- 극도의 극저온 온도에서 작동하는 큐 비트 제어를위한 통합 회로에서 노이즈 생성의 기원 이해
- 극저온 온도는 소음 생성의 주요 원점을 원자 크기 결함과 관련된 작은 원자 위치 교란으로 식별
- 소음 감소 기술 개발 및 실시간 바카라 컴퓨터의 통합 및 성능 향상 경로
트랜지스터 인터페이스에 존재하는 원자 위치의 교란은 노이즈 생성의 기원입니다
Inaba Technical Research Fellow, Oka Hiroshi 및 Mori Takahiro, Mori Takahiro, 국립 고급 산업 과학 및 기술 연구소 (이하 "AIST")는 IS실시간 바카라 비트 장치Transtor노이즈발생의 기원을 식별했습니다
실시간 바카라 컴퓨터의 대규모 통합을 향해 냉장고 외부에 설치된 큐 비트 장치의 현재 제어 기능이 사용됩니다통합 회로8742_8785 | 냉장고에 설치하고 매우 저온에서 작동해야합니다 제어 통합 회로는 노이즈에 취약합니다아날로그 회로, 여기에서 생성 된 소음은 실시간 바카라 컴퓨터의 성능을 크게 줄입니다 지금까지, 통합 회로를 구성하는 트랜지스터가 매우 낮은 온도에서 작동 할 때 노이즈 생성의 기원은 명확하지 않았습니다 이 연구에서, 우리는 많은 트랜지스터의 소음 생성 현상을 통계적으로 평가하며 매우 낮은 온도에서 원자 크기는 동일합니다결함소음을 생성합니다 이는 소음 감소를 통해 통합 제어 회로의 성능을 향상시키고 궁극적으로 실시간 바카라 컴퓨터의 성능을 높이는 연구를 가속화 할 것입니다
이 기술의 세부 사항은 2023 년 6 월 15 일 (일본 시간)에 VLSI 기술 및 회로에 관한 2023 년 심포지엄에서 발표 될 것입니다
최근재료 화학 계산yaCombinal 최적화 문제와 같은 몇 가지 사회적으로 중요한 문제에 주목을 받고 있습니다오류 수정 실시간 바카라 컴퓨터라는 고성능 실시간 바카라 컴퓨터를 실현하기 위해서는 세 가지를 동시에 실현해야합니다 1) 통합 큐 비트 수 증가 (목표는 백만 큐 비트입니다), 2) 오류 발생률의 증가 및 3) 하나의 처리에서 수행 할 수있는 작업 수의 증가 이 연구의 결과는 ①에 축적 된 큐 비트 수를 늘리고 ③에서의 수술 수를 늘리는 것입니다
통합 큐 비트 수를 늘리기 위해, 즉 통합 정도를 개선하고, 많은 수의 큐 비트를 제어하기 위해 냉장고 외부에 설치된 제어 기능을 통합 회로로 돌리고 냉장고 안에 설치해야합니다Superconductive Quantum Bitya반도체 실시간 바카라 비트를 사용할 때, 제어 통합 회로는 절대 온도가 4 켈빈 (마이너스 26915도)의 극도로 극저온 환경에서 작동하며 극도로 극저온 온도에서 작동하는 제어 통합 회로 트랜지스터의 개발은 전 세계적으로 운반됩니다
한 번의 프로세스에서 수행 할 수있는 작업 수를 늘리려면일관성 시간로 알려진 실시간 바카라 정보를 보유 할 시간을 늘려야합니다 일관성 시간이 길수록 실시간 바카라 컴퓨터가 더 많은 작업을 수행 할 수 있습니다 일관성 시간은 전기 노이즈에 의해 저하되므로 큐 비트 자체에서 생성 된 노이즈를 줄이고 제어 통합 회로에서 생성 된 노이즈는 대규모 통합 실시간 바카라 컴퓨터의 실현에 중요합니다
