超電導Web21＜発行者＞〒 105‑0004

財団法人

2002 年 5 月号

国際超電導産業技術研究センター

港区新橋 5‑34‑3 栄進開発ビル 6F

Tel(03)‑3431‑4002/Fax(03)‑3431‑4044

5/17
第 1 回材料研究会「超高磁場 NMR にをベースとした低温（LTS）デバイ 用 い る 超 電 導 材 料 」・ 見 学 会
場所：理研／横浜市大（横浜市）
この度、日本学術振興会第146委 スの完成状況並びに高温（H T S ） （主催：低温工学協会）員会「超伝導エレクトロニクス」（委 SQUIDデバイス開発の現状とシステ 5/18‑20
こ
員長：岡部洋一）から平成 13 年度 ム開発について述べられている。
第 66 回（春季）低温工学・超電導
編集版「超伝導エレクトロニクス れらの応用分野として医学、バイ 学会
オ、
材料評価、
電流計測、
宇宙物理
ロードマップ」が発行された。この場所：工学院大学（東京都新宿区）
ロードマップは、同委員会「デジタ などへの応用分野が全般的に記述が （主催：低温工学協会）
ル応用分野分科会」、「高性能SQUID なされている。第2章では、全世界 6/3‑7
システム分科会」及び「マイクロ波 ですでに 75 台（内半数は日本）納 EPAC2002/8th European Particle〜光分科会」の3分科会によりまと 入されている脳磁場（MEG）計は臨 A c c e l e r a t o r C o n f e r e n c e
められたものである。報告書は、超 床試験段階から医療診断や脳研究の Paris, France
電導エレクトロニクスの第1部「超 段階にあることが詳しく述べられて http://epac2002.lal.in2p3.fr/
伝導デジタル技術」、第2部「SQUID いる。第 3 章では、心臓磁場(MCG) 6/29‑7/4と計測応用技術」及び第3部「超伝 計とシステム開発の現状について述 F u t u r e P e r s p e c t i v e s o f
導 マイクロ波〜光 技術」
から構 べられている。第2章及び第3章で S u p e r c o n d u c t i n g J o s e p h s o n
成されており、平成 12 年度（当時 はアンケート結果を分析し、LTS‑ Devices EuroConference on the
委員長：早川尚夫）から準備を開始 並びに HTS‑SQUID 計測機器の市場 Physics and Applications of the
し、平成 14 年 1 月から 3 月に加筆・ 適合性の相違を示している。
第3部は、マイクロ波〜光デバイ Intrinsic Josephson Effect
修正することによって発行されたもス分科会15名の委員が執筆分担し、 Pommersfelden, Germanyのである。
http://www.esf.org/euresco/02/
詳細な内容に興味のある方はつぎ 主査大嶋重利氏によって纏められて pc02147
いる。
第1章でマイクロ波超電導エの日本学術振興会超伝導エレクトロニクス第146委員会のホームページ レクトロニクスの基本的な特性と必目 次から自由に閲覧できる。しかし、 要技術が、第2章でマイクロ波超電導エレクトロニクスの現状、第3章
PDF ファイルは約 12M バイト(160ページ)の大作であるため、ここに でマイクロ波超電導エレクトロニク 「 超 伝 導 エ レ ク ト ロ ニ ク ス 」 ロ ー
内 容 の 一 部 を 紹 介 す る 。 スの将来像がそれぞれ述べられてい ドマップ発行される
1
特に、現在話題の移動体通信の
h t t p : / / w w w . o k a b e . r c a s t . u ‑ る。
超
電
導
関
連
５
‑
６
月
の
催
し
物
案
内
1
tokyo.ac.jp/jsps/index‑j.html 基地局用フロントエンド及び機械振2
第1部は、デジタル応用分科会13 動や磁気ノイズの点で有望な小型パ 超電導と低温技術
ルス管クライオクーラの最新の情報
経
済
産
業
省
が
平
成
1
4
年
度
か
ら
実
名の委員が執筆分担し、主査東海林
テラヘル 施する研究開発事業
彰氏によって纏められている。第1 が掲載されている。また、
2
超電導
章では、
ソフトウエア無線用受信機 ツ電磁波検出や光デバイス、
冷凍機冷却超電導マグネット 1
2
を SFQ 回路の応用ターゲットとし 単結晶両面微細加工による新しいデ冷凍機冷却超電導マグネット
2
3て、AD変換器、SFQスイッチ及びそ バ イ ス な ど も 紹 介 さ れ て い る 。
冷凍機冷却超電導マグネット 3
3
れらの応用提案がなされている。
第 （編集局 田中靖三）
超電導関連製品ガイド
32章では、半導体集積回路と超電導集積回路のロードマップの比較、
超
新聞ヘッドライン
4
電導DA･AD変換器の開発、超電導サ
応用物理学会報告
4
ンプラーの開発及びデバイスを実現
第 1 0 回 J S T 国際シンポジウム−量するために必要なSFQの作成プロセ 超 電 導 関 連 ５ ‑ ６ 月 の 催 し
4
子コンピューティング会議−からス、特性評価、室温回路とのイン
物案内
特許情報
5
ターフェースなどの要素技術とSFQ
チップの実装とマルチチップモ
CTIA 展示会報告
5
ジュールによる集積技術の現状と展 5/15
【
隔
月
連
載
記
事
】
超
電
導
量
子
コ
ン
望が紹介されている。また、付録と 超電導技術動向報告会「省エネルピュータの実現に向けて( その 3 ） 5
して「量子コンピューティング」に ギー・環境・産業応用 動き出した
超電導技術」
標準化活動
標準化電子システム( e ‑関する研究紹介もなされている。
場所：
都市センターホテル3Fコス7
J I S C ) 2 0 0 2 年 4 月 2 0 日スタート
第2部は、高性能SQUIDシステム
分科会4名の委員が執筆分担し、主 モスホール I （東京都千代田区） 読者の広場(Q&A)
7
読者の広場(Q&A)
査栗城眞也氏によって纏められてい （主催：財団法人 国際超電導産業技 超 電 導 速 報 ― 世 界 の 動 き
術研究センター）「 超 伝 導 エ レ ク ト ロ ニ ク ス 」 る。第１章では、SQUIDと計測シス
テム技術としてNb系金属超電導体
ロードマップ発行される

