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来る1000量子ビット時代に向けた低消費電力超伝導増幅器の開発

为即将到来的1000量子位时代开发低功耗超导放大器

基本信息

批准号：
22K14304
负责人：
沓間弘樹
金额：
$ 2.41万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

2020年代中盤には、1000量子ビットを搭載した超伝導量子コンピュータが実現すると予想されている。しかし、現在読み出しに使用しているHEMT増幅器は発熱が大きく冷凍機の冷却の観点から100個以上の並列動作が難しい。本研究は、HEMT増幅器に対して消費電力が千分の一以下の超伝導進行波型増幅器 Kinetic inductance Traveling Wave Parametric Amplifier (KTWPA)を開発し、この問題の解決を図ることを目的としている。本年度は、KTWPAに生じ得る損失源の特定、設計に重要なパラメータの導出、KTWPAの試作を行った。損失源の特定は、窒化チタンや窒化ニオブチタンを用いた超伝導共振回路を作製し、読み出し電力や測定温度を変えることで評価を行った。また、温度依存性の測定結果から設計において重要な窒化ニオブチタンの力学的インダクタンスの導出を行った。これらの評価やKTWPAの設計を進めていく中で、力学的インダクタンスの電流依存性の測定や、KTWPAを格納するパッケージサイズに起因する損失の抑制が重要であるという知見を得た。力学的インダクタンスの電流依存性は、直流電流を印加することができる共振回路を作製し、評価を行った。また、温度を変えながら測定を行うことで、この電流依存性が温度に依存するという新たな知見を得ることができた。これらの測定結果を踏まえて、試作用KTWPAの設計および作製を進め、本年度中に完了することができた。パッケージサイズに起因する損失に関しては、電磁界シミュレーションソフトを使用し、この損失を抑制できるパッケージの設計を完了することができた。

In the mid-2020s, 1000 Quantum には and 1000 Quantum ビットを are equipped with したsuper-conducting quantum コンピュータが実appears するとされている. It is difficult to use the HEMT amplifier, the large cooling machine, and the cooling point of the HEMT amplifier. It is difficult to operate more than 100 units in parallel. In this study, the HEMT amplifier is a super-guided traveling wave amplifier that consumes less than one thousandth of electricity. Kinetic inductance Traveling Wave Parametric Amplifier (KTWPA)を开発し、このsolverを図ることをpurposeとしている. This year, KTWPA's specific source of loss, important design and export, and KTWPA's trial production and execution. Specification of the source of loss, suffocation of the suffocation of the suffocation system using super-guided resonance The circuit is made, the electricity is produced, the temperature is measured, and the temperature is evaluated.また、The measurement results of temperature dependence are important for design and design of なsuffocation of ニオブチタンのMechanics of インダクタンスのderived を行った.これらの选価やKTWPAのDesignをEnterめていく中で、Mechanical インダクタンスのMeasurement of current dependence , KTWPA をgna するパッケージサイズに Cause する Loss の Suppression が Important であるという知见をGet た. Mechanics of current dependence, direct current flow, resonance circuit, and evaluationまた, temperature を変えながらmeasurement を行うことで, このcurrent dependence がtemperature にdependence するという新たな知见をget ることができた. The results of the measurement were determined, the trial design was made using KTWPA, and the results were completed in the middle of the year.パッケージサイズにcauses するloss に关しては, electromagnetic world シミュレーションソフトをUse し, このloss をSuppression できるパッケージのDesign を Finished することができた.