JP2009182745A - Signal amplifying circuit and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電気信号の増幅技術に関し、特に超伝導素子を用いた微小信号の増幅回路に関する。 The present invention relates to an electric signal amplification technique, and more particularly to a minute signal amplification circuit using a superconducting element.
非特許文献1に記されているように、超伝導量子干渉素子は超伝導ジョセフソン接合を利用した素子であり、直流からマイクロ波帯に及ぶ広い周波数範囲で低雑音な増幅素子として用いられている。基本的には超伝導量子干渉素子は磁場を電圧に変換する素子であるが、素子中に磁場を作るようなコイルを形成することにより、電流を電圧に変換する増幅器として使用することができる。
As described in
増幅器として使用する場合、超伝導量子干渉素子は入力した電流に比例した電圧を増幅するアナログ的な素子として通常は利用されている。しかしながら、非常に短い時間スケールで観測すると、超伝導量子干渉素子は入力された磁場に比例する個数の電圧パルス列を出力している。従来の読み出し方式ではそのパルス列をそのまま取り出さずに積分した電圧を読み出している。 When used as an amplifier, a superconducting quantum interference device is normally used as an analog device that amplifies a voltage proportional to an input current. However, when observed on a very short time scale, the superconducting quantum interference device outputs a number of voltage pulse trains proportional to the input magnetic field. In the conventional readout method, the integrated voltage is read out without taking out the pulse train as it is.
本発明に関連する技術が記載された文献として非特許文献2を挙げる。非特許文献2は、超伝導ジョセフソン接合を利用して、超伝導量子干渉素子の出力電圧パルス列の複製や個々のパルスの電力増幅といった操作を行う回路について言及している。
超伝導量子干渉素子は非常に低雑音で、微小な電気信号を増幅するのに適した素子ではあるものの、取り出せる出力電力は1μW以下と非常に小さい(非特許文献1)。これは出力電圧が2mV程度に限られること、実用的に流すことのできる電流が100μA程度までであることによる。この問題は、超伝導量子干渉素子のアレイ化(非特許文1)等の手法が取りづらいマイクロ波領域では特に重大である。 Although the superconducting quantum interference device is very low noise and suitable for amplifying a minute electric signal, the output power that can be taken out is as small as 1 μW or less (Non-patent Document 1). This is because the output voltage is limited to about 2 mV and the current that can be practically applied is up to about 100 μA. This problem is particularly serious in the microwave region where it is difficult to take a technique such as arraying superconducting quantum interference elements (Non-patent Document 1).
本発明ではこのような状況に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、特にマイクロ波領域を含む領域において超伝導量子干渉素子の出力電力を増幅することにより、低雑音かつ高電力利得を実現する微小信号増幅回路を提供することである。 The present invention has been made in view of such a situation, and the problem to be solved by the present invention is to reduce the noise by amplifying the output power of the superconducting quantum interference device particularly in a region including a microwave region. It is another object of the present invention to provide a minute signal amplifier circuit that realizes a high power gain.
上述の課題を解決するため、本発明は、超伝導磁束量子素子の出力パルス列を超伝導回路で増幅、複製可能であることを利用して、超伝導量子干渉素子の出力を増幅する。 In order to solve the above-described problems, the present invention amplifies the output of the superconducting quantum interference device by utilizing the fact that the output pulse train of the superconducting magnetic flux quantum device can be amplified and duplicated by a superconducting circuit.
すなわち、本発明は、その一態様として、信号増幅回路において、増幅対象となる信号が入力される超伝導量子干渉素子と、超伝導量子干渉素子が出力するパルスの電力を増幅して出力する増幅回路とを備えることを特徴とする信号増幅回路を提供する。 That is, the present invention has, as one aspect thereof, in a signal amplification circuit, a superconducting quantum interference device to which a signal to be amplified is input, and an amplification that amplifies and outputs the power of a pulse output from the superconducting quantum interference device. And a signal amplifying circuit including the circuit.
