JPH0342019B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はジヨセフソン接合と超伝導ストリツプ
ラインを用いて構成されるセルフリセツト超伝導
ループ回路に関するものである。

（従来技術とその問題点） 従来ジヨセフソン記憶回路等に用いられるジヨ
セフソン接合と超伝導ストリツプラインからなる
超伝導ループ回路は第１図に示す構成を持つ。図
中の超伝導ループ回路は以下のように動作する。
ゲート電流路１２からゲート電流Igを流した状態
で入力電流I_Sを入力線路１１に流すと、ゲート１
０が電圧状態にスイツチする。ゲート１０が電圧
状態にスイツチすると、ゲート電流Igは超伝導ル
ープ回路１３を通つて流れる。ゲート１０はバイ
アス電流が減少し零電圧状態にリセツトする。一
方超伝導ループ回路１３はインダクタンスを持
ち、抵抗成分は零であるので次式が成立する。

ＬdI／dt＝Ｖ 但しＬ：インダクタンス、Ｖ：インダクタンス
の両側電圧、Ｉ：インダクタンスを流れる電
流、ｔ：時間 ゲート電流Igが超伝導ループ回路の方に流れ、ゲ
ート１０が零電圧状態にリセツトすると、インダ
クタンスの両側の電圧は零となりdI／dt＝０となる ので、ゲート電流Igは超伝導ループ回路１３の方
に流れ続ける。この状態からゲート電流Igが零に
なると、上記のインダクタンスを有する超伝導ス
トリツプラインに流れる電流は超伝導ストリツプ
ラインの両端の電圧が零の状態では保存される性
質から、超伝導ループ回路１３とゲート１０で形
成される回路には循環電流が流れ続ける。このた
めゲート電流が零になつてもこの超伝導ループ回
路１３は元の状態にリセツトされない。従来は前
記回路をリセツトするためにリセツトゲート１４
を超伝導ループ回路１３と直列に接続し、外部か
らリセツト入力回路１５を用いてリセツト信号を
与え、リセツトゲート１４を、電圧状態にスイツ
チさせることで、インダクタンスの両端に電圧を
発生させ上記閉回路に流れる循環電流を零状態に
リセツトしていた。ここでいう電流零状態とは、
その後の回路の動作に与える影響が電流が零の場
合と変わらないほど小さな電流の状態のことであ
る。

しかし第１図に示すリセツトゲート１４を用い
るリセツト方法では外部にリセツト信号を発生す
る回路が必要になる。このリセツト信号を発生す
る回路は前記ゲート１０を駆動したゲート電流Ig
の電源が零である期間に駆動せねばならずゲート
１０を駆動した電源と別の時間依存性を持つ電源
を用いなけねばならない。またリセツト信号を与
える時刻を決定するためのタイミング制御回路も
必要となり回路が複雑になる欠点を有していた。

（発明の目的） 本発明の目的は前記従来の欠点を除去せしめた
超伝導循環電流を用いたセルフリセツト超伝導ル
ープ回路を提供することにある。

（発明の構成） 本発明によれはジヨセフソン接合を用いたスイ
ツチが１個または複数個直列に結合されて構成さ
れ入力線路に印加される電流でスイツチする第１
のゲートと、磁気的に結合された入力線路を持つ
ジヨセフソン接合を用いた第２のゲートと、イン
ダクタンスを有する超伝導ストリツプラインから
なる超伝導ループ回路と、前記第１のゲートと前
記超伝導ループ回路にゲート電流を供給するゲー
ト電流路から構成され、前記第１のゲートの前記
第２のゲートの入力線路が直列に結合された第１
の電流路と、超伝導ループ回路と、第２のゲート
が直列に結合された第２の電流路が並列に結合さ
れることを特徴とする超伝導循環電流を用いたセ
ルフリセツト超伝導ループ回路が得られる。

