JPS6038927A - 超伝導論理回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ジョセフソン接合素子を用いて構成された超
伝導論理回路に関覆る。

ジョセフソン接合素子を用いて構成された超伝導論理回
路として、従来、次に述べる構成を右り゛るものが提案
されている。

即ら、第１図に示すように、第１の抵抗Ｒ１と、第１の
ジョセフソン接合素子Ｊ１と、第２のジョセフソン接合
素子Ｊ２とがそれらの順に直列に接続されている第１の
直列回路Δ１を右する。

また、第２の抵抗Ｒ２と、第３のジョセフソン接合素子
Ｊ３とが直列に接続され−Ｃいる第２の直列回路Ａ２を
有する。

しかして、直列回路△１の抵抗［＜１側の一端と、直列
回路Δ２の抵抗Ｒ２側の一端とが、それらに共通のバイ
アス電流端Ｔ　１３に接続されている。

また、直列回路Δ１のジョセフソン接合糸子Ｊ２側の他
端と、直列回路Ａ２のジョセフソン接合素子Ｊ３側の他
端とが、接地に接続されている。

さらに、直列回路Δ１の抵抗Ｒ１どジョセフソン接合糸
子Ｊ１との接続中点と、直列回路Ａ２の抵抗Ｒ２どジョ
セフソン接合糸子Ｊ３との接続中点どの間に、第３の抵
抗１＜３が接続されている。

なＪ３さらに、直列回路Δ１のジョセフソン接合糸子Ｊ
１とジョセフソン１＆合素子Ｊ２との接続中点と、接地
との間に、第４の抵抗１（４が接続されている。

また、抵抗Ｒ４の接地側とは反対側の一端から、入力端
１−１が導出されている。

さらに、直列回路Ａ２の抵抗Ｒ２と、ジョセフソン接合
糸子Ｊ３との接続中点から、出力端Ｔｏが導出（＼れ−
Ｃいる。

以上が、従来提案されている超伝導論理回路の構成であ
る。

このＪ：うな構成を右づる超伝導論理回路によれば、次
に述べる動作を行う。

即ち、入力端Ｔｌには入力電流ＩＡを供給していない状
態（゛、バイアス電流装置１−８にバイアス電流１１３
を供給す゛れば、そのバイアス電流ＩＢの一部が、直列
回路Ａ１に、その抵抗１（１、ジョセフソン接合素子Ｊ
１及びＪ２を通って接地に流れ、他部が、直列回路Ａ２
に、その抵抗Ｒ２及びジョセフソン接合素子Ｊ３を通っ
て接地に流れでいる状態が得られている。

このような状態から、入力端１−１に入力電流　４ＩＡ
を供給り°れば、その一部が、直列回路Δ１のジョセフ
ソン接合素子Ｊ２を通つ（接地に流れる。このため、ジ
ョセフソン接合素子Ｊ２が、いままでの零電圧状態から
右電圧状態に転移する１゜ ジョセフソン接合素子Ｊ２が右電圧状態に転移すれば、
いままで直Ｊ＋１回路へ１に流れていたバイアス電流Ｉ
Ｂによるｆ１２流が、ｉｌ−列回路△１に、その抵抗［
で２及びジョセフソン接合Ｊ３にを通って接地に流れ、
他部が、抵抗Ｒ３を介し、そして直列回路Ａ１のジョセ
フソン接合素子Ｊ３を通って接地に流れる。このため、
ジョセフソン接合素子Ｊ３が、いままでの零電圧状態か
ら有電圧状態に転移する。

ジョセフソン接合素子Ｊ３が有電圧状態に転移すれば、
いままでジョセフソン接合素子Ｊ３に流れていた電流の
一部が、出力端１０を介して、その出力端Ｔ　Ｏと接地
との間に抵抗ＲＯを介して接続されでいる次段の超伝導
論理回路の入力回路Ｍ通じ−Ｃ接地に流れ、他部が抵抗
１で３を介し、ジョセフソン接合素子Ｊ１を通り、次で
抵抗１で４を通って接地に流れる。このため、ジョセフ
ソン接合素子Ｊ１が、いままひの零電圧状態から、イｊ
電圧状態に転移する。

ジョセフソン接合素子Ｊ１が右電圧状態に転移リ−れば
、いままでジョセフソン接合素子Ｊ１を通り、次で抵抗
Ｒ４を通って接地に流れていた電流が流れなくなるので
、バイアス電源端１Ｂに供給されるバイアス電流ＩＢの
ほとんど全てが、出力端一「Ｏを介して、抵抗ＲＯを通
じ、次段の超伝導論理回路の入力回路Ｍを通って接地に
流れる。

