DE69216669T2

DE69216669T2 - Josephson Gatter mit einer Vielzahl von Eingangstoren und Josephson Schaltung mit solchem Gatter

Info

Publication number: DE69216669T2
Application number: DE69216669T
Authority: DE
Inventors: Hideo Suzuki
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1991-03-25
Filing date: 1992-03-25
Publication date: 1997-05-07
Anticipated expiration: 2012-03-26
Also published as: EP0506345A2; US5233244A; EP0506345B1; DE69216669D1; EP0506345A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Josephson-Vorrichtungen und spezieller ein logisches Josephson- Gatter mit einer Vielfach-Eingang-Konstruktion. Die vorhegende Erfindung betrifft auch eine logische Josephson- Schaltung, bei der ein logisches Josephson-Gatter verwendet ist.
Die Josephson-Vorrichtungen sind gekennzeichnet durch eine extrem hohe Betriebsgeschwindigkeit und niedrigen Energieverbrauch. Somit ist die Vorrichtung für superschnelle Computer und Prozessoren geeignet und es wurden intensive Anstrengungen unternommen, um verschiedene digitale Schaltungen basierend auf einer integrierten Josephson-Schaltung zu konstruieren. Bei den integrierten Josephson-Schaltungen sind die logischen Gatter allgemein in Form eines UND-Gatters oder ODER-Gatters konstruiert.
In herkömmlicher Form wurden diese logischen Josephson-Gatter so ausgeführt, daß sie einen oder zwei Eingangsports für logische Eingangssignale aufwiesen. Im folgenden soll das Problem kurz überprüft werden, welches in Verbindung mit logischen Josephson-Gattern auftritt, die Vielfach-Eingangsports besitzen.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel des einfachsten Josephson- Gatters mit einem einzelnen Eingangsport A.
Gemäß Fig. 1 enthält das Josephson-Gatter zwei Josephson-Übergänge (junctions) J11 und J12, die zusammen mit einer ersten und einer zweiten supraleitenden Wicklung La und Lb so angeordnet sind, um eine geschlossene Schleife 1 zu bilden, die als ein supraleitendes Interferometer wirkt. An einem Knotenpunkt, wo die Wicklungen La und Lb verbunden sind, wird ein Wechselstrom-Vorspannstrom Ig von einem Vorspannanschluß 20 über einen Widerstand R zugeführt und der auf diese Weise zugeführte Vorspannstrom wird veranlaßt, über einen ersten Strompfad zu einer supraleitenden Erd- Ebene GND zu fließen, wobei dieser erste Strompfad die Wicklung La und den Josephson-Übergang J, enthält, und ferner über einen zweiten Strompfad zu fließen, welcher die Wicklung Lb und den Josephson-Übergang J&sub2; enthält. Das logische Eingangssignal wird zu einer Eingangsleitung 21 über einen Eingangsport A zugeführt, wobei die Eingangsleitung 21 Induktanzen La' und Lb' enthält, welche eine magnetische Kupplung jeweils mit den Wicklungen La und Lb der supraleitenden Schleife 1 bewirken. Dadurch erfahren die JosephsonÜbergänge J11 und J12 einen Übergang in einen definierten Spannungszustand gemäß einer charakteristischen Kurve, die in Fig. 2 gezeigt ist. Bei der Vorrichtung von Fig. 1 wird die Ausgangsgröße an dem Verbindungspunkt erhalten, wo der Widerstand R mit der supraleitenden Schleife 1 verbunden ist.
Gemäß Fig. 2 ist die Beziehung zwischen dem Eingangsstrom Ic und dem Vorspannstrom Ig veranschaulicht, wobei die Josephson-Übergänge J11 und J12 den Übergang in den definierten Spannungszustand in dem Bereich bewirken, der durch Strichlierung in Fig. 2 angezeigt ist. Wenn somit der Vorspannstrom Ig konstant gehalten wird, bewirkt eine Erhöhung des Stromes Ic einen Schaltvorgang, indem die charakteristische Kurve gekreuzt wird, wobei der Schwellenwert des Stromes Ic, bei dem der vorhergehende Übergang aufgetreten ist, mit abnehmendem Strom Ig zunimmt. Bei dem Josephson-Gatter der oben beschriebenen Zwei-Übergangs-Konstruktion existiert jedoch ein Problem dahingehend, daß die Zone des definierten Spannungszustandes relativ eingeschränkt ist. Damit verbunden, ist auch der Betriebsgrenzbereich der Vorrichtung eingeschränkt. Dieses Problem wird speziell dann schwerwiegend, wenn die Zahl der Eingangsleitungen erhöht wird.
Fig. 3 zeigt ein anderes typisches logisches Josephson-Gatter, welches eine supraleitende Interferometerschleife 2 verwendet, wobei drei Josephson-Übergänge J11, J12 und J13 beteiligt sind, zusammen mit supraleitenden Wicklungen La und Lb. Auch in diesem Fall wird das logische Eingangssignal, welches der Leitung 21 über den Eingangsport A zugeführt wird, zu der Schleife 2 übertragen, und zwar als Ergebnis der magnetischen Kopplung der Induktanzen La' und Lb', die in der Leitung 21 enthalten sind, und zwar mit den entsprechenden supraleitenden Wicklungen La und Lb der Schleife 2. Bei dem Gatter dieses Beispiels wird der Vorspannstrom Ig von dem Vorspannanschluß 20 her zugeführt, und zwar zu den jeweiligen Mittelpunkten der Wicklungen La und Lb über den Widerstand R und der auf diese Weise zuge führte Vorspannstrom wird veranlaßt, zu der supraleitenden Erd-Ebene GND über die Josephson-Übergänge J11, J12 und J13 zu fließen. Dadurch zeigt die Vorrichtung eine Betriebskennlinie, wie sie in Fig. 4 wiedergegeben ist. Hierbei wird die Ausgangsgröße des Gatters an dem Knotenpunkt erhalten, bei dem der Widerstand R mit den supraleitenden Wicklungen La und Lb verbunden ist.
Bei der in Fig. 4 gezeigten charakteristischen Kurve ist ebenfalls die Zone mit dem definierten Spannungszustand der Josephson-Übergänge J11 - J13 durch Strichlierung angezeigt. In diesem Fall ist die Zone des definierten Spannungszustandes erweitert, und zwar verglichen mit der charakteristischen Kurve, die in Fig. 2 gezeigt ist. Somit zeigt die Vorrichtung von Fig. 3 einen verbesserten Betriebsbereich bzw. Grenzbereich, verglichen mit der Vorrichtung von Fig. 1.
Unter Verwendung der verbesserten Betriebsgrenze wird die Vorrichtung nach Fig. 3 erfolgreich dafür verwendet, um das Dual-Eingang-UND-Gatter zu konstruieren. Dabei ist eine andere Eingangsleitung in der magnetischen Kopplung mit der Interferometerschleife 2 vorgesehen und es wird der Vorspannstrom Ig so eingestellt, daß der Übergang nur dann erfolgt, wenn der Eingangsstrom beiden Eingangsleitungen gleichzeitig zugeführt wird. Ferner existiert ein Versuch, ein Josephson-UND-Gatter zu konstruieren, welches drei oder mehr Eingangsports besitzt, basierend auf der Vorrichtung von Fig. 3 (Hatano, Y. et al., IEEE J. Solid-State Circuits, Vol.sc-22, Nr. 4, August 1987).
Fig. 5 zeigt ein solches Drei-Eingang-Josephson-UND- Gatter, welches basierend auf dem supraleitenden Interferometer 2 der Fig. 3 konstruiert ist, wobei drei Eingangsleitungen 21 - 23 vorgesehen sind, die jeweils mit den Eingangsports A - C verbunden sind. Dabei wird der Vorspannstrom Ig auf eine solche Größe eingestellt, daß der übergang der Josephson-Übergänge J11 - J13 nur dann erfolgt, wenn der Eingangsstrom veranlaßt wird, gleichzeitig durch die Eingangsleitungen 21 - 23 entsprechend dem logischen Zustand zu fließen, wobei logische Daten "1" gleichzeitig den Eingangsports A - C zugeführt werden.
Bei dem Vielfach-Eingang-Josephson-UND-Gatter, welches auf der Grundlage der supraleitenden Interferometerschleife 2 von Fig. 3 konstruiert ist, kann jedoch einfach verstanden werden, daß ein Problem hinsichtlich der Betriebsgrenze besteht, die zunehmend kleiner wird mit zunehmender Anzahl der Eingangsleitungen. Spezieller gesagt, wird die Toleranz der Variation des Eingangsstromes zunehmend eingeschränkt, da es nämlich die Summe der Eingangsströme ist, die den Übergang der Josephson-Übergänge verursacht. Dadurch wird das logische Gatter zunehmend verletzbarer bzw. anfälliger gegenüber Störspannungen und das Risiko eines fehlerhaften Betriebes nimmt wesentlich zu.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neuartige und nützliche logische Josephson- Schaltung zu schaffen, bei der die zuvor erläuterten Probleme beseitigt sind.