（実施例） 以下図面を用いて本発明の詳細につき説明を行
う。

第２図は本発明の第１の実施例を示すための図
で、図中２０，２４は磁気結合型量子干渉計ゲー
トである。２２はゲート電流路でゲート電流Igが
流れる。２１はゲート２０の入力線路でゲート２
０と磁気的に結合されている。２５はゲート２０
に直列に結合されたゲート２４の入力線路であ
る。２３はインダクタンスＬを有する超伝導スト
リツプラインからなる超伝導ループ回路で、ゲー
ト２４と直列に結合されている。またゲート２０
およびゲート２４の入力線路２５が直列に結合さ
れた第１の電流路と超伝導ループ回路２３および
ゲート２４が直列に結合された第２の電流路が並
列に結合されている。

第２図に示す回路にゲート電流Ig、入力電流I_S
をそれぞれ第３図に示す時間関係で流す。ゲート
電流Igを時刻t₁で流した後、時刻t₂で入力線路I_S
が入力されると、ゲート２０はスイツチをはじ
め、時刻t₂よりゲート２０のスイツチ時間と電流
の転送時間の和の時刻t₂だけおくれて時刻t₃に超
伝導ループ回路２３に電流I_Lが現われる。この電
流I_Lはゲート２４のゲート電流となる。一方ゲー
ト２０およびゲート２４の入力線路２５に流れる
電流をI_AとするとI_Aはゲート電流Igが入力される
時刻t₁で現われ、ゲート電流Igが超伝導ループ回
路２３の方に流れる時刻t₃で零になる。I_Aが減少
することによつてゲート２０が超伝導状態へリセ
ツトされると、超伝導ループ回路２３のインダク
タンスの両端の電圧は零となるため電流I_Lは保存
される。よつて、時刻t₄に入力電流I_Sが零になつ
ても電流I_L、I_Aは影響を受けない。時刻t₅でゲー
ト電流Igが零になると超伝導ループ回路２３に流
れる電流は保存されるため超伝導ループ回路２３
とゲート２０，２４を直列に接続した閉回路に循
環電流が流れる。この循環電流によりI_LとI_AはI_A
＝−I_Lとなる。その結果ゲート２４にはゲート電
流と、入力線路２５を通して入力電流が流れ、ゲ
ート２４は電圧状態にスイツチする。ゲート２４
に電圧が発生すると上記閉回路に流れる循環電流
は時刻t₅より時間t₂だけ遅れて零状態になり回路
のリセツトが行なわれる。ここで時間t₂はゲート
２４のスイツチ時間と上記閉回路の回路定数から
決定される。またゲート２４はそのゲート電流I_L
が零になるので超伝導状態へリセツトされる。

第４図は電流I_Lを縦軸にとり電流I_Aを横軸にと
つたゲート２４のしきい値特性である。上記第２
図に示す回路における第３図に示すゲート電流Ig
入力電流I_Sの時間関係のもとでの動作を第４図を
用いて説明すると、最初時刻t₀でポイント４０に
あつた動作点はゲート電流Igの入力により時刻t₁
にはポイント４１に移り、時刻t₃にはゲート２０
のスイツチによりポイント４２に移る。ゲート電
流Igが零になることによつて時刻t₅には動作点は
ポイント４３に移りゲート２４はスイツチする。
ゲート２４がスイツチすると電流I_A、I_Lはともに
零となるので動作点はポイント４０に戻る。

第５図は本発明の第２の実施例を示す。ゲート
５０は電流注入方式の量子干渉計ゲートで、５２
はゲート電流Igをゲート５０に供給するゲート電
流路、５１はゲート５０に入力電流を供給する入
力線路、５３はインダクタンスＬを有する超伝導
ストリツプラインからなる超伝導ループ回路、５
４は超伝導ループ回路５３と直列に結合された単
一のジヨセフソン素子からなるゲート、５５はゲ
ート５４の入力線路でゲート５０と直列に結合さ
れている。抵抗５６，５７はゲート５０のスイツ
チによる超伝導ループ回路５３への電流の転送お
よびゲート５４のスイツチによる電流の零状態へ
のリセツトを確実に行うためのそれぞれゲート５
０，５４に並列に結合されたダンピング抵抗であ
る。第２図に示す第１の実施例と第５図の実施例
とを比較して異なる点はゲート２０の磁気結合型
量子干渉計ゲートがゲート５０の電流注入方式量
子干渉計ゲートになつている点、ゲート２４の磁
気結合型量子干渉計ゲートがゲート５４の単一の
ジヨセフソン接合となつている点、ダンピング抵
抗５６がゲート５０にダンピング抵抗５７がゲー
ト５４に並列に結合されている点である。従つて
第２の実施例の回路動作は第１の実施例と同様で
ある。

