物理限界に迫るサブテラヘルツ低消費電力超伝導エレクトロニクスの創製名古屋大学 藤巻朗

http://www.super.nuqe.nagoya‐u.ac.jp/

磁束量子を利用した超高速超低消費電力集積回路 超伝導センサシステム開発

高性能・新機能デバイスの創出

10 m

高温超伝導体による500GHz 1/2分周回路

マイクロ波ナノ構造理想整流素子

10m

磁性ナノ粒子を用いたメモリ素子

100万画素中性子イメージングシステム

スパコン用50GHz演算器アレイ サブmW 30GHz CPU

X : 200 mV/divY : 1.0 mA/div@4.2K200個直列接合

Junction size10 μm□

ICmin ICmax

高均一NbNトンネル接合の電流電圧特性

高性能超伝導集積回路システムの開発横浜国立大学 吉川信行

http://www.yoshilab.dnj.ynu.ac.jp/

超高速集積回路の開発 超低消費電力集積回路の開発 高速メモリの開発

超伝導高分子質量分析システムの開発

高分子 (Angiotensin I, 分子量1296 Da) の質量分析結果

飛行時間型質量分析法による高分子の質量分析

0 10 20 300

50

100

150

Time(μs)

Ion

coun

t Angiotensin Iのピーク

64kb 低温動作CMOS メモリアクセスタイム： サブｎｓ

単一磁束量子(SFQ) FPUプロセッサ62 GHz, 3.6 mW

断熱型量子磁束パラメトロン(QFP)加算器10 zJ/gate

超伝導電子デバイスによる次世代計算機への応用 東北大学 電気通信研究所　中島 康治、小野美 武、佐藤 茂雄 

h#p://www.nakajima.riec.tohoku.ac.jp

Table.1 各回路の静的消費電力と 20GHz動作時の動的消費電力

Table.2 各回路の面積とレイテンシ

4-bit 乗算器の試作 （ISTEC 2.5kA/cm2　 標準プロセス）

4-bit 乗算器（AND Array）の測定結果 4-bit 乗算器 (AND Array)の構成

SFQ回路による信号処理回路用演算回路の集積化

高温超伝導固有ジョセフソン接合による 量子計算機用デバイス

Bi-2212固有 ジョセフソン接合 スイッチング電流

揺らぎの温度依存性

超伝導回路によるニューロ コンピュータへの応用

Temperature [K] 1 10-1 10-2 10

σ(T)

[nA

]

300

200

100

400

量子トンネル

SFQ回路によるストカスティック ニューロ回路の構成

膜電位生成用４ビットアップ ダウンカウンタ

（ISTEC 2.5kA/cm2　標準プロセス）

Number of JJs : 3400

Operation speed of the stochastic�neural circuit (16bit) : 3.89GHz

量子情報処理の実現を目指した超伝導量子回路の研究 東京大学先端科学技術研究センター 中村 泰信

http://www.qc.rcast.u-tokyo.ac.jp/

ハイブリッド量子系 ナノメカニクスとの結合 強磁性共鳴モードとの結合 電子スピン集団との結合

超伝導量子ビットとマイクロ波光子の相互作用

超伝導量子ビットの量子状態制御と観測

マイクロ波と光の間の量子インターフェイスの実現

超伝導量子ビットの開発日本電気株式会社 スマートエネルギー研究所

山本剛、萬伸一http://www.nec.co.jp/rd/se/quantum/

・集積化に向けた量子ビット回路方式の研究

・量子ビット読出しおよび関連技術の研究

量子ビット１ 量子ビット２量子ビット結合器

磁束量子ビット集積回路模式図 可変結合型２量子ビット回路写真

磁束駆動型ジョセフソンパラメトリック増幅器回路図 磁束駆動型ジョセフソンパラメトリック増幅器チップ写真

窒化ニオブ薄膜・デバイス技術の研究開発と応用窒化ニオブ薄膜・デバイス技術の研究開発と応用情報通信研究機構情報通信研究機構 未来未来ICTICT研究所研究所 王鎮王鎮

http://www2.nict.go.jp/advanced_ict/nano/102/

高品質高品質NbN/AlN/NbNNbN/AlN/NbNトンネル接合の開発トンネル接合の開発 高感度高感度SISSIS受信機と量子ビットデバイス応用受信機と量子ビットデバイス応用

