試験環境構築を行った。各ケーブル、コネクタ、ノイズ軽減のための電子部品を購入により、試験環境の構築を終え、各要素回路のファンクションテストに成功した。今後、クロストークの軽減、高速信号のマッチングを更に行う事で、システム全体の遅延時間測定を進める。また、レーザダイオードを用いた低温特性評価を行い、光出力インターフェースへ向けた基礎評価実験、最新プロセスを用いたCMOS回路の評価実験も継続して行っており、他デバイスの融合による、更なる超伝導技術の発展に繋げる。

超导集成电路具有比半导体集成电路快一个数量级以上的高速度和比半导体集成电路高三个数量级以上的超低功耗，作为下一代集成电路被寄予厚望。目前，除了半导体器件之外，除了超导电路之外，还没有任何10,000结规模的电路被证明可以工作。此外，低温超导技术的发展是一项重要的研究，将带动氮气温度下的高温超导技术和极低温下的量子比特应用技术的发展。去年，我们与名古屋大学联合研究，在世界上第一个成功演示了配备超导移位寄存器存储器的微处理器的操作。今年，我们研究了增加偏置电流对更大规模超导电路运行的影响。通过研究接地电流对 10,000 个结点规模电路的影响，我们首先开发了一种基于输入/输出电路的结构，以减少接地电流的影响。结果，我们成功地证明了上下接地层的屏蔽式结构可以有效减少接地电流的影响。这可以说是为未来大规模超导电路运行提供指导的重大成果。此外，最重要的问题之一是需要与当前半导体电路的接口技术，尤其是高速测试。因此，我们设计了约瑟夫森-CMOS混合存储系统，并在加州大学伯克利分校搭建了高速测试环境，并进行联合研究。通过购买各种用于降噪的电缆、连接器和电子元件，我们完成了测试环境的搭建，并成功地对各个元件电路进行了功能测试。未来我们将通过进一步减少串扰和匹配高速信号来测量整个系统的延迟时间。此外，我们正在使用激光二极管进行低温特性评估，继续进行光学输出接口的基础评估实验，以及使用最新工艺的CMOS电路的评估实验，这将促进传导技术的发展。

项目成果

Error Rate Test of Large-Scale SFQ Digital Circuit Systems

大规模SFQ数字电路系统的误码率测试

• 发表时间: 2005
• 期刊: IEEE Trans.Appl.Supercond. (印刷中)
• 作者: K.Fujiwara;N.Nakajima;T.Nishigai;M.Ito;N.Yoshikawa;A.Fujimaki;H.Terai;S.Yorozu
• 通讯作者: S.Yorozu