JP2002344306A - Logic gate based on single flux quantum theory - Google Patents

Logic gate based on single flux quantum theory

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JP2002344306A
JP2002344306A JP2001147892A JP2001147892A JP2002344306A JP 2002344306 A JP2002344306 A JP 2002344306A JP 2001147892 A JP2001147892 A JP 2001147892A JP 2001147892 A JP2001147892 A JP 2001147892A JP 2002344306 A JP2002344306 A JP 2002344306A
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flux quantum
input
single flux
quantum
circuit
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Japanese (ja)
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Toshimitsu Morooka
利光 師岡
Kazuo Kayane
一夫 茅根
Satoru Nakayama
哲 中山
Susumu Takada
進 高田
Hiroaki Meiren
広昭 明連
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Seiko Instruments Inc
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Seiko Instruments Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a logic gate capable of high speed operation with a small number of logic stages and employing single flux quanta as basic elements used for information carriers. SOLUTION: The logic gate comprises an input confluent circuit for gathering input single flux quanta inputted from input terminals into a single signal line, a clock branching circuit for generating inner clock signal flux quanta synchronous with an inputted external clock signal and initialized single flux quanta held on a superconductor loop in the gate, and an output circuit for detecting the existence of the initialized single flux quantum in the superconductor loop to output the detection result on an output terminal upon the input of the input single flux quantum, the inner clock single flux quantum and the initialized signal flux quantum. In the clock branching circuit, the initialized signal flux quantum is sent to the output circuit with an adequate time delay after the inner clock single flux quantum is sent to the output circuit.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、磁束量子を情報担
体に用いる単一磁束量子(SFQ: Single FluxQuantu
m)を基本とした超伝導集積回路の基本ゲートに関し、
具体的には,高速演算を特徴とする論理ゲートに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a single flux quantum (SFQ) using a flux quantum as an information carrier.
m) The basic gate of superconducting integrated circuits based on
Specifically, the present invention relates to a logic gate characterized by high-speed operation.

【0002】[0002]

【従来技術】一般に,論理回路において、否定ゲートと
論理和ゲート,あるいは否定ゲートと論理積ゲートがあ
れば,あらゆる論理関数を実現できることは周知であ
る。この二種類のゲートの特性を兼ね備えた否定論理和
ゲート,あるいは否定論理積ゲートを構成できれば,一
種類の論理ゲートによってあらゆる論理関数を実現でき
る。
2. Description of the Related Art In general, it is well known that any logical function can be realized by providing a NOT gate and an OR gate or a NOT gate and an AND gate in a logic circuit. If a NOR gate or a NAND gate having the characteristics of these two types of gates can be formed, any logical function can be realized by one type of logic gate.

【0003】また,単一磁束量子(SFQ: Single Flux
Quantum)理論に基づく論理和ゲートと否定ゲート
は,IEEE Trans. Appl. Supercond. 第1巻1991年
第3頁から第28頁等に記載されている。これを組み
合わせることにより,否定論理和ゲートを構成すること
は可能である。しかし、構成された否定論理和ゲートの
論理段数は,論理和ゲートと否定ゲートの2段である。
この否定論理和ゲートを動作させるためには,外部クロ
ックとして2クロックを必要である。最初のクロックで
論理和演算を行い,次のクロックでその否定演算を行
う。
In addition, single flux quantum (SFQ: Single Flux)
The OR gate and the NOT gate based on the (Quantum) theory are described in IEEE Trans. Appl. Supercond. Vol. 1, 1991, pp. 3 to 28, and the like. By combining these, it is possible to form a NOR gate. However, the number of logical stages of the configured NOR gate is two stages of the OR gate and the NOT gate.
In order to operate this NOR gate, two clocks are required as an external clock. The logical sum operation is performed at the first clock, and the negative operation is performed at the next clock.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来技術を用いて構成
した否定論理和ゲートは演算に2論理段を必要とする。
本来、高速な論理演算を実現するために考案された単一
磁束量子論理回路においては,論理ゲートの論理段数が
すべて1段であることが望ましい。
The NOR gate constructed using the prior art requires two logic stages for the operation.
Originally, in a single flux quantum logic circuit devised to realize a high-speed logic operation, it is desirable that all logic gates have one logic stage.

