JPH11311663A - 超伝導回路 - Google Patents
超伝導回路Info
- Publication number
- JPH11311663A JPH11311663A JP10118114A JP11811498A JPH11311663A JP H11311663 A JPH11311663 A JP H11311663A JP 10118114 A JP10118114 A JP 10118114A JP 11811498 A JP11811498 A JP 11811498A JP H11311663 A JPH11311663 A JP H11311663A
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- JP
- Japan
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- current
- josephson junction
- josephson
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 超高速で伝搬する磁束量子をタイミング余裕
が大きく、かつ非破壊的に検出しする方法を提供し、高
速かつ動作余裕の大きい超伝導回路を実現する。 【解決手段】ジョセフソン接合とインダクタと定電流源
を単一の区間とし、その区間を複数個直列に接続したジ
ョセフソン伝送線路であって、少なくとも1区間の上記
定電流源が除去されているか、上記定電流源の出力電流
が一定期間零に近い値に保持される。
が大きく、かつ非破壊的に検出しする方法を提供し、高
速かつ動作余裕の大きい超伝導回路を実現する。 【解決手段】ジョセフソン接合とインダクタと定電流源
を単一の区間とし、その区間を複数個直列に接続したジ
ョセフソン伝送線路であって、少なくとも1区間の上記
定電流源が除去されているか、上記定電流源の出力電流
が一定期間零に近い値に保持される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は超高速の超伝導回路
にかかわり、特に磁束量子を情報として取り扱うのに好
適なデジタル回路に関わる。
にかかわり、特に磁束量子を情報として取り扱うのに好
適なデジタル回路に関わる。
【０００２】
【従来の技術】超伝導状態においてジョセフソン伝送線
路上に伝搬する磁束量子（2.07×10-15Wb）を情報の担
い手とする磁束量子スイッチング回路が超高速コンピュ
ータの素子として注目されている。
路上に伝搬する磁束量子（2.07×10-15Wb）を情報の担
い手とする磁束量子スイッチング回路が超高速コンピュ
ータの素子として注目されている。
【０００３】図２を用いてジョセフソン伝送線路とその
上を伝搬する磁束量子の関係を説明する。ジョセフソン
伝送線路100はジョセフソン接合101とインダクタ102と
定電流源103を単一の区間とし、その区間を複数個直列
に接続した構成となっている。
上を伝搬する磁束量子の関係を説明する。ジョセフソン
伝送線路100はジョセフソン接合101とインダクタ102と
定電流源103を単一の区間とし、その区間を複数個直列
に接続した構成となっている。
【０００４】上記定電流源103には上記ジョセフソン接
合101の臨界電流の70％程度の電流を設定する。上記ジ
ョセフソン接合101の臨界電流と上記インダクタ103のイ
ンダクタンス値の積が磁束量子になるよう設定すれば、
上記ジョセフソン伝送線路には磁束量子200（SFQ）を単
位とする信号が伝搬する。磁束量子はインパルス状の信
号として上記ジョセフソン伝送線路上を伝搬する。伝搬
する磁束量子200は、例えばパルスの半値幅が10psで波
高は0.2mVである。
合101の臨界電流の70％程度の電流を設定する。上記ジ
ョセフソン接合101の臨界電流と上記インダクタ103のイ
ンダクタンス値の積が磁束量子になるよう設定すれば、
上記ジョセフソン伝送線路には磁束量子200（SFQ）を単
位とする信号が伝搬する。磁束量子はインパルス状の信
号として上記ジョセフソン伝送線路上を伝搬する。伝搬
する磁束量子200は、例えばパルスの半値幅が10psで波
高は0.2mVである。
【０００５】またこの信号が上記ジョセフソン伝送線路
の1区間を通過する時間は10〜30psと極めて高速であ
る。しかしこの様な信号を検出することは極めて難し
い。唯一、この信号の検出のためにRSFQ（Rapid Single
Flux Quantum）回路と呼ばれる回路が使われている。
の1区間を通過する時間は10〜30psと極めて高速であ