Ein anderes und spezifischeres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Josephson-UND-Gatter zu schaffen, welches die Fähigkeit hat, die Zahl der Eingangsports ohne Schmälerung der Zuverlässigkeit des Betriebes zu erhöhen.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Vielfach-Eingang-Josephson-UND-Gatter zu schaffen, welches eine Vielzahl von Eingangsports besitzt, mit: einer Vielzahl von logischen Josephson-Gatterelementen, die in einer Zahl vorgesehen sind, welche einer Zahl der Eingangsports entspricht und die miteinander in Kaskade geschaltet sind, und zwar von einer ersten Stufe bis zu einer letzten Stufe hin, und wobei jedes der logischen Josephson-Gatterelemente der ersten bis letzten Stufe folgendes aufweist: ein supraleitendes Quantum-Interferometer zur Erzeugung eines Ausgangssignals in Abhängigkeit von einem Übergang von einem supraleitenden Zustand zu einem definierten Spannungszustand; eine Eingangsleitung, die mit einem entsprechenden Eingangsport verbunden ist, um diesem einen Eingangsstrom zuzuführen, wobei die Eingangsleitung magnetisch mit dem supraleitenden Quantum-Interferometer gekoppelt ist, um den Eingangsstrom zu dem supraleitenden Quantum-Interferometer zu übertragen; eine Vorspanneinrichtung zum Zuführen eines Vorspannstromes zu dem supraleitenden Quantum-Interferometer, wobei die Vorspanneinrichtung den Vorspannstrom mit einem Pegel derart zuführt, daß das supraleitende Quantum-Interferometer den Übergang in den definierten Spannungszustand abhängig von dem der Eingangsleitung zugeführten Eingangsstrom veranlaßt, wobei jede der Vorspanneinrichtungen der zweiten bis letzten Stufe mit dem Ausgangssignal des supraleitenden Quantum-Interferometers der früheren Stufe in Form eines Triggersignals beschickt wird und der Vorspannstrom in Abhängigkeit von dem Triggersignal erzeugt wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann man die Zahl der Stufen erhöhen und damit die Zahl der Eingangsports des Josephson-UND-Gatters, wobei für jede Stufe ein zuverlässiges Einzeleingangs-Josephson-Gatterelement verwendet wird. Wenn die logischen Eingangssignale gleichzeitig den gesamten Eingangsports zugeführt werden, so tritt der Übergang der Josephson-Gatterelement zuerst an der Anfangsstufe auf und schreitet dann aufeinanderfolgend zur Endstufe fort. Als Ergebnis des Übergangs wird ein logisches Signal, welches das Ergebnis der UND-Operation anzeigt, an dem logischen Josephson-Gatterelement der letzten Stufe erhalten.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, vielfältige logische Josephson-Schaltungen zu schaffen, die eine Anzahl von Josephson-UND-Gattern verwenden, von denen jedes eine Vielzahl von Eingangsports besitzt.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Josephson-Decodierschaltung zu schaffen, um Eingangsdaten zu decodieren, die durch eine Vielzahl von Bits wiedergegeben sind, mit: einer Vielzahl von Vielfach- Eingang-Josephson-UND-Gattern, von denen jedes eine Vielzahl von logischen Josephson-Gatterelementen umfaßt, mit einer Zahl, die einer Zahl von Bits der Eingangsdaten entspricht, wobei die Vielzahl der logischen Josephson-Gatterelemente in Kaskade geschaltet sind, und zwar in jedem Josephson-UND-Gatter, beginnend mit einer ersten Stufe bis zu einer Endstufe; wobei jedes der logischen Josephson-Gatterelemente folgendes aufweist: ein supraleitendes Quantum-Interferometer zur Erzeugung eines Ausgangssignals in Abhängigkeit von einem Übergang von einem supraleitenden Zustand in einen definierten Spannungszustand; eine mit einem ent sprechenden Eingangsport verbundene Eingangsleitung, um diesem einen Eingangsstrom zuzuführen, wobei die Eingangsleitung magnetisch mit dem supraleitenden Quantum-Interferometer gekoppelt ist, um den Eingangsstrom zu dem supraleitenden Quantum-Interferometer zu übertragen; einer Vorspanneinrichtung zum Zuführen eines Vorspannstromes zu dem supraleitenden Quantum-Interferometer, wobei die Vorspanneinrichtung den Vorspannstrom mit einem solchen Pegel zuführt, daß das supraleitende Quantum-Interferometer den Übergang in den definierten Spannungszustand verursacht, in Abhängigkeit von dem der Eingangsleitung zugeführten Eingangsstrom, wobei jede der Vorspanneinrichtungen der ersten bis letzten Stufe mit dem Ausgangssignal des supraleitenden Quantum-Interferometers der früheren Stufe in Form eines Triggersignals beschickt wird und den Vorspannstrom in Abhängigkeit von dem Triggersignal erzeugt; einer Verbindungseinrichtung zum Verbinden der Eingangsleitungen der logischen Josephson-Gatterelemente verschiedener Josephson UND-Gatter miteinander, und zwar für jede der Stufen in solcher Weise, daß die Eingangsdaten den Josephson-UND-Gattern in Einklang mit einer logischen Kombination zugeführt werden, die in jedem Josephson-UND-Gatter verschieden ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann man eine Decodier schaltung herstellen, ohne die Schaltungsanordnung zu komplizieren, indem man einfach die Josephson-UND-Gatter anordnet und die Eingangsleitungen in geeigneter Weise verbindet.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine programmierbare logische Array-Schaltung zu schaffen, die mit Eingangsdaten beschickt wird, um Ausgangsdaten nach einer vorbestimmten logischen Operation zu erzeugen, mit: einem programmierbaren Josephson-UND-Array, welches eine Vielzahl von Vielfach-Eingang-Josephson-UND- Gattern aufweist, von denen jedes eine Vielzahl von logischen Josephson-Gatterelementen umfaßt mit einer Zahl, die einer Zahl von Bits der Eingangsdaten entspricht, wobei die Vielzahl der logischen Josephson-Gatterelemente miteinander in Kaskade geschaltet sind, und zwar in jedem Josephson UND-Gatter, von einer ersten Stufe bis zu einer letzten Stufe; wobei jedes der logischen Josephson-Gatterelemente folgendes enthält: ein supraleitendes Quantum-Interferometer zur Erzeugung eines Ausgangssignals in Abhängigkeit von einem Übergang von eine supraleitenden Zustand in einen de finierten Spannungszustand; eine Eingangsleitung, die an einen entsprechenden Eingangsport angeschaltet ist, um diesem einen Eingangsstrom zuzuführen, wobei die Eingangsleitung magnetisch an das supraleitende Quantum-Interferometer gekoppelt ist, um den Eingangsstrom dem supraleitenden Quantum-Interferometer zu übertragen; einer Vorspanneinrichtung zum Zuführen eines Vorspannstromes zu dem supraleitenden Quantum-Interferometer, wobei die Vorspanneinrichtung den Vorspannstrom mit einem solchen Wert zuführt, daß das supraleitende Quantum-Interferometer den Übergang in den definierten Spannungszustand in Abhängigkeit von dem Eingangsstrom bewirkt, welcher der Eingangsleitung zugeführt wird, wobei jede der Vorspanneinrichtungen der zweiten bis letzten Stufe mit dem Ausgangssignal des supraleitenden Quantum-Interferometers der früheren Stufe in Form eines Triggersignals beschickt wird und der genannte Vorspannstrom in Abhängigkeit von dem Triggersignal erzeugt wird; einer Verbindungseinrichtung zum Verbinden der Eingangsleitungen der logischen Josephson-Gatterelemente der verschiedenen Josephson-UND-Gatter miteinander und für jede der Stufen in solcher Weise, daß die Eingangsdaten den Josephson-UND-Gattern in Einklang mit einer logischen Kombination zugeführt werden, die in jedem Josephson-UND-Gatter verschieden ist, wobei die Verbindungseinrichtung die Zufuhr der Eingangsdaten zu einem ausgewählten Josephson-Gatterelement eines ausgewählten Josephson-UND-Gatters verhindert; und einem programmierbaren Josephson-ODER-Array, welches mit den Ausgangsdaten des programmierbaren Josephson-UND-Arrays beschickt wird, wobei das programmierbare Josephson-ODER-Array eine Vielzahl von logischen Josephson- Gatterelementen umfaßt, von denen jedes ein supraleitendes Quantum-Interferometer und eine Eingangsleitung umfaßt, die einen Eingangsstrom führt, wobei die Eingangsleitung magnetisch an das supraleitende Quantum-Interferometer gekoppelt ist, um den Eingangsstrom zu der supraleitenden Quantum-Interferometerschleife zu übertragen, und wobei das logische Josephson-ODER-Array-Ausgangsdaten gemäß einer logischen Summenoperation der Ausgangsdaten des programmierbaren Josephson-UND-Arrays erzeugt und das programmierbare Josephson-ODER-Array ein ausgewähltes logisches Josephson- Gatterelement enthält, welches außer Bereitschaft gesetzt ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann man ein programmierbares logisches Array ohne die Verwendung von zeitgesteuerten Invertern oder von Zeitsteuersignalen konstruieren. Dadurch wird die Schaltungskonstruktion merklich vereinfacht.
Andere Ziele und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Schaltungsdiagramm, welches die Konstruktion eines herkömmlichen logischen Josephson-Gatters zeigt, welches zwei Josephson-Übergänge in einer supraleitenden Schleife enthält;
Fig. 2 ist ein Diagramm, welches die Betriebseigen schaft der Vorrichtung von Fig. 1 zeigt;
Fig. 3 ist ein Schaltungsdiagramm, welches die Konstruktion eines herkömmlichen logischen Josephson-Gatters zeigt, welches drei Josephson-Übergange in einer supraleitenden Schleife enthält;