増幅回路の少なくとも一部として、入力されたパルス列の大きさを増幅する回路であるパルス増幅回路を一乃至複数備えることが考えられる。例えば、超伝導量子干渉素子とパルス増幅回路ひとつからなる信号増幅回路でもよい。また、増幅回路は複数のパルス増幅回路を備える場合、複数のパルス増幅回路の少なくとも一部が互いに直列に接続されてなることとしてもよい。複数のパルス増幅回路を直列に接続することにより、単独で用いた場合と比較してより大きな増幅率を得ることが出来る。 It is conceivable that at least a part of the amplifier circuit includes one or a plurality of pulse amplifier circuits which are circuits for amplifying the magnitude of the input pulse train. For example, a signal amplifier circuit composed of a superconducting quantum interference device and a single pulse amplifier circuit may be used. When the amplifier circuit includes a plurality of pulse amplifier circuits, at least a part of the plurality of pulse amplifier circuits may be connected in series with each other. By connecting a plurality of pulse amplification circuits in series, a larger amplification factor can be obtained as compared with the case of using them alone.
直列に接続された複数のパルス増幅回路がそれぞれジョセフソン接合を有する場合は、直列に接続された複数のパルス増幅回路の一のパルス増幅回路のジョセフソン接合の臨界電流は、当該パルス増幅回路の前段に直列に接続された他のパルス増幅回路のジョセフソン接合の臨界電流よりも大きいこととすれば、前段のパルス増幅回路で大きくしたパルス列を後段のパルス増幅回路にて更に大きくすることが出来る。 When the plurality of pulse amplifier circuits connected in series each have a Josephson junction, the critical current of the Josephson junction of one pulse amplifier circuit of the plurality of pulse amplifier circuits connected in series is the current of the pulse amplifier circuit. If it is larger than the critical current of the Josephson junction of another pulse amplification circuit connected in series with the previous stage, the pulse train enlarged by the previous stage pulse amplification circuit can be further enlarged by the subsequent stage pulse amplification circuit. .
増幅回路の少なくとも一部として、入力されたパルス列と同じパルス列を複数出力する分岐回路と、分岐回路が出力した複数のパルス列を合成して出力する合成回路とを備えることとしてもよい。すなわち、増幅回路として、パルス増幅回路の代わりに、または、パルス増幅回路と共に、分岐回路と合成回路とを備えることとしてもよい。この場合、分岐回路の出力の少なくともひとつと合成回路との間の接続をオンオフするスイッチを更に備えることとすれば、スイッチのオンオフを制御することによって、合成回路にて合成されるパルス列の数を制御することが可能となり、信号増幅回路の電力増幅率を可変とすることが出来る。 As at least a part of the amplifier circuit, a branch circuit that outputs a plurality of pulse trains that are the same as the input pulse train, and a synthesis circuit that synthesizes and outputs a plurality of pulse trains output by the branch circuit may be provided. That is, as the amplifier circuit, a branch circuit and a synthesis circuit may be provided instead of the pulse amplifier circuit or together with the pulse amplifier circuit. In this case, if a switch for turning on / off the connection between at least one of the outputs of the branch circuit and the synthesis circuit is further provided, the number of pulse trains synthesized by the synthesis circuit can be reduced by controlling on / off of the switch. It becomes possible to control the power amplification factor of the signal amplifier circuit.
分岐回路は、例えば、一のパルス増幅回路と、当該一のパルス増幅回路の出力に並列に接続された複数のパルス増幅回路から構成することが出来る。 The branch circuit can be composed of, for example, one pulse amplification circuit and a plurality of pulse amplification circuits connected in parallel to the output of the one pulse amplification circuit.
パルス増幅回路の構成例としては、互いに直列に順序同じに接続された第1、2、3及び4のインダクタを備え、第1及び第2のインダクタの間のノードは第1のジョセフソン接合と接続され、第3及び第4のインダクタの間のノードは第2のジョセフソン結合と接続され、第2及び第3のインダクタの間のノードは電流源と接続されてなることが考えられる。 A configuration example of the pulse amplifier circuit includes first, second, third, and fourth inductors connected in series in the same order, and a node between the first and second inductors is a first Josephson junction. It is conceivable that the node between the third and fourth inductors is connected to the second Josephson coupling, and the node between the second and third inductors is connected to the current source.