以上述べてきた実施例の説明では超伝導ループ
回路２３とゲート２４とのインダクタンスの和
が、ゲート２０とゲート２４の入力線路２５との
インダクタンスの和より十分大きいものと仮定し
て行つた。実際に本発明の回路をメモリ回路のド
ライバ回路やセンスバス回路に用いると、超伝導
ループ回路２３のインダクタンスはゲート２０お
よびゲート２４の入力線路２５のインダクタンス
の和より数百倍大きくなり近似的に上記仮定が成
立する。一方上記仮定が成立しない場合つまり超
伝導ループ回路とゲート２４とのインダクタンス
の和をaL₀とし、ゲート２０とゲート２４の入力
線路２５とのインダクタンスの和をbL₀としてａ
とｂが同程度の値を持つ場合を考える。ゲート電
流Igは第３図に示す時刻t₁には両方のインダクタ
ンスにインダクタンスの比に反比例して流れるの
でaL₀のインダクタンスに流れる電流を１／ａI₀とす るとbL₀のインダクタンスには１／ｂI₀の電流が流れ る。時刻t₃には電流はすべてaL₀のインダクタン
スの方に流れるのでaL₀のインダクタンスに流れ
る電流によつて作られる磁束はaL₀（１／ａ＋１／ｂ）I
₀ となる。時刻t₅においては超伝導ループ回路の磁
束は保存される性質からインダクタンスaL₀、
bL₀を流れる循環電流は ａ（１／ａ＋１／ｂ）／ａ＋ｂI₀つまり１／ｂI₀ となる。第２図に示すゲート２４は、ゲート２０
の方からゲート２４の入力線路２５の方に向かつ
て流れる電流を正とすれば、時刻t₁においてゲー
ト電流が１／ａI₀で入力電流が１／ｂI₀のときスイツチ せず、時刻t₃においてゲート電流が１／ｂI₀で入力 電流が−１／ｂI₀のときスイツチする必要がある。

このためａ＞ｂのときはゲート２４はそのままで
よいが、ａ＜ｂのときは第６図に示す非対称なし
きい値特性を持つゲートにゲート２４を置きかえ
る必要がある。第６図はゲート２４に用いる非対
称なしきい値性を持つゲートを示したもので、第
４図と同じく横軸にゲート２０，ゲート２４の入
力線路２５を流れる電流I_A、縦軸に超伝導ループ
回路２３、ゲート２４を流れる電流I_Lをとつてい
る。第６図のポイント６０は第３図の時刻t₀にお
ける動作点、ポイント６１は時刻t₁における動作
点、ポイント６２は時刻t₃における動作点、ポイ
ント６３は時刻t₅における動作点である。また第
６図に示す非対称なしきい値特性を持つゲートは
動作マージンを広げる目的等でａ＞ｂのときでも
ゲート２４に用いることができる。

第７図は本発明の第３の実施例を示す。第３の
実施例は、第２図の第１の実施例と同じく、それ
ぞれ第１のゲート７０、第１のゲートの入力線路
７１、ゲート電流路７２、インダクタンスよりな
る超伝導ループ回路７３、第２のゲート７４、第
２のゲートの第１の入力線路７５である。７６は
第２のゲートの第２の入力線路で外部から入力電
流が供給される。第３の実施例は第２のゲート７
４に第２の入力線路７６を設け外部から、一定の
値の入力電流を常に流してやることで動作マージ
ンを第１、第２の実施例より広げたものである。
この方法は第２のゲート７４に非対称なしきい値
特性を持つゲートを用いた場合、特に有効であ
る。

以上述べた実施例では、第１のゲートとしてジ
ヨセフソン接合を用いたスイツチが１個のものを
用いたが、第１のゲートとして複数個のジヨセフ
ソン接合を用いたスイツチが直列に結合されたゲ
ートを用いることもできる。この場合入力電流I_S
によつてすべてのスイツチが同時にスイツチする
ように回路パラメータを選べば、回路の本質的な
動作は上記実施例で述べたものと変わらないが、
第１のゲートの両端に発生する電圧が高くなるこ
とにより、超伝導ループ回路への電流駆動能力が
上がり、超伝導ループ回路への電流転送時間が短
縮できる。