NbN200

300

(a) Jc = 2.2 A/cm2

1.0

1.5

(b) Jc = 400 A/cm2

NbN

AlN

NbN

2 nm

-15 -10 -5 0 5 10 15-300

-200

-100

0

100

I (n

A)

V (mV)

2 x 2 μm2

Ic = 86 nA

RN = 45 kΩ

Rsg = 27 MΩ

-15 -10 -5 0 5 10 15-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

I (m

A)

V (mV)

10 x 10 μm2

Ic = 0.36 mARN = 10 Ω

Rsg = 333 Ω

NbN

AlN

NbNJ 2 4 A/ 2-15 -10 -5 0 5 10 15

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

(c) Jc = 2200 A/cm2

I (m

A)

4 x 4 μm2

Ic = 0.35 mARN = 10 ΩRsg = 250 Ω

15 10 5 0 5 10 15-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

(d) Jc = 25000 A/cm2

I (m

A)

1 x1 μm2

Ic = 0.2 mARN = 19 ΩRsg = 200 Ω

Jc= 2.4 A/cm215 10 5 0 5 10 15

V (mV)-15 -10 -5 0 5 10 15

V (mV)

NbN/AlN/NbN接合のI-V特性Jc: 2 A/cm2 ～25 kA/cm2

接合断面TEM写真 NbN THz帯SIS受信機（中国科学院紫金山天文台との共同研究）

NbN量子ビットデバイス（東大、理研、NECとの共同研究）

(Y. Nakamura, et al, APL, 99, 212502, 2011)

超伝導ナノワイヤ単一光子検出器超伝導ナノワイヤ単一光子検出器(SSPD)(SSPD)の研究開発と応用の研究開発と応用超伝導ナノワイヤ単 光子検出器超伝導ナノワイヤ単 光子検出器(SSPD)(SSPD)の研究開発と応用の研究開発と応用

超伝導電流超伝導電流 電気信号電気信号光子光子

窒化ニオブ細線（幅窒化ニオブ細線（幅100100ナノメートル）ナノメートル）

SSPD素子とマルチチャンネルシステム通信波長帯におけるSSPDのシステム検出効率と暗計数率

東京QKDネットワークにおけるSSPD応用(M. Sasaki, et al, Opt. Exp., vol. 19, p.10387, 2011)

分子線エピタキシー成長を用いた超伝導材料開発と超伝導素子応用東京農工大学 内藤方夫

http://www.tuat.ac.jp/~naitolab/

0.0

0.5

1.0

1.5

0 50 100 150 200 250 300Temperature (K)

Res

istiv

ity

(m

cm

)

CaF2

LaAlO3

MgO

YAlO3

r-cut Al2O

3

substrate: SrF2

BaF2

REO,F

FeAs

X: 2.0 mV/divY: 0.5 mA/div

精密組成制御分子線エピタキシー装置 REFeAs(O,F)のMBE成長

薄膜を用いて作成されたNd2-xCexCuO4の新電子相図

MgB2接合

H//abでのFISKE共鳴励起 粒界ジョセフソン接合によるマイクロ波検出

4

3

2

1

0400300200100

40GHz@14K

curr

ent

(mA

)

voltage (V)

・原子層平滑薄膜合成技術

・単結晶級Tri-Phase-Epitaxy

Nd123薄膜±12°粒界接合で、

THz波を検出(40GHzの照射で、

55次までのシャピロステップ）

・単結晶ウイスカーの合成

・固有ジョセフソン接合による

層平行磁界下における

FISKE共鳴の観測（75GHｚ）

高温超伝導体単結晶・薄膜合成と固有ジョセフソン接合テラヘルツ応用 物質・材料研究機構 超伝導物性ユニット エレクトロニクスグループ 羽多野 毅

固有接合テラへルツ光源 ［王 華兵］

連続波THz周波数可変・狭線幅光源

ビーム強度：25 μW

Josephson/Pancake磁束メモリー

磁束状態を電流

で書き換える

・0.3～0.8 THz周波数可変

・狭線幅：<10 MHz

・粒界接合の高周波応答で

0.5 THz放射を検出