Fig. 4 ist ein Diagramm, welches die Betriebseigenschaft der Vorrichtung der Fig. 3 zeigt;
Fig. 5 ist ein Schaltungsdiagramm, welches die Konstruktion eines Josephson-UND-Gatters mit drei Eingängen zeigt, welches früher vorgeschlagen wurde;
Fig. 6 ist ein Schaltungsdiagramm, welches die Konstruktion eines Josephson-UND-Gatters mit vier Eingängen zeigt, gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 ist ein Schaltungsdiagramm, welches die Konstruktion eines Josephson-UND-Gatters mit vier Eingängen zeigt, gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 ist ein Schaltungsdiagramm, welches die Konstruktion eines Josephson-UND-Gatters mit vier Eingängen zeigt, gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 ist ein Schaltungsdiagramm, welches die Konstruktion eines Josephson-UND-Gatters mit vier Eingängen zeigt, gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 ist ein Schaltungsdiagramm, welches die Konstruktion eines Josephson-UND-Gatters mit vier Eingängen gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 11 ist ein Schaltungsdiagramm, welches die Konstruktion eines Josephson-UND-Gatters mit vier Eingängen gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
Fig. 12 zeigt ein Schaltungsdiagramm, welches die Konstruktion einer Josephson-Decodierschaltung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
Fig. 13 zeigt ein Schaltungsdiagramm, welches die Konstruktion einer Josephson-Decodierschaltung gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
Fig. 14 zeigt ein Schaltungsdiagramm, welches die Konstruktion einer Josephson-Decodierschaltung gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 15(A) ist ein Schaltungsdiagramm, welches einen Josephson-Speicherdecodierer gemäß einer zehnten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 15(B) ist eine vergrößerte Ansicht, die einen programmierbaren Teil der Schaltung von Fig. 15(A) in Einzelheiten wiedergibt;
Fig. 16(A) ist ein Schaltungsdiagramm, welches eine Adressierung einer redundanten Speicherzelle in dem Josephson-Speicherdecodierer von Fig. 15(A) wiedergibt;
Fig. 16(B) und 16(C) sind Diagramme ähnlich Fig. 15(B), die den programmierbaren Teil der Schaltung von Fig. 16(A) in einem vergrößerten Maßstab für zwei verschiedene Einstellungen wiedergeben;
Fig. 17 ist ein Schaltungsdiagramm, welches einen Josephson-Speicherdecodierer gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 18 ist ein Schaltungsdiagramm, welches ein programmierbares logisches Josephson-Array gemgß einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 19 ist ein Schaltungsdiagramm, welches ein programmierbares logisches Josephson-Array gemäß einer dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wiedergibt; und
Fig. 20 zeigt ein Schaltungsdiagramm, welches ein Josephson-ODER-Gatter veranschaulicht, welches in der Schaltung von Fig. 19 verwendet wird.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Fig. 6 zeigt ein UND-Gatter mit vier Eingängen gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Gemäß Fig. 6 enthält die Schaltung eine erste Eingangsstufe 11, eine zweite Eingangsstufe 12, eine dritte Eingangsstufe 13, eine vierte Eingangsstufe 14 und eine Ausgangsstufe 15, wobei die erste Stufe 11 ein supraleitendes Quantum-Interferometer Si enthält, welches eine Konstruktion hat, die im wesentlichen identisch mit dem Josephson-Gatter ist, das unter Hinweis auf Fig. 3 erläutert wurde. Das Quantum-Interferometer Si wird mit einem Wechselstrom-Vorspannstrom von einem Vorspannbus 16 her über einen Widerstand Rs, beschickt und arbeitet ähnlich der Vorrichtung nach Fig. 3 mit einer Betriebscharakteristik, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist. Es sei darauf hingewiesen, daß eine Wechselstromquelle ähnlich der Wechselstromquelle 160 mit dem Vorspannbus 16 verbunden ist, um diesem den Wechselstrom-Vorspannstrom zuzuführen.
Die zweite Stufe 12 enthält ihrerseits einen Josephson-Übergang (junction) J&sub2; mit einem ersten Ende, welches mit dem Ausgangsanschluß der Vorrichtung Si über einen Widerstand R&sub1; verbunden ist, und mit einem anderen Ende mit der supraleitenden Masse- oder Erd-Ebene verbunden ist. Das erste Ende des Josephson-Übergangs J&sub2; ist ferner mit dem Vorspannbus 16 über eine Widerstand Rs&sub2; verbunden und der Vorspannstrom wird veranlaßt, zu der Erd- oder Masse-Ebene zu fließen, solange als der Josephson-Übergang J&sub2; sich in dem supraleitenden Zustand befindet. Ferner enthält die zweite Stufe 12 ein supraleitendes Quantum-Interferometer S&sub2;, welches mit dem ersten Ende des Josephson-Übergangs J&sub2; über eine Widerstand R&sub2; verbunden ist, um den Vorspannstrom aufzunehmen. Solange der Josephson-Übergang J&sub2; sich in dem supraleitenden Zustand befindet, wird kein Vorspannstrom dem supraleitenden Interferometer S&sub2; zugeführt und das supraleitende Interferometer S&sub2; wird in dem supraleitenden Zustand gehalten.
Die dritte Stufe 13 und die vierte Stufe 14 besitzen eine Konstruktion, die im wesentlichen identisch mit der Konstruktion der zweiten Stufe 12 ist. Somit enthält die dritte Stufe 13 einen Josephson-Übergang J&sub3;, der über einen Widerstand Rs&sub3; an einem ersten Ende vorgespannt ist und mit der supraleitenden Erd- oder Masse-Ebene an dem anderen Ende verbunden ist. Ferner ist das erste Ende des Josephson Übergangs J&sub3; mit dem Ausgangsanschluß des supraleitenden Quantum-Interferometers S&sub2; der früheren Stufe über eine Widerstand R&sub3;, verbunden, während das gleiche erste Ende des Josephson-Übergangs J&sub3; mit einem supraleitenden Quantum-Interferometer S&sub3; über den Widerstand R&sub3;&sub2; verbunden ist.
In ähnlicher Weise enthält die vierte Stufe 14 einen Josephson-Übergang J&sub4;, der über eine Widerstand Rs&sub4; an einem ersten Ende vorgespannt ist und mit der supraleitenden Erd-Ebene an dem anderen Ende verbunden ist. Ferner ist das erste Ende des Josephson-Übergangs J&sub4; mit dem Ausgangsanschluß des supraleitenden Quantum-Interferometers S&sub3; der früheren Stufe über einen Widerstand R&sub4;&sub1; verbunden, während das gleiche erste Ende des Josephson-Übergangs J&sub4; mit einem supraleitenden Quantum-Interferometer S&sub4; über eine Widerstand R&sub4;&sub2; verbunden ist. Bei der vorangegangenen Konstruktion ist die Stufe 13 in Kaskade mit der Stufe 12 geschaltet, während die Stufe 14 in Kaskade mit der Stufe 13 geschaltet ist.
In der Ausgangsstufe 15 ist ein Josephson-Übergang J&sub5; derart vorgesehen, daß der Josephson-Übergang J&sub5; ein erstes Ende besitzt, welches mit dem supraleitenden Quantum-Interferometer S&sub4; der früheren Stufe über den Widerstand R&sub5;, verbunden ist und ein zweites Ende mit der supraleitenden Erd-Ebene verbunden ist. Ferner wird der Vorspannstrom dem Josephson-Übergang J&sub5; über den Widerstand Rs&sub5; zugeführt. Dabei ist ein Lastwiderstand RL mit einem Ausgangsanschluß OUT verbunden, der seinerseits mit einem Knotenpunkt verbunden ist, wo die Widerstände R&sub5;&sub1; und Rs&sub5; miteinander an dem ersten Ende des Josephson-Übergangs J&sub5; verbunden sind. Es sei hier erwähnt, daß der Lastwiderstand RL den äquivalenten Lastwiderstand der Josephson-Schaltungen repräsentieren kann, die nach der Ausgangsstufe 15 angeschaltet sind.
Bei dem supraleitenden Quantum-Interferometer der Fig. 3, welches für die Vorrichtungen S&sub1; - S&sub5; der Fig. 6 verwendet werden, sind die Josephson-Übergänge J&sub1;&sub1;, J&sub1;&sub2; und J&sub1;&sub3; so konfiguriert, daß der kritische Strom des Josephson-übergangs J&sub1;&sub2; zweimal so groß ist als der kritische Strom des Josephson-Übergangs J&sub1;&sub1; oder der kritische Strom des Josephson-Übergangs J&sub1;&sub3; ist. Hierbei haben der JosephsonÜbergang J&sub1;&sub1; und der Josephson-Übergang J&sub1;&sub3; den gleichen kritischen Strom. Andererseits sind die Josephson-Übergänge J&sub2; - J&sub5; so konfiguriert, daß sie den gleichen kritischen Strom haben, der als Im wiedergegeben ist. In Entsprechung zu dem kritischen Strom Im sind die Werte der Widerstände R&sub2;&sub2;, R&sub3;&sub2; und R&sub4;&sub2; alle gleichgesetzt auf Vg/Im, worin Vg die Spaltspannung der Josephson-Übergänge J&sub2; - J&sub5; wiedergibt. Spezifischer gesagt, kann der kritische Strom Im gleich auf 0,4 mA eingestellt werden und der Wert der Widerstände R&sub2;&sub2; - R&sub4;&sub2; kann auf 8 Ω eingestellt werden. Der Wert der Widerstände R&sub2;&sub1; - R&sub5;&sub1; kann auf 2 Ω eingestellt werden.