る。しかしこの様な信号を検出することは極めて難し
い。唯一、この信号の検出のためにRSFQ（Rapid Single
Flux Quantum）回路と呼ばれる回路が使われている。
【０００６】このRSFQ回路は例えば、アイイーイーイー
トランザクションズ オン アプライド スーパーコ
ンダクティビティ（ IEEE Trans.Appl.Supercond.），
vol.1， pp.3−28， March 1991.に開示されている。こ
のRSFQ回路はフリップフロップ回路に磁束量子を取り込
む構成であり、1）フリップフロップ回路のタイミング
余裕が少ないこと、2）フリップフロップのデータを破
壊読み出しするためデータが保存されない等の欠点があ
った。
トランザクションズ オン アプライド スーパーコ
ンダクティビティ（ IEEE Trans.Appl.Supercond.），
vol.1， pp.3−28， March 1991.に開示されている。こ
のRSFQ回路はフリップフロップ回路に磁束量子を取り込
む構成であり、1）フリップフロップ回路のタイミング
余裕が少ないこと、2）フリップフロップのデータを破
壊読み出しするためデータが保存されない等の欠点があ
った。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は超高速
で伝搬する上記磁束量子をタイミング余裕が大きく、か
つ非破壊的に検出する方法を提供し、高速でかつ動作余
裕の大きい超伝導回路を実現することにある。
で伝搬する上記磁束量子をタイミング余裕が大きく、か
つ非破壊的に検出する方法を提供し、高速でかつ動作余
裕の大きい超伝導回路を実現することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的のために、本発
明では上記ジョセフソン伝送線路に伝送される上記磁束
量子信号そのものを検出するのではなく、上記伝送の結
果生ずる回路的な変化を検出する。即ち、量子磁束が伝
送された跡を検出する方法を採用する。
明では上記ジョセフソン伝送線路に伝送される上記磁束
量子信号そのものを検出するのではなく、上記伝送の結
果生ずる回路的な変化を検出する。即ち、量子磁束が伝
送された跡を検出する方法を採用する。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１は本発明による磁束量子の検
出方法を示している。図１のジョセフソン伝送線路300
は図２と同様にジョセフソン接合101とインダクタ102と
定電流源103を単一の区間とし、その区間を複数個直列
に接続した構成をしている。しかし、そのなかの1個の
ジョセフソン接合301とインダクタ302からなる区間には
上記定電流源を除去するか、定電流源の電流を小さい値
にしておく。
出方法を示している。図１のジョセフソン伝送線路300
は図２と同様にジョセフソン接合101とインダクタ102と
定電流源103を単一の区間とし、その区間を複数個直列
に接続した構成をしている。しかし、そのなかの1個の
ジョセフソン接合301とインダクタ302からなる区間には
上記定電流源を除去するか、定電流源の電流を小さい値
にしておく。
【００１０】このジョセフソン伝送線路300では、電源
を投入した初期状態では各定電流源の電流は直接接続さ
れている各ジョセフソン接合に流れる。この時、定電流
源が接続されていない上記ジョセフソン接合301には電
流が流れない。これを電流空席状態と呼ぶことにする
（図１（a））。この状態でジョセフン伝送線路300の左
側から磁束量子200が信号として印加された場合、磁束
量子は区間を通過して上記ジョセフソン接合301に達す
る。
を投入した初期状態では各定電流源の電流は直接接続さ
れている各ジョセフソン接合に流れる。この時、定電流
源が接続されていない上記ジョセフソン接合301には電
流が流れない。これを電流空席状態と呼ぶことにする
（図１（a））。この状態でジョセフン伝送線路300の左
側から磁束量子200が信号として印加された場合、磁束
量子は区間を通過して上記ジョセフソン接合301に達す
る。
【００１１】この時の回路動作は次のようになる。定電
流源313からジョセフソン接合311に流れていた電流は上
記ジョセフソン接合311が電圧状態になったため循環電
流305となってインダクタ302に流れ、上記ジョセフソン
接合301に流れ込む。上記ジョセフソン接合301にはこの
循環電流305しか流れないため上記ジョセフソン接合301
は超伝導状態のままである。
流源313からジョセフソン接合311に流れていた電流は上