以」二述べたように、第１図に示“り超伝導論理回路に
よれば、バイアス電流端丁１にバイアス電流ＩＢを供給
している状態で、入力端１−１に入力電流１△を供給し
ていない場合は、次段の超伝導論理回路の入力回路Ｍに
、電流を供給しない、。

しかしながら、このＪ：うな状態から、入力端１’　１
に入力電流ＩΔが供給されれば、次段の超伝導論理回路
の入力回路Ｍに出力端゛１−Ｏを介して電流を供給する
。

従って、第１図に示Ｊ゛超伝導論即回路によれば、入力
端Ｔ１に入力電流ＩＡを供給りるかしないかに応じて、
出ツノ端’ｌ−０を介しく、次段の超伝導論理回路の入
力回路Ｍに電流を供給するかしないかの論理機能が得ら
れる。

また、第１図に示す従来の超伝導論理回路によれば、入
力端一「１に入力電流ＩＡが供給されることにもとすき
、次段の超伝導論理回路の入力回路Ｍに電流が供給され
る揚台、先ず、入力電流［Ａによってジョセフソン接合
素子Ｊ２がイｊ電圧状態に転移し、次にいままでジョセ
フソン接合素子Ｊ２に流れていた電流がジョセフソン接
合素子Ｊ３に流れることによって、そのジョセフソン接
合素子Ｊ３が右電圧状態に転移し、次にいままＣ゛ジコ
セフソン接合素子Ｊ３に流れていた電流がジョセフソン
接合素子Ｊ１に流れることにＪ、つ【、そのジョセフソ
ン接合素子Ｊ１が春雷１に状態に転移づる、という順次
の動作を行うので、入力電流１Δが低いレベルを有して
も、そ入力電流Ｉ△にもとすき、次段の超伝導論理回路
の入ツノ回路Ｍに電流が供給されることになる。

このため、第１図に示Ｊ従来の超伝導論で１１回路にに
れぽ、上述した論理（幾（１ヒが、Ω５感度で１ｑられ
るというｆｉ　ｆｌｉ３を右する。

しかしながら、第１図に示１従来の川伝ン９論理回路の
場合、動作マージンが比較的狭いという欠点を右づる。

その理由【；１、次のとうりである。

Ｊ−なわら、ジョセフソン接合素子Ｊ３がイ１電圧状態
になり、そのジョセフソン接合素子Ｊ３に流れていた電
流が、抵抗Ｒ３を介して、ジョセフソン接合素子Ｊ１に
流れ、これにＪ、ウジョセフソン接合素子Ｊ１が有電圧
状態になるときに、抵抗ＲＯに流れる電流を小とし、こ
れに応じてジョセフソン接合素子Ｊ１に流れる電流を人
とづれば、動作マージンを拡げることができる。

しかしながら、このようにするために、抵抗ＲＯの値を
人にすれば、出力端一１−０と接地との間の電圧がジョ
セフソン接合糸子Ｊ３のギＩｚツブ電圧に制限されてい
るので、出力９η＋ＩＯを通って次段の超伝導論理回路
の入力回路Ｍに供給される電流、Ｊなわち出力電流のレ
ベルが小になり、次段の超伝導論理回路を安定、高速に
動作させることができなくなる。

このため、抵抗［くＯの値を人にりることかできないの
で、第１図に示す従来の超伝導論理回路の場合、動作マ
ージンが狭い、１ 以上が、第１図に承り従来の超伝導論理回路の場合、動
作マージンが狭いという理由である。

また、第１図に示す従来の超伝導論理回路においＣ１そ
のジョセフソン接合糸子Ｊ　１−Ｊ　３として１〜ヘン
ネル接型のジョセフソン接合素子を用いれば、それらの
それぞれは、絶縁基板上に下部超伝導体層が形成され、
その下部超伝導体層上に、絶縁膜を介して上部超伝導体
層が延長している構成を有する。

従って、第１図に示す超伝導論理回路は、そのジョセフ
ソン接合糸子Ｊ　１−Ｊ　３どして、１ヘンネル接合型
のジョセフソン接合糸子を用いる場合、ジヨし・ノソン
接合素子Ｊ１の下部超伝導体層を抵抗１＜１及びＲ３の
一端に、上部超伝導体層をジョセフソン接合糸子Ｊ２の
上部超伝導体層及び抵抗Ｒ／ｌの一端に接続し、またジ
ョセフソン接合糸子Ｊ２の下部超伝導体層を接地に、上
部超伝導体層をジョ［フソン接合素子Ｊ１の上部超伝導
体層及び抵抗１＜４の一端に接続し、仝らに、ジ＝Ｉｌ
＝フソン接合素子Ｊ３の下部超伝導体層を抵抗１＜２及
びＲ３の一端に、」一部用伝導体層を接地に接続覆るこ
とによって構成りることができる。

