Современная электроника №2/2023

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 8 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 2 / 2023 институте передовых промышленных и научных технологий Японии ». В состав вычислительной ячейки входят : сверхпроводящий потоковый кубит с ДП , квантовый логический эле - мент (QFP) и устройство считывания (SQUID). Кубиты в этой схеме изготовлены на одной подложке с системой считыва - ния SQUID по технологии с четырьмя слоями Nb, допускающей плотность критического тока до 1 мкА / мкм 2 [36]. Конструктивно кубит состоит из большой сверхпроводящей петли , содержащей считыватель на основе dc-SQUID (dc superconducting quantum interference device) и вставленной в неё малой петли с джозефсоновскими переходами ( ДП ). Сверхпроводящий квантовый интерферометр SQUID име - ет два состояния с постоянным током , текущим по часовой стрелке или про - тив часовой стрелки , которые опреде - ляют ноль и единицу кубита . Параметрон квантового потока (QFP – quantum flux parametron) представля - ет собой устройство реализации кван - товой логики на основе сверхпроводя - щих джозефсоновских переходов [37]. Управление кубитами осуществля - ется с помощью следующих токов , меняющих состояния сверхпроводя - щих переходов : I trans – ток поперечно - го поля ; I QFP – ток инжекции квантово - го параметрона ; I bias_sq – ток управления SQUID; I fl ux_sq – ток модуляции SQUID; I h – ток общего внешнего смещения в кубите . Эти токи можно изменять в соответствии с алгоритмом квантово - го отжига . Схема 4- битного логического кванто - вого умножителя (4-bit multiplier unit MU) приведена на рис . 4. Умножитель состоит из четырёх MU, обозначенных на рис . 4 пунктирным прямоугольником . Блок умножителя состоит из четырёх элементов MU ij ( i =0–1, j =0–1), каждый из которых обеспечивает определён - ную функцию : ● X ij и Y ij – общие входы (inputs); ● Z ij – вход суммы (sum-in); ● D ij – процессорный вход (carry-in); ● C ij – процессорный выход (carry-out); ● S ij – результат вычислений (summation). Схемы , показанные на рис . 3 и 4, являются элементами процессора квантового отжига , размещённого в криогенной камере с температурой внутри 10 мК . Такая температура необ - ходима для поддержания нормальной работы низкотемпературных сверхпро - водящих кубитов . Работоспособность этого процессора была подтвержде - на многократными экспериментами , результаты которых сравнивались с точными модельными расчётами на стандартном компьютере с бинарной логикой . Используя двоичное числовое пред - ставление , можно говорить о том , что на общие входы подаются мас - сивы чисел потенциальных сомно - жителей факторизации (P=M×N): M =( X 01 X 00 ) (2) и N = ( Y 11 Y 01 ) (2) соответ - ственно . На выходе полного сумматора (full adder) будет результат двоично - го перемножения : P=(P 4 P 3 P 2 P 1 ) (2) = = (C 11 S 11 S 10 S 00 ) (2) . Вход D01 может быть зафиксирован на 0, независимо от X1 и Y1. Гамильтониан такой системы мож - но записать в виде . Рис . 3. Схема вычислительной ячейки экспериментальной установки для исследования факторизации с помощью квантового отжига , использованная в « Национальном институте передовых промышленных и научных технологий Японии » [35] Рис . 4. Схема 4- битного логического квантового умножителя состояний кубитов [35] Полный сумматор Полный сумматор Полный сумматор Полный сумматор Умножитель (MU) Кубит