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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023025880
(43)【公開日】2023-02-24
(54)【発明の名称】超伝導物理乱数生成装置
(51)【国際特許分類】
G06F 7/58 20060101AFI20230216BHJP
【ＦＩ】
G06F7/58 680
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021131307
(22)【出願日】2021-08-11
(71)【出願人】
【識別番号】504182255
【氏名又は名称】国立大学法人横浜国立大学
(74)【代理人】
【識別番号】110001634
【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】山梨 裕希
(57)【要約】
【課題】超伝導物理乱数生成器の動作点を最適な動作点に調整することができる超伝導物理乱数生成装置を提供する。
【解決手段】物理乱数を生成する超伝導物理乱数生成器と、超伝導回路を用いたトグル型フリップフロップと、を備え、共通のクロック信号が分岐されたそれぞれの分岐信号を前記超伝導物理乱数生成器と前記トグル型フリップフロップのそれぞれに入力し、共通の定電流が分岐されたそれぞれの分岐電流を、前記超伝導物理乱数生成器に動作点制御電流として入力するとともに、前記トグル型フリップフロップにバイアス電流として入力する、超伝導物理乱数生成装置。
【選択図】図１
【解決手段】物理乱数を生成する超伝導物理乱数生成器と、超伝導回路を用いたトグル型フリップフロップと、を備え、共通のクロック信号が分岐されたそれぞれの分岐信号を前記超伝導物理乱数生成器と前記トグル型フリップフロップのそれぞれに入力し、共通の定電流が分岐されたそれぞれの分岐電流を、前記超伝導物理乱数生成器に動作点制御電流として入力するとともに、前記トグル型フリップフロップにバイアス電流として入力する、超伝導物理乱数生成装置。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
物理乱数を生成する超伝導物理乱数生成器と、
超伝導回路を用いたトグル型フリップフロップと、
を備え、
共通のクロック信号が分岐されたそれぞれの分岐信号を前記超伝導物理乱数生成器と前記トグル型フリップフロップのそれぞれに入力し、
共通の定電流が分岐されたそれぞれの分岐電流を、前記超伝導物理乱数生成器に動作点制御電流として入力するとともに、前記トグル型フリップフロップにバイアス電流として入力する、
超伝導物理乱数生成装置。
超伝導回路を用いたトグル型フリップフロップと、
を備え、
共通のクロック信号が分岐されたそれぞれの分岐信号を前記超伝導物理乱数生成器と前記トグル型フリップフロップのそれぞれに入力し、
共通の定電流が分岐されたそれぞれの分岐電流を、前記超伝導物理乱数生成器に動作点制御電流として入力するとともに、前記トグル型フリップフロップにバイアス電流として入力する、
超伝導物理乱数生成装置。
【請求項2】
さらに、ジョセフソン伝送路を備え、
前記バイアス電流を、前記ジョセフソン伝送路を介して、前記トグル型フリップフロップに入力する、
請求項１に記載の超伝導物理乱数生成装置。
前記バイアス電流を、前記ジョセフソン伝送路を介して、前記トグル型フリップフロップに入力する、
請求項１に記載の超伝導物理乱数生成装置。
【請求項3】
前記超伝導物理乱数生成器を複数備え、
前記共通のクロック信号が分岐されたそれぞれの分岐信号を複数の前記超伝導物理乱数生成器と前記トグル型フリップフロップのそれぞれに入力し、
前記共通の定電流が分岐されたそれぞれの分岐電流を、複数の前記超伝導物理乱数生成器のそれぞれに前記動作点制御電流として入力するとともに、前記トグル型フリップフロップに前記バイアス電流として入力する、
請求項１または請求項２に記載の超伝導物理乱数生成装置。
前記共通のクロック信号が分岐されたそれぞれの分岐信号を複数の前記超伝導物理乱数生成器と前記トグル型フリップフロップのそれぞれに入力し、
前記共通の定電流が分岐されたそれぞれの分岐電流を、複数の前記超伝導物理乱数生成器のそれぞれに前記動作点制御電流として入力するとともに、前記トグル型フリップフロップに前記バイアス電流として入力する、
請求項１または請求項２に記載の超伝導物理乱数生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、超伝導物理乱数生成装置に関する。
【背景技術】
【0002】
情報通信分野などの様々な分野で乱数が用いられている。
乱数には、アルゴリズムに基づいて生成される擬似乱数と、本質的にランダムな物理現象を利用して生成される物理乱数（真性乱数）がある。物理乱数が生成される場合、ランダム性の起源となる予測不可能な物理現象として、例えば、雑音、ジッタ、あるいは、量子測定などが用いられている。
乱数には、アルゴリズムに基づいて生成される擬似乱数と、本質的にランダムな物理現象を利用して生成される物理乱数（真性乱数）がある。物理乱数が生成される場合、ランダム性の起源となる予測不可能な物理現象として、例えば、雑音、ジッタ、あるいは、量子測定などが用いられている。
【0003】
擬似乱数は通常の計算機で容易に高速に生成され得るが、生成される疑似乱数列には周期性が必ず存在し、使用されるアルゴリズムが判別されると擬似乱数列が予測される可能性があった。良質な擬似乱数列を高速に生成するためには、多くの計算リソースおよび多くの計算時間が必要であった。
【0004】
これに対して、専用素子によって生成される物理乱数は、周期性あるいはビット間の相関が無く、予測が不可能であるが、微弱な物理現象に基づく生成原理であるため物理乱数を高速に生成することは難しい場合があった。
物理乱数を生成する乱数生成器として、例えば、超伝導回路を用いて超伝導体の特性を利用する超伝導物理乱数生成器が知られている。超伝導物理乱数生成器では、物理乱数を生成するのに要する電力を抑えつつ、速い乱数生成速度を実現することができる。
物理乱数を生成する乱数生成器として、例えば、超伝導回路を用いて超伝導体の特性を利用する超伝導物理乱数生成器が知られている。超伝導物理乱数生成器では、物理乱数を生成するのに要する電力を抑えつつ、速い乱数生成速度を実現することができる。
【0005】
なお、非特許文献１には、ジョセフソン発振回路の周波数同期化現象について記載されている。具体的には、非特許文献１には、複数の超伝導単一磁束量子クロック発生回路を共通の電流源（定電流）でオンチップ抵抗を介さずにバイアスさせることにより、これら複数の超伝導単一磁束量子クロック発生回路から出力されるクロックの周波数を完全に一致させる技術が記載されている（非特許文献１参照。）。このような周波数同期は、超伝導回路の情報担体である量子化された磁束（磁束量子）の基本性質であるファラデー電磁誘導の法則に基づく。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0006】