【0005】本発明は、より高速の演算を実現するた
め,論理段数1段で演算処理が可能な単一磁束量子理論
に基づく論理ゲートを提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a logic gate based on a single magnetic flux quantum theory that can perform arithmetic processing with one logic stage in order to realize a higher-speed operation.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、本発明では,1つ,または,複数の入力端子を有
し,入力された単一磁束量子に対応した入力単一磁束量
子を生成し,各入力端子の入力単一磁束量子を一つの信
号線にまとめる入力合流回路と,外部クロック端子を有
し,入力された外部クロック単一磁束量子に同期した内
部クロック単一磁束量子とゲート内の超伝導ループに保
持させる初期設定単一磁束量子を生成するクロック分岐
回路と,前記入力単一磁束量子と内部クロック単一磁束
量子と初期設定単一磁束量子を入力し,超伝導ループ内
の初期設定単一磁束量子の有無を検出し,その結果を出
力端子に出力する出力回路で構成し,クロック分岐回路
においては,初期設定単一磁束量子が超伝導ループへ送
られるタイミングが,内部クロック単一磁束量子が出力
回路に送られた後,適当な時間遅れをもって,超伝導ル
ープに送られるように設定し,かつ,超伝導ループ内の
保持された初期設定単一磁束量子が,入力単一磁束量子
により外へ追い出され,そして,追い出される条件が入
力単一磁束量子の数によって決定され,かつ,出力回路
においては,内部クロック単一磁束量子が入力されたと
き,超伝導ループ内に初期設定単一磁束量子が有る場合
のみ,磁束量子が出力端子に出力されるように設定す
る。
According to the present invention, there is provided an input single flux quantum having one or more input terminals and corresponding to an input single flux quantum. And an input merging circuit that combines the input single flux quantum of each input terminal into one signal line, and an internal clock single flux quantum that has an external clock terminal and is synchronized with the input external clock single flux quantum A clock branching circuit for generating an initial single flux quantum to be held by a superconducting loop in a gate, and inputting the input single flux quantum, an internal clock single flux quantum, and an initial single flux quantum; It consists of an output circuit that detects the presence or absence of the default single flux quantum in the loop and outputs the result to the output terminal. In the clock branch circuit, the timing at which the default single flux quantum is sent to the superconducting loop is determined. After the internal clock single flux quantum is sent to the output circuit, it is set to be sent to the superconducting loop with an appropriate time delay, and the retained initial single flux quantum in the superconducting loop is , Are driven out by the input single flux quanta, and the conditions to be driven out are determined by the number of input single flux quanta, and in the output circuit, when the internal clock single flux quanta is input, superconductivity Only when there is an initial setting single flux quantum in the loop, the flux quantum is set to be output to the output terminal.

【0007】また,入力合流回路の入力端子数が2個以
上で,超伝導ループ内の初期設定単一磁束量子を外に追
い出すために必要な入力単一磁束量子数を1個以上に設
定することにより,多入力否定論理和演算を行う。ま
た,入力合流回路の入力端子数が1個で,超伝導ループ
内の初期設定単一磁束量子を外に追い出すために必要な
入力単一磁束量子数を1個に設定することにより,否定
演算を行う。
Further, the number of input terminals of the input merging circuit is two or more, and the number of input single flux quanta necessary to drive out the initially set single flux quantum in the superconducting loop is set to one or more. Thus, a multi-input NOR operation is performed. In addition, the number of input terminals of the input merging circuit is one, and the number of input single flux quanta required to drive out the single flux quantum initially set in the superconducting loop to the outside is set to one, so that a negative operation is performed. I do.

【0008】[0008]

【発明の実施形態】以下に本発明の実施例について図面
を参照して説明する。 (実施の形態1)図1に本発明の第1実施例を示す2入力
否定論理和ゲートを示す。2入力否定論理和ゲートは二
つの入力端子A,B、外部クロック端子CLK,および出力
端子OUTを持ち,入力端子A,Bに続く入力合流回路6,
クロック分岐回路5,ゲート内に設置された超伝導ルー
プに保持された単一磁束量子の有無を検出し,出力端子
に単一磁束量子を出力する出力回路4から構成される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIG. 1 shows a two-input NOR gate according to a first embodiment of the present invention. The two-input NOR gate has two input terminals A and B, an external clock terminal CLK, and an output terminal OUT.
It comprises a clock branching circuit 5 and an output circuit 4 for detecting the presence or absence of a single magnetic flux quantum held in a superconducting loop provided in the gate and outputting the single magnetic flux quantum to an output terminal.

【0009】入力合流回路6は入力バッファー回路1-
A,1-BとインダクターLABを含んでいる。入力バッファ
ー回路1-A,1-Bは共通の電流源IbABから電流を供給さ
れ,入力信号に対応した入力単一磁束量子を生成する。
入力A,Bに対応した入力単一磁束量子に伴う電流は共通
のインダクターLABで合流され,出力回路4を構成するJ
1、J2に流れる。
The input merging circuit 6 has an input buffer circuit 1-
A, 1-B and inductor LAB are included. The input buffer circuits 1-A and 1-B are supplied with current from a common current source Ib AB and generate an input single flux quantum corresponding to an input signal.
The currents associated with the input single flux quanta corresponding to the inputs A and B are combined by the common inductor L AB to form the output circuit 4 J
1. Flow to J2.

【0010】クロック分岐回路5は,内部クロック単一
磁束量子生成回路2,初期設定バッファー回路3,イン
ダクターLclk2,LTinから構成される。外部クロック端
子CLKから入力された外部クロック信号によって,内部
クロック単一磁束量子生成回路2で内部クロック単一磁
束量子が生成される。内部クロック単一磁束量子はイン
ダクターLclk2,LTinで分岐され,インダクターLclk2
通った単一磁束量子は,内部クロック単一磁束量子とし
て出力回路4に送られる。また,インダクターはLTin
通った単一磁束量子は,初期設定バッファー回路3に送
られる。初期設定バッファー回路3で初期設定単一磁束
量子が生成され,インダクターLTを含む超伝導ループに
保持される。このとき,初期設定単一磁束量子が超伝導
ループへ送られるタイミングは,内部クロック単一磁束
量子が出力回路に送られた後,適当な時間遅れをもっ
て,超伝導ループに送られるように設定される。
The clock branching circuit 5 comprises an internal clock single flux quantum generating circuit 2, an initial setting buffer circuit 3, inductors L clk2 and L Tin . An internal clock single flux quantum generation circuit 2 generates an internal clock single flux quantum based on an external clock signal input from an external clock terminal CLK. The internal clock single flux quantum is branched by the inductors L clk2 and L Tin , and the single flux quantum passing through the inductor L clk2 is sent to the output circuit 4 as the internal clock single flux quantum. Further, the single flux quantum that has passed through the inductor L Tin is sent to the initial setting buffer circuit 3. Initialization Initialization single flux quantum is generated in the buffer circuit 3, it is held in the superconducting loop containing inductor L T. At this time, the timing at which the initially set single flux quantum is sent to the superconducting loop is set so that the internal clock single flux quantum is sent to the superconducting loop with an appropriate time delay after being sent to the output circuit. You.

