超伝導テラヘルツ発振、超伝導スーパーコンピュータ 超伝導の

第３回地球シミュレータセンターシンポジウム
平成１６年１０月１３日
イイノホール
超伝導テラヘルツ発振、超伝導スーパーコンピュータ
超伝導の創る未来
立木 昌
独立行政法人 物質・材料研究機構
財団法人 高度情報科学技術研究機構
1
1. 超伝導とは何か
2. 超伝導テラヘルツ発振
3. 超伝導スーパーコンピュータ
4. ２０ＸＸ年の超伝導社会は？
2
超伝導とは何か
カマリン・オネス
１９１１年 水銀
電
気
抵
抗
リニア・モーターカー
超伝導体
銅
０
Tc
温度
超伝導状態
ＭＲＩ
3
SQUID
磁束量子＝ nΦ0
Φ0＝ 2.07
10-15 wb
10-7 gauss･cm2
磁場
脳磁計
4
ジョセフソン効果
超伝導体
電
圧
振
動
電
流
時間
絶縁体
5
超伝導テラヘルツ発振
テラヘルツ波とは何か
波
長
6
応用：多数・広範囲
応用：
Ｘ線に代わる低エネルギー プラスチック爆発
物の検出等
の安全な医療用光源
汚染物質、生体系
の連続モニタリン
グ
モバイル映画
（医療診断・治療）（テロ対策） （環境対策） （大容量通信）
7
高温超伝導体を用いてのテラヘルツ波の発振
ジョセフソン接合の重ね合わせ
8
磁束は、電流と磁場に対して垂直に、光の1%程度の
速さで進行し、ジョセフソン接合に1~2ｍＶ程度の電
圧を生ずる
V
ジョセフソン振動電流
振動数はテラヘルツ
9
ジョセフソン・プラズマ
ジョセフソン電流と電磁波との結合波
ゴールド
振
動
数 ジョセフソン振動数 ジョセフソン・プラズマの横波
共
鳴
0
波数
10
テ
ラ
ヘ
ル
ツ
波
プラズマの定常波
テ
ラ
ヘ
ル
ツ
波
電流により挿入されたエネルギーはジョセフソン・
プラズマの定常波として蓄えられ、一部は強度の強
いテラヘルツ波として放出される
11
テラヘルツ波の発振器の設計は、多数の結合ー非
線型方程式を解くことによって初めて得られるの
で、地球シミュレータは不可欠である
地球科学や種々の機器の設計には、地球シミュレー
タよりも高速で消費電力の少ないスーパーコン
ピュータが、世界で数十台必要とされている
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超伝導スーパーコンピュータ
SFQマイクロプロセッサ
単一磁束量子（ＳＦＱ）集積回路
バイアス電流
超伝導
ループ
Φ0
名古屋大学 藤巻教授等
１
０
磁束あり １ ジョセフソン
磁束なし ０ 接合
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何が、超伝導スーパーコンピュータ開発の課題なのか
数千接合のＳＦＱプロセッサは完
成
課題：
•メモリーの開発
•プロセッサ間や、プロセッサとメモリーを
つなぐ配線媒体の開発
消費電力は非常に少なく（現在の計算機の１/１０
００）、計算性能が遥かに速い（１００倍）、超
伝導スーパー・コンピュータの誕生
14
２０ＸＸ年の超伝導社会は？
150
(-123℃)
超伝導転移温度
絶対温度（Ｋ）
H-Ba-Ca-Cu-O
Tl-Ba-Ca-Cu-O
100
Bi-Sr-Ca-Cu-O
(-173℃)
Y-Ba-Cu-O
液体窒素
50
液体水素
液体ヘリウム
(-223℃)
Hg
0
1900
Pb
La-Sr-Cu-O
La-Ba-Cu-O
Nb3Sn
Nb3Ge
15
1950
2000年
太陽エネルギー社会
16
太陽エネルギー社会
太陽
太陽電池
テラヘルツ波
地球
17