【非特許文献1】山梨裕希、木下諒、吉川信行、「ジョセフソン発振回路の周波数同期化現象」、２０２１年第６８回応用物理学会春季学術講演会、２０２１年３月１８日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、一般に、超伝導物理乱数生成器が用いられる場合には、超伝導物理乱数生成器の動作点を、“０”および“１”のそれぞれの出力確率が０．５（つまり、５０％）となる動作点に、極めて正確に制御する必要があった。しかし、実際には、ノイズあるいは電源揺らぎ（例えば、電圧揺らぎ）などに起因する動作点のずれによって、動作点が時間的に変化し、長時間安定して高速に質の良い物理乱数を生成することが難しい場合があった。このような場合には、超伝導物理乱数生成器により生成される物理乱数の質あるいは生成速度が低下してしまう。
【0008】
本開示は、このような事情を考慮してなされたもので、超伝導物理乱数生成器の動作点を最適な動作点に調整することができる超伝導物理乱数生成装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本開示の一態様は、物理乱数を生成する超伝導物理乱数生成器と、超伝導回路を用いたトグル型フリップフロップと、を備え、共通のクロック信号が分岐されたそれぞれの分岐信号を前記超伝導物理乱数生成器と前記トグル型フリップフロップのそれぞれに入力し、共通の定電流が分岐されたそれぞれの分岐電流を、前記超伝導物理乱数生成器に動作点制御電流として入力するとともに、前記トグル型フリップフロップにバイアス電流として入力する、超伝導物理乱数生成装置である。
【発明の効果】
【0010】
本開示によれば、超伝導物理乱数生成装置において、超伝導物理乱数生成器の動作点を最適な動作点に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】実施形態（第１実施形態）に係る超伝導物理乱数生成装置の概略的な構成の一例を示す図である。
【図2】実施形態に係る乱数生成器の構成（等価回路）の一例を示す図である。
【図3】実施形態に係る乱数生成器における動作点制御電流と出力確率との関係を表す特性の一例を示す図である。
【図4】実施形態に係る乱数生成器に入力されるクロック信号の一例を示す図である。
【図5】実施形態に係る乱数生成器から出力される物理乱数信号の一例を示す図である。
【図6】実施形態に係る周波数同期の様子（動作開始直後）の一例を示す図である。
【図7】実施形態に係る周波数同期の様子（定常状態）の一例を示す図である。
【図8】実施形態に係る乱数生成器からの物理乱数出力のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図9】実施形態（第２実施形態）に係る超伝導物理乱数生成装置の概略的な構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、図面を参照し、本開示の実施形態について説明する。
【0013】
（第１実施形態）
第１実施形態について説明する。
第１実施形態について説明する。
【0014】
［超伝導物理乱数生成装置］
図１は、実施形態（第１実施形態）に係る超伝導物理乱数生成装置１の概略的な構成の一例を示す図である。
超伝導物理乱数生成装置１は、超伝導特性を用いた物理乱数の生成器（超伝導物理乱数生成器）である乱数生成器１１と、超伝導特性を用いたトグル（Ｔｏｇｇｌｅ）型のフリップフロップ（Ｆｌｉｐ Ｆｌｏｐ）であるＴＦＦ１２と、ジョセフソン伝送路（ＪＴＬ：Ｊｏｓｅｐｈｓｏｎ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｌｉｎｅ）１３と、を備える。
図１は、実施形態（第１実施形態）に係る超伝導物理乱数生成装置１の概略的な構成の一例を示す図である。
超伝導物理乱数生成装置１は、超伝導特性を用いた物理乱数の生成器（超伝導物理乱数生成器）である乱数生成器１１と、超伝導特性を用いたトグル（Ｔｏｇｇｌｅ）型のフリップフロップ（Ｆｌｉｐ Ｆｌｏｐ）であるＴＦＦ１２と、ジョセフソン伝送路（ＪＴＬ：Ｊｏｓｅｐｈｓｏｎ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｌｉｎｅ）１３と、を備える。
【0015】
超伝導物理乱数生成装置１におけるクロック信号ａ１の入力端（図示を省略）と、乱数生成器１１のクロック入力端およびＴＦＦ１２のクロック入力端のそれぞれとが接続されている。
ＴＦＦ１２とＪＴＬ１３とが接続されている。
超伝導物理乱数生成装置１における定電流ｂ１の入力端（図示を省略）と、乱数生成器１１の動作点制御電流入力端とが接続されている。また、この定電流ｂ１の入力端（図示を省略）と、ＴＦＦ１２のバイアス電流入力端とが、ＪＴＬ１３を介して接続されている。本実施形態では、ＪＴＬ１３は遅延伝送路として用いられている。なお、定電流ｂ１は、例えば、定電流源（図示を省略）から供給される。
乱数生成器１１の物理乱数出力端は、超伝導物理乱数生成装置１における物理乱数の出力端（図示を省略）と接続されている。
ＴＦＦ１２とＪＴＬ１３とが接続されている。
超伝導物理乱数生成装置１における定電流ｂ１の入力端（図示を省略）と、乱数生成器１１の動作点制御電流入力端とが接続されている。また、この定電流ｂ１の入力端（図示を省略）と、ＴＦＦ１２のバイアス電流入力端とが、ＪＴＬ１３を介して接続されている。本実施形態では、ＪＴＬ１３は遅延伝送路として用いられている。なお、定電流ｂ１は、例えば、定電流源（図示を省略）から供給される。
乱数生成器１１の物理乱数出力端は、超伝導物理乱数生成装置１における物理乱数の出力端（図示を省略）と接続されている。
【0016】
超伝導特性を用いたクロック生成器である超伝導発振回路（図示を省略）から供給されるクロック信号ａ１が超伝導物理乱数生成装置１に入力された後に２分岐され、一方の分岐のクロック信号（一方の分岐信号）が乱数生成器１１に入力され、他方の分岐のクロック信号（他方の分岐信号）がＴＦＦ１２に入力される。これらのクロック信号は、例えば、“１１１１１１・・・”といったパルス列ｃ１から構成される。
ここで、本実施形態では、超伝導発振回路（図示を省略）から供給されるクロック信号ａ１は、乱数生成器１１とＴＦＦ１２とで共通のクロック信号となっている。本実施形態では、クロック信号ａ１の周波数をｆ［Ｈｚ］として説明する。ｆは正の値であり、特に限定はない。
なお、クロック生成器である超伝導発振回路（図示を省略）としては、例えば、超伝導特性を用いたリングオシレータ回路などが用いられてもよい。
ここで、本実施形態では、超伝導発振回路（図示を省略）から供給されるクロック信号ａ１は、乱数生成器１１とＴＦＦ１２とで共通のクロック信号となっている。本実施形態では、クロック信号ａ１の周波数をｆ［Ｈｚ］として説明する。ｆは正の値であり、特に限定はない。
なお、クロック生成器である超伝導発振回路（図示を省略）としては、例えば、超伝導特性を用いたリングオシレータ回路などが用いられてもよい。
【0017】
ＴＦＦ１２は、入力されるクロック信号に基づいて、超伝導単一磁束量子（ＳＦＱ：Ｓｉｎｇｌｅ Ｆｌｕｘ Ｑｕａｎｔｕｍ）のパルス列であるＳＦＱパルス列ｃ２を生成する。図１の例では、ＳＦＱパルス列ｃ２がＴＦＦ１２とＪＴＬ１３との間を伝送する構成例を示してある。
ここで、ＴＦＦ１２は、１／２分周器の機能を有しており、クロック信号を１／２分周する。ＳＦＱパルス列ｃ２は、例えば、“１０１０１０・・・”といったパルス列から構成される。ＳＦＱパルス列ｃ２の周波数はｆ／２［Ｈｚ］となる。