【0011】出力回路6は3つのジョセフソン接合J1,J
2,J3で構成される。出力回路6はゲート内に設置された
超伝導ループに保持された単一磁束量子の有無を検出
し,出力端子に磁束量子を出力する。出力回路6はイン
ダクターLoutを経て,出力端子OUTに接続されている。
The output circuit 6 comprises three Josephson junctions J1, J
It consists of 2, J3. The output circuit 6 detects the presence / absence of a single magnetic flux quantum held in a superconducting loop installed in the gate, and outputs the magnetic flux quantum to an output terminal. The output circuit 6 via the inductor L out, is connected to the output terminal OUT.

【0012】本実施例では,3つの超伝導ループ:loopT
(JT1,JT2,LT,J1,J2),loopA(JA 1,JA2,LAB,J1,J
2),loopB(JB1,JB2,LAB,J1,J2)が形成されている。
各超伝導ループはジョセフソン接合を含み、入力単一磁
束量子によって,その内部状態が変化するように設計さ
れている。内部クロック単一磁束量子によって,超伝導
ループloopT内には初期設定単一磁束量子が保持される
(セット状態)。また,超伝導ループloopT内の初期設
定単一磁束量子は,入力合流回路から送られる入力単一
磁束量子によって,J1を通って外へ追い出される(リセ
ット状態)。2入力否定論理和ゲートの場合,1個以上の
入力単一磁束量子が送られると初期設定単一磁束量子は
解放される。出力回路4に内部クロック単一磁束量子が
入力されると,超伝導ループloopT内には初期設定単一
磁束量子が有る場合のみ,出力端子OUTに単一磁束量子
を出力する。
In this embodiment, three superconducting loops: loop T
(J T1, J T2, L T, J1, J2), loop A (J A 1, J A2, L AB, J1, J
2), loop B (J B1 , J B2, L AB, J1, J2) are formed.
Each superconducting loop contains a Josephson junction and is designed to change its internal state by an input single flux quantum. By the internal clock single flux quantum, the initially set single flux quantum is held in the superconducting loop loop T (set state). The initial single flux quantum in the superconducting loop loop T is driven out through J1 by the input single flux quantum sent from the input merging circuit (reset state). For a two-input NOR gate, the default single flux quantum is released when one or more input single flux quantums are sent. When the internal clock single flux quantum is input to the output circuit 4, the single flux quantum is output to the output terminal OUT only when there is an initial setting single flux quantum in the superconducting loop loop T.

【0013】次に,本実施例の2入力否定論理和ゲート
の動作について説明する。(a)初期設定,(b)入力A,Bが
ともに無い場合,(c)入力Aのみがある場合入力,(d)Bの
みがある場合,(e)入力A,Bがともにある場合,の順に
説明する。
Next, the operation of the two-input NOR gate of this embodiment will be described. (a) Initial setting, (b) When both inputs A and B are not present, (c) When there is only input A, When there is only (d) B, (e) When both inputs A and B are present, Will be described in this order.

