NEDO技術開発機構および国際超伝導産業技術研究センター 超伝導工学研究所（ISTEC)は，超電導デバイスを用いたスイッチ機器を試作した（図1）。実際に複数のパソコンの間で映像データを転送できたという。今回の成果は，消費電力を抑えた大容量ルータの実現につながる可能性があるという。
スイッチ機器の心臓部である超電導LSIは，パケットの経路を切り替える4入力4出力（4×4）のスイッチ回路と，パケットの衝突を防止する4×4スケジューラ回路を集積したもの（図2）。超伝導体であるNbをSi基板上に配線するSFQ*1（single flux quantum）素子で構成した。
*1 SFQ回路は，単一磁束量子をやり取りして情報処理を行う回路である。動作周波数が40GHz以上と高速である上，1ゲート当たりの消費電力をCMOS回路の約1/100～1/1000ほどに抑えることができる。ただし，ニオブ（Nb)を超伝導状態にするために，チップを超低温に冷やす必要がある。
これまでISTECは，今回と同様の性能を持つスイッチLSIやスケジューラLSIを個別に試作していた（Tech-On!関連記事1，2）。今回は，これらの機能を1チップに集積したことに加え，複雑な操作なしでLSIを超低温に冷やせるクライオポンプ，Ethernetポートと超電導LSIを橋渡しする入出力インタフェースなどを組み合わせることで，実際にスイッチ機器として動作させた。「これにより，SFQ技術を応用した機器が，実験室内に留まらず誰でも使えるようになることを証明できた」（ISTEC デバイス研究開発部 部長代理 兼 低温デバイス開発室室長の日高睦夫氏）。
動作実験では，100BASE-TX仕様のケーブルを介して4台のパソコンを超電導スイッチ機器に接続した（図3）。パソコンとスイッチ機器との間のデータ伝送速度は最大100Mビット/秒。超電導LSIそのものは入出力ポート当たり最大10Gビット/秒でデータを転送しているが，「EthernetとSFQ回路のインタフェース部については，FPGAの性能上の制約で100Mビット/秒以上にできなかった」（日高氏）という。このLANシステムで実際にデータを伝送した結果，誤り率が10-13以下と実用的な値になることを確認したという（図4）。このときのSFQ回路の消費電力は0.66mWと低かった。「一般的な半導体LSIで構成したルータ機器では100Wを超すだろう」（日高氏）。
ただし今回の試作機は，システム全体では従来のルータ機器より消費電力が高くなる。チップを液体He温度まで冷却するために動作するクライオポンプが，6kWの電力を消費するためだ。「今はチップと外界を金属線でつないでいるため，1Wの消費電力に相当する熱がチップに流入してしまう。今後は，金属線でなく光配線を導入することで，熱の流入を抑えたい」（日高氏）。同氏によれば，2015年ごろに実現するスイッチ容量100Tビット/秒のスイッチ機器をCMOS技術で実現しようとすると，機器の重さが22トン，消費電力が320kWになる。これに対し，SFQ回路を利用したスイッチ機器ではそれぞれ200kg，10kWに低減できる可能性があるという。