ここで、ＴＦＦ１２は、１／２分周器の機能を有しており、クロック信号を１／２分周する。ＳＦＱパルス列ｃ２は、例えば、“１０１０１０・・・”といったパルス列から構成される。ＳＦＱパルス列ｃ２の周波数はｆ／２［Ｈｚ］となる。
【0018】
定電流源（図示を省略）から供給される定電流ｂ１が超伝導物理乱数生成装置１に入力された後に２分岐され、一方の分岐の電流（一方の分岐電流）が動作点制御電流ｂ２として乱数生成器１１に入力され、他方の分岐の電流（他方の分岐電流）がバイアス電流ｂ３としてＪＴＬ１３を介してＴＦＦ１２に入力される。
ここで、本実施形態では、定電流源および定電流ｂ１は、乱数生成器１１とＴＦＦ１２とで共通である。
乱数生成器１１では、動作点制御電流ｂ２によって、乱数生成器１１の動作点が制御される。
ＴＦＦ１２では、バイアス電流ｂ３によってバイアスが与えられる。
ここで、本実施形態では、定電流源および定電流ｂ１は、乱数生成器１１とＴＦＦ１２とで共通である。
乱数生成器１１では、動作点制御電流ｂ２によって、乱数生成器１１の動作点が制御される。
ＴＦＦ１２では、バイアス電流ｂ３によってバイアスが与えられる。
【0019】
乱数生成器１１は、クロック信号ａ１に基づくパルス列ｃ１と動作点制御電流ｂ２に基づいて、物理乱数を生成して出力する。これにより、当該物理乱数の列である物理乱数列ｃ３が超伝導物理乱数生成装置１から出力される。
ここで、本実施形態では、物理乱数列ｃ３は、例えば、“１０１００１・・・”などのようなランダムな物理乱数のパルス列から構成される。本実施形態では、物理乱数列ｃ３の平均周波数はｆ／２［Ｈｚ］となる。
ここで、本実施形態では、物理乱数列ｃ３は、例えば、“１０１００１・・・”などのようなランダムな物理乱数のパルス列から構成される。本実施形態では、物理乱数列ｃ３の平均周波数はｆ／２［Ｈｚ］となる。
【0020】
なお、本実施形態では、説明の便宜上、図１に示される構成部（乱数生成器１１、ＴＦＦ１２、および、ＪＴＬ１３）を一体とした装置（超伝導物理乱数生成装置１）を説明するが、超伝導物理乱数生成装置１は、必ずしも図１に示される構成部を１つの筐体に収めた構成である必要はなく、図１に示される構成部がそれぞれ配置されて必要な箇所が接続された構成も含む。
【0021】
また、超伝導物理乱数生成装置１は、他の構成要素を含んでもよく、例えば、超伝導特性を用いたクロック生成器である超伝導発振回路（図示を省略）、または、定電流ｂ１を供給する定電流源（図示を省略）のうちの一方または両方を含んでもよい。
【0022】
＜乱数生成器＞
図２は、実施形態に係る乱数生成器１１の構成（等価回路）の一例を示す図である。
乱数生成器１１は、ＳＦＱ素子による比較器に熱雑音源を直接接続した構成となっている。そして、乱数生成器１１は、抵抗（図２の例では、例えば、抵抗１５３）の熱雑音電流を利用して、物理乱数を生成する。
本実施形態に係る乱数生成器１１は、超伝導リング中の磁束量子の有無を“１”および“０”の表現に用いる超伝導単一磁束量子回路の特徴を利用した回路である。
図２は、実施形態に係る乱数生成器１１の構成（等価回路）の一例を示す図である。
乱数生成器１１は、ＳＦＱ素子による比較器に熱雑音源を直接接続した構成となっている。そして、乱数生成器１１は、抵抗（図２の例では、例えば、抵抗１５３）の熱雑音電流を利用して、物理乱数を生成する。
本実施形態に係る乱数生成器１１は、超伝導リング中の磁束量子の有無を“１”および“０”の表現に用いる超伝導単一磁束量子回路の特徴を利用した回路である。
【0023】
乱数生成器１１は、入力端Ｔ１と出力端Ｔ２との間に、コイル１１１と、コイル１１２と、コイル１１３と、ジョセフソン接合１３２および抵抗１５２と、コイル１１４と、を備える。
また、乱数生成器１１は、コイル１１１とコイル１１２との間の点と、接地端Ｇ１との間に、ジョセフソン接合１３１および抵抗１５１を備える。
また、乱数生成器１１は、ジョセフソン接合１３２とコイル１１４との間の点と、接地端Ｇ１との間に、ジョセフソン接合１３３および抵抗１５３を備える。
また、乱数生成器１１は、コイル１１２とコイル１１３との間に接続された定電流源１７１を備える。本実施形態では、定電流源１７１は、１３３［μＡ］の定電流を、コイル１１２とコイル１１３との間の点に、供給する。
また、乱数生成器１１は、コイル１１１とコイル１１２との間の点と、接地端Ｇ１との間に、ジョセフソン接合１３１および抵抗１５１を備える。
また、乱数生成器１１は、ジョセフソン接合１３２とコイル１１４との間の点と、接地端Ｇ１との間に、ジョセフソン接合１３３および抵抗１５３を備える。
また、乱数生成器１１は、コイル１１２とコイル１１３との間に接続された定電流源１７１を備える。本実施形態では、定電流源１７１は、１３３［μＡ］の定電流を、コイル１１２とコイル１１３との間の点に、供給する。
【0024】
ここで、コイル１１１～１１４は、それぞれ、インダクタと呼ばれてもよい。
また、ジョセフソン接合１３１および抵抗１５１は一体の回路部であってもよい。同様に、ジョセフソン接合１３２および抵抗１５２は一体の回路部であってもよく、ジョセフソン接合１３３および抵抗１５３は一体の回路部であってもよい。
また、ジョセフソン接合１３１および抵抗１５１は一体の回路部であってもよい。同様に、ジョセフソン接合１３２および抵抗１５２は一体の回路部であってもよく、ジョセフソン接合１３３および抵抗１５３は一体の回路部であってもよい。
【0025】
図２の例では、図１に示されるクロック信号ａ１に基づくパルス列ｃ１が乱数生成器１１の入力端Ｔ１（クロック入力端）に入力され、図１に示される物理乱数列ｃ３が乱数生成器１１の出力端Ｔ２（物理乱数出力端）から出力され、図１に示される動作点制御電流ｂ２（図２に示されるＩｃｔｌ）が乱数生成器１１のジョセフソン接合１３３の接続点に入力される。
【0026】
【0027】
［乱数生成器の動作点］
図３は、実施形態に係る乱数生成器１１における動作点制御電流と出力確率との関係を表す特性１０１１の一例を示す図である。
図３に示されるグラフにおいて、横軸は動作点制御電流［μＡ］を表しており、縦軸は出力確率を表している。
そして、当該グラフに、動作点制御電流と出力確率との関係を表す特性１０１１が示されている。
本実施形態では、超伝導物理乱数生成装置１において、自動的に、乱数生成器１１の動作点を、“０”および“１”のうちの“１”の出力確率が０．５（つまり、５０％）となる点に、制御することが行われる。これにより、本実施形態では、超伝導物理乱数生成装置１において、自動的に、乱数生成器１１は質の良い物理乱数を発生する。
図３は、実施形態に係る乱数生成器１１における動作点制御電流と出力確率との関係を表す特性１０１１の一例を示す図である。
図３に示されるグラフにおいて、横軸は動作点制御電流［μＡ］を表しており、縦軸は出力確率を表している。
そして、当該グラフに、動作点制御電流と出力確率との関係を表す特性１０１１が示されている。
本実施形態では、超伝導物理乱数生成装置１において、自動的に、乱数生成器１１の動作点を、“０”および“１”のうちの“１”の出力確率が０．５（つまり、５０％）となる点に、制御することが行われる。これにより、本実施形態では、超伝導物理乱数生成装置１において、自動的に、乱数生成器１１は質の良い物理乱数を発生する。
【0028】
［乱数生成器のクロック入力および物理乱数出力の例］
