現在の超伝導量子ビット回路の典型的なセットアップでは、極低温に置かれた量子ビットチップと室温で動作するマイクロ波エレクトロニクスが、量子ビット一つ当たり1本以上の同軸ケーブルにより配線されています。しかし冷凍機のスペースや冷却能力の限界から、この方法では量子ビットのスケールアップに対応できません。本研究開発テーマでは、この問題を解決するために、なるべく量子ビット近傍で動作する量子ビット制御、読出しのエレクトロニクスを開発し、集積化に向けた配線のボトルネックを打破することを目的としています。
この開発においては、限られた冷凍機のスペースや冷却能力の中で、如何にして量子誤り訂正を効率的に実行する制御システムを実現するかが課題です。本研究開発テーマでは数十GHzでの動作が可能かつ超低消費電力回路である単一磁束量子回路、柔軟性に優れ高度な処理が可能かつ低消費電力な原子スイッチFPGAを軸に、それらが協調動作する低温エレクトロニクスシステムの開発を行います。

②単体ナノブリッジの4Kでの書き換え動作確認

誤り訂正処理を行う際、多様な訂正アルゴリズムに対応するため低温で動作するFPGAの開発を行っています。FPGAは4Kでの動作を想定しており、本研究プロジェクトでは、市販のCMOSベースのFPGAに比べて、室温にて1/4程度の消費電力である原子スイッチ（ナノブリッジ）FPGAを、低温で動作可能にすることを軸に開発を進めています。昨年度までに標準ＣＭＯＳプロセス（65nm）でナノブリッジ評価デバイスを試作して、4Kでの書き換え動作を確認していました。今年度は、製造プロセスの改良により、4Kの書き換え動作電圧を室温と同程度まで低減することに成功しました。また、昨年度開発した低温設計用のプロセスデザインキットを用いて、4K動作用のナノブリッジFPGAの設計を完了しました。