개선 된 통합 및 운영 수 증가를 달성하기 위해서는 매우 낮은 온도에서 작동되는 트랜지스터의 노이즈를 줄이는 기술을 확립해야하지만,이 노이즈 생성의 기원은 명확 해지지 않았으며 소음을 줄이는 기술의 개발을 방지했습니다
AIST는 실시간 바카라 컴퓨터 연구 및 개발에서 초전도 큐 비트 및 실리콘-비전 도관 큐브를 사용하여 대규모 통합을 실현하는 것을 목표로합니다 지금까지 AIST는 자체 아키텍처 (2021 년 7 월 6 일 AIST의 주요 연구 결과) 및 스핀 큐 비트 판독 값 (Aisode Press 발표 된 2022 년 6 월 14 일와 같은 통합 제어 회로에 이르기까지 광범위한 제품을 개발했습니다 이 중 장치 기술 연구 부서는 통제 된 통합 회로를위한 극저온 운영 트랜지스터 기술에 대한 연구 개발을 수행하고 있으며, 오늘날 우리는 극저온 작동 트랜지스터에서 노이즈 생성의 기원을 확인했습니다
이 연구 및 개발은 국가 연구 개발 기관의 새로운 에너지 및 산업 기술 개발 조직 (NEDO) 프로젝트에 의해 부여되었습니다 "Quantum Computing and Ising Computing Systems (2020-2027)의 통합 연구 및 개발 (JPNP16007) 및 교육부, 문화, 스포츠, 과학 및 기술의 Optical Leap Program (Q-Leepated)" " 실리콘 실시간 바카라 비트 (2018-2027) "(JPMXS0118069228)를 사용하는 실시간 바카라 컴퓨터의 경우
이 연구는 많은 트랜지스터의 극도로 극저온 온도에서 소음 생성 현상을 통계적으로 평가하고, 극저온 작동 트랜지스터에서 노이즈 생성의 기원으로 원자 크기의 결함과 함께 발생하는 작은 원자 위치 변위를 식별합니다 통계 실험 평가를 위해, AIST Super Clean Room (SCR)을 사용하여 300mm 웨이퍼에 제조 된 미세 트랜지스터를 사용 하였다
이전 AIST 연구에 따르면 극저온 작동 트랜지스터에서 노이즈 생성의 기원은 트랜지스터를 구성하는 게이트 전극 바로 아래의 실리콘-산화물 인터페이스 근처에 존재하는 것으로 나타났습니다 (그림 1, 2020 VLSI 심포지엄 표현, Oka Hiroshi et al) 그러나 그 기원은 결정되지 않았습니다
그림 1 실리콘-산화물 인터페이스의 트랜지스터 및 전자 현미경 사진의 개략도
그것이 식별되지 않은 이유는이 시점에서 사용 된 트랜지스터가 크고 평균 노이즈가 많은 노이즈 생성의 기원에서 관찰 되었기 때문입니다 따라서이 연구에서는 소수의 소음 생성 만 포함하는 미세 트랜지스터를 사용했습니다 이를 통해 한 번의 발생의 각 기원에 의해 생성 된 소음을 구별하고 관찰 할 수 있습니다 그림 2는 하나의 미세 전항에 의해 생성 된 노이즈의 1-106이 데이터는 Hertz 범위의 주파수 성분의 강도를 온도 범위에서 1도 변화로 변경하여 300 켈빈 (27도)에서 3 켈빈 (섭씨 27015도)에서 1도 변화로 측정했습니다 이러한 각 줄 (수평선)은 각 온도에서 생성 된 노이즈의 데이터입니다
그림 2 발생의 원점에서 생성 된 노이즈를 관찰하는 실험 데이터
*우리는 원본 용지에서 인용되고 수정 된 그림을 사용합니다
