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RSFQ回路のシャント抵抗の接続方法変更による低雑音化の手法の提案と実証

祐真喜多, 宏弥松岡, 茂之宮嶋, 雅光田中, 朗藤巻, Yuma Kita, Hiromi MATSUOKA, Shigeyuki Miyajima, Masamitsu Tanaka, Akira Fujimaki

Published Jul 1, 2013• 0 citations

Abstract

RSFQ回路の主要な熱雑音源はジョセフソン接合に並列に接続されているシャント抵抗である。今回、我々はSFQ回路の論理ゲート内のコンパレータ構造に注目し、低雑音化の手法を提案する。その手法は、シャント抵抗からの熱雑音電流を減らすためにマッカンバ係数β_Cを従来のβ_C=1からβ_C=4に変更し、さらにコンパレータ構造における2つの直列に接続されたジョセフソン接合に並列に共有のシャントを設けるというものである。低雑音化の手法を導入したDフリップフロップ, Tフリップフロップ, リセッタブルDフリップフロップの3種類の論理ゲートにおいて、数値解析によってビット誤り率 (BER) の遷移曲線の遷移領域幅、遅延時間、タイミング特性の3つを評価した。提案手法を導入した事により、急峻なBER曲線が得られ雑音の低減化が示された。さらにタイミング特性に関しても、遅延時間及び入力禁止時間が短縮され、動作速度の高速化が示唆された。さらに、実際に低雑音化の手法を導入した2ビットシフトレジスタを試作しビット誤り率(BER)の遷移領域幅を評価した。実験結果においても遷移領域幅が狭まる傾向が得られ、雑音の低減化が確認された。

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今回、我々は結合ジョセフソン電荷キュービットにおける背景電荷の揺らぎ(Background charge fluctuation, BCF)による位相緩和について考察したので報告する。ジョセフソン電荷キュービット系は、量子計算機の有力な候補の一つで最近結合したジョセフソン電荷キュービットの実験が行われている。これまでの研究で、我々は単一ジョセフソン電荷キュービットに対して、BCFが重要な位相緩和の原因であることを示した。今回、結合したキュービット系に対し同様の解析を行った。キュービットの状態としては、ジョセフソン電荷キュービット系の電荷縮退状態を用いた。見積もった量は、2キュービットゲート演算中のゲートフィデリティと密度行列の対角要素である。

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最近、孤立した量子多体系の非平衡ダイナミクスが活発に研究されている。特に、外部変数を急変化させた後の量子系の時間発展を、量子クエンチ (quantumquench) とよぶ。70年代に McCoy 達により可解系で量子クエンチが議論されたが、最近冷却原子系の実験等に刺激され、再び注目されている。孤立量子系のダイナミクスは、量子統計力学の基礎の視点からも興味深い。量子多体系の純粋状態を任意に与えると、ほとんどの場合、その状態に関する物理量の期待値は、平衡値に非常に近い値に近づくことが、最近再発見された。量子状態の典型性 (typicality) の視点である。さらに、与えられた純粋状態のユニタリな時間発展の中で、局所演算子の期待値は平衡状態のアンサンブル平均値に収束する、と予想されている。このときエントロピーは全く変化しないが、しかし、緩和のような振る舞いが見られる。3日間の講義では最初に、可積分量子系の例を紹介し、デルタ関数型ポテンシャルで相互作用する1次元ボース気体に対してベーテ仮設の方法を説明する。次に、ホール励起など典型的な素励起を詳しく解説する。さらに、低励起スペクトルでの系の振る舞いと CFT との対応の概略をスケッチする。量子多体問題の様々な手法が可積分量子系で具体的に実現される点が教育的であると思われる。さらに、代数的べ一テ仮設を説明し、スラブノブ公式など演算子の期待値や形状因子を求めるに役立つ定理を解説する。そして、1次元ボース気体やXXX鎖等での最近の結果を紹介する。

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