また、本発明は他の態様として、信号を増幅する方法において、増幅対象となる信号を超伝導量子干渉素子に入力する段階と、超伝導量子干渉素子の出力を増幅回路に入力してパルスの電力を増幅する増幅段階とを含むことを特徴とする信号増幅方法を提供する。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for amplifying a signal, the step of inputting a signal to be amplified to a superconducting quantum interference device, and the output of the superconducting quantum interference device to an amplifying circuit. And a signal amplification method including an amplification step of amplifying power.
この信号増幅方法において、増幅段階の少なくとも一部として、入力されたパルス列の大きさをパルス増幅回路にて増幅する段階を含むことが考えられる。その場合、互いに直列に接続された複数のパルス増幅回路にてパルス列の大きさを漸次増幅することとしてもよい。こうすれば、複数のパルス増幅回路を直列に接続することにより、単独で用いた場合と比較してより大きな増幅率を得ることが出来る。また、直列に接続された複数のパルス増幅回路はそれぞれジョセフソン接合を有し、直列に接続された複数のパルス増幅回路の一のパルス増幅回路のジョセフソン接合の臨界電流は、当該パルス増幅回路の前段に直列に接続された他のパルス増幅回路のジョセフソン接合の臨界電流よりも大きいこととすれば、前段のパルス増幅回路で大きくしたパルス列を後段のパルス増幅回路にて更に大きくすることが出来る。 In this signal amplification method, it is conceivable that at least part of the amplification step includes a step of amplifying the size of the input pulse train by a pulse amplification circuit. In that case, the magnitude of the pulse train may be gradually amplified by a plurality of pulse amplifier circuits connected in series with each other. In this way, by connecting a plurality of pulse amplification circuits in series, a larger amplification factor can be obtained as compared with the case where they are used alone. The plurality of pulse amplifier circuits connected in series each have a Josephson junction, and the critical current of the Josephson junction of one pulse amplifier circuit of the plurality of pulse amplifier circuits connected in series is the pulse amplifier circuit If the pulse current is larger than the critical current of the Josephson junction of the other pulse amplifier circuit connected in series with the previous stage, the pulse train enlarged by the previous stage pulse amplifier circuit may be further enlarged by the subsequent stage pulse amplifier circuit. I can do it.
上述の信号増幅方法において、増幅段階の少なくとも一部として、入力されたパルス列と同じパルス列を分岐回路にて複数生成する分岐段階と、分岐段階にて生成された複数のパルス列を合成回路にて合成して出力する合成段階とを含むこととしてもよい。この場合、分岐回路の出力の少なくともひとつと合成回路との間に設けたスイッチにより、分岐回路から合成回路への入力の少なくとも一部の接続を制御する段階を含むこととすれば、スイッチのオンオフを制御することによって、合成回路にて合成されるパルス列の数を制御することが可能となり、信号増幅回路の電力増幅率を可変とすることが出来る。 In the signal amplification method described above, as at least a part of the amplification stage, a branch stage that generates a plurality of pulse trains that are the same as the input pulse train in a branch circuit, and a plurality of pulse trains that are generated in the branch stage are combined in a synthesis circuit It is good also as including the synthetic | combination stage output in this way. In this case, if a switch provided between at least one of the outputs of the branch circuit and the synthesis circuit includes a step of controlling connection of at least a part of the input from the branch circuit to the synthesis circuit, the switch is turned on / off. By controlling, it becomes possible to control the number of pulse trains synthesized by the synthesis circuit, and the power amplification factor of the signal amplification circuit can be made variable.
分岐回路は、一のパルス増幅回路と、当該一のパルス増幅回路の出力に並列に接続された複数のパルス増幅回路から構成することが出来る。 The branch circuit can be composed of one pulse amplification circuit and a plurality of pulse amplification circuits connected in parallel to the output of the one pulse amplification circuit.