図４は、実施形態に係る乱数生成器１１に入力されるクロック信号１０２１の一例を示す図である。
図４に示されるグラフにおいて、横軸は時間［ｐｓ］を表しており、縦軸は電圧［μＶ］を表している。
そして、当該グラフに、クロック信号１０２１が示されている。
図４の例では、クロック信号１０２１は、デジタル値とされたときに“１１１１１１１１１１・・・”といったパルス列（図１に示されるパルス列ｃ１に相当するパルス列）から構成される。
図４は、実施形態に係る乱数生成器１１に入力されるクロック信号１０２１の一例を示す図である。
図４に示されるグラフにおいて、横軸は時間［ｐｓ］を表しており、縦軸は電圧［μＶ］を表している。
そして、当該グラフに、クロック信号１０２１が示されている。
図４の例では、クロック信号１０２１は、デジタル値とされたときに“１１１１１１１１１１・・・”といったパルス列（図１に示されるパルス列ｃ１に相当するパルス列）から構成される。
【0029】
図５は、実施形態に係る乱数生成器１１から出力される物理乱数信号１０３１の一例を示す図である。
図５に示されるグラフにおいて、横軸は時間［ｐｓ］を表しており、縦軸は電圧［μＶ］を表している。
そして、当該グラフに、物理乱数信号１０３１が示されている。
図５の例では、物理乱数信号１０３１は、デジタル値とされたときに“１０１００１１００１・・・”といったパルス列（図１に示される物理乱数列ｃ３に相当するパルス列）から構成される。なお、本実施形態では、物理乱数信号１０３１において“１”および“０”はそれぞれ５０％の確率で出力され、図１および図５に示される“１”および“０”の並びは説明のための一例である。
図５に示されるグラフにおいて、横軸は時間［ｐｓ］を表しており、縦軸は電圧［μＶ］を表している。
そして、当該グラフに、物理乱数信号１０３１が示されている。
図５の例では、物理乱数信号１０３１は、デジタル値とされたときに“１０１００１１００１・・・”といったパルス列（図１に示される物理乱数列ｃ３に相当するパルス列）から構成される。なお、本実施形態では、物理乱数信号１０３１において“１”および“０”はそれぞれ５０％の確率で出力され、図１および図５に示される“１”および“０”の並びは説明のための一例である。
【0030】
【0031】
図６は、実施形態に係る周波数同期の様子（動作開始直後）の一例を示す図である。
図６には、乱数生成器１１と、ＴＦＦ１２と、が示されている。
超伝導物理乱数生成装置１の動作開始直後では、例えば、（２×Ｉｂ）の大きさの定電流（図１に示される定電流ｂ１に相当する電流）がほぼ２等分されて、約Ｉｂの大きさの分岐電流が動作点制御電流（図１に示される動作点制御電流ｂ２）として乱数生成器１１に入力され、約Ｉｂの大きさの分岐電流がバイアス電流（図１に示されるバイアス電流ｂ３）としてＴＦＦ１２に入力される。ここで、Ｉｂは、所定の電流量（電流の大きさ）を表しており、正の値である。
なお、図６の例では、遅延伝送路であるＪＴＬ１３については図示を省略している。
図６には、乱数生成器１１と、ＴＦＦ１２と、が示されている。
超伝導物理乱数生成装置１の動作開始直後では、例えば、（２×Ｉｂ）の大きさの定電流（図１に示される定電流ｂ１に相当する電流）がほぼ２等分されて、約Ｉｂの大きさの分岐電流が動作点制御電流（図１に示される動作点制御電流ｂ２）として乱数生成器１１に入力され、約Ｉｂの大きさの分岐電流がバイアス電流（図１に示されるバイアス電流ｂ３）としてＴＦＦ１２に入力される。ここで、Ｉｂは、所定の電流量（電流の大きさ）を表しており、正の値である。
なお、図６の例では、遅延伝送路であるＪＴＬ１３については図示を省略している。
【0032】
図６の例では、動作開始直後において、乱数生成器１１から平均周波数ｆ１のパルス列２０１１が出力され、ＴＦＦ１２から周波数ｆ２のパルス列２０１２が出力される。
ここで、本例では、動作開始直後において、平均周波数ｆ１と周波数ｆ２とは異なる周波数である場合を示す。
また、本実施形態では、ＴＦＦ１２の周波数ｆ２は、ｆ／２に制御されている。
ここで、本例では、動作開始直後において、平均周波数ｆ１と周波数ｆ２とは異なる周波数である場合を示す。
また、本実施形態では、ＴＦＦ１２の周波数ｆ２は、ｆ／２に制御されている。
【0033】
図６に示されるように、動作開始直後では、乱数生成器１１の出力平均電圧（ｆ１・Φ０）と、ＴＦＦ１２の出力平均電圧（ｆ２・Φ０）とが異なる。
ここで、Φ０は、磁束量子（２．０６８×１０－１５［Ｗｂ］）を表しており、超伝導回路における情報担体となる。
また、出力平均電圧は、電磁誘導の法則に基づいている。
ここで、Φ０は、磁束量子（２．０６８×１０－１５［Ｗｂ］）を表しており、超伝導回路における情報担体となる。
また、出力平均電圧は、電磁誘導の法則に基づいている。
【0034】
【0035】
図７には、乱数生成器１１と、ＴＦＦ１２と、が示されている。
超伝導物理乱数生成装置１の定常状態では、例えば、（２×Ｉｂ）の大きさの定電流（図１に示される定電流ｂ１に相当する電流）が非等分な所定の割合で２つに分岐されて、一方の分岐におけるＩｂよりも大きい分岐電流（または、Ｉｂよりも小さい分岐電流）が動作点制御電流（図１に示される動作点制御電流ｂ２）として乱数生成器１１に入力され、他方の分岐におけるＩｂよりも小さい分岐電流（または、Ｉｂよりも大きい分岐電流）がバイアス電流（図１に示されるバイアス電流ｂ３）としてＴＦＦ１２に入力される。
なお、図７の例では、遅延伝送路であるＪＴＬ１３については図示を省略している。
超伝導物理乱数生成装置１の定常状態では、例えば、（２×Ｉｂ）の大きさの定電流（図１に示される定電流ｂ１に相当する電流）が非等分な所定の割合で２つに分岐されて、一方の分岐におけるＩｂよりも大きい分岐電流（または、Ｉｂよりも小さい分岐電流）が動作点制御電流（図１に示される動作点制御電流ｂ２）として乱数生成器１１に入力され、他方の分岐におけるＩｂよりも小さい分岐電流（または、Ｉｂよりも大きい分岐電流）がバイアス電流（図１に示されるバイアス電流ｂ３）としてＴＦＦ１２に入力される。
なお、図７の例では、遅延伝送路であるＪＴＬ１３については図示を省略している。
【0036】
図７の例では、定常状態において、乱数生成器１１から平均周波数ｆｓｙｎｃのパルス列２１１１が出力され、ＴＦＦ１２から周波数ｆｓｙｎｃのパルス列２１１２が出力されている。
ここで、本例では、定常状態において、乱数生成器１１から出力される物理乱数列の平均周波数ｆｓｙｎｃと、ＴＦＦ１２から出力されるパルス列の周波数ｆｓｙｎｃとが、周波数同期によって、同じ周波数に揃えられている。
また、本実施形態では、ＴＦＦ１２の周波数ｆｓｙｎｃは、ｆ／２に制御されており、つまり、図６に示される周波数ｆ２と同じである。これにより、定常状態において、乱数生成器１１から出力される物理乱数列の平均周波数ｆｓｙｎｃはｆ／２となる。
ここで、本例では、定常状態において、乱数生成器１１から出力される物理乱数列の平均周波数ｆｓｙｎｃと、ＴＦＦ１２から出力されるパルス列の周波数ｆｓｙｎｃとが、周波数同期によって、同じ周波数に揃えられている。
また、本実施形態では、ＴＦＦ１２の周波数ｆｓｙｎｃは、ｆ／２に制御されており、つまり、図６に示される周波数ｆ２と同じである。これにより、定常状態において、乱数生成器１１から出力される物理乱数列の平均周波数ｆｓｙｎｃはｆ／２となる。
【0037】
