研究室の大掃除を行いました。ワックスまで塗り替えるのは数年ぶりです。美しく生まれ変わった研究室で、気分よく新年と卒修論シーズンを迎えられそうです。
修士2年の三宅による以下の論文がIEEE Transactions on Applied Superconductivity（IF=1.704）に採録決定しました。系のポテンシャルエネルギーに依存した出力確率分布を持つボルツマンマシンを超伝導回路で構築しました。さらに所望の出力確率を持たせるための最尤推定による回路パラメータを最適化アルゴリズムを提案し、実験的にその動作を示しました。
K. Miyake, Y. Yamanashi, and N. Yoshikawa, “Boltzmann machine using superconducting circuits,” IEEE Trans. Appl. Supercond., accepted. DOI
修士2年の赫による以下の論文が、IEEE Transactions on Applied Superconductivity（IF=1.704）に掲載されることが決まりました。超伝導回路でホップフィールド型ニューラルネットハードウェアが実現できることと、それが画像認識に応用できることを示しました。
H. He, Y. Yamanashi, and N. Yoshikawa, “Implementing a Discrete Hopfield Neural Network Using a Single Flux Quantum Circuit,” IEEE Trans. Appl. Supercond., accepted. DOI
オンライン開催された34th International Symposium on Superconductivity (ISS2021)で2件の研究発表を行いました。ISSは2年連続でニュージーランド開催が延期。来年こそはニュージーランドに行けるでしょうか・・・。
Z. Han, Z. Li, Y. Yamanashi, and N. Yoshikawa, “Design of Max Pooling Layer in Binary Convolutional Neural Networks Using Single Flux Quantum Circuit,” 34th International Symposium on Superconductivity (ISS2021), On-line, Dec. 2021., D. Saida, M. Hidaka, K. Imafuku, and Y. Yamanashi, “Quantum annealing with native implementation of Hamiltonian in the multiplier unit,” 34th International Symposium on Superconductivity (ISS2021), On-line, Dec. 2021.
名古屋大学で（久しぶりに）現地開催された、4th Superconducting SFQ VLSI Workshop (SSV 2021) / 3rd Workshop on Quantum and Classical Cryogenic Devices, Circuits, and Systems (QCCC 2021) で1件の研究発表を行いました。最近あまり学会での情報が得られない間に外国、特に中国の研究がかなり進んでいる印象を受けます。そしてやはり対面での議論は盛り上がるし、休憩時間も有意義に過ごせます。
A. Li, Y. Yamanashi, and N. Yoshikawa, “Modular Design of Gate-Level Pipeline Architecture Using SFQ Circuit,” Superconducting SFQ VLSI Workshop (SSV 2021)/Workshop on Quantum and Classical Cryogenic Devices, Circuits, and Systems (QCCC 2021), Nagoya, Nov. 2021.
9月修了の大学院学位授与式が開催され、李くんが修士（工学）の学位記を授与されました。李くんは10月から博士後期課程に進学。
オンライン開催された電子情報通信学会ソサイエティ大会で2件の発表を行いました。超伝導回路によるニューラルネット（深層学習モデルの一種）を、アナログ回路およびディジタル回路のアプローチから実現した成果を報告しました。そして最近学会は座長ばかりやっている気がします。
三宅航平, 山梨裕希, 吉川信行, “量子磁束パラメトロンによるボルツマンマシンの設計と動作点最適化”
電子情報通信学会ソサイエティ大会, オンライン, 2021年9月.
赫厚聞, 山梨裕希, 吉川信行,
“単一磁束量子回路を用いた離散型Hopfieldニューラルネットワークの設計” 電子情報通信学会ソサイエティ大会, オンライン,
2021年9月.
オンライン開催された応用物理学会秋季講演会において、以下の3件の発表を行いました。他研究機関からも新しい提案が多く、とても面白いセッションでした。
藤澤大世, 山梨裕希, 吉川信行, “入力タイミング制約を緩和したクロックレス単一磁束量子論理ゲートの設計”
応用物理学会秋季学術講演会, 名城大学, 2021年9月.