パルス増幅回路は例えば、互いに直列に順序同じに接続された第1、2、3及び4のインダクタを備え、第1及び第2のインダクタの間のノードは第1のジョセフソン接合と接続され、第3及び第4のインダクタの間のノードは第2のジョセフソン結合と接続され、第2及び第3のインダクタの間のノードは電流源と接続されてなることが考えられる。 The pulse amplification circuit includes, for example, first, second, third, and fourth inductors connected in series in the same order, and a node between the first and second inductors is connected to the first Josephson junction, It is conceivable that the node between the third and fourth inductors is connected to the second Josephson coupling, and the node between the second and third inductors is connected to the current source.
本発明の第一の効果として、超伝導量子干渉素子の出力電力を増大することができる。その結果として、超伝導量子干渉素子を利用した信号増幅回路の電力利得を改善することができる。 As a first effect of the present invention, the output power of the superconducting quantum interference device can be increased. As a result, the power gain of the signal amplification circuit using the superconducting quantum interference device can be improved.
本発明の実施の形態である微小信号増幅回路1について説明する。図1を参照すると、微小信号増幅回路1は、超伝導量子干渉素子2、電流源3、増幅回路4からなる。
A minute
超伝導量子干渉素子2は図2に示すような回路である。2つのジョセフソン接合21及び22をインダクタンスLを有する超伝導ループ(以下単にループと記す)で短絡する。ループの中点にタップを設け、そこから臨界電流Icに近いバイアス電流Ibiasでループをバイアスする。この状態でループを貫く磁束Φに依存した数のパルス列が出力される。ループに近接してコイル23を設け、そこに流す電流Iinを変化させると、Iinに従ってループを貫く磁束が変化し、それに伴って出力されるパルス列の数も変化する。 そのパルス列を時間で積分して取り出すと、入力電流Iinに従って出力電圧Vがアナログ的に変化するように見える。これが超伝導量子干渉素子の増幅原理である。
The superconducting
増幅回路4は、超伝導量子干渉素子の出力パルスを時間積分せずに、超伝導量子干渉素子2の出力をパルスのままディジタル増幅回路で増幅することにより、超伝導量子干渉素子単体の場合と比較して大きな増幅作用を持たせる回路である。増幅回路4の構成は大別すると(1)超伝導量子干渉素子2が出力するパルス列のパルスの数や間隔を変更することなく、個々のパルスの大きさだけを増幅する回路、(2)超伝導量子干渉素子2が出力するパルス列のパルスの複製を複数生成した後、これら複製を合成することにより、全体として増幅作用を得る回路、(3)(1)と(2)を組み合わせた回路の3つがある。
The amplifying circuit 4 does not integrate the output pulse of the superconducting quantum interference device with time, and amplifies the output of the superconducting
(1)パルスの大きさを増幅するもの
この種の微小信号増幅回路11について図3を参照して説明する。超伝導量子干渉素子(SQUID)2の出力パルスは、増幅回路4に該当する増幅回路41にてパルスの大きさが増幅される。増幅回路41はパルス増幅回路40a及び40bからなる。パルス増幅回路40a及び40bは基本的に同じ構造の回路であるが、回路中のジョセフソン結合の臨界電流Icの大きさが異なり、後段であるパルス増幅回路40bのジョセフソン結合の臨界電流は、前段であるパルス増幅回路40aのそれよりも大きい。
(1) Amplifying the magnitude of a pulse This type of minute
臨界電流の大きさを除いて、パルス増幅回路40a及び40bは同じ回路である。両回路をパルス増幅回路40として図4を参照して説明する。パルス増幅回路40は、直列に接続されたコイル401、402、403、404と、コイル401とコイル402の間を接地と接続するジョセフソン接合405、コイル403とコイル404の間を接地と接続するジョセフソン接合406からなる。ジョセフソン接合405及び406の臨界電流は共にIcである。パルス増幅回路40は、コイル401の左端の入力端子から入力されたパルス列をそのままコイル404の右端の出力端子から出力する動作を行う。出力するパルス列の大きさはジョセフソン接合の臨界電流Icに依存するので、Icを大きくすることにより、パルス増幅回路40は入力されたパルス列を増幅する作用を持つようになる。