図７に示されるように、定常状態では、乱数生成器１１の出力平均電圧（ｆｓｙｎｃ・Φ０）と、ＴＦＦ１２の出力平均電圧（ｆｓｙｎｃ・Φ０）とが一致する。このように、定常状態では、乱数生成器１１の出力の平均周波数ｆｓｙｎｃと、ＴＦＦ１２の出力の周波数ｆｓｙｎｃとが一致する。
すなわち、本実施形態では、ＴＦＦ１２の出力の周波数ｆｓｙｎｃはｆ／２であるため、乱数生成器１１の出力の平均周波数ｆｓｙｎｃもｆ／２となる。
すなわち、本実施形態では、ＴＦＦ１２の出力の周波数ｆｓｙｎｃはｆ／２であるため、乱数生成器１１の出力の平均周波数ｆｓｙｎｃもｆ／２となる。
【0038】
このように、定電流ｂ１が供給されて乱数生成器１１への動作点制御電流ｂ２とＴＦＦ１２へのバイアス電流ｂ３に分岐される状況において、乱数生成器１１の出力平均電圧とＴＦＦ１２の出力平均電圧とが等しくなるように、乱数生成器１１への動作点制御電流ｂ２とＴＦＦ１２へのバイアス電流ｂ３とが自己調整され、これにより、乱数生成器１１の動作点が最適な動作点に自己調整される。ここで、出力平均電圧は、動作周波数に比例する。
【0039】
この場合、乱数生成器１１では、物理乱数の出力における“１”の個数は１秒当たり平均ｆ／２［回］となる。このとき、乱数生成器１１では、磁束出力は１秒当たり（ｆ／２）・Φ０［Ｗｂ］となり、平均出力電圧は（ｆ／２）・Φ０［Ｖ］となる。
なお、この場合、ＴＦＦ１２では、“１”の出力の周波数はｆ／２［Ｈｚ］である。
そして、乱数生成器１１とＴＦＦ１２とが周波数同期している。
なお、この場合、ＴＦＦ１２では、“１”の出力の周波数はｆ／２［Ｈｚ］である。
そして、乱数生成器１１とＴＦＦ１２とが周波数同期している。
【0040】
［周波数同期のシミュレーション結果の例］
図８は、実施形態に係る乱数生成器１１からの物理乱数出力のシミュレーション結果の一例を示す図である。
図８に示されるグラフにおいて、横軸は時間を表しており、縦軸は電圧を表している。
そして、当該グラフに、乱数生成器１１からの物理乱数出力のシミュレーション結果の特性１１１１を示してある。
図８は、実施形態に係る乱数生成器１１からの物理乱数出力のシミュレーション結果の一例を示す図である。
図８に示されるグラフにおいて、横軸は時間を表しており、縦軸は電圧を表している。
そして、当該グラフに、乱数生成器１１からの物理乱数出力のシミュレーション結果の特性１１１１を示してある。
【0041】
図８に示されるように、初期の動作点調整中の期間Ｐ１では、乱数生成器１１からの物理乱数出力はランダム（質の良い物理乱数）になっていないが、周波数同期により動作点自己調整が完了した後における定常状態の期間Ｐ２では、乱数生成器１１からの物理乱数出力はランダム（質の良い物理乱数）になっている。
【0042】
［第１実施形態について］
以上のように、本実施形態に係る超伝導物理乱数生成装置１では、超伝導物理乱数生成器（乱数生成器１１）の動作点を最適な動作点に調整することができる。
また、本実施形態に係る超伝導物理乱数生成装置１では、超伝導物理乱数生成器（乱数生成器１１）を用いることで、回路面積を小さくすることができる。
以上のように、本実施形態に係る超伝導物理乱数生成装置１では、超伝導物理乱数生成器（乱数生成器１１）の動作点を最適な動作点に調整することができる。
また、本実施形態に係る超伝導物理乱数生成装置１では、超伝導物理乱数生成器（乱数生成器１１）を用いることで、回路面積を小さくすることができる。
【0043】
本実施形態に係る超伝導物理乱数生成装置１では、超伝導回路の周波数同期を利用して、乱数生成器１１の動作点を最適な出力確率（０．５）の動作点に自己調整する機能を有しており、例えば、安定して、高速に、質の良い物理乱数を生成することができる。
本実施形態に係る超伝導物理乱数生成装置１では、例えば、クロック信号ａ１および定電流ｂ１の入力を除いて、外部からの制御なく、乱数生成器１１の動作点を最適な動作点に自己調整することができる。
本実施形態に係る超伝導物理乱数生成装置１では、例えば、クロック信号ａ１および定電流ｂ１の入力を除いて、外部からの制御なく、乱数生成器１１の動作点を最適な動作点に自己調整することができる。
【0044】
ここで、図１の例では、超伝導物理乱数生成装置１において、バイアス電流ｂ３がＪＴＬ１３を介してＴＦＦ１２に入力される構成例を示したが、他の構成例として、ＪＴＬ１３は備えられなくてもよく、バイアス電流ｂ３がＴＦＦ１２に直接入力されてもよい。ただし、実際の回路では、実用上の観点から、ＪＴＬ１３が備えられる場合が多い。
通常、ＪＴＬ１３の伝送路が長い方が、バイアス電流ｂ３の量を大きくすることができる。このため、ＪＴＬ１３の長さを調整することで、バイアス電流ｂ３の量を調整することが可能である。これにより、例えば、バイアス電流ｂ３の大きさを動作点制御電流ｂ２の大きさと同程度に設定することも可能である。
通常、ＪＴＬ１３の伝送路が長い方が、バイアス電流ｂ３の量を大きくすることができる。このため、ＪＴＬ１３の長さを調整することで、バイアス電流ｂ３の量を調整することが可能である。これにより、例えば、バイアス電流ｂ３の大きさを動作点制御電流ｂ２の大きさと同程度に設定することも可能である。
【0045】
なお、非特許文献１の技術では、超伝導物理乱数生成器（乱数生成器１１）の動作点を調整すること、１／２分周器に相当するＴＦＦ１２を用いること、などについては開示されてなく、本実施形態に係る超伝導物理乱数生成装置１の技術とは相違している。
【0046】
（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。
本実施形態に係る超伝導物理乱数生成装置の構成および動作は、概略的には、第１実施形態に係る超伝導物理乱数生成装置の構成および動作と比べて、複数の超伝導物理乱数生成器（乱数生成器）が並列に備えられている点で相違している。
第２実施形態について説明する。
本実施形態に係る超伝導物理乱数生成装置の構成および動作は、概略的には、第１実施形態に係る超伝導物理乱数生成装置の構成および動作と比べて、複数の超伝導物理乱数生成器（乱数生成器）が並列に備えられている点で相違している。
【0047】
［超伝導物理乱数生成装置］
図９は、実施形態（第２実施形態）に係る超伝導物理乱数生成装置３０１の概略的な構成の一例を示す図である。
超伝導物理乱数生成装置３０１は、それぞれ超伝導物理乱数生成器である複数（図９の例ではＮ個：Ｎは２以上の整数）の乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎと、超伝導特性を用いたトグル型のフリップフロップであるＴＦＦ３１２と、ジョセフソン伝送路（ＪＴＬ）３１３と、を備える。
図９は、実施形態（第２実施形態）に係る超伝導物理乱数生成装置３０１の概略的な構成の一例を示す図である。
超伝導物理乱数生成装置３０１は、それぞれ超伝導物理乱数生成器である複数（図９の例ではＮ個：Ｎは２以上の整数）の乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎと、超伝導特性を用いたトグル型のフリップフロップであるＴＦＦ３１２と、ジョセフソン伝送路（ＪＴＬ）３１３と、を備える。
【0048】
超伝導物理乱数生成装置３０１におけるクロック信号ａ１１の入力端（図示を省略）と、複数の乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎのクロック入力端およびＴＦＦ１２のクロック入力端のそれぞれとが接続されている。
