Цифровое управление адиабатическим сверхпроводниковым сигма-нейроном

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Адиабатические сверхпроводящие нейроны на основе квантовых параметронов позволяют “вычислять” аналоговым образом сигмоидальные функции активации и их производные за один такт с рекордной энергоэффективностью. Но для практического использования таких систем необходимо найти режимы работы, позволяющие провести интеграцию с джозефсоновскими цифровыми схемами, где информация представляется в виде последовательностей пикосекундных униполярных импульсов напряжения. В данной статье мы на основе теоретического рассмотрения определяем условия, при которых возможно импульсное управление адиабатическим сигма-нейроном. Полученные результаты позволили нам разработать дизайн базового блока аппаратной реализации цифро-аналоговых джозефсоновских нейронных сетей.

Об авторах

М. В. Бастракова

Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет (ННГУ) имени Н. И. Лобачевского; Российский квантовый центр

Н. Новгород, Россия; Сколково, Россия

Д. С. Пашин

Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет (ННГУ) имени Н. И. Лобачевского

Н. Новгород, Россия

Г. И. Губочкин

Российский квантовый центр; Физический факультет, МГУ имени М.В. Ломоносова

Сколково, Россия; Москва, Россия

А. Е. Щеголев

Научно-исследовательский институт ядерной физики (НИИЯФ) имени Д.В.Скобельцына, МГУ имени М.В.Ломоносова; Московский технический университет связи и информатики (МТУСИ)

Москва, Россия; Москва, Россия

С. В. Бакурский

Научно-исследовательский институт ядерной физики (НИИЯФ) имени Д.В.Скобельцына, МГУ имени М.В.Ломоносова

Москва, Россия

И. И. Соловьев

Российский квантовый центр; Научно-исследовательский институт ядерной физики (НИИЯФ) имени Д.В.Скобельцына, МГУ имени М.В.Ломоносова