【0014】(a) 初期設定 初期状態を作るためは,外部クロック信号を入力する。
外部クロック信号に同期して,内部クロック生成回路2
で内部クロック単一磁束量子が生成される。内部クロッ
ク単一磁束量子は,初期設定バッファー回路3に送られ
る。初期設定バッファー回路3で適当な時間遅れをもっ
て初期設定単一磁束量子が生成され,超伝導ループloop
Tには,磁束量子が一つ保持される(セット状態)。 (b) 入力A,Bがともに無い場合 入力A,入力Bともに入力信号がない場合,初期設定のま
ま,つまり,超伝導ループloopTに,一磁束量子分の周
回電流が流れている状態(セット状態)が維持される。
その状態で,外部クロック信号が入力されると,内部ク
ロック単一磁束量子が生成され,ジョセフソン接合J3を
通り出力回路4に入力される。そして,内部クロック単
一磁束量子の入力により,ジョセフソン接合J2はスイッ
チする。ジョセフソン接合J2のスイッチにより,磁束量
子がインダクターLoutを経て,出力端子OUTに出力され
る。このとき,超伝導ループloopTの周回電流と内部ク
ロック単一磁束量子による電流パルスの加算により,ジ
ョセフソン接合J3がスイッチするように,ジョセフソン
接合J1,J2,J3の臨界電流値IcJ1,IcJ2,IcJ3,インダ
クターLclk2,LABのインダクタンス等を設計しておく。
また,ジョセフソン接合J3が先にスイッチしないよう
に,IcJ2,IcJ3が,IcJ2>IcJ3となるように設計してお
く。その後,内部クロック単一磁束量子の出力回路4へ
の入力に遅れて,初期設定単一磁束量子が生成される。
そのとき,超伝導ループloopT内に一磁束量子分の周回
電流が流れている状態(セット状態)に復帰する。
(A) Initial setting To create an initial state, an external clock signal is input.
Internal clock generation circuit 2
Generates an internal clock single flux quantum. The internal clock single flux quantum is sent to the initialization buffer circuit 3. The initial setting single flux quantum is generated with an appropriate time delay in the initial setting buffer circuit 3, and the superconducting loop loop is generated.
T holds one magnetic flux quantum (set state). (b) When neither input A nor B is present When there is no input signal for both input A and input B, the state is the initial setting, that is, a state where a circulating current of one flux quantum flows through the superconducting loop loop T ( (Set state) is maintained.
In this state, when an external clock signal is input, an internal clock single flux quantum is generated and input to the output circuit 4 through the Josephson junction J3. Then, the Josephson junction J2 is switched by the input of the internal clock single flux quantum. The flux quantum is output to the output terminal OUT via the inductor L out by the switch of the Josephson junction J2. At this time, the critical current values Ic J1 and Jc of the Josephson junctions J1, J2, and J3 are set so that the Josephson junction J3 switches by adding the circulating current of the superconducting loop loop T and the current pulse due to the internal clock single flux quantum. The inductances of Ic J2 , Ic J3 , inductors L clk2 , and L AB are designed in advance .
Also, Ic J2 and Ic J3 are designed so that Ic J2 > Ic J3 so that the Josephson junction J3 does not switch first. Thereafter, the initial setting single flux quantum is generated with a delay from the input of the internal clock single flux quantum to the output circuit 4.
At that time, the state returns to the state in which a circulating current of one flux quantum flows in the superconducting loop loop T (set state).

【0015】(c) 入力Aのみがある場合 セット状態で,入力端子Aから入力信号が入力される
と,入力バッファー回路1-Aで入力単一磁束量子が生成
され,インダクターLABに保持され,その磁束量子分の
周回電流がジョセフソン接合J1を流れる電流に加算され
る。超伝導ループloop Tには,既に一磁束量子分の周回
電流が流れている。入力単一磁束量子に伴う電流増加に
より,ジョセフソン接合J1はスイッチする。そして,ジ
ョセフソン接合J1のスイッチにより,超伝導ループloop
Tに保持されていた初期設定単一磁束量子は外へ解放さ
れ,周回電流が消滅する(リセット状態)。このとき,
超伝導ループloopTの周回電流と入力単一磁束量子によ
る電流パルスの加算により,ジョセフソン接合J1がスイ
ッチするように,ジョセフソン接合J1,J2,J3の臨界電
流値IcJ1,IcJ2,IcJ3,インダクターLclk2,LABのイン
ダクタンス等を設計しておく。
(C) When there is only an input A An input signal is input from the input terminal A in the set state.
And input single flux quantum is generated by input buffer circuit 1-A
And the inductor LABAnd the flux quantum component
The circulating current is added to the current flowing through Josephson junction J1.
You. Superconducting loop loop TAlready has one round of flux quantum
Electric current is flowing. For the current increase due to the input single flux quantum
Thus, the Josephson junction J1 switches. And
Superconducting loop loop by Josephson junction J1 switch
TThe initial single flux quantum held in
And the circulating current disappears (reset state). At this time,
Superconducting loop loopTCurrent and the input single flux quantum
Josephson junction J1
As can be seen, the critical currents of Josephson junctions
Flow value IcJ1,I cJ2,I cJ3, Inductor Lclk2, LABInn
Design the conductance and so on.

【0016】この状態で,外部クロック信号が入力され
ると,内部クロック単一磁束量子が,ジョセフソン接合
J3から出力回路4に入力される。ジョセフソン接合J2,J
3の臨界電流値IcJ2,IcJ3がIcJ2>IcJ3であるため,内部
クロック単一磁束量子の入力があっても,ジョセフソン
接合J2はスイッチせずに,ジョセフソン接合J3がスイッ
チする。ジョセフソン接合J3が先にスイッチするため,
出力端子OUTには単一磁束量子は出力されない。このと
き,ジョセフソン接合J1には,超伝導ループloopT内に
磁束量子1つ分を保持するために必要な周回電流しか流
れないように,臨界電流値IcJ1,LT,LABのインダクタ
ンス等を設計しておく。その後,内部クロック単一磁束
量子の出力回路4への入力に遅れて,初期設定単一磁束
量子が生成される。そのとき,超伝導ループloopT内に
一磁束量子分の周回電流が流れている状態(セット状
態)に復帰する。
In this state, when an external clock signal is input, the internal clock single flux quantum is converted into a Josephson junction.
Input to output circuit 4 from J3. Josephson junction J2, J
Because the critical current values Ic J2 and Ic J3 of 3 are Ic J2 > Ic J3 , even if there is an input of an internal clock single flux quantum, the Josephson junction J2 does not switch but the Josephson junction J3 switches . Because Josephson junction J3 switches first,
No single flux quantum is output to the output terminal OUT. At this time, the inductances of the critical current values Ic J1 , L T , and L AB are supplied to the Josephson junction J1 so that only the circulating current necessary to hold one flux quantum in the superconducting loop loop T flows. Etc. are designed. Thereafter, the initial setting single flux quantum is generated with a delay from the input of the internal clock single flux quantum to the output circuit 4. At this time, the state returns to the state in which a circulating current of one flux quantum flows in the superconducting loop loop T (set state).