ＴＦＦ３１２とＪＴＬ３１３とが接続されている。
超伝導物理乱数生成装置３０１における定電流ｂ１１の入力端（図示を省略）と、複数の乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎの動作点制御電流入力端のそれぞれとが接続されている。また、この定電流ｂ１１の入力端（図示を省略）と、ＴＦＦ３１２のバイアス電流入力端とが、ＪＴＬ３１３を介して接続されている。
本実施形態では、ＪＴＬ３１３は遅延伝送路として用いられている。なお、定電流ｂ１１は、例えば、定電流源（図示を省略）から供給される。
複数の乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎの物理乱数出力端のそれぞれは、超伝導物理乱数生成装置１における複数の物理乱数の出力端（図示を省略）のそれぞれと接続されている。
ＴＦＦ３１２とＪＴＬ３１３とが接続されている。
超伝導物理乱数生成装置３０１における定電流ｂ１１の入力端（図示を省略）と、複数の乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎの動作点制御電流入力端のそれぞれとが接続されている。また、この定電流ｂ１１の入力端（図示を省略）と、ＴＦＦ３１２のバイアス電流入力端とが、ＪＴＬ３１３を介して接続されている。
本実施形態では、ＪＴＬ３１３は遅延伝送路として用いられている。なお、定電流ｂ１１は、例えば、定電流源（図示を省略）から供給される。
複数の乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎの物理乱数出力端のそれぞれは、超伝導物理乱数生成装置１における複数の物理乱数の出力端（図示を省略）のそれぞれと接続されている。
【0049】
超伝導特性を用いたクロック生成器である超伝導発振回路（図示を省略）から供給されるクロック信号ａ１１が超伝導物理乱数生成装置３０１に入力された後に（Ｎ＋１）分岐され、Ｎ個の分岐のクロック信号（Ｎ個の分岐信号）のそれぞれが複数の乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎのそれぞれに入力され、１個の分岐のクロック信号（１個の分岐信号）がＴＦＦ３１２に入力される。
ここで、本実施形態では、超伝導発振回路（図示を省略）から供給されるクロック信号ａ１１は、複数の乱数生成器３１１－１～３１１－ＮとＴＦＦ３１２とで共通のクロック信号となっている。本実施形態では、第１実施形態と同様に、クロック信号ａ１１の周波数をｆ［Ｈｚ］として説明する。
なお、クロック生成器である超伝導発振回路（図示を省略）としては、例えば、超伝導特性を用いたリングオシレータ回路などが用いられてもよい。
ここで、本実施形態では、超伝導発振回路（図示を省略）から供給されるクロック信号ａ１１は、複数の乱数生成器３１１－１～３１１－ＮとＴＦＦ３１２とで共通のクロック信号となっている。本実施形態では、第１実施形態と同様に、クロック信号ａ１１の周波数をｆ［Ｈｚ］として説明する。
なお、クロック生成器である超伝導発振回路（図示を省略）としては、例えば、超伝導特性を用いたリングオシレータ回路などが用いられてもよい。
【0050】
ＴＦＦ３１２は、入力されるクロック信号に基づいて、超伝導単一磁束量子（ＳＦＱ）のパルス列であるＳＦＱパルス列を生成する。図９の例では、ＳＦＱパルス列がＴＦＦ３１２とＪＴＬ３１３との間を伝送する構成例を示してある。
ここで、ＴＦＦ３１２は、１／２分周器の機能を有しており、クロック信号を１／２分周する。ＳＦＱパルス列の周波数はｆ／２［Ｈｚ］となる。
ここで、ＴＦＦ３１２は、１／２分周器の機能を有しており、クロック信号を１／２分周する。ＳＦＱパルス列の周波数はｆ／２［Ｈｚ］となる。
【0051】
定電流源（図示を省略）から供給される定電流ｂ１１が超伝導物理乱数生成装置３０１に入力された後に（Ｎ＋１）分岐され、Ｎ個の分岐の電流（Ｎ個の分岐電流）のそれぞれが動作点制御電流ｂ１２として複数の乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎのそれぞれに入力され、１個の分岐の電流（１個の分岐電流）がバイアス電流ｂ１３としてＪＴＬ３１３を介してＴＦＦ３１２に入力される。
ここで、本実施形態では、定電流源および定電流ｂ１１は、複数の乱数生成器３１１－１～３１１－ＮとＴＦＦ３１２とで共通である。
それぞれの乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎでは、動作点制御電流ｂ１２によって、それぞれの乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎの動作点が制御される。
ＴＦＦ３１２では、バイアス電流ｂ１３によってバイアスが与えられる。
なお、本実施形態では、説明の便宜上、複数の乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎのそれぞれに入力される動作点制御電流を、まとめて動作点制御電流ｂ１２として、説明している。
ここで、本実施形態では、定電流源および定電流ｂ１１は、複数の乱数生成器３１１－１～３１１－ＮとＴＦＦ３１２とで共通である。
それぞれの乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎでは、動作点制御電流ｂ１２によって、それぞれの乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎの動作点が制御される。
ＴＦＦ３１２では、バイアス電流ｂ１３によってバイアスが与えられる。
なお、本実施形態では、説明の便宜上、複数の乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎのそれぞれに入力される動作点制御電流を、まとめて動作点制御電流ｂ１２として、説明している。
【0052】
それぞれの乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎは、クロック信号ａ１１に基づくパルス列と動作点制御電流ｂ１２に基づいて、物理乱数を生成して出力する。これにより、当該物理乱数の列である物理乱数列が超伝導物理乱数生成装置３０１から出力される。
ここで、本実施形態では、物理乱数列の平均周波数はｆ／２［Ｈｚ］となる。
ここで、本実施形態では、物理乱数列の平均周波数はｆ／２［Ｈｚ］となる。
【0053】
なお、本実施形態では、説明の便宜上、図９に示される構成部（乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎ、ＴＦＦ３１２、および、ＪＴＬ３１３）を一体とした装置（超伝導物理乱数生成装置３０１）を説明するが、超伝導物理乱数生成装置３０１は、必ずしも図９に示される構成部を１つの筐体に収めた構成である必要はなく、図９に示される構成部がそれぞれ配置されて必要な箇所が接続された構成も含む。
【0054】
また、超伝導物理乱数生成装置３０１は、他の構成要素を含んでもよく、例えば、超伝導特性を用いたクロック生成器である超伝導発振回路（図示を省略）、または、定電流ｂ１１を供給する定電流源（図示を省略）のうちの一方または両方を含んでもよい。
