量子ダイナミクスを導入した新しい脳型計算機に関する研究

研究结合量子动力学的新型类脑计算机

• 批准号: 15680008
• 负责人: 佐藤 茂雄
• 金额: $ 18.39万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15680008/
• 关键词: 量子ビット; 断熱変化アルゴリズム; 高温超伝導体; Si系核スピン; 巨視的量子トンネル; STM; 巨視的量子現象; 人工神経回路; 断熱的変化アルゴリズム; ジョセフソン接合; 高温超伝導

ニューロ的手法を導入した断熱的変化アルゴリズムについては、エネルギー散逸効果を取り入れることにより誤動作を排除できることを数値計算から明らかにし、断熱的変化アルゴリズムの弱点を補えることを示した。この成果は論文(PRA)として公表された。またニューラルネットワークと同様、量子計算でも学習を導入することが可能であることを見出した。さらに量子ヘッブ学習を提案し、数値計算によりその動作を確認した。以上から、量子ダイナミクスを導入した脳型計算機アルゴリズムの基幹部分を構築した。まだいくつか検証必要課題が残されているものの、これらの成果は従来のニューラルネットワークをはるかに陵駕できることを原理的に示しており、今後の研究進展が期待される。製作面においては、まず昨年度の成果である高温超伝導体の固有ジョセフソン接合における巨視的量子トンネルについて論文(PRL)で公表した。次いでこの固有ジョセフソン接合の量子状態の制御を試みた。量子状態はマイクロ波を照射することによって制御可能であることから、まず測定系にマイクロ波ラインを導入し、その制御回路を構築した。ダイポールアンテナ等を使ってマイクロ波をサンプルに照射し、そのときの固有ジョセフソン接合の振る舞いを調べた。マイクロ波による共鳴現象、スイッチング電流の低下などを確認した。量子ビットの基本動作であるラビ振動の観測には至らなかったものの、マイクロ波の高精度な時間制御を行えばこれが可能であるとの感触を得ている。Si核スピン量子ビットにおいては、STM探針の先鋭化を図りより空間分解能の高い電子注入を実現した。しかし単水素原子を脱離することには成功せず、核スピン量子ビットの実現には至らなかった。これら2つのデバイスを比較すると、製作の容易さから固有ジョセフソン接合が有利であると言える。

关于使用神经型方法的绝热变化算法，我们从数值计算中揭示了可以通过纳入能量耗散效应来消除故障，并表明它可以补偿绝热变化算法的弱点。该结果作为论文（PRA）发表。还发现，就像在神经网络中一样，可以在量子计算中引入学习。此外，提出了量子HEB学习，并通过数值计算确认其运行。由此，我们构建了引入量子动力学的脑型计算机算法的核心部分。尽管仍然需要测试一些问题，但这些结果原则上证明了它们可以超过传统的神经网络，并且预计未来的研究进度。在制造方面，我们首先发表了一篇论文（PRL），讲述了高温超导体的内在约瑟夫森连接中的宏观量子隧道，这是去年的结果。然后尝试了这种内在的约瑟夫森连接的量子状态。由于可以通过照射微波控制量子状态，因此首先将微波线引入测量系统，并为此构建一个控制电路。使用偶极天线等用微波辐射样品，并检查当时内在的约瑟夫森交界处的行为。由微波引起的共振现象和开关电流下降。尽管未观察到Qubits的基本操作，但未观察到拉宾振动，但人们认为这可以通过对微波的高精度时间控制来实现。在SI核自旋矩阵中，将STM探针锐化以通过较高的空间分辨率获得电子注入。但是，它在解吸单个氢原子方面并没有成功，并且没有实现核自旋尺子。在比较这两种设备时，可以说固有的约瑟夫森连接是由于易于制造而有利的。

项目成果

Single electron random number generator

单电子随机数发生器

• 发表时间: 2004
• 期刊: IEICE TRANSACTIONS ON FUNDAMENTALS E87C・5
• 作者: H.Akima;et al.
• 通讯作者: et al.

量子ニューラルネットワーク実現への試み-量子ビットをニューロンとして使うために-

尝试实现量子神经网络 - 使用量子比特作为神经元 -

• 发表时间: 2004
• 期刊: 電子情報通信学会学会誌 87・6
• 作者: 佐藤茂雄;金城光永;中島康治
• 通讯作者: 中島康治