Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В ходе выполнения данного этапа выполнялись работы направленные на развитие методов проектирования сверхпроводящих нейронов. В части экспериментальных исследований было проведено исследование свойств двухконтактных интерферометров, изготовленных с использованием технологического процесса УНУ «Криоинтеграл». Предметом измерения был коэффициент связи интерферометров с контрольной линией для четырёх типов конструкции образца. Эти эксперименты завершили набор «данных сравнения», для тестирования программ, вычисляющих параметры многослойных тонкопленочных структур над толстым сверхпроводящим экраном. Также была экспериментально подтверждена возможность взаимодействия элементов сверхпроводниковой схемы через сверхпроводящий экран и получена оценка величины этого взаимодействия. Также было проведено экспериментальное исследование передаточных функций (ПФ) сверхпроводниковых нейронов, представляющий собой одноконтактный (сигма-нейрон) или двухконтактный (гаусс-нейрон) интерферометры, шунтированные дополнительной индуктивностью. Конструкция образца соответствовала ранее опубликованным результатам (полученным на первом этапе), но абсолютные линейные размеры были уменьшены примерно в 2.5 раза (благодаря возможностям УНУ «Криоинтеграл»), а относительные – примерно в 5.5 раз благодаря увеличению размеров сверхпроводящего экрана. Эксперименты с частичными контурами нейрона дали оценку собственных и взаимных индуктивностей его элементов, а также показали уменьшение более чем на порядок паразитного взаимодействия задающего и считывающего элементов через сверхпроводящий экран. Аппроксимация передаточных функций с использованием разработанных нами теоретических моделей показала хорошее согласование с экспериментом. В части численного моделирования было продолжено исследование программ wxLL и 3D-MLSI для предсказания параметров проектируемых структур. Показано, что программа wxLL позволяет предсказывать погонные взаимные индуктивности с точностью около 3-6%. Программа 3D-MLSI предсказывает погонные индуктивности с точностью 3-7% в зависимости от конструкции образца. Указанные значения соответствуют последней версии 3D-MLSI (2024 год), доработанной на основе материалов данного этапа. Выявленные отклонения сопоставимы с воспроизводимостью параметров структур, выявленной в ходе экспериментальных исследований двух наборов образцов, изготовленных в разных технологических циклах с использованием УНУ «Криоинтеграл». Таким образом, программы wxLL и 3D-MLSI пригодны для предварительного анализа вариантов дизайна сверхпроводниковых интерферометров вообще и искусственных нейронов в частности. В части теоретических исследований были построены теоретические модели неидеальных сигма- и Гаусс-нейронов. Для сигма-нейрона удалось построить обобщенную модель стационарного состояния, учитывающую взаимодействие всех пяти его элементов. Было показано, что система уравнений состояния сигма-нейрона может быть записана в матричном виде для произвольной матрицы индуктивностей размерностью 5×5. Общее решение записывается в параметрическом виде через джозефсоновскую фазу, причём соответствие ПФ целевой форме может быть представлено в виде количественных условий на коэффициенты в параметрической записи ПФ. Полученные результаты позволили сформулировать недостатки ранее исследованной конструкции сигма-нейрона и предложить несколько направлений её совершенствования. Для Гаусс-нейрона было рассмотрено несколько случаев нарушения его симметричности, включая различие критических токов контактов Джозефсона, несимметричность конструкции и неоднородное задание входного сигнала в два частичных контура. Было проиллюстрировано изменение параметрической формы записи ПФ, а также ее графического представления в каждом из этих случаев. Обнаружено, что искажение экспериментальной ПФ возникает вследствие неоднородного задания входного сигнала, эффективно возникающего из-за взаимодействия задающего и считывающего элементов через сверхпроводящий экран. Результаты работ были представлены в 2 статьях и 7 докладах на конференциях и выставках.

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В ходе текущего этапа проекта проводились работы по разработке и экспериментальному исследованию новых конструкций сверхпроводящих нейронов, а также по развитию экспериментальных, численных и теоретических методов их исследования. Основным результатом является наблюдение целевых передаточных функций сигма-и гаусс-нейронов, ранее предсказанных теоретически. Успех проведённого эксперимента был обусловлен использованием результатов предыдущих этапов, в частности, внедрением ранее предложенных методов подавления паразитного взаимодействия задающего и регистрирующего элементов нейрона через сверхпроводящий экран. В части развития методов численного моделирования проводилось исследование программ экстракции индуктивностей wxLL и 3D-MLSI, ранее разработанных участником проекта М.М. Хапаевым [1,2]. Было показано, что они обеспечивают совпадение расчётных значений с экспериментальными на уровне погрешностей технологического процесса (около 6%), что уже достаточно для проектирования сверхпроводящих нейронов на данный момент. Основными результатами в части развития экспериментальных методов является наблюдение зависимости передаточных функций сигма- и гаусс-нейронов от начального состояния регистрирующего элемента. В части теоретических исследований было проведено обобщение теории асимметричного гаусс-нейрона на случай полностью несимметричного образца. Наиболее наглядные результаты были связаны с развитием методов анализа уравнений передаточной функции гаусс-нейрона. Было проиллюстрировано влияние величины потока смещения на амплитуду передаточной функции и получено условие её однозначности в случае больших индуктивностей элементов гаусс-нейрона. [1] Khapaev, M. M. Superconductor Science and Technology 1996, 9 (9), 729–733. doi:10.1088/0953-2048/9/9/002. [2] Khapaev, M. M.; Kidiyarova-Shevchenko, A. Y.; Magnelind, P.; Kupriyanov, M. Y. IEEE Transactions on Applied Superconductivity 2001, 11 (1), 1090–1093. doi:10.1109/77.919537.