山梨裕希, 吉川信行,
“超伝導単一磁束量子発振回路の周波数同期の実証” 応用物理学会秋季学術講演会, 名城大学, 2021年9月.
才田大輔,
日高睦夫, 今福健太郎, 平山文紀, 永沢秀一, 川畑史郎, 山梨裕希,
“超伝導磁束量子ビットを用いた量子アニーリング回路による乗算器の動作検討” 応用物理学会秋季学術講演会, 名城大学, 2021年9月.
オンライン開催されたEuropean Conference on Applied Superconductivity (EUCAS) 2021において、以下の4件の発表を行いました。
オンラインの学会は、特にポスター発表でやり取りできる情報量が少ないです。早く現地、対面での開催ができるようになって欲しいです。
Y. Yamanashi, R. Kinoshita, and N. Yoshikawa, “Frequency
synchronization of single flux quantum clock generators,” 15th
European Conference on Applied Superconductivity (EUCAS 2021),
On-line, Sep. 2021.
Z. Li, Y. Yamanashi, and N. Yoshikawa,
“Design of convolution layer for binarized neural networks using
single flux quantum circuit,” 15th European Conference on Applied
Superconductivity (EUCAS 2021), On-line, Sep. 2021.
H. He, Y.
Yamanashi, and N. Yoshikawa, “Study on implementation of a discrete
Hopfield neural network using single flux quantum circuit,” 15th
European Conference on Applied Superconductivity (EUCAS 2021),
On-line, Sep. 2021.
K. Miyake, Y. Yamanashi, and N.
Yoshikawa, “Boltzmann machine using superconducting circuits,” 15th
European Conference on Applied Superconductivity (EUCAS 2021),
On-line, Sep. 2021.
産業技術総合研究所との共同研究である、超伝導量子アニーリング回路の研究論文がIEEE Transactions on Quantum Engineering (TQE)誌に採録決定しました。TQEはIEEEから発行される2020年創刊の量子技術に関するオープンアクセス誌です。
Application Specific Annealing Computing (ASAC)アークテクチャに基づいた超伝導磁束量子アニーリング回路のコンセプトの実証を行いました。既に開発が進んでいるD-Waveマシンのような汎用性を敢えて廃し、特定用途向けの回路を実現することにより、回路の小規模化、拡張性を持つ超伝導量子アニーリング回路を実現することができます。本論文では因数分解専用の量子コンピュータを開発のために、6磁束量子ビットを用いた可逆乗算器のを設計し、10 mKでの動作を実証しました。
D. Saida, Y. Yamanashi, M. Hidaka, F. Hirayama, K. Imafuku, S. Nagasawa, and S. Kawabata, “Experimental Demonstrations of Native Implementation of Boolean Logic Hamiltonian in a Superconducting Quantum Annealer,” IEEE Trans. Quantum Eng., vol. 2, 3103508, Aug. 2021. (Open Access) DOI
研究論文がSuperconductor Science and Technology (IF=3.219)に掲載されることが決定しました。オープンアクセスなので、誰でも読むことができます。しばらくは論文誌編集が入る前の最終投稿原稿が公開されています(9/7追記 論文誌の最終版が公開されました)。
超伝導回路において、高速クロックを発生する回路の安定性は極めて重要です。本研究では、複数の高速クロック発生回路を完全に同じ周波数で安定動作させる、周波数同期に成功しました。発振周波数が50 GHz以上異なるクロック発生回路も同じ周波数で周波数同期できることを回路解析と実験の両面から示しました。複数のクロック発生回路を持つ大規模な超伝導回路システムの安定動作に寄与できます。
本論文のアイデアは、論文中で述べた周波数同期以外にもいろいろな展開が考えられ、それらの検討も進めていきます。
Y. Yamanashi, R. Kinoshita, and N, Yoshikawa, “Frequency synchronization of single flux quantum oscillators,” Supercond. Sci. Technol., vol. 34, no. 10, 105004, Oct. 2021. (Open Access) DOI
令和3年度の横浜国立大学外部資金獲得研究者表彰をいただきました。
つくばの産業技術総合研究所との共同研究成果である、超伝導量子アニーリング回路の開発がプレスリリースされました。今回は産総研からの発表ですが、しっかりと「横浜国立大学と連携して行った」と書かれています。
独自のアーキテクチャを用いた超伝導量子アニーリングマシンを実現
オンラインで開催されたAdiabatic Quantum Computing Conference (AQC2021)において、産業技術総合研究所と行っている超伝導量子アニーリング回路の研究発表を行いました。
D. Saida, F. Hirayama, K. Imafuku, M. Hidaka, S. Nagasawa, S. Kawabata, and Y. Yamanashi, “Demonstrations of native implementation of Boolean logic Hamiltonian for quantum annealing,” Adiabatic Quantum Computing Conference (AQC2021), On-line, Jun. 2021.