Except for the magnitude of the critical current, the
微小信号増幅回路1の増幅回路4として、パルス増幅回路40を一段だけ用いても増幅作用を得ることはできるが、パルス増幅回路40の臨界電流Icは、前段の超伝導量子干渉素子2のジョセフソン接合21、22の臨界電流や、他のパルス増幅回路のジョセフソン接合の臨界電流Icに対して極端に大きく取ることはできない。この点を鑑みて、微小信号増幅回路11の増幅回路41はパルス増幅回路40を2つ直列に接続している。図3では、超伝導量子干渉素子2、パルス増幅回路40a、40bのそれぞれの臨界電流の例として、Ic、1.4Ic、2Icの場合を示しているが、図3は例示であり、本発明ではパルス増幅回路40の段数は2つに限定されるものではなく、3段またはそれ以上であってもよく、また、臨界電流の比もこれに限定されるものでもない。
Even if only one stage of the pulse amplification circuit 40 is used as the amplification circuit 4 of the minute
(2)パルス列の複製を複数生成し、これらを合成して増幅するもの
パルス列の複製を複数生成し、これらを合成することにより全体としての電力を増幅する微小信号増幅回路12について図5を参照して説明する。微小信号増幅回路12では、増幅回路12として分岐合成回路42を用いる。分岐合成回路42は、入力されたパルス列と同じパルス列を2系統から出力する分岐回路421、422、423と、入力された複数のパルス列を合成する合成回路424からなる。
(2) What generates a plurality of replicas of a pulse train and synthesizes them to amplify them A plurality of replicas of a pulse train are generated, and these are combined to amplify power as a whole. See FIG. To explain. In the minute
分岐回路421の左端から入力されたパルス列は、分岐回路421にて複製されて2つのパルス列として出力され、それぞれのパルス列が分岐回路422、423にて更に複製されて2つのパルス列として出力されることにより、分岐回路421に入力されたパルス列は、同じ4つのパルス列に複製される。合成回路424はこれら4つのパルス列を合成する。このようにして分岐合成回路42は全体として増幅効果を得ることが出来る。
The pulse train inputted from the left end of the
分岐回路421、422、423は同じ回路を用いることができる。分岐回路421を例に挙げてこれら分岐回路について図6を参照して更に説明する。分岐回路421は図4に図示したパルス増幅回路40と同じ構造を有する3つのパルス増幅回路40c、40d、40eからなる。パルス増幅回路40cの出力が二分され、それぞれがパルス増幅回路40d及び40eに入力され、それぞれの出力が分岐回路421の出力out1及びout2となる。2つの出力端子から出力されるパルス列は全く同等で、入力されたパルス列の複製を取ったのと同等の結果が得られる。
The same circuit can be used for the
図5の例では、3つの分岐回路を用いてパルス列のコピーを4つ生成するが、分岐回路の構成はこれに限定されるものではなく、例えば分岐回路422及び423が出力する4つのパルス列それぞれを、更に分岐回路に入力することにより、8つのパルス列を生成してもよい。このように分岐回路を何段か通すことにより、超伝導量子干渉素子2の出力パルス列の複製の数を増やしていくことができる。最終的に得られたコピー全てを合成回路424にて合成することで、全体として増幅効果を持たせることができる。
In the example of FIG. 5, four copies of the pulse train are generated using three branch circuits, but the configuration of the branch circuit is not limited to this. For example, each of the four pulse trains output from the
(3)(1)(2)を組み合わせたもの
パルス列の大きさの増幅と、パルス列の分岐合成による増幅とを組み合わせてもよい。例えば、増幅回路41の出力を分岐合成回路42に入力すれば、増幅回路41にて大きくなったパルス列に対し、分岐合成回路42にて複数コピーの生成及び合成による増幅を行うことが出来る。
(3) Combination of (1) and (2) Amplification of the size of the pulse train and amplification by branch synthesis of the pulse train may be combined. For example, if the output of the
以下の実施例1及び2では特定の回路定数における増幅効果のシミュレーションについて説明する。 In the following Examples 1 and 2, a simulation of an amplification effect at a specific circuit constant will be described.