Als nächstes soll die Betriebsweise des UND-Gatters mit den vier Eingängen nach Fig. 6 im Detail beschrieben werden.
Begonnen sei von einem Zustand, bei dem alle Josephson-Übergange in der Schältung von Fig. 6 sich in dem supraleitenden Zustand befinden, der Vorspannstrom von dem Vorspannbus 16 aus zu jedem supraleitenden Quantum-Interferometer S&sub1; - S&sub4; als auch zu jedem der Josephson-Übergänge J&sub2; - J&sub5; zugeführt wird.
In diesem Zustand bewirkt ein Eingangssignal A, welches der ersten Stufe zugeführt, wird einen Übergang des supraleitenden Quantum-Interferometers S&sub1; und es wird der Vorspannstrom von dem Widerstand Rs&sub1; dem Josephson-Übergang J&sub2; über den Widerstand R&sub2;&sub1; zugeführt. Dabei wird der Josephson-Übergang J&sub2; mit einem Vorspannstrom getrieben, der aus einer Summe des Vorspannstromes besteht, der durch den Widerstand R&sub2;&sub1; fließt und der durch den Widerstand Rs&sub2; fließt. Als Antwort darauf bewirkt der Josephson-Übergang J&sub2; einen Schaltvorgang in den definierten Spannungszustand. Es sei erwähnt, daß vor dem Übergang des supraleitenden Quantum-Interferometers S&sub1; der Vorspannstrom nicht dem Josephson-Übergang J&sub2; über den Widerstand R&sub2;&sub1; zugeführt wird, und zwar aufgrund des Widerstandes von Null des supraleitenden Quantum-Interferometers S&sub1;.
In Abhängigkeit von dem Schaltvorgang des Josephson Übergangs J&sub2; wird ein Vorspannstrom von dem Widerstand Rs&sub2; dem supraleitenden Quantum-Interferometer S&sub2; über den Widerstand R&sub2;&sub2; zugeführt. Es sei darauf hingewiesen, daß das supraleitende Quantum-Interferometer S&sub2; in keiner Weise vorgespannt ist, bevor der Josephson-Übergang J&sub2; schaltet. Wenn dem Eingangsport B unter diesem Zustand ein Eingangssignal zugeführt wird, so bewirkt das supraleitende Quantum-Interferometer S&sub2; einen Schaltvorgang in den definierten Spannungszustand und es wird nun Vorspannstrom dem Josephson-Übergang J&sub3; über den Widerstand R&sub3;&sub1; zugeführt. Dabei ist der Josephson-Übergang J&sub3; durch einen Vorspannstrom vorgespannt, der gleich ist der Summe aus dem Vorspannstrom, der über den Josephson-Übergang J&sub3; zugeführt wird und dem Vorspannstrom besteht, der über den Widerstand Rs&sub3; zugeführt wird. Dadurch veranlaßt der Josephson-Übergang J&sub3; einen Schaltvorgang in den definierten bzw. endlichen Spannungszustand.
Dieser Schaltvorgang des Josephson-Übergangs J&sub3; seinerseits verursacht die Vorspannung des supraleitenden Quantum-Interferometers S&sub3; und es wird dadurch das supraleitende Quantum-Interferometer 53 in den endlichen bzw. definierten Spannungszustand geschaltet, wenn eine Eingangsgröße am Eingangsport C auftritt. Auf diese Weise schreitet der Schaltvorgang des supraleitenden Interferometers Si und des Josephson-Übergangs Ji aufeinanderfolgend voran, und zwar von der Anfangsstufe zur Endstufe, vorausgesetzt, daß ein Eingangssignal, welches den logischen hohen Pegel anzeigt, allen Eingangsports A - D zugeführt wird. Hierbei gibt der Index i die Nummer der Stufe an. Wenn einer der Eingangsports kein Eingangssignal in Entsprechung mit dem niedrigen logischen Pegelzustand empfängt, wird der progressive Schaltungvorgang in den definierten Spannungszustand an der Stufe unterbrochen, welche dem Eingangsport entspricht und das Ausgangssignal, welches der Last RL zugeführt wird, nimmt den logischen niedrigen Pegelzustand an. Somit arbeitet die Schaltung von Fig. 6 als Vielfach-Eingang-UND-Gatter.
Bei der zuvor erläuterten Betriebsweise ist es wichtig, darauf hinzuweisen, daß die Josephson-Übergänge J&sub2; - J&sub5; eine Spannung erzeugen, die der Spaltspannung des Josephson-Übergangs entspricht, wenn das Umschalten in den definierten bzw. endlichen Spannungszustand erfolgt ist. Da die Spaltspannung durch das Material bestimmt ist, welches für den Josephson-Übergang verwendet wird, bedeutet dies, daß der Vorspannstrom, welcher den supraleitenden Quantum- Interferometer Si von dem vorhergehenden Josephson-Übergang Ji über den Widerstand Ri2 zugeführt wird, ohne Mehrdeutigkeit durch den Wert des Widerstandes Ri2 bestimmt ist. Mit anderen Worten, beeinfluß der Vorspannstrom, der den Schaltvorgang des supraleitenden Quantum-Interferometers der früheren Stufe, wie beispielsweise Si-1, verursacht hat, in keiner Weise den Vorspannstrom, der den Schaltvorgang des supraleitenden Quantum-Interferometers Si verursacht. Somit ist die Betriebsweise des Vielfach-Eingang- UND-Gatters von Fig. 6 selbst dann zuverlassig, wenn die Zahl der Stufen in Entsprechung mit der erhöhten Anzahl der Eingangsports erhöht ist.
Es sei ferner darauf hingewiesen, daß jedes supraleitende Quantum-Interferometer Si lediglich eine Eingangsleitung besitzt. Dadurch kann man eine ausreichende Betriebsgrenze für den Schaltbetrieb des supraleitenden Quantum-Interferometers erhalten. Siehe hierzu die Betriebskennlinie von Fig. 3. Aufgrund der ausreichenden Betriebsgrenze ist es im allgemeinen nicht erforderlich, das Eingangssignal dem Port A in Entsprechung zu der progressiven Betriebsweise von der ersten Stufe bis zur letzten Stufe zuzuführen. Selbst wenn die Eingangssignale gleichzeitig dem gesamten Eingangsport zugeführt werden, ergibt sich eine ausreichende Grenze der Zeit für die zuvor erläuterte progressive Schaltoperation.
Fig. 7 zeigt ein UND-Gatter mit vier Eingängen gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist der Josephson-Übergang J&sub2; und der entsprechende Vorspannwiderstand Rs&sub2; weggelassen. Daher wird das supraleitende Quantum-Interferometer S&sub2; der zweiten Stufe mit dem Vorspannstrom von den Widerständen Rs&sub1; und R&sub2;&sub2; versorgt, wenn das supraleitende Quantum-Interferometer S&sub1; einen Schaltvorgang verursacht hat. Selbst in diesem Fall erfolgt der zuvor erläuterte progressive Schaltvorgang und die Schaltung arbeitet als Vielfach-Eingang-UND-Gatter. Obwohl die Grenze des Vorspannstromes et was eingeengt werden kann, bietet die Schaltung nach der vorliegenden Erfindung den Vorteil einer reduzierten Anzahl von Teilen.
Fig. 8 zeigt ein UND-Gatter mit vier Eingängen gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Schaltung von Fig. 8 ist im wesentlichen identisch mit der Schaltung von Fig. 6 mit der Ausnahme, daß ein supraleitendes Quantum-Interferometer S&sub5; vom Zwei-Übergangstyp, wie in Fig. 1 gezeigt ist, anstelle des supraleitenden Quantum-Interferometers S&sub1; verwendet ist. Das supraleitende Quantum-Interferometer S&sub5; kann vom symmetrischen Typ sein, wobei die Josephson-Übergänge J&sub1;&sub1; und J&sub1;&sub2; beide den gleichen kritischen Strom haben, oder kann vom asymmetrischen Typ sein, wobei der kritische Strom bei den JosephsonÜbergänge J&sub1;&sub1; und J&sub2;&sub1; verschieden ist.
Da das supraleitende Quantum-Interferometer vom ZweiÜbergangstyp eine eingeschränkte Betriebsgrenze hat, wie bereits unter Hinweis auf Fig. 2 erläutert wurde, ist es wünschenswert eine Zeitsteuerung der Eingangssignale bei der Schaltung der vorliegenden Erfindung einzustellen, derart, daß die Eingangssignale zuerst den Eingangsports B - D und anschließend dem Eingangsport A zugeführt werden. Ande rerseits bietet die Schaltung nach Fig. 8 das vorteilhafte Merkmal, daß die Schaltungskonstruktion als Ergebnis der Verwendung des supraleitenden Quantum-Interferometers vom Zwei-Übergangstyp vereinfacht werden kann.
Fig. 9 zeigt ein UND-Gatter mit vier Eingängen gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist das supraleitende Quantum- Interferometer S&sub1; der Schältung von Fig. 7 ersetzt durch das supraleitende Quantum-Interferometer S&sub5; vom Zwei-Übergangstyp. Da andere Merkmale hinsichtlich der Konstruktion und Betriebsweise aus der Beschreibung der früheren Ausführungsformen hervorgehen, ist eine weitere Beschreibung der Schaltung von Fig. 9 weggelassen.
Fig. 10 zeigt ein Vier-Eingang-UND-Gatter gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform sind die supraleitenden Quantum-Interferometer S&sub1; - S&sub4; der Fig. 6 jeweils ersetzt durch su praleitende Quantum-Interferometer S&sub5; - S&sub8; vom Zwei-Übergangstyp. Mit der Verwendung der supraleitenden Quantum-Interferometer vom Zwei-Übergangstyp ist es möglich, die Schaltungskonstruktion zu vereinfachen und die Integrationsdichte zu erhöhen. Da andere Merkmale hinsichtlich der Konstruktion und Betriebsweise aus der Beschreibung der früheren Ausführungsformen hervorgehen, ist eine weitere Beschreibung der Schaltung von Fig. 10 weggelassen.