記ジョセフソン接合311が電圧状態になったため循環電
流305となってインダクタ302に流れ、上記ジョセフソン
接合301に流れ込む。上記ジョセフソン接合301にはこの
循環電流305しか流れないため上記ジョセフソン接合301
は超伝導状態のままである。
【００１２】従って、磁束量子の伝搬はここで止まり、
循環電流305が上記インダクタ302に残る。この時、上記
ジョセフソン接合311には電流は流れないため、ここが
電流空席状態となる（図１（b））。従って、結果的に
は電流空席状態が左に1区間シフトし、循環電流305が流
れることになる。この循環電流は上記磁束量子200が通
過した痕跡で、静的に動作する。
循環電流305が上記インダクタ302に残る。この時、上記
ジョセフソン接合311には電流は流れないため、ここが
電流空席状態となる（図１（b））。従って、結果的に
は電流空席状態が左に1区間シフトし、循環電流305が流
れることになる。この循環電流は上記磁束量子200が通
過した痕跡で、静的に動作する。
【００１３】同様に左から他の磁束量子201を上記ジョ
セフソン伝送線路300に印加すると、図１（b）と同等に
電流空席状態が左に1区間シフトし、ジョセフソン接合3
21の区間に移動する（図１（c））。さらに、右から他
の磁束量子202を上記ジョセフソン伝送線路300に印加す
ると、電流空席状態が右に1区間シフトし、ジョセフソ
ン接合311の区間に移動する（図１（ｄ））。
セフソン伝送線路300に印加すると、図１（b）と同等に
電流空席状態が左に1区間シフトし、ジョセフソン接合3
21の区間に移動する（図１（c））。さらに、右から他
の磁束量子202を上記ジョセフソン伝送線路300に印加す
ると、電流空席状態が右に1区間シフトし、ジョセフソ
ン接合311の区間に移動する（図１（ｄ））。
【００１４】以上の動作から明らかな様に、図１に示す
本発明の回路は電流空席状態が上記ジョセフソン出伝送
線路に印加される磁束量子信号により左右に移動する。
電流空席状態の位置に着目すれば、この回路は入力され
た磁束量子を計数するアップ・ダウンカウンタの動作に
他ならない。さらにこの電流空席状態により生ずる循環
電流は静的（直流的）に動作し、この循環電流により発
生する磁束の値は磁束量子の値に近い値であるため如何
なる磁束結合素子でも検出ができる。また、磁束結合素
子は上記ジョセフソン伝送線路300の状態を変化させる
ことなく検出できる。このため、本発明の方法では信号
を非破壊方式で検出できる。
本発明の回路は電流空席状態が上記ジョセフソン出伝送
線路に印加される磁束量子信号により左右に移動する。
電流空席状態の位置に着目すれば、この回路は入力され
た磁束量子を計数するアップ・ダウンカウンタの動作に
他ならない。さらにこの電流空席状態により生ずる循環
電流は静的（直流的）に動作し、この循環電流により発
生する磁束の値は磁束量子の値に近い値であるため如何
なる磁束結合素子でも検出ができる。また、磁束結合素
子は上記ジョセフソン伝送線路300の状態を変化させる
ことなく検出できる。このため、本発明の方法では信号
を非破壊方式で検出できる。
【００１５】図３は図１に示した本発明の回路の循環電
流を磁束結合素子で検出する実施例を示している。図３
では図１で示したジョセフソン伝送線路300の上記イン
ダクタ302に流れる循環電流305を量子磁束パラメトロン
400で検出する回路構成である。量子磁束パラメトロン4
00は2個のジョセフソン接合401、402とトランス405の2
次巻線403で超伝導閉回路を構成している。トランス405
の2次巻線403の中点には負荷インダクタ410が接続され
る。上記量子磁束パラメトロン400の励振電流は上記循
環電流305になるように、トランス405の1次巻線は上記
インダクタ302である。
流を磁束結合素子で検出する実施例を示している。図３
では図１で示したジョセフソン伝送線路300の上記イン
ダクタ302に流れる循環電流305を量子磁束パラメトロン
400で検出する回路構成である。量子磁束パラメトロン4
00は2個のジョセフソン接合401、402とトランス405の2
次巻線403で超伝導閉回路を構成している。トランス405
の2次巻線403の中点には負荷インダクタ410が接続され
る。上記量子磁束パラメトロン400の励振電流は上記循
環電流305になるように、トランス405の1次巻線は上記
インダクタ302である。
【００１６】この回路構成では、インダクタ302に上記
循環電流305が印加されると、上記超伝導ループに磁束
が鎖交し、非線形負性インダクタンス現象により負荷イ
ンダクタ410には電流が流れ、それに応じて磁束が発生