2 0 0 2 年 5 月号別冊(c) ISTEC 2002 All rights reserved.

'02 年 5 月号

‑1‑

超電導と低温技術

経済産業省が平成 1 4 年度から実施する研究開発事業

冷凍機冷却超電導マグネッ
トⅠ

超電導を決定付ける条件は、温 ( 構 造 改改革特別要求分
革特別要求分 ) の委託先候
度、磁界及び電流密度の 3 つであ 補 の 係 わ る 提 案 募 集
住友重機械工業株式会社 技術開発る。特に、超電導体にはそれぞれ臨
センター
界値があって、
その値の高さが超電
新エネルギー・産業技術総合開発 技師 長谷部次教
導の有用性を決定付けている。
なか 機構（NEDO）は、経済産業省の依頼でも、超電導体の臨界温度が室温以 により、経済産業省が平成 14 年度
住友重機械では1992年にBi系酸
上にならない限り、超電導体を室温 から開始する研究開発事業の委託先 化物電流リードを用いた冷凍機冷却以下のマイナス120度からマイナス 候補に係わるつぎの調査を実施し 超電導マグネットを実用化して以270度の臨界温度以下に冷却しなけ た。
来、60 台以上の冷凍機冷却超電導
れば超電導状態は実現しないという 調査対象事業分野：バイオ、健康福 マグネットを国内外に販売してき冷却のためのペナルティが付き纏 祉、IT、材料、環境技術、プロセス た。Bi 系酸化物電流リードはマグう。
技術など 24 テーマ
ネットに適用され10年に及ぶ使用
このような低温に冷却することや 平成 14 年度予算規模：総額 139 億 実績を達成し実用材料としてその信低温を維持する低温技術が実は、 円
頼性が実証されている。
「超電導」の生みの親であることを 調査期間（提案募集期間）：平成14
冷凍機冷却超電導マグネットは垂ご存知だろうか。その理由は、1908 年 3 月 8 日から平成 14 年 4 月 15 日 直、
水平さらには斜めと設置方向を
年 7 月 10 日にカメリン・オンネス （終了）
自在に変えることが可能である特徴
がオランダのライデンにおいてはじ 事前書面調査：5 月上旬（予定） を持ち、磁場利用の自由度が高い。
めてヘリウムガスの液化に成功し、 契約適格性調査委員会：5 月下旬 代表例として最大中心磁場10T、室
この液体ヘリウムを用いて1911年 （予定）
温磁場空間直径100mmの装置は回転に水銀の電気抵抗が４K近傍で急激 経済産業省への報告・推薦：6月上 式架台に標準的に搭載され、
多方面
に減少し、
ついに電気抵抗測定がで 旬（予定）の磁気科学研究に供されている。
(写
きなくなる超電導を発見したからで 契約締結（事業開始）：7月上旬（予 真参照)
ある。すなわち、科学技術史の立場 定）
また、強磁場化の研究開発によからは、低温技術がなければ「超電り、最大発生磁場 15T までのマグ
導」は生まれなかったと言える。
なお、
超電導分野に関連する提案 ネットが実現している。15T冷凍機
しかし、超電導の実用化の立場か 募集テーマとして、
低消費電力型超 冷却超電導マグネットは東北大学・
らすると、超電導実用化のための技 電導ネットワークデバイスの開発事 金研において共同利用設備として稼
術課題は、（１）超電導体をその臨 業（平成14年度予算額615百万円、 動中である。さらに、冷凍機冷却超界温度以下の温度に保っておく低温 研究開発期間2002年度より5年間） 電導マグネットと水冷銅マグネット技術と（２）強磁界下でも超電導現 が含まれている。
とのハイブリッドマグネットの実現
象が消失しないようにする耐磁界技
本 件 に ご 関 心 の あ る 方 は 、 を目指した大口径強磁場化の開発も術であるといわれる。すなわち、 N E D O のホームページ（h t t p : / / 東北大学と共同で実施している。
（２）の技術は工夫次第であるので、 w w w . n e d o . g o . j p /住友重機械ではこれらのマグネッ（１）の低温技術さえ進展すれば超 14fyshinkichosa/）をご参照くだ ト開発と磁気科学研究への寄与を通電導は普及するという。すなわち、 さい。
して、
冷凍機冷却超電導マグネット
いまや冷却技術が「超電導」の育て （編集局 田中靖三）の新たな産業応用の開発を目指しての親であるとか乳母であるという。
いる。
これらがいわゆる「超電導卵雛論」、「低温乳母論」などとも呼ばれるものであった。
これらのユーモア
溢れる解釈が、20 世紀における超電導技術の理解の深化、
超電導材料
技術開発、
低温技術の進展並びに超電導応用技術開発に大いに貢献したと言えよう。MRI や NMR技術の進展と普及、高温超電導体の発見、冷凍
機伝導冷却超電導マグネット技術、
パルス管冷凍機技術、
超電導フィルタ技術など20世紀終盤における目覚しい超電導技術の進展がなによりの証拠となっている。
したがって、21 世紀における超電導を車にたとえれば、
超電導技術（特に、超電導材料技術）と低温技術がその両輪となって同期して回転
写真 10Ｔφ100ｍｍ冷凍機冷却超電導マグネット
しない限り超電導の発展はないとい（写真提供 住友重機械工業(株)）える。すなわち、21 世紀においても超電導材料の臨界温度が室温近傍の温度にまで高まらない限り、
超電導と低温技術とは不即不離の関係から逃れることは出来ない。
（編集局 田中靖三）(c) ISTEC 2002 All rights reserved.