Fig. 11 zeigt ein Vier-Eingang-UND-Gatter gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei der vorliegenden Ausführungsform besitzt die Schaltung eine Konstruktion, die im wesentlichen identisch mit der Schaltung von Fig. 7 ist, mit der Ausnahme, daß die supraleitenden Quantum-Interferometer S&sub1; - S&sub4; ersetzt sind durch die supraleitenden Quantum-Interferometer S&sub5; - S&sub8; vom ZweiÜbergangstyp. Da andere Merkmale hinsichtlich der Konstruktion und Betriebsweise der vorliegenden Ausführungsform aus der Beschreibung der früheren Ausführungsformen hervorgehen, ist eine weitere Beschreibung der Schaltung von Fig. 11 weggelassen.
Fig. 12 zeigt eine Josephson-Decodierschaltung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei das zuvor erwähnte Vielfach-Eingang-Josephson-UND- Gatter verwendet ist.
Gemäß Fig. 12 ist eine Vielzahl von Vier-Eingang-JO sephson-UND-Gattern G&sub1; - G&sub1;&sub6; vorgesehen, von denen jedes eine Konstruktion hat, die in Fig. 6 gezeigt ist, und diese sind mit einer Zahl vertreten entsprechend der Zahl der Ausgänge der Josephson-Decodierschaltung. Dabei hat jedes Josephson-UND-Gatter Gi (i = 1 - 16) Vielfach-Eingangsports INi0, INi2, INi3 und INi4 (i = 1 - 16), wobei die Josephson- UND-Gatter G&sub1; - G&sub1;&sub6; miteinander durch eine supraleitende Verdrahtungsbefestigung 30 derart verbunden sind, daß eines von komplementären Eingangssignalen A&sub0; und A0b dem Eingangsport INi0 (i = 1 - 16) zugeführt wird, eines der komplementären Eingangssignale A&sub1; und A1b dem Eingangsport INi, zugeführt wird, eines der komplementären Eingangssignale A&sub2; und A2b dem Eingangsport INi2 zugeführt wird, eines der komplementären Eingangssignale A&sub3; und A3b dem Eingangsport INi3 zugeführt wird, und eines der komplementären Eingangssignale A&sub4; und A4b dem Eingangsport INi4 zugeführt wird, wobei der Index i alle Josephson-UND-Gatter G&sub1; - G&sub1;&sub6; abdeckt. Es sei darauf hingewiesen, daß die Verbindungsverdrahtungsbefestigung 30 eine Anzahl von Signalleitungen 1 enthält, die in Entsprechung zu jedem Eingangssignal A&sub0;, ... vorgesehen sind, wobei jede Signalleitung 1 eine magnetische Kopplung mit dem entsprechenden supraleitenden Quantum-Interferometer der Josephson-UND-Gatter Gi (i = 1 - 16) aufeinanderfolgend aufbaut.
Wie bei Decodierern üblich, wird die Kombination von true-Eingangssignalen A&sub0; - A&sub3; und der komplementären Eingangssignale A0b - A3b in jedem Josephson-UND-Gatter Gi geändert. Dadurch erzeugt jedes Josephson-UND-Gatter Gi eine Ausgangsgröße an einem Ausgangsanschluß OUTi in Entsprechnung mit einer Kombination der Eingangssignale, die in jedem Josephson-UND-Gatter Verschieden ist, wie in Fig. 12 angezeigt ist.
Bei der Josephson-Decodierschaltung von Fig. 12 sei erwähnt, daß die Schaltungskonstruktion merklich gegenüber der herkömmlichen Decodierschaltung vereinfacht weden kann, wobei das Vielfach-Eingang-UND-Gatter dadurch konstruiert wird, indem eine Anzahl von Josephson-UND-Gattern und Josephson-ODER-Gattern verwendet wird.
Fig. 13 zeigt eine Josephson-Decodierschaltung gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Josephson-Decodierschaltung eine Konstruktion hat ähnlich der Schaltung von Fig. 12, mit der Ausnahme, daß dort Spannungs-Booster DG&sub0; - DG&sub3; und DG0b - DG3b in Entsprechung zu jeder Signalleitung 1 der Verdrahtungsbefestigung vorgesehen sind, um den Spannungspegel der Eingangssignale A&sub0; - A&sub3; und A0b - A3b hochzutreiben. Die Spannungs- Booster können eine Konstruktion haben, wie sie früher von dem Erfinder der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen wurde und in der offengelegten europaischen Patentanmeldung EP 0 441 299 offenbart ist, die als Referenz hiermit einbezogen wird.
Unter Verwendung des Spannungs-Boosters kann man einen scharfen Anstieg der Vorderflanke der logischen Eingangssignale erhalten und es wird die Bearbeitungsgeschwindigkeit des Decodierers verbessert. Indem man ferner einen Anschlußwiderstand, wie beispielsweise einen Widerstand R&sub0; in Entsprechung zu jeder Signalleitung 1 der Verdrahtungsbefestigung 30 vorsieht und indem man den Wert der Anschlußwiderstände in geeigneter Weise einstellt, kann man eine ideale Übertragungskennlinie der Eingangssignale erhalten. Es sei darauf hingewiesen, daß Fig. 13 den Fall zeigt, bei dem die Josephson-Decodierschaltung für einen Speicherdecodierer verwendet wird, der eine Speicherzelle adressiert.
Fig. 14 zeigt eine Josephson-Decodierschaltung gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Decodierschaltung der vorliegenden Erfindung eine Konstruktion besitzt, die im wesentlichen identisch mit der Konstruktion des Decodierers von Fig. 13 ist, mit der Ausnahme, daß die Spannungs-Booster EG&sub0; - EG&sub3; und EG0b - EG3b anstelle der Spannungs-Booster DG&sub0; - EG&sub3; und DGOB - DG3B vorgesehen sind. Die Konstruktion jedes Spannungs-Boosters EG ist ebenfalls in Fig. 14 wiedergegeben. Eine detailliertere Beschreibung des Spannungs-Boosters EG kann in der zuvor erwähnten offengelegten europäischen Patentanmeldung EP 0 411 299 gefunden werden. Dadurch läßt sich die Bearbeitungsgeschwindigkeit des Decodierbetriebes ähnlich der früheren Ausführungsform verbessern.
Als nächstes wird ein Josephson-Speicherdecodierer gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Hinweis auf Fig. 15(A) beschrieben.
Gemäß Fig. 15(A) besitzt der Josephson-Speicherdecodierer der vorliegenden Ausführungsform eine Konstruktion ähnlich dem Josephson-Decodierer von Fig. 12 mit der Ausnahme, daß jeder Ausgang des Josephson-UND-Gatters Gi mit einer Sicherung fi ausgestattet ist, die selektiv durch Bestrahlung eines Laserstrahls vergrößert wird.
Zusätzlich enthält der Josephson-Speicherdecodierer der Fig. 15(A) ein redundantes Gate (Gred) mit einer ähnli chen Konstruktion wie andere Josephson-UND-Gatter zum Adressieren einer reduntanten Speicherzelle. Dabei ist das redundante Gate Gred mit der Verdrahtungsbefestigung 30 über programmierbare Verdrahtungselemente 31, 32 verbunden, deren Konstruktion in Einzelheiten in Fig. 15(B) gezeigt ist.
Gemäß Fig. 15(B) enthält das programmierbare Verdrahtungselement Leiterstreifei 30a und 30b, die sich als ein Teil der Signalleitung 1 der Verdrahtungsbefestigung 30 erstrecken. Zusätzlich sind kreuzende Leiterstreifen 30c vor gesehen, die zwischen den Leiterstreifen 30a und 30b einander kreuzen. Wenn keine defekte Speicherzelle in dem Speicherzellenarray vorhanden ist, werden die kreuzenden Leiterstreifen 30c durch Bestrahlen mit einem Laserstrahl abgetrennt. Ferner wird die Sicherung fr am Ausgang des redundanten Gates Gred gleichzeitig abgetrennt. Dadurch wird das Adressieren der Speicherzelle durch das redundante Gate Gred verhindert und der Josephson-Speicherdecodierer von Fig. 15(A) arbeitet ähnlich dem Josephson-Decodierer von Fig. 12.
Wenn eine defekte Speicherzelle in dem Speicherzellenarray enthalten ist, wird die Sicherung für das Josephson-UND-Gatter, welches die defekte Speicherzelle adressiert, beispielsweise des Gatters G&sub4;, durch eine Laserstrahlbestrahlung abgetrennt und es werden die programmierbaren Verdrahtungselemente 31 und 32 ebenfalls durch eine Laserstrahlbestrahlung, wie in den Fig. 16(B) und 16(C) gezeigt ist, modifiziert. Dabei werden die Elemente, die mit Y bezeichnet sind, so modifiziert, wie in Fig. 16(B) gezeigt ist, indem die Leiterstreifen 30a und 30b vergrößert werden (blowing up). Dadurch werden das true-Eingangssignal A&sub0; und das komplementäre Eingangssignal A0b ausgetauscht. Bei dem Gatter G&sub4; wird ein ähnlicher Austausch des true- Eingangssignals und des komplementären Eingangssignals auch für die Signale A&sub1; und A1b erreicht. Bei dem mit Z bezeichneten Element werden andererseits die kreuzenden Leiterstreifen 30c durch Bestrahlen mit einem Laserstrahl vergrößert bzw. gesprengt (blown up). Dadurch werden das true- Eingangssignal und das komplementäre Eingangssignal durch das programmierbare Verdrahtungselement 31, so wie sie sind, hindurchgeleitet, ohne daß sie geändert werden.