しかしながら、この場合、ジョセフソン接合糸子Ｊ１の
」二部超伝導体層とジョセフソン接合素子Ｊ２の上部超
伝導体層とが連結されるので、その連結には問題はない
。また、ジョセフソン接合素子Ｊ１の下部超伝導体層が
抵抗１＜１及びＲ３の一端に連結されるので、ぞの連結
には問題はない。さらに、ジョセフソン接合素子Ｊ２の
下部超伝導体層が接地に連結されるので、その連結に問
題はない。また、ジョセフソン接合糸子Ｊ３の下部超伝
導体層が抵抗］＜２及びＲ３の一９ｖ１；に連結される
ので、その連結に問題がない。さらに、ジョセフソン接
合糸子Ｊ４の−１一部用伝導体層が接地に連結されるの
で、その連結に問題はない。

しかしながら、ジョセフソン接合糸子Ｊ１及びＪ２の上
部超伝導体層が、抵抗Ｒ４の一端に連結されるので、そ
の連結後、熱が与えられた場合、抵抗Ｒ４の材料が、ジ
ョセフソン接合糸子Ｊ１及びＪ２の上部超伝導体層を通
って絶縁層に拡散し、このため、ジョしノソン接合素子
Ｊ１及びＪ２が破損ツる１ｙれを右する。

このため、第１図に示１従来の超伝導論理回路の場合、
それを容易に製造Ｊることが困デ１１である、という欠
点を右づる。

よって本発明は、上述しＩこ欠点のない、新規な超伝導
論理回路を提案１！ｌυとり−るもので、以下、第２図
を伴なって、本発明による超伝導論理回路の一例を訂述
り−るどころがら、明らがとなるであろう。

第２図において、第１図どの対応部分には同一符号を１
１シ、訂細説明は省略Ｊる。

第２図に承り本発明ににる超伝導論理回路の一例は、次
の事項を除いて、第１図に示づ従来の超伝導論理回路の
構成ど同様である。

即ち、第１図に示す超伝導論理回路の構成において、そ
の第２の直列回路Δ２の第３のジョセフソン接合糸子Ｊ
３と直列に、第４のジョセフソン接合糸子Ｊ４が介挿さ
れ−くいる。

また、第４の抵抗Ｒ／Ｉの、第１の直列回路△１の第１
のジョセフソン接合糸子Ｊ１ど第２のジョセフソン接合
糸子Ｊ２との接続中点への接続路Ｃに、第５のジョセフ
ソン接合素子Ｊ５が介挿されている。

以上が、本発明による超伝導論理回路の第１の実施例の
構成である。

このような構成によれば、それが子連した事項を除いて
、第１図に示す超伝導論理回路と同様であるので、第１
図に示づ超伝導論理回路と同様の論理機能が得られる。

すなわち、詳細説明は省略するが、入力端Ｔ１に入力電
流ＩＡを供給していない状態で、バイアス電流端Ｔ　Ｂ
にバイアス電流１１−３が供給されることによって、バ
イアス電流ＩＢの一部が直列回路Ａ１を通って接地に流
れ、他部が直列回路Ａ２を通って接地に流れている状態
にあるどき、その直列回路へ２を通って接地に流れる電
流の一部が、ジョセフソン接合素子Ｊ５を通って接地に
流れている状態になっている。

また、このような状態から、入力端１−１に人ノｊ電流
ＩＡが供給されることによって、その入力電流ＩＡがジ
ョセフソン接合素子Ｊ２を通って接地に流れるとき、そ
の電流がジョセフソン接合素子Ｊ５に流れる。しかしな
がら、この場合、ジョセフソン接合素子Ｊ５は零電圧状
態を保っている。従って、この場合、ジョセフソン接合
素子Ｊ２のみが有電圧状態に転移づる。

また、このＪ、うにして、ジョセフソン接合素子Ｊ２が
右電流状態に転移し、これにもとずき、ジョセフソン接
合素子、ノ３に、それが右電流状態になるように電流が
流れるとき、その電流がジョセフソン接合素子Ｊ／１に
流れる。このため、ジョセフソン接合素子Ｊ４が、ジョ
セフソン接合素子Ｊ３とともに右電流状態に転移する。