新型コロナの影響でオンラインで開催される15th European Conference on Applied Superconductivity（EUCAS2021）での4件の発表が採択されました。EUCASには初参戦。モスクワ（本来の開催地）行ってみたかったです。
産業技術総合研究所との共同研究に関する論文をarXivに投稿しました。ASAC (Application Specific Annealing Circuits)アーキテクチャに基づく日本初の超伝導量子アニーリング回路の動作実証です。
D. Saida, Y. Yamanashi, M. Hidaka, F. Hirayama, K. Imafuku, S. Nagasawa, S. Kawabata, "Experimental Demonstrations of Native Implementation of Boolean Logic Hamiltonian in a Superconducting Quantum Annealer," arXiv:2106.08681.
オンラインで開催された、第101回低温工学・超電導学会研究発表会において1件の研究発表を行いました。3月に修了した浅田くんと細谷くんの結果を統合した発表で、現行の回路作製プロセスにおいて超伝導RAM（ランダムアクセスメモリ）を小面積化しました。
山梨裕希, 浅田峻汰, 細谷岳哉, 吉川信行, “小型化されたデコーダとメモリセルによる拡張可能な超伝導ランダムアクセスメモリ” 低温工学・超電導学会研究発表会, オンライン, 2021年5月.（株）Blueqat（旧MDR）との共同研究をまとめた論文が、Japanese Journal of Applied Physics誌(IF=1.376)に採録されることが決定しました。回路パラメータの正確な設計が可能なNb超伝導回路作製プロセスを用いた超伝導量子ビット素子の設計と、その液体ヘリウム温度における基本特性の評価結果についてまとめました。
D. Saida, N. Watase, and Y. Yamanashi, “Characterization of energy potential in tunable rf-SQUIDs with the classical regime toward precise design of superconducting flux qubit,” Jpn. J. Appl. Phys., vol. 60, no. 6, 060906, Jun. 2021. DOI
2020年度の卒修了式が行われました。正確にはコロナウイルスの影響で全体の卒修了式は中止で、EPや専攻単位の学位授与式が行われました。
昨年に引き続きかなり時間的にも縮小された式になりましたが、写真を撮る時間がたくさんできたのは良かったです。卒業、修了おめでとうございます。
M2の浅田くんの論文がSuperconductor Science and Technology誌（IF=3.067）に採録されることが決まりました。
超伝導回路の性能向上の一つに超伝導電子の巨視的波動関数の位相を制御する方法があります。本研究では従来の超伝導回路作製プロセスを変更することなく超伝導位相を制御する方法として、回路に局所的に磁場を印加する方法を導入しました。この方法では回路のあらゆる部分の超伝導位相を、一本の磁束供給用の電流線を用いて制御できます。本手法を用いて相補出力を持つ超伝導論理ゲートを設計、試作、動作検証を行い、回路面積や電力を従来のものに比べ半分以下にできることを実証しました。実証した論理ゲートを用いて、デコーダが従来回路の40%程度の面積で実現できることを示しました。
S. Asada, Y. Yamanashi, and N. Yoshikawa, “Demonstration of an efficient single flux quantum logic circuit by introducing a local magnetic flux biasing,” Supercond. Sci. Technol., accepted. DOI
オンライン開催となった応用物理学会春季講演会で、4件の研究発表を行いました。オンライン開催のおかげか普段とは異なる聴講者の参加もあり、聴講者は普段の倍近くでした。今後は学会はぜひ対面で行いたいと思っていますが、聴講者がオンライン開催だと増えるのも事実で、悩ましいところです。
成瀬 幹哉, 山梨 裕希, 吉川 信行, “状態保持部を分離した高速動作可能な単一磁束量子非破壊読み出しフリップフロップの設計と評価”
応用物理学会春季学術講演会, オンライン, 2021年3月.