【0017】(d) 入力Bのみがある場合 この場合,入力Aのみがある状態と同様に,出力端子OUT
には単一磁束量子は出力されない。
(D) When there is only the input B In this case, the output terminal OUT
Does not output a single flux quantum.

【0018】(e) 入力A,Bがともにある場合 セット状態で,入力端子Aから入力信号が入力される
と,入力Aのみがある場合で述べた通り,超伝導ループl
oopTの保持されていた磁束量子は外へ放出され,周回電
流が消滅する(リセット状態)。
(E) When both inputs A and B are present When the input signal is inputted from the input terminal A in the set state, the superconducting loop 1
The flux quantum held in oop T is released to the outside, and the circulating current disappears (reset state).

【0019】さらに,入力端子Bから入力信号が入力さ
れる,入力バッファー回路1-Bで入力単一磁束量子が生
成され,インダクターLABを経て,ジョセフソン接合J1
に送られる。入力単一磁束量子の入力により,ジョセフ
ソン接合J1はスイッチし,超伝導ループloopTには単一
磁束量子は保持されない(リセット状態)。このとき,
ジョセフソン接合J1には,超伝導ループloopT内に磁束
量子1つ分を保持するために必要な周回電流は流れる
が,超伝導ループloopA内,およびloopB内に磁束量子1
つ分を保持するために必要な周回電流は流れないよう
に,臨界電流値IcJ1,インダクターLABのインダクタン
ス等を設計しておく。
Furthermore, the input signal from the input terminal B is input, the input single flux quantum in the input buffer circuit 1-B is generated, through the inductor L AB, Josephson junctions J1
Sent to By the input of the input single flux quantum, the Josephson junction J1 switches, and the single flux quantum is not held in the superconducting loop loop T (reset state). At this time,
In the Josephson junction J1, the circulating current required to hold one flux quantum in the superconducting loop loop T flows, but the flux quantum 1 flows in the superconducting loops loop A and loop B.
The critical current value Ic J1 , the inductance of the inductor L AB , and the like are designed so that the circulating current necessary to maintain the current does not flow.

【0020】この状態で,外部クロック信号が入力され
ると,内部クロック単一磁束量子が,ジョセフソン接合
J3から出力回路4に入力される。ジョセフソン接合J2,J
3の臨界電流値IcJ2,IcJ3がIcJ2>IcJ3であるため,内部
クロック単一磁束量子の入力があっても,ジョセフソン
接合J2はスイッチせずに,ジョセフソン接合J3がスイッ
チする。ジョセフソン接合J3が先にスイッチするため,
出力端子OUTには単一磁束量子は出力されない。
In this state, when an external clock signal is input, the internal clock single flux quantum becomes a Josephson junction.
Input to output circuit 4 from J3. Josephson junction J2, J
Since the critical current values Ic J2 and Ic J3 of 3 are Ic J2 > Ic J3 , even if there is an input of an internal clock single flux quantum, the Josephson junction J2 does not switch but the Josephson junction J3 switches . Because Josephson junction J3 switches first,
No single flux quantum is output to the output terminal OUT.

【0021】その後,内部クロック単一磁束量子の出力
回路4への入力に遅れて,初期設定単一磁束量子が生成
される。そのとき,超伝導ループloopT内に一磁束量子
分の周回電流が流れている状態(セット状態)に復帰す
る。
Thereafter, the initial setting single flux quantum is generated with a delay from the input of the internal clock single flux quantum to the output circuit 4. At this time, the state returns to the state in which a circulating current of one flux quantum flows in the superconducting loop loop T (set state).

【0022】表1に,本実施例における2入力否定論理和
ゲートの真理値表を示す。また、上述の動作を行うため
に設計された、否定論理和ゲートを構成するため素子パ
ラメータの一例を表2に示す。また,表2のパラメータ
を持つ2入力否定論理和ゲートのシミュレーション結果
を図2に示す。図2は,上から点Pclkの電圧,点PA,
PB,Tの電圧,出力端子OUTの電圧,ジョセフソン接合J1
に流れる電流値IJ1を示す。以上のように、A,B両方の入
力端子に入力がなかったときのみ,出力端子より磁束量
子が出力されるため,2入力否定論理和ゲートが構成さ
れる。本実施例は,1つの外部クロック信号で論理演算
が実行できるため,論理段一段の論理ゲートである。そ
のため,より高速の2入力否定論理和演算が可能とな
る。本実施例では,2入力否定論理和ゲートを示した
が,入力合流回路を構成する入力端子の数,そして,超
伝導ループ内の初期設定単一磁束量子を開放させるため
に必要な入力単一磁束量子数の設定を変更するだけで,
様々な論理ゲートの構成が可能となる。
Table 1 shows a truth table of the two-input NOR gate in this embodiment. Table 2 shows an example of element parameters for forming a NOR gate designed to perform the above operation. FIG. 2 shows a simulation result of a two-input NOR gate having the parameters shown in Table 2. Fig. 2 shows the voltage at point P clk , the points P A ,,
P B , T voltage, output terminal OUT voltage, Josephson junction J1
Shows the current value I J1 flowing through. As described above, the flux quantum is output from the output terminal only when there is no input to both the A and B input terminals, so that a two-input NOR gate is configured. In this embodiment, since a logical operation can be performed by one external clock signal, the present embodiment is a logical gate of one logical stage. Therefore, a faster two-input NOR operation can be performed. In this embodiment, the two-input NOR gate is shown. However, the number of input terminals constituting the input merging circuit, and the number of input terminals necessary to release the initially set single flux quantum in the superconducting loop are set. Just by changing the setting of the flux quantum number,
Various logic gate configurations are possible.

