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。

与半导体集成电路相比，超导体集成电路的高速度为一个或多个幅度，并且非常低的功率消耗为三个或多个幅度，使其备受期待是下一代集成电路。目前，除了半导体设备以外，没有其他除了超导电路以外的连接尺度的电路。此外，低温超导技术的发展是一项重要的研究，它将导致在氮气温度下发展高温超导技术，并在极低的温度下应用量子。去年，我们能够成功证明配备超导置换寄存器内存的微处理器的运行，我们与名古屋大学进行了联合研究。今年，我们研究了偏置电流增加的影响甚至大型超导电路的影响。由于研究了地面电流对10,000个连接尺度电路的影响，我们首先开发了一种结构，该结构可根据输入/输出电路降低地面电流的影响。结果，成功证明上下地面平面的屏蔽结构具有降低地面电流的影响。可以说这是一个主要的结果，它为大规模超导电路的未来运行提供了指南。此外，最重要的问题之一是需要使用当前半导体电路（尤其是高速测试）进行接口技术。因此，在我们正在进行联合研究的加州大学伯克利分校，我们设计了一个约瑟夫森 - 科姆混合记忆系统，并构建了一个高速测试环境。通过购买每个电缆，连接器和电子组件来减少噪声，我们完成了测试环境的构建，并成功测试了每个元素电路的功能。将来，我们将进一步减少串扰并匹配高速信号，以测量整个系统中的延迟时间。此外，使用激光二极管评估低温特征，用于光学输出接口进行基本评估实验，并使用最新过程进行CMOS电路评估实验，从而通过集成其他设备的集成进一步开发超导技术。