協同トンネル現象を利用した量子計算アーキテクチャと構成デバイスの開拓

利用协作隧道现象开发量子计算架构和组件设备

• 批准号: 17656111
• 负责人: 雨宮 好仁
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17656111/
• 关键词: 量子計算; 単電子; 協同トンネル; アナログ計算法

単電子回路を用いてホップフィールドネットワークに量子効果を導入してアナログコンピューティングのデバイスとすることを提案した。アナログコンピューティングは「与えられた数学の問題を相似の物理系に置き換え、その物理系の挙動を観察することで元の問題を解く」という計算アーキテクチャであり、組合せ最適化問題などの求解に適している。組合せ最適化問題には例として巡回セールスマン問題,ナップサック問題,最大充足問題などがある。いずれも工学的に広い応用分野を持っているが、従来の「アルゴリズム-ノイマン-ブール代数」の計算アーキテクチャでは計算時間を要して扱いにくい問題である。これに対してアナログコンピューティングでは、組合せ最適化問題のコスト関数を相似の物理系のエネルギー関数に置き換える。その物理系が状態遷移してエネルギー最小となった状態を観察して元の問題を解く。その求解プロセスは本質的に並列演算であり、問題のサイズによらない高速求解が期待できる。しかしアナログコンピューティングには「エネルギー関数のローカルミニマム」という大問題があり、実際には得られた解が常に正解であるとは限らない。したがって、これまではアナログコンピューティングの並列性を十分に発揮することができなかった。そこで単電子回路を用いてホップフィールドネットワークに量子効果を導入することを提案した。単電子回路においては、2つかそれ以上の複数接合でトンネル事象が同時に(コヒーレントな結合として一体的に)起こる現象がある。これを「協同トンネル現象」という。単電子トンネル接合をしきい要素として使用し、そのネットワークにおける協同トンネル現象を利用することで、複数のしきい要素が同時に状態変化するようなネットワークを提案した。その動作をシミュレーション上で確認し、ローカルミニマム問題が生じないことを示した。

単 electronic circuit を い て ホ ッ プ フ ィ ー ル ド ネ ッ ト ワ ー ク に quantum unseen fruit を import し て ア ナ ロ グ コ ン ピ ュ ー テ ィ ン グ の デ バ イ ス と す る こ と を proposal し た. ア ナ ロ グ コ ン ピ ュ ー テ ィ ン グ は "with え ら れ た mathematical の problems を similar の physics に buy き change え, そ の physics の 挙 dynamic を 観 examine す る こ と で yuan の く" を solutions と い う computing ア ー キ テ ク チ ャ で あ せ り, combination optimization problem な ど の solving に optimum し て い る. Combination せ optimization problem に は example と し て circuit セ ー ル ス マ ン problem, ナ ッ プ サ ッ ク problems, sufficient biggest problem な ど が あ る. い ず れ も engineering of に hiroo い 応 use eset を hold っ て い る が, 従 の "ア ル ゴ リ ズ ム - ノ イ マ ン - ブ ー ル algebra" の computing ア ー キ テ ク チ ャ で は computing time を to し て Cha い に く い problem で あ る. こ れ に し seaborne て ア ナ ロ グ コ ン ピ ュ ー テ ィ ン グ で せ は, combination optimization problem の コ ス ト masato several similar を の physics の エ ネ ル ギ ー masato number に buy き changing え る. そ の physics が state transition し て エ ネ ル ギ ー minimum と な っ た state を 観 examine し て yuan の く を solutions. そ の solving プ ロ セ ス は に tied for the nature of calculus で あ り, problem の サ イ ズ に よ ら な い high-speed solving が expect で き る. し か し ア ナ ロ グ コ ン ピ ュ ー テ ィ ン グ に は "エ ネ ル ギ ー masato number の ロ ー カ ル ミ ニ マ ム" と い う big problem が あ り, be interstate に は have ら れ た solution が に truth で あ る と は limit ら な い. し た が っ て, こ れ ま で は ア ナ ロ グ コ ン ピ ュ ー テ ィ ン グ の tied for sexual を very に 発 swing す る こ と が で き な か っ た. そ こ で 単 electronic circuit を い て ホ ッ プ フ ィ ー ル ド ネ ッ ト ワ ー ク に quantum unseen fruit を import す る こ と を proposal し た. 単 electronic circuit に お い て は, 2 つ か そ れ above の plural joint で ト ン ネ ル things like が に at the same time (コ ヒ ー レ ン ト な combining と し て integrated に) up こ る phenomenon が あ る. Youdaoplaceholder2 れを "synergy ト ネ ネ phenomenon" と う う. 単 electronic ト ン ネ ル joint を し き い elements と し て use し, そ の ネ ッ ト ワ ー ク に お け る synergy ト ン ネ ル phenomenon を using す る こ と で, plural の し き が い elements while に state - す る よ う な ネ ッ ト ワ ー ク を proposal し た. そ の action を シ ミ ュ レ ー シ ョ ン で confirm し, ロ ー カ ル ミ ニ マ ム problem が raw じ な い こ と を shown し た.

项目成果

Neuromorphic MOS circuits exhibiting precisely-timed synchronization with silicon spiking neurons and depressing synapses

神经形态 MOS 电路与硅尖峰神经元和抑制​​突触表现出精确的定时同步

• 发表时间: 2006
• 期刊: Journal of Signal Processing vol. 10
• 作者: Tovar G.M.

A quadrilateral-object composer for binary images with reaction-diffusion cellular automata

具有反应扩散元胞自动机的二值图像四边形对象合成器

• 发表时间: 2005
• 期刊: International Journal of Parallel, Emergent and Distributed Systems vol.20 no.1
• 作者: T.Ito;M.Maeda;K.Nakamura;H.Kato;Y.Ohki;Asai T.
• 通讯作者: Asai T.

Single-electron logic systems based on a graphical representation of digital functions

基于数字函数图形表示的单电子逻辑系统

• 发表时间: 2006
• 期刊: IEICE Transactions on Electronics E89-C
• 作者: Arifuzzaman;M.;雨宮 好仁
• 通讯作者: 雨宮 好仁

Reaction-diffusion systems consisting of single-electron circuits

由单电子电路组成的反应扩散系统

• 发表时间: 2005
• 期刊: International Journal of Unconventional Computing vo1.1, no.2
• 作者: Oya T.;Asai T.;Fukui T.;Amemiya Y.
• 通讯作者: Amemiya Y.

A CMOS watchdog sensor for certifying the quality of various perishables with a wider activation energy

CMOS 看门狗传感器，用于验证各种易腐烂物品的质量，具有更宽的激活能量

• 发表时间: 2006
• 期刊: IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer vol. E89-A
• 作者: Tovar G.M.;Amemiya Y.;Hirose T.;Ueno K.
• 通讯作者: Ueno K.