【0023】[0023]

【表1】 [Table 1]

【0024】[0024]

【表2】 [Table 2]

【0025】(実施の形態2)図3に本発明の第2実施
例を示す3入力否定論理和ゲートを示す。3入力否定論
理和ゲートは3つの入力端子A,B、C,外部クロック端
子CLK,および出力端子OUTを持ち,入力端子A,B,Cに
続く入力合流回路6,クロック分岐回路5,ゲート内に
設置された超伝導ループ内の磁束量子の有無を検出し,
出力端子に磁束量子を出力する出力回路4で構成され
る。
(Embodiment 2) FIG. 3 shows a three-input NOR gate according to a second embodiment of the present invention. The three-input NOR gate has three input terminals A, B, and C, an external clock terminal CLK, and an output terminal OUT, and has an input merging circuit 6, a clock branching circuit 5, and a gate inside the input terminals A, B, and C. To detect the presence or absence of magnetic flux quanta in the superconducting loop
An output circuit 4 outputs a magnetic flux quantum to an output terminal.

【0026】本実施例の構成は,入力端子および入力バ
ッファー回路の数を除いて,第1実施例に示した2入力
否定論理和ゲートと同じ構成である。3入力否定論理和
ゲートの場合は,1つ以上の入力単一磁束量子で,超伝
導ループloopT(JT1,JT2,LT,J1,J2)に保持された初
期設定単一磁束量子を解放する(リセット状態)よう
に,J1の臨界電流値IcJ1等を設計する。
The configuration of this embodiment is the same as that of the two-input NOR gate shown in the first embodiment except for the number of input terminals and input buffer circuits. 3 For input NOR gates, with one or more input single flux quantum, superconducting loop loop T (J T1, J T2 , L T, J1, J2) to be retained initial set SFQ as the release (reset state), designing a critical current value Ic J1 etc. J1.

【0027】表3に,本実施例における3入力否定論理和
ゲートの真理値表を示す。以上のように、A,B,C全ての
入力端子に入力がなかったときのみ,出力端子より磁束
量子が出力されるため,3入力否定論理和ゲートが構成
される。本実施例は,1つの外部クロック信号で論理演
算が実行できるため,論理段一段の論理ゲートである。
そのため,より高速の3入力否定論理和演算が可能とな
る。
Table 3 shows a truth table of the three-input NOR gate in this embodiment. As described above, the flux quantum is output from the output terminal only when there is no input to all of the input terminals A, B, and C, so that a three-input NOR gate is configured. In this embodiment, since a logical operation can be performed by one external clock signal, the present embodiment is a logical gate of one logical stage.
Therefore, a faster three-input NOR operation can be performed.

【0028】[0028]

【表3】 [Table 3]

【0029】(実施の形態3)図4に本発明の第3実施例
を示す否定ゲートを示す。否定ゲートは1つの入力端子
A,外部クロック端子CLK,および出力端子OUTを持ち,
入力端子Aに続く入力合流回路6,クロック分岐回路
5,ゲート内に設置された超伝導ループに保持された単
一磁束量子の有無を検出し,出力端子に単一磁束量子を
出力する出力回路4で構成される。本実施例の構成は,
入力端子および入力バッファー回路の数を除いて,第1
実施例,第2実施例に示した否定論理和ゲート同じ構成
である。否定ゲートの場合は,1つの入力単一磁束量子
で,超伝導ループloopT(JT1,JT2,LT,J1,J2)に保持
された初期設定単一磁束量子を解放する(リセット状
態)ように,J1の臨界電流値IcJ1等を設計する。
(Embodiment 3) FIG. 4 shows a NOT gate according to a third embodiment of the present invention. Negation gate is one input terminal
A, an external clock terminal CLK, and an output terminal OUT,
Input junction circuit 6 following input terminal A 6, Clock branch circuit 5, Output circuit that detects the presence or absence of a single flux quantum held in a superconducting loop installed in the gate, and outputs a single flux quantum to the output terminal 4 The configuration of this embodiment is
Except for the number of input terminals and input buffer circuits,
The configuration is the same as that of the NOR gate shown in the embodiment and the second embodiment. If not the gate is a single input single flux quantum, superconducting loop loop T (J T1, J T2 , L T, J1, J2) initialized held to release the single flux quantum (the reset state As described above, the critical current value Ic J1 of J1 is designed.