Als Ergebnis des Austausches der true- und komplementären Eingangssignale, bewirkt durch das programmierbare Verdrahtungselement 31, wird das redundante Josephson-UND- Gatter Gred durch die Kombination des logischen Zustandes der Eingangssignale aktiviert, die identisch mit der Kombination ist, welche das Josephson-UND-Gatter G&sub4; aktiviert. Dadurch wird die redundante Speicherzelle durch das redundante Josephson-UND-Gatter Gred adressiert. Andererseits wird die Auswahl der defekten Speicherzelle dadurch verhindert, indem die Sicherung f&sub4; gleichzeitig abgetrennt wird.
Auf der Stromabwärtsseite des redundanten Josephson- UND-Gatters Gred ist ein anderes programmierbares Verdrahtungselement 32 vorgesehen, welches derart programmiert ist, daß der Austausch des true-Eingangssignals und des komplementären Eingangssignals, verursacht durch das programmierbare Verdrahtungselement 31, beseitigt wird, und zwar nach Durchgang der Eingangssignale dort hindurch. Wenn somit die Eingangssignale A&sub0; und A0b in dem programmierbaren Verdrahtungselement 31 ausgetauscht werden, wird das programmierbare Verdrahtungselement 32 für die Eingangssignale A&sub0; und A0b identisch mit dem Element 31 programmiert, wie in Fig. 16(B) gezeigt ist, so daß die Eingangssignale A&sub0; und A0b erneut ausgetauscht werden. Eine ähnliche Programmierung wird auch für das programmierbare Verdrahtungselement 32 für die Eingangssignale A&sub1; und A1b durchgeführt. Andererseits ist das programmierbare Verdrahtungselement 32 für die Eingangssignale A&sub2; und A2b, A&sub3; und A3b so, wie in Fig. 16(C) gezeigt ist, programmiert, und zwar in Entsprechung zu der Programmierung des entsprechenden Elementes 31. Durch Vorsehen der programmierbaren Verdrahtungselemente 31 und 32 als ein Paar in jeder Signalleitung 1 der Verdrahtungsbefestigung 30 kann man die Zufuhr der Eingangssignale zu jedem der normalen Josephson- UND-Gatter G&sub1; - Gn so erreichen, als ob kein redundantes Josephson-UND-Gatter Gred vorhanden wäre.
Fig. 17 zeigt den Fall, bei dem zwei redundante Josephson-UND-Gatter Gredl und Gred2 vorgesehen sind. In diesern Fall sind die programmierbaren Verdrahtungselemente 31, 32 und 33 so vorgesehen, wie in der Zeichnung dargestellt ist. Da die Konstruktion und die Betriebsweise der vorliegenden Ausführungsform aus der Beschreibung des früheren Ausführungsbeispiels hervorgeht, ist eine weitere Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform weggelassen. Es sei darauf hingewiesen, daß man die Zahl der redundanten Josephson-UND-Gatter dadurch erhöhen kann, indem man programmierbare Verdrahtungselemente auf der stromaufwärts gelegenen Seite und der stromabwärts gelegenen Seite von jedem redundanten Josephson-UND-Gatter entlang der Signalleitungen 1 der Verdrahtungsbefestigung 30 vorsieht.
Fig. 18 zeigt eine zwölfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Gemäß Fig. 18 bildet die Schaltung der vorliegenden Erfindung ein programmierbares logisches Array und enthält ein UND-Array 41 und ein ODER-Array 42, wobei das UND-Array 41 eine Konstruktion hat ähnlich dem Decoder von Fig. 12 insofern als eine Vielzahl von Josephson-UND-Gattern G&sub1; - Gi vorgesehen ist, die miteinander durch die Verdrahtungsbefestigung 30 verbunden sind.
Andererseits ist das UND-Array 41 verschieden von dem Decoder nach Fig. 12, indem einige der supraleitenden Quantum-Interferometer in dem Josephson-UND-Gatter, die mit Sx wiedergegeben sind, von der Signalleitung 1 der Verdrahtungsbefestigung 30 abgekoppelt sind. Eine solche Abkopp lung kann dadurch erreicht werden, indem man einen Leiterpfad derart vorsieht, daß die Signalleitung 1 einige der supraleitenden Quantum-Interferometer umgeht. Dadurch erzeugt das UND-Array 41 Ausgangssignale O&sub1; - On mit einer Zahl, die der Zahl der Josephson-UND-Gatter entspricht, die in dem UND-Array 41 angeordnet sind. Bei dem in dieser Weise gebildeten UND-Array 41 wird die logische Produktoperation basierend auf den Eingangssignalen A&sub0; ... erreicht, ausgenommen für solche Eingangssignale, die ohne magnetische Kopplung mit dem supraleitenden Quantum-Interferometer zugeführt werden.
Das ODER-Array 42 enthält eine Anzahl von ODER-Gattern OR&sub1; - ORm, wobei jedes ODER-Gatter eine Anzahl von supraleitenden Quantum-Interferometern 5 enthält, die in Reihe geschaltet sind, um den Wechselstrom-Vorspannstrom von der Wechselstromquelle 160 zu empfangen. Es sei darauf hingewiesen, daß die Wechselstromquelle 160 auch die supraleitenden Quantum-Interferometer der Josephson-UND-Gatter G&sub1; - Gn treibt. Die supraleitenden Quantum-Interferometer S sind zwischen der Wechselstromquelle 160 und der supraleitenden Masse oder Erde-Ebene GND in Reihe geschaltet und der Schaltvorgang von irgendeinem der supraleitenden Quantum- Interferometer S verursacht einen Übergang der Ausgangsspannung, die an den Ausgangsanschlüssen X&sub0; - Xm erhalten werden. Mit anderen Worten erreichen die Gatter OR&sub1; - ORm die logische ODER-Operation.
Wenn die Ausgangssignale O&sub1; - On des UND-Arrays 41 dem ODER-Array 42 zugeführt werden, werden die Signale OR&sub1; - ORm von einem ODER-Gatter zu dem nächsten ODER-Gatter entlang der Signalleitungen 35&sub1; - 35n einer Verdrahtungsbefestigung 35 übertragen, die ähnlich der Verdrahtungsbefestigung 30 ist. Dadurch bewirken die Signale O&sub1; - On den Schaltvorgang des ODER-Arrays 42. Dabei sind einige der Signalleitungen 35&sub1; - 35n angeordnet, daß sie das supraleitende Quantum-Interferometer der ODER-Gatter umgehen, derart, daß das Signal, welches auf der Signalleitung zugeführt wird, keinen Schaltvorgang des ODER-Gatters bewirkt. Durch Kombinieren der logischen UND-Operation, die somit in dem UND-Array 41 erreicht wird, und der logischen ODER-Operation, die in dem ODER-Array 42 erreicht wird, kann man irgendeine logische Operation erzielen. Es sei darauf hingewiesen, daß das selektive Umgehen der Signalleitungen 35&sub1; - 35n dadurch erreicht werden kann, indem man Umgehungsleitermuster zusätzlich zu den Signalleitungen vorsieht, welche die magnetische Kopplung aufbauen.
Fig. 19 zeigt ein programmierbares logisches Array gemäß einer dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das programmierbare logische Array enthält ein UND-Array 51, welches im wesentlichen identisch in der Konstruktion mit dem UND-Array 41 der früheren Ausführungsform ist, und enthält ein ODER-Array 52, welches unten beschrieben werden soll. Somit erzeugt das UND-Array 51 die Ausgangssignale O&sub1; - On in Abhängigkeit von den Eingangssignalen A&sub0;, A0b, ... und schickt diese zu dem ODER-Array 52.
Das ODER-Array 52 enthält eine Anzahl von Josephson- ODER-Gattern, von denen jedes eine Konstruktion hat, die in Fig. 20 gezeigt ist, und die logische ODER-Operation erreicht, ähnliche dem ODER-Array 42. Dadurch wird das Ergebnis der gewünschten logischen Operation an den Ausgangsanschlüssen X&sub0; - Xm erhalten.
Fig. 20 zeigt die Konstruktion des Josephson-ODER-Gatters, welches in dem ODER-Array 52 verwendet wird.
Gemäß Fig. 20 besitzt das Josephson-ODER-Gatter eine Konstruktion ähnlich dem Josephson-UND-Gatter, welches unter Hinweis auf Fig. 6 beschrieben wurde, mit der Ausnahme, daß dort ein zusätzlicher Widerstand Rsi' in Entsprechung zu jedem supraleitenden Quantum-Interferometer Si der i'ten Stufe vorgesehen ist, um dieser einen Wechselstrom-Vorspannstrom von dem Vorspannbus 16 her zuzuführen. Dabei ist jedes supraleitende Quantum-Interferometer Si durch den Widerstand Rsi' auf einen Pegel vorgespannt, der geringfügig unter einem Pegel liegt, oberhalb welchem der Übergang in den definierten oder endlichen Spannungszustand erfolgt. Wenn die Vorspannung insofern vorhanden ist, bewirkt das Eingangssignal zu dem supraleitenden Quantum-Interferometer von irgendeiner Stufe den Schaltvorgang des supraleitenden Quantum-Interferometers in den endlichen oder definierten Spannungszustand und ein solcher Übergang in den endlichen Spannungszustand triggert den progressiven Übergang der supraleitenden Quantum-Interferometer der nachfolgenden Stufen, wie dies bereits unter Hinweis auf das Josephson-UND- Gatter beschrieben wurde. Dadurch wirkt die Schaltung von Fig. 20 als logisches ODER-Gatter.
Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht auf die zu vor beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern es sind verschiedene Abwandlungen und Modifikationen möglich, ohne dadurch den Rahmen der vorliegenden Erfindung, wie er durch die anhängenden Ansprüche definiert ist, zu verlassen.