超伝導量子干渉素子として図7に図示したものを用いる。超伝導量子干渉素子7では、信号源9からの電流Iinが入力コイルLinに入力される。Linは超伝導量子干渉素子7自身のインダクタンスL1と結合定数kで結合している。これらのコイルは2つのジョセフソン接合とループを形成している。ジョセフソン結合の臨界電流はどちらもIc1である。このループにはバイアス電流I1が供給されている。バイアス電流I1は臨界電流Ic1の2倍程度の大きさであり、Linに入力される電流に従って電圧を発生する。この電圧によって生じる電流を負荷抵抗Rdで電力として取り出すことで電力増幅を行う。 The superconducting quantum interference device shown in FIG. 7 is used. In the superconducting quantum interference device 7, the current Iin from the signal source 9 is input to the input coil Lin. Lin is coupled to the inductance L1 of the superconducting quantum interference device 7 itself by a coupling constant k. These coils form a loop with two Josephson junctions. Both of the critical currents of the Josephson coupling are Ic1. A bias current I1 is supplied to this loop. The bias current I1 is about twice as large as the critical current Ic1, and generates a voltage according to the current input to Lin. Power amplification is performed by taking out the current generated by this voltage as power with the load resistor Rd.
超伝導量子干渉素子7を表1のような回路定数で構成し、1GHz、2μAppの正弦波を入力するようなシミュレーションを行ったところ、出力抵抗に流れた1GHzの電流成分は845nAppだった。これは0.89pWの電力に相当する。ただし、この場合の出力抵抗10Ωは図7の回路構成に最適化されたものである。 When the superconducting quantum interference device 7 was configured with circuit constants as shown in Table 1 and a simulation was performed in which a 1 GHz, 2 μApp sine wave was input, the current component of 1 GHz flowing through the output resistor was 845 nApp. This corresponds to a power of 0.89 pW. However, the output resistance 10Ω in this case is optimized to the circuit configuration of FIG.
超伝導量子干渉素子7に、図4のパルス増幅回路40を2段付加した微小信号増幅回路13を図8に示す。微小信号増幅回路13では、1段目のパルス増幅回路40fのジョセフソン結合の臨界電流値Ic2を、超伝導量子干渉素子7の臨界電流値Ic1より大きくすることにより、個々のパルスの電力を増幅する。更に、2段目のパルス列増幅回路40gのジョセフソン接合の臨界電流値Ic3をIc2より大きく取ることにより電力増幅を行う。
FIG. 8 shows a minute
表2のような回路定数で微小信号増幅回路13を構成し、1GHz、2μAppの正弦波を入力するようなシミュレーションを行った。ただし出力抵抗Rdはこの場合の最適値5Ωである。出力抵抗に流れる電流の1GHzの成分は2.06μAppだった。これは2.65pWの電力に相当する。超伝導量子干渉素子7単独の出力と比較すると4倍近い電力が取り出せることになる。
The small
超伝導量子干渉素子7に分岐合成回路を付加した微小信号増幅回路14を図9に示す。微小信号増幅回路14は超伝導量子干渉素子7の出力を2系統に分岐している。微小信号増幅回路14を表3のような回路定数で構成し、1GHz、2μAppの正弦波を入力するようなシミュレーションを行ったところ、5Ωの出力抵抗に流れた1GHzの電流成分は1個あたり1.89μAppだった。これは2.23pWの電力に相当する。最終的に2系統に分岐された出力を合成すれば、4pW以上の電力となり、超伝導量子干渉素子7単独の出力0.89pWと比較して4倍以上の電力増幅率が得られる。
FIG. 9 shows a minute
以上、本発明を実施の形態及び実施例に即して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の上で変更が可能であることはいうまでもない。 As mentioned above, although this invention was demonstrated according to embodiment and an Example, this invention is not limited to this, It cannot be overemphasized that it can change on the technical idea of this invention. Absent.