【0030】表4に,本実施例における否定ゲートの真
理値表を示す。以上のように、入力端子に入力がなかっ
たとき,出力端子より磁束量子が出力されるため,否定
ゲートが構成される。本実施例は,1つの外部クロック
信号で論理演算が実行できるため,論理段一段の論理ゲ
ートである。そのため,より高速の否定演算が可能とな
る。
Table 4 shows a truth table of the NOT gate in this embodiment. As described above, when there is no input at the input terminal, the flux quantum is output from the output terminal, so that a negative gate is configured. In this embodiment, since a logical operation can be performed by one external clock signal, the present embodiment is a logical gate of one logical stage. Therefore, a faster negation operation can be performed.

【0031】[0031]

【表4】 [Table 4]

【0032】[0032]

【発明の効果】本発明は,以上説明したような形態で実
施され,以下に記載される効果を有する。1つ,または,
複数の入力端子を有し,入力された単一磁束量子に対応
した入力単一磁束量子を生成し,各入力端子から入力さ
れた入力単一磁束量子を一つの信号線にまとめる入力合
流回路と,外部クロック端子を有し,入力された外部ク
ロック信号に同期した内部クロック単一磁束量子とゲー
ト内の超伝導ループに保持させる初期設定単一磁束量子
を生成するクロック分岐回路と,入力単一磁束量子と内
部クロック単一磁束量子と初期設定単一磁束量子を入力
し,超伝導ループ内にの初期設定単一磁束量子の有無を
検出し,その結果を出力端子に出力する出力回路で構成
し,クロック分岐回路においては,初期設定単一磁束量
子が出力回路へ送られるタイミングが,内部クロック単
一磁束量子が出力回路に送られた後,適当な時間遅れを
もって,超伝導ループに送られるように設定し,かつ,
超伝導ループに内の初期設定単一磁束量子が,入力単一
磁束量子により外へ追い出され,そして,追い出すため
の条件が入力単一磁束量子の数によって決定され,か
つ,出力回路においては,内部クロック単一磁束量子が
入力されたとき,超伝導ループ内に初期設定単一磁束量
子が無い場合のみ,磁束量子が出力端子に出力されるよ
うに設定することにより,論理段数が一段で演算可能
な,高速演算を可能にする単一磁束量子を基本とする論
理ゲートを実現できる。また,本発明は,入力合流回路
を構成する入力端子,そして,超伝導ループに保持され
た初期設定単一磁束量子を開放させるために必要な入力
磁束数の設定を変更するだけで,様々な高速論理ゲート
の構成が可能である。
The present invention is embodied in the form described above and has the following effects. One or
An input merging circuit having a plurality of input terminals, generating an input single flux quantum corresponding to the input single flux quantum, and collecting the input single flux quantum input from each input terminal into one signal line; A clock splitter circuit having an external clock terminal and generating an internal clock single flux quantum synchronized with an input external clock signal and an initial setting single flux quantum held by a superconducting loop in a gate; It consists of an output circuit that inputs a flux quantum, an internal clock, a single flux quantum, and a default single flux quantum, detects the presence or absence of a default single flux quantum in the superconducting loop, and outputs the result to an output terminal. However, in the clock branch circuit, the timing at which the initially set single flux quantum is sent to the output circuit is delayed by an appropriate time after the internal clock single flux quantum is sent to the output circuit. Set to be sent to the flop, and
In the superconducting loop, the initial single flux quantum inside is driven out by the input single flux quantum, and the conditions for the ejection are determined by the number of input single flux quanta, and in the output circuit: When the internal clock single flux quantum is input, only when there is no single flux quantum initially set in the superconducting loop, the flux quantum is output to the output terminal so that the number of logical stages is calculated in one step It is possible to realize a logic gate based on a single magnetic flux quantum that enables high-speed operation. Further, the present invention can be applied to various types of input terminals by simply changing the input terminals constituting the input merging circuit and the setting of the number of input magnetic fluxes necessary for releasing the initial setting single magnetic flux quantum held in the superconducting loop. A configuration of a high-speed logic gate is possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施例を示す2入力否定論理和ゲ
ートを示す回路図
FIG. 1 is a circuit diagram showing a two-input NOR gate showing a first embodiment of the present invention;

【図2】第一実施例の否定論理和ゲートの動作の説明図FIG. 2 is an explanatory diagram of the operation of the NOR gate of the first embodiment;

【図3】本発明の第2実施例を示す3入力否定論理和ゲー
トを示す回路図
FIG. 3 is a circuit diagram showing a three-input NOR gate according to a second embodiment of the present invention;

【図4】本発明の第3実施例を示す否定ゲートを示す回
路図
FIG. 4 is a circuit diagram showing a NOT gate according to a third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