'02 年 5 月号

‑2‑

冷凍機冷却超電導マグネッ
トⅡ

冷凍機冷却超電導マグネッ
トⅢ

超電導関連製品ガイド−社名五十音順表示−

ス タ ー リ ン グ 小 型 冷 凍 機○アイシン精機株式会社 エネル
ギーシステム営業部 E&Eグループ
パルス管冷凍機、
スターリング冷凍
つい数年前まで「超電導マグネッ
東芝は、1994年に冷凍機伝導冷却 機
トでしか得られない強磁場」「永久 式超電導磁石(以下､直冷磁石と称 Tel:0566‑24‑8805
電流による高い時間安定性」
が超電 す)を納入して以来、大学や研究機 Fax:0566‑24‑8859
導マグネットを利用する理由の大半 関、
さらには産業応用向けに幅広く 担当：近藤であった。冷凍機冷却超電導マグ 製作してきた。
これらの直冷磁石は ○住友重機械工業株式会社 精密事
ネットが選択される理由として、
A) 液体ヘリウムなどの冷媒を一切使用 業部クライオユニット部営業課
電磁石で発生可能な磁場だが、大型 せず、
極低温冷凍機のみを用いて冷 パルス管冷凍機化の際、運転経費削減効果大 B)維 却する超電導磁石であり、当社が開 Tel:0424‑68‑4094
持、管理の省力化と連続運転可能
発した Er ３ Ni などの微細球状磁性 Fax:0424‑68‑4254などが追加されつつある。
弊社がマ 蓄冷材を使用した小型で操作性の良 e‑mail:cryo@shi.co.jp
グネットを出荷した例で述べると、 い4K‑GM冷凍機の出現によって可能 担当：坂島、石川、菅野、渡邊
磁場中熱処理装置、
磁気選鉱装置な となった。
液体ヘリウムを使用しな ○ダイキン工業株式会社 半導体機
どは多くが A ) に該当し、1 . 2 T ‑ いことから取り扱いが素人でも手軽 器部
250mm ギャップのスプリットマグ に操作できるようになり、また、磁 パルス管冷凍機
ネットの場合、
冷凍機冷却マグネッ 石を回転させることが可能になり、 Tel:0722‑41‑6111
トの採用で電力、
冷却水量ともに約 研究の用途拡大にもつながった。
写 Fax:0722‑43‑2652
1/10、装置重量で約 1/3 を実現で 真に示す直冷磁石は、口径100mm内 e‑mail:きる。また、昨年度末、核融合科学 に10Tを発生させることができ、磁 hiroyuki.morishita@daikin.co.jp
研究所殿に納入した２台のジャイロ 場方向は、
回転機構のハンドル操作 担当：森下弘之
トロン用マグネット(写真)はB)の により縦・横に簡単に回転させるこ ○富士電機株式会社
パルス管冷凍好例であろう。
今後の冷凍機冷却マ とができる。これらの磁石の用途 スターリング冷凍機、機
グネットの普及を考える時、完全無 は、材料創製、磁気分離、対流抑制、
冷媒(伝導冷却)型､再凝縮(浸漬冷 生物化学などの研究用に用いられて Tel:03‑5435‑7086
却)型、いずれのマグネットが目的 いる。また当社の直冷磁石は、産業 Fax:03‑5435‑7440に叶うかなど、ユーザーの視点に立 応用としてMRI、単結晶引き上げ用 担当：竹内孝行
ち、線材、マグネット、装置をトー 超電導磁石や鉄鋼応用などにも適用
タルに設計することがますます重要 されている。さらに最近では,加速 ギ フ ォ ー ド ・ マ ク マ ホ ン （ Ｇ Ｍ ）になると考えている。
器用にもその応用範囲を広げてい 小 型 冷 凍 機る。今後は、さらなる高磁場、より ○アイシン精機株式会社 エネル
大きな磁石への適用が進むものと思 ギーシステム営業部 E&Eグループ
パルス管冷凍機、GM 冷凍機
われる。
Tel:0566‑24‑8805
Fax:0566‑24‑8859
担当：近藤○住友重機械工業株式会社 精密事
業部クライオユニット部営業課
4KGM 冷凍機
Tel:0424‑68‑4094
Fax:0424‑68‑4254
e‑mail:cryo@shi.co.jp
担当：坂島、石川、菅野、渡邊
写真 ジャイロトロン用冷凍機冷却超電導マグネット○ダイキン工業株式会社 半導体機
中心最大磁場 6.7T、ボア内径 140mm
器部（写真提供 ジャパンスーパーコンダクタテクノロジー
GM‑J/T 冷凍機(株)、旧社名：ジャパンマグネットテクノロジー(株)）Tel:0722‑41‑6111
Fax:0722‑43‑2652
e‑mail:hiroyuki.morishita@daikin.co.jp
担当：森下弘之○大陽東洋酸素株式会社
特殊ガス・超低温営業本部 超低温
営業部
Tel:03‑3231‑9845
Fax:03‑3274‑6257○株式会社 東芝 電力・産業シス
テム技術開発センター 計測・検査
技術開発部
写真 直冷磁石（写真提供 東芝）
4KGM 冷凍機
ジャパンスーパーコンダクタテクノ
ロジー株式会社 東京営業部
主任部員 渋谷 和幸株式会社 東芝 京浜事業所 機器
装置部
主幹 佐々木 高士(c) ISTEC 2002 All rights reserved.