例えば、既に述べたように、パルス列を大きく増幅するためにパルス増幅回路40を直列に接続するが、パルス増幅回路40の段数は任意に定めてよい。 For example, as described above, the pulse amplifier circuit 40 is connected in series to greatly amplify the pulse train, but the number of stages of the pulse amplifier circuit 40 may be arbitrarily determined.
また、分岐回路421ではひとつの入力に対して2つの出力を行う回路であり、分岐数が2の分岐回路といえるが、分岐数は2に限らず、3以上であってもよい。
The
更に、パルス増幅回路40と分岐回路421を任意に混合した構成をとってもよいし、パルスの大きさを増幅する回路、分岐回路、合成回路以外の回路を含む構成としてもよい。例えば、上述のようにパルス増幅回路40と分岐合成回路42とを直列に接続したものを増幅回路4としてもよいし、或いは、分岐合成回路42の分岐回路422、423の出力それぞれにパルス増幅回路40を設けてパルスの大きさを増幅した後、合成回路424にて合成することとしてもよい。
Furthermore, a configuration in which the pulse amplification circuit 40 and the
更に、超伝導量子干渉素子の出力を分岐回路で分岐する場合、分岐した出力の一部乃至全部にスイッチを設けることにより、電力増幅率を多段階に可変とする微小信号増幅回路を構成することとしてもよい。例えば、図5の微小信号増幅回路12において、分岐回路422の2出力、分岐回路423の2出力の合計4出力それぞれと合成回路424との間にスイッチを設ける場合を考える。この場合、分岐回路422、423と合成回路424との間には4つのスイッチが設けられ、これらスイッチのオンオフの状態によって、合成回路424への入力の数は、0、1、2、3、4の5段階に可変となるので、合成回路424の出力も5段階に可変となる。
In addition, when the output of the superconducting quantum interference device is branched by a branch circuit, a minute signal amplifier circuit is provided in which the power gain is variable in multiple stages by providing a switch in part or all of the branched output. It is good. For example, in the minute
本発明の微小信号増幅回路にかかる超伝導回路は、通常の超伝導回路製造プロセスで容易に製作可能なため工業的に量産可能であり、産業上の利用可能性を有する。主な活用例としては、量子計算における微小マイクロ波信号の増幅、微小計測分野における信号増幅などがあげられる。 Since the superconducting circuit according to the present invention is easily manufactured by a normal superconducting circuit manufacturing process, it can be industrially mass-produced and has industrial applicability. Examples of main applications include amplification of micro microwave signals in quantum computation and signal amplification in the field of micro measurement.
1、11、12、13、14 微小信号増幅回路
2、7 超伝導量子干渉素子(SQUID)
3、407、40c7、40d7、40e7、8 電流源
4、41、42 増幅回路
21、22、405、406、40c5、40c6、40d5、40d6、40e5、40e6 ジョセフソン接合
23 コイル
40、40a、40b、40c、40d、40e、40f、40g、40h、40i パルス増幅回路
401、402、403、404 コイル
421、422、423 分岐回路
424 合成回路
1, 11, 12, 13, 14 Minute
3, 407, 40c7, 40d7, 40e7, 8
Claims (16)
増幅対象となる信号が入力される超伝導量子干渉素子と、
前記超伝導量子干渉素子が出力するパルスの電力を増幅して出力する増幅回路と
を備えることを特徴とする信号増幅回路。 In the signal amplification circuit,
A superconducting quantum interference device to which a signal to be amplified is input;
A signal amplifier circuit comprising: an amplifier circuit that amplifies and outputs the power of a pulse output from the superconducting quantum interference device.
前記増幅回路は複数の前記パルス増幅回路を備え、
前記複数のパルス増幅回路の少なくとも一部は互いに直列に接続されてなる
事を特徴とする信号増幅回路。 The signal amplifier circuit according to claim 2,
The amplifier circuit includes a plurality of the pulse amplifier circuits,
A signal amplification circuit, wherein at least some of the plurality of pulse amplification circuits are connected in series with each other.