Lclk,JT1,JT2,JA1,JA2,JB1,JB2,JC1,JC2,J1,
J2,J3 ジョセフソン接合 Lclk1,Lclk2,LTin,LT,LAin,LBin,LCin,LAB,L
ABC,Lout インダクタIbclk,IbA,IbB,IbC バイ
アス端子 CLK,A,B,C 入力信号端子 Out 出力信号端子 PClk,T,PA,PB,PC 電圧信号読み出し点 1−A,1−B 入力バッファ回路 2 内部クロック生成回路 3 初期設定バッファー回路 4 出力回路 5 クロック分岐回路 6 入力合流回路
L clk , J T1 , J T2 , J A1 , J A2 , J B1 , J B2 , J C1 , J C2 , J1,
J2, J3 Josephson junctions L clk1 , L clk2 , L Tin , L T , L Ain , L Bin , L Cin , L AB , L
ABC, L out inductor Ib clk, Ib A, Ib B , Ib C bias terminal CLK, A, B, C input signal terminal Out output signal terminal P Clk, T, P A, P B, P C voltage signal reading point 1 -A, 1-B Input buffer circuit 2 Internal clock generation circuit 3 Initial setting buffer circuit 4 Output circuit 5 Clock branch circuit 6 Input merging circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中山 哲 千葉県千葉市美浜区中瀬1丁目8番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者 高田 進 千葉県柏市根戸467−100 北柏住宅3− 103 (72)発明者 明連 広昭 埼玉県浦和市下大久保923番30号 新田第 6中島ハイツ501 Fターム(参考) 4M113 AA42 AD14 AD24 AD26 5J042 AA01 BA01 CA00 CA25 CA28 DA00 DA03  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Satoshi Nakayama 1-8-8 Nakase, Mihama-ku, Chiba City, Chiba Prefecture Inside Seiko Instruments Inc. 103 (72) Inventor Hiroaki Meiren 923-30 Shimookubo, Urawa-shi, Saitama 501F Nitta No.6 Nakajima Heights F-term (reference) 4M113 AA42 AD14 AD24 AD26 5J042 AA01 BA01 CA00 CA25 CA28 DA00 DA03

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】磁束量子を情報担体に用いる単一磁束量子
理論に基づく論理ゲートにおいて,1つ,または,複数
の入力端子を有し,入力された単一磁束量子に対応した
入力単一磁束量子を生成し,各入力端子の入力単一磁束
量子を一つの信号線にまとめる入力合流回路と,外部ク
ロック端子を有し,入力された外部クロック単一磁束量
子に同期した内部クロック単一磁束量子とゲート内の超
伝導ループに保持させる初期設定単一磁束量子を生成す
るクロック分岐回路と,前記入力単一磁束量子と前記内
部クロック単一磁束量子と前記初期設定単一磁束量子を
入力し,前記超伝導ループ内の初期設定単一磁束量子の
有無を検出し,その結果を出力端子に出力する出力回路
から構成され,前記クロック分岐回路においては,前記
初期設定単一磁束量子が前記超伝導ループへ送られるタ
イミングが,前記内部クロック単一磁束量子が前記出力
回路に送られた後,適当な時間遅れをもって,超伝導ル
ープへ送られるように設定され,かつ,前記超伝導ルー
プ内に保持された前記初期設定単一磁束量子は,前記入
力単一磁束量子により外へ追い出され,そして,追い出
すための条件が入力単一磁束量子の数によって決定さ
れ,かつ,前記出力回路においては,前記内部クロック
単一磁束量子が入力されたとき,超伝導ループ内に初期
設定単一磁束量子が有る場合のみ,磁束量子が出力端子
に出力されるように設定されていることを特徴とする単
一磁束量子論理に基づく論理ゲート。
A logic gate based on a single flux quantum theory using a flux quantum as an information carrier, the logic gate having one or a plurality of input terminals and having an input single flux corresponding to the input single flux quantum An input merging circuit that generates quanta and combines the input single flux quantum of each input terminal into one signal line, and an internal clock single flux that has an external clock terminal and is synchronized with the input external clock single flux quantum A clock branching circuit for generating an initial single flux quantum to be held by a quantum and a superconducting loop in a gate; and inputting the input single flux quantum, the internal clock single flux quantum, and the default single flux quantum. And an output circuit for detecting the presence or absence of an initially set single flux quantum in the superconducting loop and outputting the result to an output terminal. The timing at which the element is sent to the superconducting loop is set to be sent to the superconducting loop with an appropriate time delay after the internal clock single flux quantum is sent to the output circuit; The default single flux quantum held in a conduction loop is driven out by the input single flux quantum, and the conditions for driving are determined by the number of input single flux quanta, and the output In the circuit, it is set that when the internal clock single flux quantum is input, the flux quantum is set to be output to the output terminal only when the initial setting single flux quantum exists in the superconducting loop. Logic gate based on single flux quantum logic.
【請求項2】請求項1に記載の単一磁束量子理論に基づ
く論理ゲートにおいて,前記入力合流回路の入力端子数
が2個以上で,前記超伝導ループ内の前記初期設定単一
磁束量子を外に追い出すために必要な入力単一磁束量子
数を1個に設定することにより,多入力否定論理和演算
を行う単一磁束量子理論に基づく論理ゲート。
2. The logic gate based on the single flux quantum theory according to claim 1, wherein the number of input terminals of the input merging circuit is two or more, and the initial setting single flux quantum in the superconducting loop is used. A logic gate based on single flux quantum theory that performs multi-input NOR operation by setting the number of input single flux quantums required to drive out to one.
【請求項3】請求項1に記載の単一磁束量子理論に基づ
く論理ゲートにおいて,前記入力合流回路の入力端子数
が1個で,前記超伝導ループ内の前記初期設定単一磁束
量子を外に追い出すために必要な入力単一磁束量子数を
1個に設定することにより,否定演算を行う単一磁束量
子理論に基づく論理ゲート。
3. The logic gate based on the single flux quantum theory according to claim 1, wherein the number of input terminals of the input converging circuit is one and the initial setting single flux quantum in the superconducting loop is outside. Input single flux quantum number required to drive
A logic gate based on single flux quantum theory that performs a negation operation when set to one.
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