以上の説明から明らかなように、第１のゲート
には二接合あるいは三接合の磁気結合型量子干渉
計ゲートや電流注入型量子干渉計ゲート、単一の
ジヨセフソン素子からなるゲート等、抵抗を有し
ないジヨセフソン接合を用いたゲートを使用する
ことができる。また第２のゲートには二接合ある
いは三接合の磁気結合型量子干渉計ゲート、単一
のジヨセフソン接合からなるゲート等、抵抗を有
しない磁気的に結合した入力線路を持つジヨセフ
ソン接合を用いたゲートを使用することができ
る。

（発明の効果） 以上説明した如く本発明による超伝導循環電流
を用いたセルフリセツト超伝導ループ回路は従来
例に比べ、外部リセツト信号を発生する回路やリ
セツト信号発生回路を駆動する電源、リセツト信
号を発生するタイミングを与えるタイミング回路
が不要になり、回路の小型化、設計の容易さ、動
作マージンの増大、タイミング回路不要のため動
作時間の短縮等の利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を説明するための図である。第
２図は本発明の第１の実施例を示すものである。
第３図は実施例におけるゲート電流Ig、入力電流
I_S、超伝導ループを流れる電流I_L、第１のゲート
を流れる電流I_Aの時間依存性を示すものである。
第４図は第１の実施例における第２のゲートに用
いるゲートのしきい値特性を示したもので横軸は
第１のゲートを流れる電流I_A、縦軸は超伝導ルー
プを流れる電流I_Lである。第５図は、本発明の第
２の実施例を示すものである。第６図は非対称な
しきい値特性をもつゲートのしきい値特性を示し
たもので、縦軸は超伝導ループに流れる電流I_L、
横軸は第１のゲートに流れる電流I_Aである。第７
図は本発明の第３の実施例を示すものである。 図において、１０……ジヨセフソン接合を用い
たゲート、１１……入力線路、１２……ゲート電
流路、１３……超伝導ループ回路、１４……リセ
ツトゲート、１５……リセツト入力線路、２０…
…第１のゲート、２１……第１のゲートの入力線
路、２２……ゲート電流路、２３……超伝導ルー
プ回路、２４……第２のゲート、２５……第２の
ゲートの入力線路、４０……第３図の時刻t₀にお
ける動作点、４１……第３図の時刻t₁における動
作点、４２……第３図の時刻t₃における動作点、
４３……第３図の時刻t₅における動作点、５０…
…第１のゲート、５１……第１のゲートの入力線
路、５２……ゲート電流路、５３……超伝導ルー
プ回路、５４……第２のゲート、５５……第２の
ゲートの入力線路、５６……ダンピング抵抗、５
７……ダンピング抵抗、６０……第３図の時刻t₀
における動作点、６１……第３図の時刻t₁におけ
る動作点、６２……第３図の時刻t₃における動作
点、６３……第３図の時刻t₅における動作点、７
０……第１のゲート、７１……第１のゲートの入
力線路、７２……ゲート電流路、７３……超伝導
ループ回路、７４……第２のゲート、７５……第
２のゲートの第１の入力線路、７４……第２のゲ
ートの第２の入力線路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ジヨセフソン接合を用いたスイツチが一個ま
   たは複数個直列に結合されて構成され入力線路に
   印加される電流でスイツチする第１のゲートと、
   磁気的に結合された入力線路を持つジヨセフソン
   接合を用いた第２のゲートと、インダクタンスを
   有する超伝導ストリツプラインからなる超伝導ル
   ープ回路と、前記第１のゲートと前記超伝導ルー
   プ回路にゲート電流を供給するゲート電流路から
   構成され、前記第２のゲートの入力線路と前記第
   １のゲートが直列に結合された第１の電流路と、
   前記超伝導ループ回路と前記第２のゲートが直列
   に結合された第２の電流路が並列に結合されるこ
   とを特徴とする超伝導循環電流を用いたセルフリ
   セツト超伝導ループ回路。