山梨 裕希, 木下 諒, 吉川 信行,
“ジョセフソン発振回路の周波数同期化現象” 応用物理学会春季学術講演会, オンライン, 2021年3月.
弘中 祐樹,
細谷 岳哉, 山梨 裕希, 吉川 信行,
“CMOS回路の電流出力による再構成が可能な64-bit単一磁束量子ルックアップテーブルの動作実証” 応用物理学会春季学術講演会,
オンライン, 2021年3月.
梅内 龍太, 山梨 裕希, 吉川 信行,
“強い結合強度を持つ超伝導磁束量子ビット間可変結合器の設計と評価” 応用物理学会春季学術講演会, オンライン, 2021年3月.
オンライン開催となった電子情報通信学会総合大会で、4件の研究発表を行いました。チュートリアルセッションとして「超伝導コンピュータの進歩と最新動向」も開催され、多数の聴講者を集めました。
赫厚聞, 山梨裕希, 吉川信行, “単一磁束量子回路を用いた離散型Hopfieldニューラルネットワークの設計”
電子情報通信学会総合大会, オンライン, 2021年3月.
Z. Li, Y. Yamanashi, and N.
Yoshikawa, “Design of Convolution Layer in Binarized Neural Networks
using Single Flux Quantum Circuit” 電子情報通信学会総合大会, オンライン, 2021年3月.
菅原瑠偉, 山梨裕希, 吉川信行, “超伝導回路によるイジングモデルに基づいた論理ゲートの設計” 電子情報通信学会総合大会,
オンライン, 2021年3月.
三宅航平, 山梨裕希, 吉川信行,
“超伝導回路によるボルツマンマシンの最尤推定に基づく設計と最適化” 電子情報通信学会総合大会, オンライン, 2021年3月.
M2の細谷くんのIEEE Trans. Appl. Supercond. 誌に掲載された論文が1月のアクセス数3位に引き続き、2月のPopular Articleランキングで2位を獲得。
ランキングをよく見ると、1位も2011年の名古屋大学と横国大の共同研究の論文でした。図らずも1・2フィニッシュを達成。
T. Hosoya, Y. Yamanashi, and N. Yoshikawa, “Compact Superconducting Lookup Table Composed of Two-Dimensional Memory Cell Array Reconfigured by External DC Control Currents,” IEEE Trans. Appl. Supercond., vol. 31, no. 3, 1300406, Apr. 2021. (Open Access) DOI
M. Tanaka, H. Akaike, A. Fujimaki, Y. Yamanashi, N. Yoshikawa, S. Nagasawa, K. Takagi, and N. Takagi, “100-GHz Single-Flux-Quantum Bit-Serial Adder Based on 10-kA/cm2 Niobium Process,” IEEE Trans. Appl. Supercond., vol. 21, no. 3, pp. 792-796, Jun. 2011. DOI
（4/6追記）3月のランキングでは9位に。
産業技術総合研究所、名古屋大学、情報通信研究機構、電気通信大学、埼玉大学との共同研究で、配線層平坦化を取り入れた新しい超伝導集積回路作製プロセスの開発とその評価に関する論文のIEICE Trans. Electron誌(IF=0.574)への採録が決定いたしました。論文著者16人は個人的にはこれまでで最多。
S. Nagasawa, M. Tanaka, N. Takeuchi, Y. Yamanashi, S. Miyajima, F. China, T. Yamae, K. Yamazaki, Y. Somei, N. Sega, Y. Mizugaki, H. Myoren, H. Terai, M. Hidaka, N. Yoshikawa, and A. Fujimaki, “Planarized Nb 4-Layer Fabrication Process for Superconducting Integrated Circuits and Its Fabricated Device Evaluation,” IEICE Trans. Electron., accepted. DOI
