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

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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。