【0055】
［第２実施形態について］
以上のように、本実施形態に係る超伝導物理乱数生成装置３０１では、複数の超伝導物理乱数生成器（乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎ）の動作点を最適な動作点に調整することができる。
また、本実施形態に係る超伝導物理乱数生成装置３０１では、超伝導物理乱数生成器（乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎ）を用いることで、回路面積を小さくすることができる。
以上のように、本実施形態に係る超伝導物理乱数生成装置３０１では、複数の超伝導物理乱数生成器（乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎ）の動作点を最適な動作点に調整することができる。
また、本実施形態に係る超伝導物理乱数生成装置３０１では、超伝導物理乱数生成器（乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎ）を用いることで、回路面積を小さくすることができる。
【0056】
本実施形態に係る超伝導物理乱数生成装置３０１では、複数の乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎが並列化される場合においても、超伝導回路の周波数同期を利用して、乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎの動作点を最適な出力確率（０．５）の動作点に自己調整する機能を有しており、例えば、安定して、高速に、質の良い物理乱数を生成することができる。
本実施形態に係る超伝導物理乱数生成装置３０１では、例えば、クロック信号ａ１１および定電流ｂ１１の入力を除いて、個々の乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎに対する外部からの制御なく、乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎの動作点を最適な動作点に自己調整することができる。
本実施形態に係る超伝導物理乱数生成装置３０１では、例えば、クロック信号ａ１１および定電流ｂ１１の入力を除いて、個々の乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎに対する外部からの制御なく、乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎの動作点を最適な動作点に自己調整することができる。
【0057】
本実施形態に係る超伝導物理乱数生成装置３０１では、複数の乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎが並列化されることで、第１実施形態の場合と比べて、さらに高速に物理乱数を生成することができる。
また、本実施形態に係る超伝導物理乱数生成装置３０１では、１つの定電流ｂ１１から分岐された動作点制御電流ｂ１２の供給によって、複数の乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎの動作点を最適な動作点に保持することが可能である。
また、本実施形態に係る超伝導物理乱数生成装置３０１では、１つの定電流ｂ１１から分岐された動作点制御電流ｂ１２の供給によって、複数の乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎの動作点を最適な動作点に保持することが可能である。
【0058】
本実施形態に係る超伝導物理乱数生成装置３０１では、個々の乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎの特性にバラツキがある場合においても、複数の乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎの並列化を容易に実現することができる。
例えば、本実施形態に係る超伝導物理乱数生成装置３０１では、並列接続される乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎの数を増やすと、個々の乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎの動作点のずれが他の乱数生成器に及ぼす影響が小さくなり、物理乱数の生成が安定化される。
例えば、本実施形態に係る超伝導物理乱数生成装置３０１では、並列接続される乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎの数を増やすと、個々の乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎの動作点のずれが他の乱数生成器に及ぼす影響が小さくなり、物理乱数の生成が安定化される。
【0059】
ここで、図９の例では、超伝導物理乱数生成装置３０１において、バイアス電流ｂ１３がＪＴＬ３１３を介してＴＦＦ３１２に入力される構成例を示したが、他の構成例として、ＪＴＬ３１３は備えられなくてもよく、バイアス電流ｂ１３がＴＦＦ３１２に直接入力されてもよい。ただし、実際の回路では、実用上の観点から、ＪＴＬ３１３が備えられる場合が多い。
通常、ＪＴＬ３１３の伝送路が長い方が、バイアス電流ｂ１３の量を大きくすることができる。このため、ＪＴＬ３１３の長さを調整することで、バイアス電流ｂ１３の量を調整することが可能である。これにより、複数の乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎが用いられる場合においても、例えば、バイアス電流ｂ１３の大きさを動作点制御電流ｂ１２の大きさと同程度に設定することも可能である。
通常、ＪＴＬ３１３の伝送路が長い方が、バイアス電流ｂ１３の量を大きくすることができる。このため、ＪＴＬ３１３の長さを調整することで、バイアス電流ｂ１３の量を調整することが可能である。これにより、複数の乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎが用いられる場合においても、例えば、バイアス電流ｂ１３の大きさを動作点制御電流ｂ１２の大きさと同程度に設定することも可能である。
【0060】
なお、非特許文献１の技術では、複数の超伝導物理乱数生成器（乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎ）の動作点を調整すること、１／２分周器に相当するＴＦＦ３１２を用いること、などについては開示されてなく、本実施形態に係る超伝導物理乱数生成装置３０１の技術とは相違している。
【0061】
［以上の実施形態の適用例］
以上の実施形態に係る超伝導物理乱数生成装置１、３０１は、乱数が使用される様々な分野（超伝導回路を用いる様々な分野）に適用されてもよく、例えば、古典的な暗号通信におけるワンタイムパッドの鍵生成、量子的な暗号通信における暗号鍵生成または基底選択、モンテカルロ計算による最適化、各種の物理シミュレーション、フィッティング、フーリエ変換、機械学習、あるいは、確率的演算ハードウェア（例えば、ストカスティック演算回路）などに適用されてもよく、具体例として、多チャネルの乱数生成器を用いたストカスティックコンピューティングに適用されてもよい。