'02 年 5 月号

‑3‑

応用物理学会報告
Tel:045‑510‑6695
Fax:045‑500‑1427
e‑mail:yasumi.ootani@toshiba.co.jp
担当：大谷安見○三菱電機株式会社 系統変電・交通システム事業所 磁気応用プロ
ジェクトグループ
4KGM 冷凍機（3 段型、2 段型）
Tel:0791‑46‑2140
Fax:0791‑46‑2368
e‑mail:matumoto@ako.melco.co.jp
担当：松本隆博
モディファイドソルベイ小型冷凍機○岩谷瓦斯株式会社 低温機器部
Tel:06‑6303‑1165
Fax:06‑6304‑2170
担当：越智靖司○ダイキン工業株式会社 半導体機器部
Tel:0722‑41‑6111
Fax:0722‑43‑2652
e‑mail:hiroyuki.morishita@daikin.co.jp
担当：森下弘之
液体ヘリウム−希釈冷凍機○ 大 陽 東 洋 酸 素 株 式 会 社
特殊ガス・超低温営業本部 超低温
営業部
Tel:03‑3231‑9845
Fax:03‑3274‑6257
次号予定：SQUID 関連製品
（編集局 田中靖三）

新聞ヘッドライン(3/20‑4/16)○原子力開発の中核へ 2法人統合
へ骨子 現行長計は維持 3/20 電気新聞○新超電導磁石 日立など成功 3/
22 日本経済新聞○二ホウ化マグネシウム超電導実用化近づく 世界初の10メートル超
線材 日立と物材機構 磁場の発生に成功 3/25 日本工業新聞、
電気
新聞、日経産業新聞、日刊工業新聞○ 金属系新超電導材料実用化へ
磁石作り、先陣争い 3/29 日本経済新聞、科学新聞