さらに、このにうにして、ジョセフソン接合素子Ｊ３及
びＪ４が有電圧状態に転移し、これにもとすき、ジョセ
フソン接合素子Ｊ１及び抵抗Ｒ４を通って電流が流れる
とき、その電流がジョセフソン接合素子Ｊ５に流れる。

このため、ジョセフソン接合素子Ｊ５がジョセフソン接
合素子Ｊ１とともに右電流状態に転移覆る。

また、このようにジョセフソン接合素子Ｊ１及びＪ４が
有電圧状態に転移すれば、出力端ＴＯを通り、抵抗ＲＯ
を通つ゛Ｃ１次段の超伝導論理回路の入力回路Ｍに出力
電流が流れる。

従って、第２図に示す本発明による超伝導論理回路にＪ
：れば、第１図に承り従来の超伝導論理回路と同様の論
理機能が得られる９、Ｊ：だ、その論理機能が、高３！
度で得られるという特徴を右する。

しかしながら、第２図に示１本発明による超伝導論理回
路によれば、第１図に承り従来の超伝導論理回路の場合
に比し、動作マージンを人にりることができるという特
徴を有りる。

その理由は次のとおりである。

？ｌなわち、第２図に示１本発明による超伝導論理回路
の場合、出力端一１’　Ｏと接地との間の電圧が、ジー
Ｉｔ？フソン接合素子Ｊ３及びＪ４のギャップ電圧の和
になるので、出力端１０と接地との間の電圧が、ジョセ
フソン接合素子、ノ４のギャップ電圧の分、第１図に承
り超伝導論理回路の場合に比し高くなる。このため、抵
抗ＲＯの値を人にすることができ、このためジョはフソ
ン接合素了Ｊ　３及びＪ４が右電圧状態に転移し、これ
に６とすきジョセフソン接合素子Ｊ１及びＪ５に電流が
流れτ、それらが右電圧状態になるときの、そのジョセ
フソン接合素子Ｊ１及びＪ４に流れる電流が、第１図に
示づ従来の超伝導論理回路の場合にｄ３いＣジョセフソ
ン接合素子Ｊ１に流れる電流に比し大にづることができ
る。また、抵抗ＲＯの値を大にしても、第１図の超伝導
論理回路の場合に比し、大なる電流を、次段の超伝導論
理回路の入力回路に供給ジることができる。従って、第
２図に承り本発明による超伝導論理回路によれば、第１
図に承り従来の超伏＞り論理回路の場合に比し、動作マ
ージンを人にすることかで′きるという人なる特徴を有
づる。

また、第２図に示１本発明による超伝導論理回路によれ
ば、そのジョセフソン接合素子Ｊ１〜Ｊ５として、第１
図に示り従来の超伝導論理回路の場合Ｃ萌述したと同様
に、１ヘンネル接合型のジョセフソン接合素子を用いる
場合、ジコレフソン接合素子Ｊ１．Ｊ２及びＪ５の下部
超伝導体層を互に連結し、ジョセフソン接合素子Ｊ１の
下部超伝導体層を抵抗１＜１及びＲ３の一端に連結し、
ジョセフソン接合素子Ｊ２の下部超伝導体層を接地に連
結し、ジョセフソン接合素子Ｊ５の下部超伝導体層を抵
抗Ｒ４の一端に連結し、また、ジョセフソン接合素子Ｊ
３及びＪ４の上部超伝導体層を互に連結し、ジョセフソ
ン接合素子Ｊ３の下部超伝導体層を抵抗Ｒ２及びＲ３の
一端に連結し、ジョセフソン接合素子Ｊ４の下部超伝導
体層を接地に連結することによって、第２図に示す本発
明にＪ：る超伝導論理回路の構成が得られる。

このため、上述した連結後、熱が与えられても、ジョセ
フソン接合素子Ｊ１〜Ｊ５の何れも、第１図に示づ従来
の超伝導論理回路の場合で述べたように、それが破損す
るＩＩれを有しない。

従って、第２図に示す本発明による超伝導論理回路によ
れば、それを、第１図に示す従来の超伝導論理回路を製
造りる場合に比し、容易に製造することができる、とい
う人なる特徴を右する。

次に、本発明による超伝導論理回路の伯の例を第３図を
伴なって述べよう。

第３図にａ３い−Ｃ１第２図との対応部分には同一符号
をイｊし、詳細説明を省略づる。

第３図に承り本発明による超伝導論理回路は、第２図に
示η本発明による超伝導論理回路の構成にＪ３いて、そ
の抵抗］（３が省略され−（いることを除いて、第１図
の場合と同様である。