する。負荷インダクタ410は他の量子磁束パラメトロン
または他のジョセフソン伝送線路をモデル化したもので
あり、上記量子磁束パラメトロン400で他の回路を駆動
できることは明らかである。
循環電流305が印加されると、上記超伝導ループに磁束
が鎖交し、非線形負性インダクタンス現象により負荷イ
ンダクタ410には電流が流れ、それに応じて磁束が発生
する。負荷インダクタ410は他の量子磁束パラメトロン
または他のジョセフソン伝送線路をモデル化したもので
あり、上記量子磁束パラメトロン400で他の回路を駆動
できることは明らかである。
【００１７】この、従来の量子磁束パラメトロンの技術
はアイイーイーイー トランザウションズ オン マグ
ネティクス（ IEEE Trans. Magnetics），vol.MAG−2
3， pp.3801−3807， Sept.1987に開示されている。
はアイイーイーイー トランザウションズ オン マグ
ネティクス（ IEEE Trans. Magnetics），vol.MAG−2
3， pp.3801−3807， Sept.1987に開示されている。
【００１８】図４は本発明の図１に示す回路のリセット
方法の実施例である。すでに説明した様に、図１の回路
は左右から入る磁束量子により電流空席状態の位置が移
動する。この電流空席状態の位置を初期状態に戻すのが
リセットである。リセットは図１の回路で上記ジョセフ
ソン接合301に流れていた上記循環電流305を元のジョセ
フソン接合311に戻すことにより実行される。
方法の実施例である。すでに説明した様に、図１の回路
は左右から入る磁束量子により電流空席状態の位置が移
動する。この電流空席状態の位置を初期状態に戻すのが
リセットである。リセットは図１の回路で上記ジョセフ
ソン接合301に流れていた上記循環電流305を元のジョセ
フソン接合311に戻すことにより実行される。
【００１９】図４（a）は上記ジョセフソン接合301に新
しく可変電流源503を接続してある。上記可変電流源503
の電流が零の場合は図１と同じアップ・ダウンカウンタ
動作を実行する。リセットを実行するには、上記可変電
流源503から電流を上記ジョセフソン接合301に流し、上
記ジョセフソン接合301を一時的に電圧状態に遷移さ
せ、上記循環電流305をジョセフソン接合311に押戻す。
次に、上記可変電流源503の電流を零に戻せば、上記ジ
ョセフソン接合301の電流は零になり、電流空席状態は
この位置なる。即ち、リセット動作が実行される。
しく可変電流源503を接続してある。上記可変電流源503
の電流が零の場合は図１と同じアップ・ダウンカウンタ
動作を実行する。リセットを実行するには、上記可変電
流源503から電流を上記ジョセフソン接合301に流し、上
記ジョセフソン接合301を一時的に電圧状態に遷移さ
せ、上記循環電流305をジョセフソン接合311に押戻す。
次に、上記可変電流源503の電流を零に戻せば、上記ジ
ョセフソン接合301の電流は零になり、電流空席状態は
この位置なる。即ち、リセット動作が実行される。
【００２０】図４（b）はリセットするための他の方法
である。図４（b）の方法では、磁束量子501をリセット
信号として上記ジョセフソン接合301に印加して上記ジ
ョセフソン接合301を一時的に電圧状態に遷移させ、上
記循環電流305をジョセフソン接合311に押戻す。磁束量
子501が通過した後は電流空席状態は上記ジョセフソン
接合301になり、リセット動作が実行される。図４（b）
では磁束量子501は他のジョセフソン伝送線路500を介し
て伝搬する構成となっている。
である。図４（b）の方法では、磁束量子501をリセット
信号として上記ジョセフソン接合301に印加して上記ジ
ョセフソン接合301を一時的に電圧状態に遷移させ、上
記循環電流305をジョセフソン接合311に押戻す。磁束量
子501が通過した後は電流空席状態は上記ジョセフソン
接合301になり、リセット動作が実行される。図４（b）
では磁束量子501は他のジョセフソン伝送線路500を介し
て伝搬する構成となっている。
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば、ジョセフソン伝送線路
で高速に信号を伝送する磁束量子を静的（直流的）に、
かつ非破壊で検出できる。このため、磁束量子を信号と
してタイミングの余裕を大きくかつ回路構成を簡単な形
で利用できる。本発明により超高速の計算機や他のデジ
タルシステムを実現できるため、その効果はきわめて大
きい。
で高速に信号を伝送する磁束量子を静的（直流的）に、