第 1 0 回 J S T 国際シンポジウ
ム−量子コンピューティン
グ会議−から

物質・材料研究機構 超伝導材料研
究センター 酸化物線材グループ （超電導ジョセフソン量子ビット研
ディレクター 熊倉浩明
究開発速報）

表記の会議が去る 2002 年 3 月 27 NEC 基礎研究所
日‑30日に東海大学で開催された。 主席研究員 蔡 兆申
磁束ピンニング、J ｃのセッション
では、17 件の発表があり、その内去る 2002 年 3 月 12 日〜 14 日に
容は多彩であったが、このうち7件 東京御台場の日本科学未来館で第が YBCO‑coated 線材に関するもの 10回ＪＳＴ国際シンポジウムとしであった。ここでは、筆者が興味を て量子コンピューティング会議
持った発表について、
ごく簡単に報 （ICQC02）が開催され、ジョセフソ
告したい。
ン系の超電導量子ビットの発表が3
山形大の森合らは、Bi‑2212単結 件あり、新たに実現した量子ビット
晶の磁束分布の磁界角度依存性を の最新のデータがあいつで公表されビッター法により観察した。
磁界が た。固体電子素子の量子ビットはｃ軸に平行の場合は、磁束量子は細 ジョセフソン系超電導電荷量子ビッ
長く流れているように観察され、ま トで初めて実現したが、最近量子た角度 75 度では丸く観察された。 ドット(NTT)でもラビ振動が 30ps
丸く見えるのは、ピンニング力が増 の間観測された。
加して強くピン止めされるためとし超電導系では一般的に桁違いに長ている。
いデコヒーレンス時間が観測されて産総研の馬渡らは、
バルクピンの いる。超電導電荷量子ビットの場ない超電導ストリップにスリットを 合、初期の NEC の実験では約６ ns
設けた場合の磁束の侵入・排出と磁 のデコヒーレンス時間が観測されて化曲線について、理論解析を行っ いたが、今回の会議で議論されたた。
スリットを設けたことで磁束の Saclay の同種回路の実験では、デ排出が妨げられ、これによって大き コヒーレンス時間は500nsまで延長
な残留磁化を示すなど、興味ある振 されていた。
この実験では量子ビッ
る舞いが見られるとしている。
トの観測は、電荷状態に対応して流超電導工研の山田らは、
液相エピ れる超電導ループ電流を、ラッチ型
タキシャル法によるYBCO膜のピン トンネル接合でスイッチさせて行っ止め機構について報告した。
金属基 ており、読み出しのタイミングも外板上に形成した膜のJｃの角度依存 部より制御できるように工夫されて性は、小傾角粒界によるピン止め特 いた。一方NECの報告では観測は常性で記述でき、
実際に金属基板上の 時オン状態であったので、観測に膜では、小傾角粒界が観察されると よってデコヒーレンス時間の上限が述べた。この YBCO 膜には双晶が多 決まっていた。Saclay 実験では量く含まれていることから、双晶もピ 子振動はマイクロ波誘起のラビ振動
ン止め点になっている可能性があろ であり、動作点は背景電荷や背景磁う。
場の揺らぎの影響を最も受けにくい
九州大の井上らは、YBCO‑IBAD線 エネルギーバンドの平らな共振点で材について、70‑83K の高温領域で あった。2パルスの位相制御の操作の電流輸送特性の実測から、
温度ス にも成功している。
ケール則のスケーリングパラメータ
NISTの単一ジョセフソン接合にを決定し、これによって20Kまでの よる量子ビットの報告もあった。
こ
低温領域における特性を予測し、実 の実験では、
比較的サイズが大きく測値との比較を行った。その結果、 (〜 10mm)、低電流密度のトンネル
両者には良い一致が見られ、20K程 接合における位相状態の量子化した度の温度までは温度スケール則が成 エネルギー準位を利用し量子ビット
り立つとしている。
また 九州大の を構成している。
基底状態と第一励
今村らは、Bi‑2223線材について低 起状態をマイクロ波で結合させラビ
磁界における E‑J 特性の実測値か 振動を誘起する。
読み出し時は第２ら、スケール則に基づくパーコレー のマイクロ波を照射し、第１と第２ションモデルを用いることによって 励起状態間に状態の反転分布を起こ
高磁界でのE‑J特性を予測した。予 す。
電流バイアスによりエネルギー
測値が実測値に良く一致するとし、 ポテンシャルが非対称になっている
これよりスケール則による特性予測 ので、第２励起状態はエネルギーバ
が、線材の評価に有効であると述べ リアをトンネルする確率が桁違いにた。
高くなっている。
位相のトンネルが起こると接合が電圧状態にラッチ(c) ISTEC 2002 All rights reserved.

