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新原理コンピューティング研究センター

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超伝導量子デバイスチーム

1. メンバー

研究チーム長
Team Leader
水林 亘
   MIZUBAYASHI Wataru
Researcher ID
主任研究員
Senior Research Scientist
猪股 邦宏
   INOMATA Kunihiro
Researcher ID Google Scholar
主任研究員
Senior Research Scientist
山田 隆宏
   YAMADA Takahiro
Researcher ID
主任研究員
Senior Research Scientist
辻本 学
   TSUJIMOTO Manabu
Researcher ID Google Scholar
研究員
Research Scientist
浦出 芳郎
   URADE Yoshiro
Researcher ID Google Scholar
主任研究員
Senior Research Scientist
藤井 剛(兼務)
   FUJII Go (Adjunct)
招聘研究員
Invited Senior Researcher
永沢 秀一
   NAGASAWA Shuichi

2. 主な研究テーマ

次世代型コンピュータとして量子力学的原理を応用した量子コンピュータに注目が集まっています。量子コンピュータでは情報を担う最小単位の量子ビットは、0と1、さらにその重ね合わせの状態をとることができ、この性質を用いることにより超並列情報処理が可能となります。近年、100〜1000量子ビット集積数でエラーを含んでも情報処理できる超伝導量子回路を用いたNISQ(Noisy Intermediate-Scale Quantum)コンピュータが検討されています。

量子ビットを用いた情報処理システムは、NISQコンピュータと量子極限(ここでは、増幅器の雑音指数が量子雑音限界に迫ることを意味します)マイクロ波増幅器で構成され、超伝導量子ビットの状態を熱雑音から守るため10 mK以下の極低温環境下に置かれています(下図)。 本チームでは、NISQコンピュータを構成する超伝導量子ビットの高性能化・高集積化を材料・プロセス・設計の観点から研究を進めています。さらに、NISQコンピュータからの信号が非常に微弱なため、この信号を増幅し高精度に読み出す量子極限マイクロ波増幅器の広帯域化・低雑音化に関して材料・設計の観点から研究を行っています。


図 トランズモン超電導量子ビット


3. 主な研究設備・技術の紹介

 
超伝導量子デバイス作製
超伝導量子ビット・量子極限マイクロ波増幅器(下図)の作製は、産総研内の共用研究開発施設CRAVITY(Clean Room for Analog & Digital Superconductivity)で行っています。この施設では、ウェハ洗浄、超伝導薄膜成膜、リソグラフィー、ドライエッチングなど超伝導量子デバイスの作製に必須となるプロセス設備が備わっています。 CRAVITYの装置設備は下記URLをご参照ください。 https://unit.aist.go.jp/neri/cravity/ja/index.html


図 量子極限マイクロ波増幅器

超伝導量子デバイス評価設備
3台の希釈冷凍機システム(Bluefors社製LD-250: 2台、XLD-1000: 1台)により、作製した超伝導量子デバイスを 10 mK以下の極低温に冷却し、マイクロ波パルス制御システム、マイクロ波評価機器を用いて超伝導量子ビットや超伝導量子ビットのベースとなる超伝導材料の特性評価を行っています。


4. 主な外部資金プロジェクト

 
  • NEDO PJ:超伝導体・半導体技術を融合した集積量子計算システムの開発
  • NEDO PJ:組合せ最適化処理に向けた革新的アニーリングマシンの研究開発
  • Q-LEAP:超伝導量子コンピュータの研究開発
  • ERATO:巨視的量子機械プロジェクト(メンバー:猪股邦宏)
  • 科研費基盤研究(S):量子超越性を実証する超伝導スピントロニクス大規模量子計算回路の創出(研究分担者:猪股邦宏)
  • JSTさきがけ:量子プロセッサーの大規模化へ向けた量子インターコネクションの基盤技術の創成(猪股邦宏)