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超伝導共振器を用いた微小消費エネルギーの測定方法の提案

机译:使用超导谐振器测量微小能耗的方法的建议

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摘要

Superconducting digital devices are promising candidates to realize a exascle computer since their power consumption is at least 1000 times smaller than that of CMOS. Recently, novel superconducting devices, whose power consumption is even smaller than that of rapid single-flux-quantum (RSFQ) circuits, have been investigated, thereby further increasing their advantages on power consumption. We have been studying adiabatic quantum-flux-parametron (AQFP) circuits whose power consumption is approximately 100 times smaller than that of RSFQ circuits. However, it is quite difficult to experimentally evaluate such small power consumption because in general a large number of gates are needed for such evaluation. Therefore, we propose a novel method to evaluate extremely small power consumption using a superconducting resonator with a very high Q factor, where we calculate power consumption using the decrease of the Q factor. By using this method, measurement results show that power consumption of an AQFP gate is 〜10~(-10)W, which corresponds to energy dissipation of 〜10~(-20) J per switch. These results prove that AQFP circuits works with extremely small power.%エクサスケールコンピュータ実現のため,半導体デバイスに比べて3桁以上小さい消費電力で動作可能な超伝導ディジタルデバイスが注目されている.特に近年,これまで広く研究されてきた単一磁束量子(rapid single-flux-quantum: RSFQ)回路よりもさらに消費電力の小さいデバイスも提案されており,超伝導ディジタルデバイスの優位性は拡大している.我々の研究している断熱モード磁束量子パラメトロン(adiabatic quantum-flux-parametron: AQFP)もその一種であり,消費電力はRSFQ回路より2桁程度小さい.しかしながら,これら極低消費電力デバイスの消費電力を評価するためには,一般的には膨大な数のゲートが必要となり,実験的に極低消費電力性を実証することが困難となる.そこで本研究では,超伝導共振器の有する高いQ値の変化から等価的に消費電力を算出する方法を提案し,AQFP回路わずか1ゲートの消費電力を実験的に算出することに成功した.その消費電力は〜10~(-10) W,1スイッチング当たり〜10~(-20) Jという極めて小さい消費エネルギーであり,この結果からAQFP回路の極低消費電力性を実験的に実証することができた.
机译:超导数字设备的功耗至少比CMOS小1000倍,因此有望成为一款便携式计算机。最近,已经研究了新颖的超导装置,其功耗甚至比快速单通量量子(RSFQ)电路的功耗还要小,从而进一步增加了其在功耗方面的优势。我们一直在研究绝热量子通量参量(AQFP)电路,其功耗比RSFQ电路小100倍左右。但是,通过实验评估这种小的功耗是非常困难的,因为通常需要大量的门来进行这种评估。因此,我们提出了一种新颖的方法,使用具有非常高Q因子的超导谐振器来评估极小的功耗,其中我们使用Q因子的降低来计算功耗。通过这种方法,测量结果表明,AQFP门的功耗约为10〜(-10)W,相当于每个开关的功耗约为10〜(-20)J。这些结果证明AQFP电路工作时的功率极小。%エクサスケールコンピュータ実现ため広く研究されてきた単一磁束量子(快速单通量量子:RSFQ) adiいる断热モード磁束量子パラメトロン(绝热量子流参数:AQFP)もその一种もそ,消费电力消费RSFQ回路より2桁架小さい。しかしながら,これら极低消费电力デバイスの消费电力を评価するためには,一般的には膨大な数のゲートが必要となり,実験的に极低消费电力性を実证することが困难となる。そこで本研究では,超伝导共振器の有する高いQ値の変化から等価的に消费电力を算出する方法を初步し,AQFP回路わずか1ゲートの消费电力を実験的に算出することに成功した。その消费电力は〜10〜(-10)W,1スイッチング当たり〜10 〜(-20)Jという极めて小さい消费エネルギーであり,この结果からAQFP回路の极低消费电力性を実験的に実证することができた。

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