1月にIEEE Trans. Appl. Supercond. 誌に採録され、オンラインで先行配信された以下の論文が、1月のPopular Articleランキングで3位になりました。
T. Hosoya, Y. Yamanashi, and N. Yoshikawa, “Compact Superconducting Lookup Table Composed of Two-Dimensional Memory Cell Array Reconfigured by External DC Control Currents,” IEEE Trans. Appl. Supercond., vol. 31, no. 3, 1300406, Apr. 2021. (Open Access) DOI
M2の白川さんによる電波天文における解析のための超伝導自己相関計算回路の論文がIEEE Transactions on Applied Superconductivity誌（IF=1.629）へ採録されることが決定しました。
電波天文の分野では、電波望遠鏡内の超伝導受信機からの出力をフーリエ変換することによって天体からの信号を抽出します。この際、ノイズの影響をなくすために、超伝導受信機からの出力を極めて長い時間収録して解析する必要があり、そのスペクトルの計算にはスーパーコンピュータが必要になり、莫大な計算時間と電力が必要です。本研究では超伝導受信機と同じ低温環境下に超伝導回路によって構成されるA/D変換器とスペクトル計算回路を集積するシステムを検討しました。低電力動作が可能な超伝導回路によって、計算時間と消費電力の削減が可能です。A/D変換器によって2-ビット（4レベル）に量子化された入力からスペクトルを計算する専用回路を設計し、その55.1 GHzの速度での動作を実証しました。本手法は現在の電波望遠鏡システムで主流の3-bit入力にも拡張でき、将来の電波望遠鏡システムの基本構成技術となることが期待できます。
本研究は国立天文台との共同研究において行われました。
L. Shirakawa, Y. Yamanashi, and N. Yoshikawa, “Design and Evaluation of 2-bit-input Single-flux-quantum Autocorrelator System for Astronomical Data Analysis,” IEEE Trans. Appl. Supercond., vol. 31, no.5, 1300604, Aug. 2021. DOI
M2の細谷くんによる超伝導ルックアップテーブルに関する論文のIEEE Transactions on Applied Superconductivity誌（IF=1.629）への採録が決定しました。本論文はオープンアクセスで出版予定です。
ルックアップテーブル（LUT）は任意の論理関数を実現する方法として、情報処理回路において極めて重要です。これまでの超伝導LUTは、論理関数の再構成（データの書き込みと初期化）に超伝導信号伝搬回路を用いているために配線コストが大きく、LUT全体の面積が大きくなってしまう欠点がありました。我々は2次元状に並べられたLUTのメモリセルに外部から直流電流を印加することでLUTを再構成する方法を考案し、その回路動作実証に成功しました。この方法は超伝導LUT中の配線を大幅に簡略化することができ、LUTの大幅な小型化や読み出し速度の高速化が可能です。スケーラビリティにも優れており、簡単に大規模な超伝導LUTを構成することができます。本手法はLUT以外の例えばFPGA等の再構成への適用も可能だと考えています。
T. Hosoya, Y. Yamanashi, and N. Yoshikawa, “Compact Superconducting Lookup Table Composed of Two-Dimensional Memory Cell Array Reconfigured by External DC Control Currents,” IEEE Trans. Appl. Supercond., vol. 31, no. 3, 1300406, Apr. 2021. (Open Access) DOI
新年あけましておめでとうございます。
昨年はMoore則終焉後の情報処理素子、システムとして超伝導素子を用いた情報処理の研究の盛り上がりを感じることができました。今年も世界で行われている研究の発展に少しでも寄与できるよう、コロナに負けずに頑張って行きたいと思います。
そして早く大学に学生が戻ってこられるよう、祈っています。