かつ非破壊で検出できる。このため、磁束量子を信号と
してタイミングの余裕を大きくかつ回路構成を簡単な形
で利用できる。本発明により超高速の計算機や他のデジ
タルシステムを実現できるため、その効果はきわめて大
きい。
【図１】本発明の一実施例の超伝導回路の動作説明図。
【図２】従来技術によるジョセフソン伝送線路の回路
図。
図。
【図３】本発明の一実施例の循環電流を検出する超伝導
回路の回路図。
回路の回路図。
【図４】本発明の超伝導回路を初期状態にリセットする
方法の説明図。
方法の説明図。
100：ジョセフソン伝送線路、101：ジョセフソン接合、
102：インダクタ、103：定電流源、200，201，202：磁
束量子、300：ジョセフソン伝送線路、301，311，321：
ジョセフソン接合、302：インダクタ、305，306：循環
電流、313：定電流源、400：量子磁束パラメトロン、40
1，402：ジョセフソン接合、405：トランス、403：2次
巻線、410：負荷インダクタ、500：ジョセフソン伝送線
路、501：磁束量子、503：可変電流源。
102：インダクタ、103：定電流源、200，201，202：磁
束量子、300：ジョセフソン伝送線路、301，311，321：
ジョセフソン接合、302：インダクタ、305，306：循環
電流、313：定電流源、400：量子磁束パラメトロン、40
1，402：ジョセフソン接合、405：トランス、403：2次
巻線、410：負荷インダクタ、500：ジョセフソン伝送線
路、501：磁束量子、503：可変電流源。
Claims (7)
- 【請求項１】ジョセフソン接合とインダクタと定電流源
を単一の区間とし、その区間を複数個直列に接続したジ
ョセフソン伝送線路であって、少なくとも1区間の上記
定電流源が除去されているか、上記定電流源の出力電流
が一定期間零に近い値に保持されていることを特徴とす
る超伝導回路。 - 【請求項２】請求項１の超伝導回路であって、上記区間
のインダクタに流れる循環電流を検出する回路が付加さ
れている事を特徴とする超伝導回路。 - 【請求項３】請求項２の超伝導回路であって、上記検出
回路には磁束結合型超伝導素子を用いたことを特徴とす
る超伝導回路。 - 【請求項４】請求項３の超伝導回路であって、上記磁束
結合型超伝導素子に量子磁束パラメトロンを用いた事を
特徴とする超伝導回路。 - 【請求項５】請求項１の超伝導回路であって、上記区間
のインダクタに流れる循環電流を隣の区間のジョセフソ
ン接合に押戻して、回路を初期状態にリセットする機能
を有する超伝導回路。 - 【請求項６】請求項５の超伝導回路であって、上記区間
の電流源を可変電流源とし、ある一定時間電流を上記ジ
ョセフソン接合に流すことにより、上記循環電流を押戻
す事を特徴とする超伝導回路。 - 【請求項７】請求項５の超伝導回路であって、上記ジョ
セフソン接合に磁束量子信号を印加することにより上記
循環電流を押戻す事を特徴とする超伝導回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10118114A JPH11311663A (ja) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | 超伝導回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10118114A JPH11311663A (ja) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | 超伝導回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11311663A true JPH11311663A (ja) | 1999-11-09 |
Family
ID=14728383
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10118114A Pending JPH11311663A (ja) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | 超伝導回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11311663A (ja) |
-
1998
- 1998-04-28 JP JP10118114A patent/JPH11311663A/ja active Pending
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