Claims

1. Vielfach-Eingang-Josephson-UND-Gatter mit einer Vielzahl von Eingangsports (A - D) mit:

einer Vielzahl von logischen Josephson-Gatterelementen (11 - 14), die in einer Zahl entsprechend der Zahl der Eingangsports vorgesehen sind und die miteinander in Kaskade geschaltet sind, von einer ersten Stufe bis zu einer letz ten Stufe hin, wobei jedes logische Josephson-Gatterelement der ersten bis letzten Stufe folgendes enthält:

ein supraleitendes Quantum-Interferometer (S&sub1; - S&sub4;) zur Erzeugung eines Ausgangssignals in Abhängigkeit von einem Übergang von einem supraleitenden Zustand zu einem endlichen oder definierten Spannungszustand;

eine Eingangsleitung, die mit einem entsprechenden Eingangsport (A - D) verbunden ist, um diesem einen Eingangsstrom zuzuführen, wobei die Eingangsleitung magnetisch mit dem supraleitenden Quantum-Interferometer gekoppelt ist, um den Eingangsstrom zu dem supraleitenden Quantum- Interferometer zu übertragen; und

eine Vorspanneinrichtung (J&sub2; - J&sub4;, Rs&sub1; - Rs&sub4;, R&sub2;&sub1; - R&sub4;&sub1;, R&sub2;&sub2; - R&sub4;&sub2;) zum Zuführen eines Vorspannstromes zu dem supraleitenden Quantum-Interferometer, wobei die Vorspanneinrichtung den Vorspannstrom mit einem solchen Wert zuführt, daß das supraleitende Quantum-Interferometer den Übergang in den endlichen Spannungszustand abhängig von dem der Eingangsleitung zugeführten Eingangsstrom veranlaßt, wobei jede Vorspanneinrichtung der zweiten bis letzten Stufe mit dem Ausgangssignal des supraleitenden Quantum-Interferometers der früheren Stufe in Form eines Triggersignals versorgt wird und der Vorspannstrom in Abhängigkeit von dem Triggersignal erzeugbar ist.

2. Vielfach-Eingang-Josephson-UND-Gatter nach Anspruch 1, dadurch geiennzeiclmet, daß die Vorspanneinrichtung der zweiten bis letzten Stufe einen ersten Vorspannwi derstand (Rs&sub2; - Rs&sub4;) mit einem ersten Ende aufweist, welches mit einer Vorspannstromquelle (16) verbunden ist und mit einem zweiten Ende, wobei der Josephson-Übergang (J&sub2; - J&sub4;) ein erstes Ende besitzt, welches mit dem zweiten Ende des ersten Vorspannwiderstandes verbunden ist, und ein zweites Ende besitzt, welches mit einer supraleitenden Masse- oder Erde-Ebene (GND) verbunden ist, einen Eingangswiderstand (R&sub2;&sub1; - R&sub4;&sub1;) enthält, mit einem ersten Ende, das mit dem supraleitenden Quantum-Interferometer der früheren Stufe verbunden ist, um von dieser das Ausgangssignal in Form des Triggersignals zu empfangen, und ein zweites Ende besitzt, welches mit dem ersten Ende des Josephson-Übergangs verbunden ist, und einen zweiten Vorspannwiderstand (R&sub2;&sub2; - R&sub4;&sub2;) aufweist, mit einem ersten Ende, welches mit dem ersten Ende des Josephson-Übergangs verbunden ist, und mit einem zweiten Ende, welches mit einem Vorspannanschluß des supraleitenden Quantum-Interferometers der momentanen Stufe verbunden ist.

3. Vielfach-Eingang-Josephson-UND-Gatter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Vorspannwiderstand (R&sub2;&sub2; - R&sub4;&sub2;) einen Widerstandswert hat, der im wesentlichen gleich einer Spalt-Spannung (VG) des Josephson-Übergangs geteilt durch einen kritischen Strom (Im) des Josephson-Übergangs eingestellt ist.

4. Vielfach-Eingang-Josephson-UND-Gatter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vielfach-Eingang- Josephson-UND-Gatter ferner eine Ausgangsschaltung (15) aufweist, wobei die Ausgangsschaltung einen Vorspannwiderstand (R&sub5;) enthält, mit einem ersten Ende, welches mit der Stromquelle (16) verbunden ist, und mit einem zweiten Ende, wobei ein Josephson-Übergang (J&sub5;) ein erstes Ende besitzt, welches mit dem zweiten Ende des Vorspannwiderstandes verbunden ist, und ein zweites Ende besitzt, welches mit einer supraleitenden Masse- oder Erde-Ebene verbunden ist, und einen Eingangswiderstand (R&sub5;&sub1;) mit einem ersten Ende aufweist, welches mit dem supraleitenden Quantum-Interferome ter der früheren Stufe verbunden ist, um das Ausgangssignal von dieser zu empfangen, und mit einem zweiten Ende, welches mit dem ersten Ende des Josephson-Übergangs der Ausgangsschaltung verbunden ist.

5. Vielfach-Eingang-Josephson-UND-Gatter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspanneinrichtung der dritten bis letzten Stufe einen ersten Vorspannwiderstand (Rs&sub3; - Rs&sub4;) mit einem ersten Ende aufweist, welches mit einer Vorspannstromquelle (16) verbunden ist, und mit einem zweiten Ende, wobei ein Josephson-Übergang (J&sub3; - J&sub4;) ein erstes Ende besitzt, welches mit dem zweiten Ende des ersten Vorspannwiderstandes verbunden ist, und ein zweites Ende besitzt, welches mit einer supraleitenden Masse- oder Erde-Ebene verbunden ist, einen Eingangswiderstand (R&sub3;&sub1; - R&sub4;&sub1;) mit einem ersten Ende aufweist, welches mit dem supraleitenden Quantum-Interferometer der früheren Stufe verbunden ist, um das Ausgangssignal von dieser als Triggersignal zu empfangen, und mit einem zweiten Ende, welches mit dem ersten Ende des Josephson-Übergangs verbunden ist, und einen zweiten Vorspannwiderstand (R&sub3;&sub2; - R&sub4;&sub2;) mit einem ersten Ende aufweist, welches mit dem ersten Ende des Josephson-Übergangs verbunden ist, und mit einem zweiten Ende, welches mit einem Vorspannanschluß des supraleitenden Quantum-Interferometers der momentanen Stufe verbunden ist;

die Vorspanneinrichtung der zweiten Stufe im wesentlichen aus einem Vorspannwiderstand (R&sub2;&sub2;) mit einem ersten Ende besteht, welches mit dem supraleitenden Quantum-Interferometer der Anfangsstufe verbunden ist, um das Ausgangssignal von dieser zu empfangen, und mit einem zweiten Ende, welches mit einem Vorspannanschluß des supraleitenden Quantum-Interferometers der zweiten Stufe verbunden ist.

6. Josephson-Decodierschaltung zum Decodieren von Eingangsdaten, die durch eine Vielzahl von Bits wiedergegeben sind, mit:

einer Vielzahl von Vielfach-Eingang-Josephson-UND-Gattern (G&sub1; - G&sub1;&sub6;), von denen jedes eine Vielzahl von logischen Josephson-Gatterelementen (11 - 14) in einer Anzahl enthält, die einer Zahl der Bits der Eingangsdaten entspricht, wobei die Vielzahl der logischen Josephson-Gatterelemente in jedem Josephson-UND-Gatter miteinander von einer ersten Stufe zu einer letzten Stufe hin in Kaskade geschaltet sind;

wobei jedes der logischen Josephson-Gatterelemente folgendes enthält: ein supraleitendes Quantum-Interferometer (S&sub1; - S&sub4;) zum Erzeugen eines Ausgangssignals in Abhängigkeit von einem Übergang von einem supraleitenden Zustand in einen endlichen Spannungszustand; eine an einen entsprechenden Eingangsport (A - D) angeschlossene Eingangsleitung, um diesem einen Eingangsstrom zuzuführen, wobei die Eingangsleitung magnetisch mit dem supraleitenden Quantum-Interferometer gekoppelt ist, um den Eingangsstrom zu dem supraleitenden Quantum-Interferometer zu übertragen; und

einer Vorspanneinrichtung (Rs&sub1; - Rs&sub4;, R&sub2;&sub1; - R&sub4;&sub1;, R&sub2;&sub2; - R&sub4;&sub2;) zum Zuführen eines Vorspannstromes zu dem supraleitenden Quantum-Interferometer, wobei die Vorspanneinrichtung den Vorspannstrom mit einem solchen Wert zuführt, daß das supraleitende Quantum-Interferometer den Übergang in den endlichen Spannungszustand verursacht, in Abhängigkeit von dem der Eingangsleitung zugeführten Eingangsstrom, wobei jede Vorspanneinrichtungen der zweiten bis letzten Stufe mit dem Ausgangssignal des supraleitenden Quantum-Interferometers der früheren Stufe in Form eines Triggersignals beschickt wird und der Vorspannstrom in Abhängigkeit von dem Triggersignal erzeugbar ist;

einer Verbindungseinrichtung (30) zum Verbinden der Eingangsleitungen der logischen Josephson-Gatterelemente der verschiedenen Josephson-UND-Gatter miteinander für jede der Stufen in solcher Wefse, daß die Eingangsdaten den Josephson-UND-Gattern gemäß einer logischen Kombination zugeführt werden, die in jedem Josephson-UND-Gatter verschieden ist.

7. Josephson-Decodierschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzal der Josephson-UND- Gatter (G&sub1; - G&sub1;&sub6;) in einer Zahl vorgesehen sind, die der Zahl der logischen Kombinationen der Eingangsdaten entspricht.