'02 年 5 月号

‑4‑

し、
超電導ギャップに相当する大き 料、および酸化物超電導体用原料の 【 隔 月 連 載 記 事 】
な電圧を生む。
これが読み出しのメ 製造方法」：MOD 法による高 Jc 超電 超 電 導 量 子 コ ン ピ ュ ー タ のカニズムである。
この実験ではイン 導膜の製法とその原料。
実現に向けて( その 3 )ダクタンス回路を使った工夫によ 6）特開2002‑94370「超伝導半導体
り、
見かけ上の外部インピーダンス ハイブリッド集積回路」：超電導回を数桁高め、
励起状態より基底状態 路と電源回路に半導体回路を挿入 NEC 基礎研究所
主席研究員 蔡 兆申への遷移時間（T1）を低減させてい し、
消費電力の極めて少ない集積回る。この実験では約10〜20nsのデ 路を実現。
ナノテクノロジーと固体電子素子
コヒーレンス時間をラビ振動より観による量子ビット測した。
また単事象の読み出しも実 （SRL/ISTEC開発研究部長 中里克
量子情報処理デバイスを実現する現している。伝聞ではあるが、カン 雄）
物理系の選択に当たり、当然ながらサス大でも同様のラビ振動をキャビ
量子コヒーレンスが保ちやすい原子
ティーモードの抑制により実現してや分子のような微視的な系が、従来いるらしい。
の量子ビットの研究の対象になって総合的に見ると他の系に比べ、１）
しかし原子や分子内の量子いた。
ジョセフソン系では固体素子量子状態を使うこれらの系では、
情報処
C
T
I
A
展示会報告
ビットが比較的容易に構成可能であ
理技術としての拡張性、設計性、取ることが実証されたように思われり扱いやすさ、システム化などで、
2002
年
3
月
18
日から
20
日の間
る。
これは主には素子パラメーター
未解決の技術障壁が幾重にも重なっ
および散逸経路もが、巨視的回路と で､CTIA WIRELESS 2002 が米国フている。一方、集積化可能な固体電
ロリダ州オーランドにて開催されして容易に制御できる事に起因する子素子による量子ビットの作製が可た。
これは、世界最大級の無線通信、と思われる。
超電導電荷量子ビット能になれば、
これら応用技術上の課
インターネット関連の展示会であの場合、コヒーレントなゲート操作
題は大半が解消でき、
情報処理技術
る。
超
電
導
関
連
で
は
、
S
T
I
社、
回数（Q ファクター）は 1 万から 10として将来的に極めて有望である。
Conductus社、
イリノイスーパーコ
万回程度が可能であると実験値から
図4の右の二つの例は分子内の核推測され、将来的には高度な量子エ ンダクター社の米国フィルタ・メー
スピンを利用した量子ビットと原子カ3社が出展を行っていた。
各社とラー訂正が可能なことが示唆され、（イオン）の電子軌道を利用した量
超電導量子コンピュータの実現可能 も主として米国マーケットで数百台
子ビットであり、いずれも微視的でから1000台以上の超電導フィルタ性が一段と高まった。
の販売実績を持つ。現在は、2G 及 スケーリングの成り立たない系であ
一方固体電子素子は素子集積規び2.5Gマーケットが中心であるが、 る。
模の指数関数的スケーリングが一般
今後の3Gマーケットを各社とも虎
特許情報
視眈々と狙っている。米国内での 的に可能であることが多くの例で示
その代表的な例がシリ3Gの立ち上がりの時期が不透明な されている。
◆平成 13 年度第 4 四半期の公開特18ヶ月で集積こともあり、3G 先進国である日本 コン集積回路であり、許への期待は大きい。現時点では、超 度が2倍になるムーアの法則が成り
平成 14 年 1 月〜 3 月に公開され量子コンピューティン
電導フィルタの信頼性、価格面でそ 立っている。
たISTEC出願の特許をお知らせしま
計算能力が指数関数の採用を躊躇している通信事業者も グにおいては、す。
詳しい内容は特許庁の特許電子多いが、価格面では各社コストダウ 的に向上することが可能なために、図書館等の特許データベースをご利
ン努力を相当行っており、また、信 一般的にはこのような巨大な集積度用下さい。
例えば数百ビッ
頼性という面でも、
特に冷凍機の面 は必要とされない。
1）特開 2002‑9353「バイクリスタ
で工夫をこらし、
その改善に努めて ト以上の量子素因数分解には数千
ル酸化物超電導膜体及び該膜体を用いる。また、各社の超電導フィルタ ゲート近いシステムで対応できるといた高温超電導ジョセフソン接合素
コヒーレンスが散逸効
は、クレーンなどの重機を使わず無 推測される。
子並びに超電導量子干渉素子」：バ
線鉄塔上部へ運搬が可能なよう冷凍 果などで無くなることをデコヒーレ
イクリスタル基板上にLPE超電導膜
その影響を低減する機を含め全てが非常にコンパクトに ンスと呼ぶが、を形成し、優れたバイクリスタル接必要なまとめられており、
今や特別な通信 量子エラー訂正を行う場合、合特性を実現。
機器ではないような印象を受けた。 ゲート数はさらに一桁近く多くな
2）特開2002‑37626「ビスマス系高る。
しがって高々数万個のゲートの（ISTEC調査企画部 辻 泰三）
温超電導体の製造方法」：KCl をフ
小規模な集積システムで、古典的ペラックスとして添加することで、
タフロップスコンピュータが宇宙のBi/Pb 置換をせずに Bi2223 を容易
年齢（200億年）をかけても解けなに焼成可能とした。
い大規模な計算を、
量子コンピュー
3）特開2002‑63815「酸化物超電導
ティングは、数秒で実行することが体の製造方法」：金属基材上に酸化出来る。しかし通常の微視的系を
物層を介して数ミクロンの超電導使った量子ビットシステムではこのLPE膜を積層可能なバッファ層を実ような小規模な集積度さえ達成する
現。
ことは到底無理であるように思われ
4）特開2002‑76457「ペロブスカイ
る。
ト型酸化物積層膜及びその製造方
その意味で、
集積度のスケーリン法」：ペロブスカイト型酸化物薄膜グが期待できる固体電子素子で量子の積層で、酸化膜バリアを挿入し金ビットを構成しようという試みが進
属元素の拡散を防止。
写真 CTIA WIRELESS 2002 会場
められている。表1に提案されてい
5）特開2002‑80297「酸化物超電導
る主な固体電子量子ビット研究を一体の製造方法、
酸化物超電導体用原覧表にした。
固体素子で量子ビット(c) ISTEC 2002 All rights reserved.