줄무늬의 상태 (각 주파수 성분의 각 주파수 성분의 강도 분포)를 이론과 비교함으로써 트랩 에너지로 알려진 노이즈 생성의 기원에 내재 된 에너지를 계산할 수 있습니다 트랩 에너지는 각 노이즈 생성의 기원에 대해 독특하게 결정되므로 트랩 에너지는 노이즈 생성의 기원을 식별 할 수 있습니다 그림 2에 표시된 데이터는 하나의 트랜지스터에 대해 측정 된 데이터이지만 다른 트랜지스터가 측정되면 다른 줄무늬가있는 데이터를 얻을 수 있습니다 따라서, 다수의 트랜지스터가 측정되고, 다양한 줄무늬에 대한 데이터가 획득되고, 트랩 에너지가 계산되며, 통계를 취합니다 그림 3은 통계를 보여줍니다 수직 축은 계산 된 트랩 에너지를 보여주고 수평 축은 노이즈가 생성되는 온도를 보여줍니다 결론적으로, 우리는 산화물 필름의 결함이 실온에 가까운 온도 범위에서 노이즈 생성의 주요 원점이지만 온도가 떨어지면 인터페이스의 결함이 생성의 주요 기원이되었으며, 매우 낮은 온도에서는 이러한 결함과 관련된 작은 원자 위치 교란이 소음 생성의 주요 기원이되었습니다
그림 3 소음 생성 온도와 통계에서 얻은 트랩 에너지의 관계
*우리는 원래 논문에서 인용되고 수정 된 일러스트레이션을 사용합니다
실온에서 노이즈 생성에서 발생하는 산화물 필름의 결함은 산화물 필름의 한 원자에서 결함입니다 마찬가지로, 인터페이스 결함은 인터페이스에 존재 해야하는 누락 된 원자입니다 하나의 원자가 이러한 방식으로 제거되고 결함이있는 경우 주변 원자가 약간 움직여 원자의 위치가 왜곡됩니다 이것은 손을 함께 연결하여 균형을 잡을 때와 같습니다 손 중 하나를 풀면 균형이 불균형 해지고 움직입니다 산화물 필름의 결함, 계면 결함 및 원자 위치의 난기류는 전류를 운반하는 트랩 또는 방출 전하를 차지합니다 이로 인해 전류가 변동하고 소음이 발생합니다 원자 위치 교란은 실온에서 트랜지스터를 작동 할 때 노이즈에 거의 영향을 미치지 않았습니다 그러나이 연구의 결과에 따르면 매우 낮은 온도에서 작동 할 때 이러한 작은 원자 위치 장애를 고려해야합니다
따라서 극도의 극저온 환경에서 경미한 원자 위치 교란을 유발하는 결함을 줄임으로써 노이즈를 줄일 수 있습니다 노이즈 감소는 큐 비트의 일관성 시간을 증가시키고 실시간 바카라 컴퓨터에 의해 단일 프로세스에서 수행 할 수있는 작업 수를 증가시킵니다 이 고성능은 실시간 바카라 컴퓨터의 실제 적용에 필요한 성능의 실현으로 이어질 것입니다
이번에 얻은 결과는 실리콘 큐 비트 장치의 성능을 향상시키는 데 도움이됩니다 실리콘 큐 비트 장치는 트랜지스터와 유사한 요소이므로 노이즈 생성의 원점이 동일합니다 실리콘 큐 비트 장치 자체로부터 생성 된 노이즈를 같은 방식으로 소음 생성의 기원을 줄임으로써 실리콘 반도체 실시간 바카라 컴퓨터의 성능을 향상시키는 것으로 생각된다
지금부터, 우리는 노이즈 생성 감소 기술 및 실리콘 큐 비트 장치를 사용하여 제어를 위해 통합 회로를 사용하여 대규모 통합 실시간 바카라 컴퓨터를 실현하는 것을 목표로합니다
게시 된 잡지 :2023 IEEE VLSI 기술 및 회로, 기술 논문의 소화
용지 제목 : 단편 채널 벌크 MOSFET의 극저온 작동에서 저주파 소음 소스 결정
저자 : Takumi Inaba, Hiroshi Oka, Hidehiro Asai, Hiroshi Fuketa, Shota Iizuka, Kimihiko Kato, Shunsuke Shitakata, Koichi Fukuda 및 Takahiro Mori