以上が本発明による超伝導論理回路の他の例の構成であ
る。

このＪ：うな構成によれば、それが、−上述した事項を
除いＣ１第２図に示す本発明ににる超伝導論理回路と同
様の構成を有づるので、詳細説明は省略づるが、第２図
に示１本発明による超伝導論理回路の場合と同様の論理
（幾能が得られ、また同様の特徴が得られることは明ら
かである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の超伝導論理回路を承り接続図である。 第２図及び第３図は、それぞれ本発明による超伝導論理
回路の実施例を示１接続図である。 Ａ１．Ａ２・・・・・・直列回路 Ｊ１〜Ｊ５・・・・・・ジョセフソン接合素子ＲＯ，ｌ
＜１−〜・　］（４ ・・・・・・・・・・・・・・・抵抗 Ｔ　Ｒ３・・・・・・・・・・・・・・・バイアス電源
源ＴＡ・・・・・・・・・・・・・・・入力端Ｍ・・・
・・・・・・・・・・・・・・・次段の超伝導論理回路
の入力回路 出願人　日本電信電話公社 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１の抵抗と、第１のジョセフソン接合素子と、第
   ２のジョセフソン接合素子とがそれらの順に直列に接続
   されている第１の直列回路ど、 第２の抵抗と、第３のジョはフソン接合素子とが直列に
   接続されている第２の直列回路とをイｊし、 上記第１の直列回路の上記第゛１の抵抗側のｔＮと、上
   記第２の直列回路の上記第２の抵抗側の一端とが、それ
   らに共通のバイアス電源端に接続され、 上記第１の直列回路の上記第２のジョセフソン接合素子
   側の他端と、上記第２の直列回路の」−２第３のジョセ
   フソン接合素子側の他端が、接地に接続され、 上記第１の直列回路の上記第１の抵抗と上記第１のジョ
   セフソン接合素子との接続中点と、上記り１２の直列回
   路の上記第２の抵抗と上記第３のジョセフソン接合素子
   との接続中点との間に第３の抵抗が接続され、 上記第゛１の直列回路の」二記第１のジョセフソン接合
   素子と上記第２のジョセフソン接合素子どの接続中点と
   、接地との間に、第４の抵抗が接続され、 上記第４の抵抗の接地側とは反対側の一端から、入力端
   が導出され、 上記第２の直列回路の上記第２の抵抗と、上記第３のジ
   ョセフソン接合素子との接続中点から、出力端が導出さ
   れている超伝導論理回路にＪ３いＣ１ 上記第２の直列回路の第３のジョセフソン接合素子と直
   り１１に、第４のジョセフソン接合素子が介挿され、 上記第４の抵抗の、上記第１の直列回路の上記第１のジ
   ョセフソン接合素子と上記り１２のジョセフソン接合素
   子との接続中点への接続路に、第５のジョセフソン接合
   素子が介１１１ｉされていることを特徴とＪる超伝導論
   理回路。 ２．第１の抵抗と、第１のジョセフソン接合糸子と、第
   ２のジョセフソン接合素子とがそれらの順に直列に接続
   されている第１の直列回路と、 第２の抵抗と、第３のジョセフソン接合糸子とが直列に
   接続されている第２の直列回路とを有し、 上記第１の直列回路の上記第１の抵抗側の一端と、上記
   第２の直列回路の上記第２の抵抗側の一端とが、それら
   に共通のバイアス電源端に接続され、 上記第１の直列回路の上記第２のジョセフソン接合糸子
   側の他端と、上記第２の直列回路の上記第３のジョセフ
   ソン接合素子側の他端が、接地に接続され、 上記第１の直列回路の上記第１のジョセフソン接合素子
   と上記第２のジョセフソン接合糸子との接続中点と、接
   地との間に、第４の抵抗が接続され、 上記第１の抵抗の接地側とは反対側の一端から、入力端
   が導出され、 上記第２の直列回路の上記第２の抵抗と、上記第３のジ
   ョセフソン接合素子との接続中点から、出力端が導出さ
   れている超伝導論理回路におい−Ｃ１ 」上記第２の直列回路の第３のジョセフソン接合素子と
   直列に、第４のジョセフソン接合素子が介挿され、 上記第４の抵抗の、上記第１の直列回路の上記第１のジ
   ョセフソン接合糸子と上記第２のジョセフソン接合糸子
   との接続中点への接続路に、第５のジョセフソン接合素
   子が介挿されていることを特徴とづる超伝導論理回路。