前記直列に接続された複数のパルス増幅回路はそれぞれジョセフソン接合を有し、
前記直列に接続された複数のパルス増幅回路の一のパルス増幅回路のジョセフソン接合の臨界電流は、当該パルス増幅回路の前段に直列に接続された他のパルス増幅回路のジョセフソン接合の臨界電流よりも大きいことを特徴とする信号増幅回路。 The signal amplifier circuit according to claim 3.
Each of the plurality of pulse amplification circuits connected in series has a Josephson junction,
The critical current of the Josephson junction of one pulse amplification circuit of the plurality of pulse amplification circuits connected in series is the critical current of the Josephson junction of another pulse amplification circuit connected in series to the previous stage of the pulse amplification circuit. A signal amplifier circuit characterized by being larger than the above.
前記パルス増幅回路は互いに直列に順序同じに接続された第1、2、3及び4のインダクタを備え、
前記第1及び第2のインダクタの間のノードは第1のジョセフソン接合と接続され、
前記第3及び第4のインダクタの間のノードは第2のジョセフソン結合と接続され、
前記第2及び第3のインダクタの間のノードは電流源と接続されてなる
ことを特徴とする信号増幅回路。 The signal amplifier circuit according to any one of claims 1 to 7,
The pulse amplification circuit includes first, second, third and fourth inductors connected in series in the same order.
A node between the first and second inductors is connected to a first Josephson junction;
A node between the third and fourth inductors is connected to a second Josephson coupling;
A signal amplifier circuit, wherein a node between the second and third inductors is connected to a current source.
増幅対象となる信号を超伝導量子干渉素子に入力する段階と、
前記超伝導量子干渉素子の出力を増幅回路に入力してパルスの電力を増幅する増幅段階と
を含むことを特徴とする信号増幅方法。 In a method for amplifying a signal,
Inputting a signal to be amplified into a superconducting quantum interference device;
An amplification step of amplifying the power of the pulse by inputting the output of the superconducting quantum interference device to an amplifier circuit.
前記直列に接続された複数のパルス増幅回路はそれぞれジョセフソン接合を有し、
前記直列に接続された複数のパルス増幅回路の一のパルス増幅回路のジョセフソン接合の臨界電流は、当該パルス増幅回路の前段に直列に接続された他のパルス増幅回路のジョセフソン接合の臨界電流よりも大きいことを特徴とする信号増幅方法。 The signal amplification method according to claim 11, wherein
Each of the plurality of pulse amplification circuits connected in series has a Josephson junction,
The critical current of the Josephson junction of one pulse amplification circuit of the plurality of pulse amplification circuits connected in series is the critical current of the Josephson junction of another pulse amplification circuit connected in series to the previous stage of the pulse amplification circuit. A signal amplification method characterized by being larger than the above.
前記パルス増幅回路は互いに直列に順序同じに接続された第1、2、3及び4のインダクタを備え、
前記第1及び第2のインダクタの間のノードは第1のジョセフソン接合と接続され、
前記第3及び第4のインダクタの間のノードは第2のジョセフソン結合と接続され、
前記第2及び第3のインダクタの間のノードは電流源と接続されてなる
ことを特徴とする信号増幅方法。 The signal amplification method according to any one of claims 9 to 15,
The pulse amplification circuit includes first, second, third and fourth inductors connected in series in the same order.
A node between the first and second inductors is connected to a first Josephson junction;
A node between the third and fourth inductors is connected to a second Josephson coupling;
A signal amplification method, wherein a node between the second and third inductors is connected to a current source.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008020101A JP2009182745A (en) | 2008-01-31 | 2008-01-31 | Signal amplifying circuit and method |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112136275A (en) * | 2018-05-25 | 2020-12-25 | 微软技术许可有限责任公司 | Composite superconducting quantum interference device output amplifier and method |
-
2008
- 2008-01-31 JP JP2008020101A patent/JP2009182745A/en not_active Withdrawn
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