Сколково, Россия; Москва, Россия

Н. В Кленов

Физический факультет, МГУ имени М.В. Ломоносова

Email: nvklenov@mail.ru
Москва, Россия

Список литературы

  1. I. I. Soloviev, A. E. Schegolev, N. V. Klenov, S. V. Bakurskiy, M. Yu. Kupriyanov, M. V. Tereshonok, A. V. Shadrin, V. S. Stolyarov, and A. A. Golubov, J. Appl. Phys. 124(15), 152113 (2018).
  2. A. E. Schegolev, N. V. Klenov, S. V. Bakurskiy, I. I. Soloviev, M. Yu. Kupriyanov, M. V. Tereshonok, and A. S. Sidorenko, Beilstein J. Nanotechnol. 13(1), 444 (2022).
  3. M. Schneider, E. Toomey, G. Rowlands, J. Shainline, P. Tschirhart, and K. Segall, Supercond. Sci. Technol. 35(5), 053001 (2022).
  4. T. Yamauchi, H. San, N. Yoshikawa, and O. Chen, IEEE Trans. Appl. Supercond. 33(5), 1 (2023).
  5. T. Yamauchi, N. Takeuchi, N. Yoshikawa, H. San, and O. Chen, Supercond. Sci. Technol. 37(9), 095027 (2024).
  6. G. Zhu, Y. Kan, R. Zhang, Y. Nakashima, W. Luo, N. Takeuchi, N. Yoshikawa, and O. Chen, Supercond. Sci. Technol. 37(9), 095022 (2024).
  7. N. Takeuchi, Y. Yamanashi, and N. Yoshikawa, Supercond. Sci. Technol. 28, 015003 (2014).
  8. N. Takeuchi, Y. Yamanashi, and N. Yoshikawa, Sci. Rep. 4(1), 1 (2014).
  9. N. Takeuchi, Y. Yamanashi, and N. Yoshikawa, Phys. Rev. Appl. 4(3), 034007 (2015).
  10. N. Takeuchi, Y. Yamanashi, and N. Yoshikawa, Sci. Rep. 7(1), 75 (2017).
  11. C. L. Ayala, T. Tanaka, R. Saito, M. Nozoe, N. Takeuchi, and N. Yoshikawa, IEEE J. Solid-State Circuits 56(4), 1152 (2020).
  12. R. Fu, M. Wang, Y. Kan, O. Chen, N. Yoshikawa, B. Yu, and T.-Yi Ho, IEEE Trans. Comput.-Aided Des. Integr. Circuits Syst. 44(3), 975 (2024).
  13. S. K. Tolpygo, E. B. Golden, C. L. Ayala, L. Schindler, M. A. Johnston, N. Parmar, and N. Yoshikawa, IEEE Trans. Appl. Supercond. 35(5), 1 (2025).
  14. A. E. Schegolev, N. V. Klenov, I. I. Soloviev, and M. V. Tereshonok, Beilstein J. Nanotechnol. 7(1), 1397 (2016).
  15. M. Bastrakova, A. Gorchavkina, A. Schegolev, N. Klenov, I. Soloviev, A. Satanin, and M. Tereshonok, Symmetry 13(9), 1735 (2021).
  16. M. V. Bastrakova, D. S. Pashin, D. A. Rybin, A. E. Schegolev, N. V. Klenov, I. I. Soloviev, A. A. Gorchavkina, and A. M. Satanin, Beilstein J. Nanotechnol. 13, 653 (2022).
  17. D. S. Pashin, P. V. Pikunov, M. V. Bastrakova, A. E. Schegolev, N. V. Klenov, and I. I. Soloviev, Beilstein J. Nanotechnol. 14, 1116 (2023).
  18. D. S. Pashin, M. V. Bastrakova, D. A. Rybin, I. I. Soloviev, N. V. Klenov, and A. E. Schegolev, Nanomaterials 14(10), 854 (2024).
  19. I. N. Askerzade, Technical Physics 51, 393 (2006).
  20. Th. J. Walls, D. V. Averin, and K. K. Likharev, IEEE Trans. Appl. Supercond. 17(2), 136 (2007).
  21. T. V. Filippov, A. Sahu, M. E. Celik, D. E. Kirichenko, M. Habib, and D. Gupta, IEEE Trans. Appl. Supercond. 31(5), 1 (2021).
  22. A. E. Schegolev, N. V. Klenov, I. I. Soloviev, and M. V. Tereshonok, Supercond. Sci. Technol. 34(1), 015006 (2020).
  23. I. Nagaoka, K. Ishida, M. Tanaka, K. Sano, T. Yamashita, T. Ono, K. Inoue, and A. Fujimaki, IEEE Trans. Appl. Supercond. 31(5), 1 (2021).
  24. D. Vasudevan and G. Michelogiannakis, IEEE Trans. Appl. Supercond. 33(5), 1 (2023).
  25. A. Ozaeta, A. S. Vasenko, F. W. J. Hekking, and F. S. Bergeret, Phys. Rev. B 86(6), 060509 (2012).
  26. T. I. Larkin, V. V. Bol’ginov, V. S. Stolyarov, V. V. Ryazanov, I. V. Vernik, S. K. Tolpygo, and O. A. Mukhanov, Appl. Phys. Lett. 100(22), 222601 (2012).
  27. L. N. Karelina, R. A. Hovhannisyan, I. A. Golovchanskiy, V. I. Chichkov, A. Ben Hamida, V. S. Stolyarov, L. S. Uspenskaya, Sh. A. Erkenov, V. V. Bolginov, and V. V. Ryazanov, J. Appl. Phys. 130(17), 173901 (2021).
  28. V. Vozhakov, M. Bastrakova, N. Klenov, A. Satanin, and I. Soloviev, Quantum Science and Technology 8(3), 035024 (2023).
  29. А. С. Ионин, Н. С. Шуравин, Л. Н. Карелина, А. Н. Россоленко, М С. Сидельников, С. В. Егоров, В. И. Чичков, М. В. Чичков, М. В. Жданова, ЖЭТФ 164(6), 1008 (2023).
  30. Н. С. Шуравин, Л.Н. Карелина, А. С. Ионин, Ф. А. Разорёнов, М. С. Сидельников, С. В. Егоров, В. В. Больгинов, Письма в ЖЭТФ 120(11), 863 (2024).
  31. M. M. Khapaev, A. Yu. Kidiyarova-Shevchenko, P. Magnelind, and M. Yu. Kupriyanov, IEEE Trans. Appl. Supercond. 11(1), 1090 (2001).
  32. M. M. Khapaev, M. Yu. Kupriyanov, E. Goldobin, and M. Siegel, Supercond. Sci. Technol. 16(1), 24 (2002).
  33. M. M. Khapaev and M. Yu. Kupriyanov, Supercond. Sci. Technol. 28(5), 055013 (2015).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).