8. Josephson-Decodierschaltung nach Anspruch 6, da durch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Josephson-UND- Gatter (G&sub1; - Gn) in einer Zahl vorgesehen sind, welche die Zahl der logischen Kombinationen der Eingangsdaten überschreitet, wobei die Verbindungseinrichtung eine programmierbare Verbindungseinrichtung (31, 32) enthält, um die Josephson-UND-Gatter mit der Verbindungseinrichtung in solcher Weise zu verbinden, daß mehr als ein Josephson-UND- Gatter ein Ausgangssignal in Abhängigkeit von identischen Eingangsdaten erzeugen.

9. Programmierbare logische Array-Schaltung, die mit Eingangsdaten versorgt wird, um Ausgangsdaten nach einer vorbestimmten logischen Operation zu erzeugen, mit: einem programmierbaren Josephson-UND-Array (41), welches eine Vielzahl von Vielfach-Eingang-Josephson-UND-Gattern (G&sub1; - Gn) enthält, von denen jedes eine Vielzahl von logischen Josephson-Gatterelementen (11 - 13) in einer Zahl enthält, die einer Zahl von Bits der Eingangsdaten entspricht, wobei die Vielzahl der logischen Josephson-Gatter elemente in jedem Josephson-UND-Gatter von einer ersten Stufe bis zu einer letzten Stufe hin in Kaskade geschaltet sind;

wobei jedes der logischen Josephson-Gatterelemente folgendes enthält: ein supraleitendes Quantum-Interferometer (S&sub1; - S&sub4;) zum Erzeugen eines Ausgangssignals in Abhängigkeit von einem Übergang von eine supraleitenden Zustand in einen endlichen Spannungszustand; eine Eingangsleitung, die mit einem entsprechenden Eingangsport (A - D) verbunden ist, um diesem einen Eingangsstrom zuzuführen, wobei die Eingangsleitung magnetisch an das supraleitende Quantum- Interferometer gekoppelt ist, um den Eingangsstrom zu dem supraleitenden Quantum-Interferometer zu übertragen; und

einer Vorspanneinrichtung (J&sub2; - J&sub4;, Rs&sub1; - Rs&sub4;, R&sub2;&sub1; - R&sub4;&sub1;, R&sub2;&sub2; - R&sub4;&sub2;) zum Zuführen eines Vorspannstromes zu dem supraleitenden Quantum-Interferometer, wobei die Vorspanneinrichtung den Vorspannstrom mit einem solchen Wert zuführt, daß das supraleitende Quantum-Interferometer den Übergang in den endlichen Spannungszustand in Abhängigkeit von dem Eingangsstrom veranlaßt, der der Eingangsleitung zugeführt wird, wobei jede der Vorspanneinrichtungen der zweiten bis letzten Stufe mit dem Ausgangssignal des supraleitenden Quantum-Interferometers der früheren Stufe in Form eines Triggersignals beschickt wird und ein Vorspannstrom in Abhängigkeit von dem Triggersignal erzeugbar ist;

einer Verbindungseinrichtung (30) zum Verbinden der Eingangsleitungen der logischen Josephson-Gatterelemente der verschiedenen Josephson-UND-Gatter miteinander für jede der Stufen in solcher Weise, daß die Eingangsdaten den Josephson-UND-Gattern in Einklang mit einer logischen Kombination zugeführt werden, die in jedem Josephson-UND-Gatter verschieden ist, wobei die Verbindungseinrichtung die Zufuhr der Eingangsdaten zu einem ausgewählten Josephson-Gatterelement eines ausgewählten Josephson-UND-Gatters verhindert; und

einem programmierbaren Josephson-ODER-Array (42), welches mit den Ausgangsdaten des programmierbaren Josephson- UND-Arrays beschickt wird, wobei das programmierbare Josephson-ODER-Array eine Vielzahl von logischen Josephson- Gatterelementen (OR&sub1; - ORm) umfaßt, von denen jedes ein supraleitendes Quantum-Interferometer (S) und eine Eingangsleitung (35&sub1; - 35n) aufweist, die einen Eingangsstrom führt, wobei die Eingangsleitung magnetisch an das supraleitende Quantum-Interferometer gekoppelt ist, um den Eingangsstrom zu dem supraleitenden Quantum-Interferometer zu übertragen, und wobei das logische Josephson-ODER-Array Ausgangsdaten entsprechend einer logischen Summierungsoperation der Ausgangsdaten des programmierbaren Josephson- UND-Arrays erzeugt und wobei das programmierbare Josephson- ODER-Array ein ausgewähltes logisches Josephson-Gatterelement enthält, welches außer Bereitschaft gesetzt ist.

10. Programmierbare logische Array-Schaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das programmierbare Josephson-ODER-Array eine Vielzahl von Vielfach-Eingang- Josephson-ODER-Gattern (OR&sub1; - ORn) aufweist, wobei jedes programmierbare Josephson-ODER-Array folgendes enthält:

eine Vielzahl von logischen Josephson-Gatterelementen, die miteinander in einer Zahl in Kaskade geschaltet sind, welche der Zahl der Ausgangssignale des programmierbaren Josephson-UND-Arrays entspricht;

wobei jedes der logischen Josephson-Gatterelemente folgendes aufweist:

ein supraleitendes Quantum-Interferometer (S&sub1;) zum Erzeugen eines Ausgangssignals in Abhängigkeit von einem Übergang aus einem supraleitenden Zustand in einen endgültigen bzw. definierten Spannungszustand;

eine Eingangsleitung (O&sub1; - On), die mit dem programmierbaren Josephson-UND-Array verbunden ist, um einen Ausgangsstrom des programmierbaren Josephson-UND-Arrays zu führen, wobei die Eingangsleitung magnetisch an des supraleitende Quantum-Interferometer gekoppelt ist, um den Ausgangsstrom zu dem supraleitenden Quantum-Interferometer zu übertragen;

eine erste Vorspanneinrichtung (Rs&sub2;' - Rs&sub4;') zum Zuführen eines ersten Vorspannstromes zu dem supraleitenden Quantum-Interferometer mit einem solchen Wert, daß das supraleitende Quantum-Interferometer den Übergang in den endlichen Spannungszustand in Abhängigkeit von dem Eingangsstrom bewirkt, welcher der Eingangsleitung zugeführt wurde; und

eine zweite Vorspanneinrichtung (J&sub2; - J&sub4;, Rs&sub1; - Rs&sub4;, R&sub2;&sub1; - R&sub4;&sub1;, R&sub2;&sub2; - R&sub4;&sub2;) zum Zuführen eines zweiten Vorspannstromes zu dem supraleitenden Quantum-Interferometer, wobei die zweite Vorspanneinrichtung den zweiten Vorspannstrom mit einem solchen Wert zuführt, daß das supraleitende Quantum-Interferometer den Übergang in den endlichen Spannungszustand ungeachtet des Eingangsstromes bewirkt, welcher der Eingangsleitung zugeführt wurde, unter der Voraussetzung, daß das supraleitende Quantum-Interferometer mit dem ersten Vorspannstrom versorgt ist, wobei jede der zweiten ersten Vorspanneinrichtungen der zweiten bis letzten Stufe mit dem Ausgangssignal des supraleitenden Quantum-Interferometers der früheren Stufe versorgbar ist, und zwar in Form eines Triggersignals, und der zweite Vorspannstrom in Abhängigkeit von dem Triggersignal erzeugbar ist.

11. Vielfach-Eingang-Josephson-ODER-Gatter mit einer Vielzahl von Eingangsports (O&sub1; - On), mit:

einer Vielzahl von logischen Josephson-Gatterelementen, die miteinander in einer Zahl in Kaskade geschaltet sind, welche einer Zahl der Eingangsports entspricht, wobei jedes der logischen Josephson-Gatterelemente folgendes enthält:

ein surpaleitendes Quantum-Interferometer (S&sub1; - S&sub4;) zum Erzeugen eines Ausgangssignals in Abhängigkeit von einem Übergang aus einem supraleitenden Zustand in einen endlichen bzw. definierten Spannungszustand;

eine Eingangsleitung, die mit dem Eingangsport verbunden ist, um diesem einen Eingangsstrom zuzuführen, wobei die Eingangsleitung magnetisch an das supraleitende Quantum-Interferometer gekoppelt ist, um den Eingangsstrom zu dem supraleitenden Quantum-Interferometer zu übertragen;

eine erste Vorspanneinrichtung (Rs&sub2;' - Rs&sub4;') zum Zuführen eines ersten Vorspannstromes zu dem supraleitenden Quantum-Interferometer mit einem solchen Wert, daß das supraleitende Quantum-Interferometer den Übergang in den endlichen Spannungszustand in Abhängigkeit von dem Eingangsstrom bewirkt, der der Eingangsleitung zugeführt wird; und

eine zweite Vorspanneinrichtung (J&sub2; - J&sub4;, Rs&sub1; - Rs&sub4;, R&sub2;&sub1; - R&sub4;&sub1;, R&sub2;&sub2; - R&sub4;&sub2;) zum Zuführen eines zweiten Vorspannstromes zu dem supraleitenden Quantum-Interferometer, wobei die zweite Vorspanneinrichtung den zweiten Vorspannstrom mit einem solchen Wert zuführt, daß das supraleitende Quantum- Interferometer den Übergang in den endlichen bzw. definierten Spannungszustand ungeachtet des Eingangsstromes bewirkt, der der Eingangsleitung zugeführt wird, unter der Voraussetzung, daß das supraleitende Quantum-Interferometer mit dem ersten Vorspannstrom versorgt ist, wobei jede der zweiten ersten Vorspanneinrichtungen der zweiten bis letzten Stufe mit dem Ausgangssignal des supraleitenden Quantum-Interferometers der früheren Stufe in Form eines Triggersignals versorgt ist und wobei der zweite Vorspannstrom in Abhängigkeit von dem Triggersignal erzeugbar ist.