'02 年 5 月号

‑5‑として利用出来ると提案されている物理状態は、主に超電導状態、電子の状態、および原子核のスピン状態である。
一般的には固体電子素子は単純な微視的系に比べ大変複雑だけに、強く外部と結合しているので、量子コヒーレンスは保ちにくい。
表
1のうち超電導状態の電荷量子ビッ
トのみがこれまでに実証されているのみである。２） 以下の章でこのデバイスについて詳細に説明する。
超電導量子ビットは異なる電荷数状態を持つ二つの超電導状態( 電子対箱)、または異なる位相状態を持つ
二つの超電導状態（超電導量子干渉計−SQUID）を使って、量子ビットを構成する案がある。
電子の量子状態を利用した量子ビットもいくつか提案されている。スピン1/2のフェルミオンである電子はそれ自体が二つのスピン状態（上向きと下向き）を持ち自然に量子ビットを構成する
ので、電子スピンを利用した量子ゲートも提案されている。
スピン自由度以外にも電子の二つのエネル
ギー準位を利用して量子ビットを構成する案もある。
電子の空間的捕捉
は、半導体量子ドットへの閉じ込
め、液体ヘリウム上の閉じ込め、そして局在した核スピンによる結合と言ったような案がある。
表１には量子計算においての重要なパラメーターであるデコヒーレン
ス時間、または最大ゲート操作回数（デコヒーレンス時間÷ゲート操作時間）はあえて表記していない。その理由は、
デコヒーレンス時間は多くの要素に左右されやすい性質のもので、実際に実験を行ってみないと、単純な理論的推測だけでは確立
しにくい性質のパラメーターであるからである（実験は今のところ超電
導電荷量子ビットしか成功していない）。
スピンのない28Siに囲まれた孤立
した31P原子核のスピンを量子ビットに利用する研究が主にオーストラ
リアで大掛かりに進められている。
核スピンはデコヒーレンス時間が比較的長いという利点がある。
しかし
このデバイスを作成するための微細加工精度は、表 1 からわかるように、他のどの提案よりもその達成が難しいだろう。
さて表1の固体電子量子ビットデバイスは全てナノテクノロジーの範
疇にある（ヘリウム上の電子以外が特にそうである）。ここでナノテク
ノロジーと情報量のスケーリングの問題に少々言及したいと思う。
ナノ
テクノロジーの切り口はさまざまあるが、情報量のスケーリングは一つの大切な尺度である。
図5に素子寸法と情報集積量という二つの重要なパラメーターを使って、テクノロジー全般を分類整理した。図中赤で示した技術は、すでに実現している系で、青で示したのはそうではない系である。
そのうちナノテクノロジーと認められるのは、この見方によると、
薄緑のエリアである。
単なる分子レベルの技術というのは、扱うビットサイズがナノサ
イズではあっても、情報量のスケーリングが出来ないという意味でナノテクノロジーとは呼べないであろ(c) ISTEC 2002 All rights reserved.

う。
スケーリングが可能な固体素子
量子ビットは、情報量において他の系を遥かに凌ぐ可能性を秘めている
究極のナノテクノロジーデバイスと言ってよいのではなかろうか。
次回に超電導電荷量子ビットの詳細を解説する。
1) 例えば I. L. Chuang, N. A.
Gershenfeld, and M. Kubinec,
Phys. Rev. Lett, 80, 3408,
1998； C. Monroe, D. M.
Meekhof, B. E. King, W. M.
Itano, and D. J. Wineland,
Phys. Rev. Lett., 75, 4714,
1995 等
2) Y. Nakamura, Yu. A. Pashkin,
and J. S. Tsai, Nature, 398,
786, 1999'02 年 5 月号