以上の実施形態に係る超伝導物理乱数生成装置１、３０１は、乱数が使用される様々な分野（超伝導回路を用いる様々な分野）に適用されてもよく、例えば、古典的な暗号通信におけるワンタイムパッドの鍵生成、量子的な暗号通信における暗号鍵生成または基底選択、モンテカルロ計算による最適化、各種の物理シミュレーション、フィッティング、フーリエ変換、機械学習、あるいは、確率的演算ハードウェア（例えば、ストカスティック演算回路）などに適用されてもよく、具体例として、多チャネルの乱数生成器を用いたストカスティックコンピューティングに適用されてもよい。
【0062】
［以上の実施形態の変形例］
以上の実施形態では、乱数生成器（第１実施形態では乱数生成器１１、第２実施形態では乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎ）と周波数同期させる回路として、１／２分周器に相当するＴＦＦ（第１実施形態ではＴＦＦ１２、第２実施形態ではＴＦＦ３１２）が用いられたが、他の構成例として、半分の周波数（実施形態では、ｆ／２）以外の周波数の出力を行う回路が用いられてもよい。例えば、実用上で、半分の周波数（実施形態では、ｆ／２）からずれた周波数に周波数同期させる構成が用いられてもよい。
以上の実施形態では、乱数生成器（第１実施形態では乱数生成器１１、第２実施形態では乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎ）と周波数同期させる回路として、１／２分周器に相当するＴＦＦ（第１実施形態ではＴＦＦ１２、第２実施形態ではＴＦＦ３１２）が用いられたが、他の構成例として、半分の周波数（実施形態では、ｆ／２）以外の周波数の出力を行う回路が用いられてもよい。例えば、実用上で、半分の周波数（実施形態では、ｆ／２）からずれた周波数に周波数同期させる構成が用いられてもよい。
【0063】
［以上の実施形態に係る構成例］
一構成例として、超伝導物理乱数生成装置（図１の例では超伝導物理乱数生成装置１、図９の例では超伝導物理乱数生成装置３０１）は、物理乱数を生成する超伝導物理乱数生成器（図１の例では乱数生成器１１、図９の例では乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎ）と、超伝導回路を用いたトグル型フリップフロップ（図１の例ではＴＦＦ１２、図９の例ではＴＦＦ３１２）と、を備える。
超伝導物理乱数生成装置は、共通のクロック信号（図１の例ではクロック信号ａ１、図９の例ではクロック信号ａ１１）が分岐されたそれぞれの分岐信号を超伝導物理乱数生成器とトグル型フリップフロップのそれぞれに入力する。
超伝導物理乱数生成装置は、共通の定電流（図１の例では定電流ｂ１、図９の例では定電流ｂ１１）が分岐されたそれぞれの分岐電流を、超伝導物理乱数生成器に動作点制御電流（図１の例では動作点制御電流ｂ２、図９の例では動作点制御電流ｂ１２）として入力するとともに、トグル型フリップフロップにバイアス電流（図１の例ではバイアス電流ｂ３、図９の例ではバイアス電流ｂ１３）として入力する。
一構成例として、超伝導物理乱数生成装置（図１の例では超伝導物理乱数生成装置１、図９の例では超伝導物理乱数生成装置３０１）は、物理乱数を生成する超伝導物理乱数生成器（図１の例では乱数生成器１１、図９の例では乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎ）と、超伝導回路を用いたトグル型フリップフロップ（図１の例ではＴＦＦ１２、図９の例ではＴＦＦ３１２）と、を備える。
超伝導物理乱数生成装置は、共通のクロック信号（図１の例ではクロック信号ａ１、図９の例ではクロック信号ａ１１）が分岐されたそれぞれの分岐信号を超伝導物理乱数生成器とトグル型フリップフロップのそれぞれに入力する。
超伝導物理乱数生成装置は、共通の定電流（図１の例では定電流ｂ１、図９の例では定電流ｂ１１）が分岐されたそれぞれの分岐電流を、超伝導物理乱数生成器に動作点制御電流（図１の例では動作点制御電流ｂ２、図９の例では動作点制御電流ｂ１２）として入力するとともに、トグル型フリップフロップにバイアス電流（図１の例ではバイアス電流ｂ３、図９の例ではバイアス電流ｂ１３）として入力する。
【0064】
一構成例として、超伝導物理乱数生成装置は、さらに、ジョセフソン伝送路（図１の例ではＪＴＬ１３、図９の例ではＪＴＬ３１３）を備える。
超伝導物理乱数生成装置は、バイアス電流を、ジョセフソン伝送路を介して、トグル型フリップフロップに入力する。
超伝導物理乱数生成装置は、バイアス電流を、ジョセフソン伝送路を介して、トグル型フリップフロップに入力する。
【0065】
一構成例として、超伝導物理乱数生成装置（図９の例では超伝導物理乱数生成装置３０１）は、超伝導物理乱数生成器（図９の例では乱数生成器３１１－１～３１１－Ｎ）を複数備える。
超伝導物理乱数生成装置は、共通のクロック信号（図９の例ではクロック信号ａ１１）が分岐されたそれぞれの分岐信号を複数の超伝導物理乱数生成器とトグル型フリップフロップ（図９の例ではＴＦＦ３１２）のそれぞれに入力する。
超伝導物理乱数生成装置は、共通の定電流（図９の例では定電流ｂ１１）が分岐されたそれぞれの分岐電流を、複数の超伝導物理乱数生成器のそれぞれに動作点制御電流（図９の例では動作点制御電流ｂ１２）として入力するとともに、トグル型フリップフロップにバイアス電流（図９の例ではバイアス電流ｂ１３）として入力する。
超伝導物理乱数生成装置は、共通のクロック信号（図９の例ではクロック信号ａ１１）が分岐されたそれぞれの分岐信号を複数の超伝導物理乱数生成器とトグル型フリップフロップ（図９の例ではＴＦＦ３１２）のそれぞれに入力する。
超伝導物理乱数生成装置は、共通の定電流（図９の例では定電流ｂ１１）が分岐されたそれぞれの分岐電流を、複数の超伝導物理乱数生成器のそれぞれに動作点制御電流（図９の例では動作点制御電流ｂ１２）として入力するとともに、トグル型フリップフロップにバイアス電流（図９の例ではバイアス電流ｂ１３）として入力する。
【0066】
以上、この開示の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この開示の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【符号の説明】
【0067】
１、３０１…超伝導物理乱数生成装置、１１、３１１－１～３１１－Ｎ…超伝導物理乱数生成器（乱数生成器）、１２、３１２…トグル型フリップフロップ（ＴＦＦ）、１３、３１３…ジョセフソン伝送路（ＪＴＬ）、１１１～１１４…コイル、１３１～１３３…ジョセフソン接合、１５１～１５３…抵抗、１７１…定電流源、１０１１、１１１１…特性、１０２１、ａ１、ａ１１…クロック信号、１０３１…物理乱数信号、２０１１、２０１２、２１１１、２１１２、ｃ１…パルス列、Ｇ１…接地端、Ｐ１、Ｐ２…期間、Ｔ１…入力端、Ｔ２…出力端、ｂ１、ｂ１１…定電流、ｂ２、ｂ１２…動作点制御電流、ｂ３、ｂ１３…バイアス電流、ｃ２…ＳＦＱパルス列、ｃ３…物理乱数列
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】