‑6‑

グネット用導体、GHz級核磁気共鳴(NMR)分析装置超電導マグネット用
導体など高磁界用超電導線材として開発が進められています。
因みに、現在の実用超電導線材
は、ニオブ・チタン(Nb‑Ti)合金超電導線、ニオブ 3・すず(Nb3Sn)化
経済産業省、
日本工業標準調査会 合物超電導線及び銀シースビスマス（JISC、Japanese Industrial (Bi)系酸化物超電導線の 3 種類でStandards Committee） から JIS す。
作成関連、JISデータベース閲覧な話をNb3Al化合物超電導体に戻し
どの便宜を図るため、電子ネット ましょう。
ワークシステムを導入し、4月20日
もともと Nb 3Al 化合物超電導体に公開されました。また、すでに公 は、臨界温度が 18.9K で 4.2K にお開されているIECの電子ネットワー ける上部臨界磁界が 32T であり、クも合わせてご利用ください。
Nb3Sn化合物超電導体の18.0K及び
J I S C ホームページ h t t p : / / 22Tにそれぞれ勝ることに加えて耐
www.jisc.go.jp/
ひずみ特性にも優れていることか
このネットワークにはつぎの機能が ら、
特に高磁界用超電導材料としてあります。
その実用化が望まれているもので（１）閲覧：JIS 閲覧、JIS 関連情報 す。しかし、Nb3Al 化合物超電導体（工業標準化、JISC、標準化活動、 には、Nb3Sn化合物超電導線やBi系
JISマーク、適合性評価、国際標準 酸化物超電導線で行われているよう
化、標準化戦略など)な加工方法や拡散などの熱処理方法（２）パブリックコメント：JIS へ によっては十分な特性を持つ線材がの意見提出作れないという、実用化のための技（３）JIS原案構築：作業計画、原案 術課題があります。
申請方法、原案作成テンプレート、 先ごろこの技術課題を解く２つの原案作成団体サイト進展がありました。一つは、ジェ
たとえば、IEC/TC90 超電導委員 リーロール法といって、ニオブ箔と会事務局(ISTEC内)：TEL:03‑3459‑ アルミ箔とをすし巻き状にして相互
9872、FAX:03‑3459‑9873
拡散距離をナノメートル級に短縮す（４）ISO/IEC 連携：ISO/IEC 電子 ることで比較的高い超電導特性を持
投 票 プ ロ セ ス 支 援 、 I E C つ長尺線が製造できました。これ（ I n t e r n a t i o n a l は、
核融合炉超電導マグネット用導Electrotechnical Commission） 体として日本原子力研究所と企業と（国際電気標準会議）サイト：Web で 共 同 開 発 さ れ て い る も の で 、Store, Search, iec e‑tech, IEV 12.5T における電流容量 60kA で長Online, Just Published, e‑tech さ100mの導体製造と一層コイルのforum
製 作 に 成 功 し て い ま す 。
I E C ホームページ h t t p : / /今一つは、急熱急冷変態(RHQT)
www.iec.ch/法といって、
上述のジェリーロール（ISTEC標準部長 田中靖三、竹澤瑞 法によるニオブとアルミの複合線を
恵）
約2000度から急冷してニオブにア
ルミを25at%固溶させた体心立方相の過飽和固溶体とし、これを約800度で変態させる線材作製方法です。
この方法は、G H z 級核磁気共鳴(NMR)分析装置超電導マグネット用
導体を目指して物質・材料研究機構
や企業が研究開発中のものです。
この方法による線材は 2 1 T で電流100Aもの大電流を流すことが出来
読者の広場
ますが、現状では線径 1.35mm で長(Q&A)
さ 300m の線ができた段階です。
（編集局 田中靖三）

標準化活動
今月のトッピクス
標準化電子システム（e ‑J I S C ） 、2 0 0 2 年 4 月 2 0 日
スタート！

Q :
ニオブ 3 ・アルミニウム( N b 3 A l ) 化合物超電導体は実用化されていますか？

I S S 2 0 0 2 のご案内
第 1 5 回国際超電導(ISS2002)
シンポジウム(シンポジウム
日時：2002 年 11 月 11 日（月）〜 11 月 13 日（水）場所：パシフィコ横浜会議センター（横浜市）
スケジュール：5 月 31 日 アブストラクト受付・事前参加登録、出展申込み開始
7 月 15 日 発表申込締切
9 月 30 日 事前登録締切
8 月 30 日 プログラム HP 掲載予定
問合せ先：

http://www.istec.or.jp/ISS/
ISS.html
iss@istec.or.jp

超電導 W e b 2 1 2 0 0 2 年 5 月号
2002 年 5 月発行
＜発行者＞
財団法人
国際超電導産業技術研究センター内
超電導 Web21 編集局〒 105‑0004
港区新橋5‑34‑3 栄進開発ビル6F
Tel(03)‑3431‑4002
Fax(03)‑3431‑4044

I S T E C のﾎ ｰ ﾑ ﾍ ﾟ ｰ ｼ ﾞ
http://www.istec.or.jp

超電導関連ホームページへのリンク○超電導情報研究会(スーパーコム)
http://www.appchem.t.u‑
tokyo.ac.jp/appchem/labs/kitazawa/
SUPERCOM/

この「超電導 Web21」は、競輪の補助金を受けて作成したものです。

A: Nb3Al 化合物超電導体は現在実用段階にあるとは言えませんが、実用材料に向けた開発は相当進んだ段階にあると言えます。現在Nb3Al化合物超電導体は、核融合炉超電導マ

e‑mail to:
web21@istec.or.jp(c) ISTEC 2002 All rights reserved.

'02 年 5 月号

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