JP2017532841A

JP2017532841A - 超伝導位相シフトシステム

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Publication number: JP2017532841A
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Inventors: ネイアマン、オフェル; オサマアブターレブ、モハメド
Original assignee: Northrop Grumman Systems Corp
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Filing date: 2015-08-24
Publication date: 2017-11-02
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Abstract

一実施例は、超伝導位相シフトシステムを含む。そのシステムは、少なくとも１つの可変インダクタンス素子を有する全通過フィルタを備える。全通過フィルタは、入力信号を受信し、かつ、少なくとも１つの可変インダクタンス素子のそれぞれによって供給される可変インダクタンスに基づいて前記入力信号に対して位相シフトされた出力信号として入力信号を供給するように構成されうる。そのシステムは、位相制御電流を供給して、位相制御電流の特性に基づいて少なくとも１つの可変インダクタンス素子の可変インダクタンスを制御するように構成された位相コントローラをさらに含むことができる。

Description

本発明は、概して超伝導回路に関し、より具体的には超伝導位相シフトシステムに関する。

超伝導デジタル技術は、従来にない高速度、低消費電力、および低動作温度の恩恵を受けるコンピュータ計算および／または通信資源をもたらした。超伝導量子ビットおよび半導体量子ビットを含む量子情報処理の実施態様の多くは、量子ビット制御および読み出しの両方のための信号（例えば、整形されたマイクロ波パルス）を必要とする。このようなシステムを実用的な集積化の複雑性にスケーリングするには、低温環境でオンチップの信号を局所的に操縦、および操作するためのツールボックスが通常必要である。一例として、システムは、位相のような信号特性、または、量子ビット制御および読み出しを実施する他の信号特性を調節するための回路部品を含む場合がある。可変位相シフトデバイスによっては、電圧可変キャパシタ（すなわち、バラクタ）を用いて実施可能な場合がある。しかしながら、バラクタの中には低温動作に適合しているものもあるが、それらは通常、１〜１０ボルトの範囲に分布し得る制御電圧が必要であるため、単一の磁束量子（ＳＦＱ：ｓｉｎｇｌｅｆｌｕｘｑｕａｎｔｕｍ）回路では容易に生成することができない。

別の例は、全通過フィルタを介して入力信号を位相シフトするための方法を含む。その方法は、入力信号を全通過フィルタの入力部において受信するステップを含む。その方法は、入力部に結合された第１の可変インダクタンス素子と全通過フィルタの出力部に結合された第２の可変インダクタンス素子とに誘導結合された制御線上に位相コントローラから位相制御電流を供給するステップもまた含む。その方法は、位相制御電流の振幅を調節し、第１の可変インダクタンス素子および第２の可変インダクタンス素子のそれぞれと関連付けられた可変インダクタンスを制御するステップもまた含む。その方法は、第１の可変インダクタンス素子および第２の可変インダクタンス素子の可変インダクタンスに基づいて、入力信号に対して位相シフトされた出力信号を出力部において供給するステップをさらに含む。

別の例は、超伝導位相シフトシステムを含む。そのシステムは、少なくとも１つの可変インダクタンス素子を備える全通過フィルタを含む。少なくとも１つの可変インダクタンス素子のそれぞれは、ジョセフソン接合（Ｊｏｓｅｐｈｓｏｎｊｕｎｃｔｉｏｎ）のペアをそれぞれ備える少なくとも１つの超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ：ＳｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇＱｕａｎｔｕｍＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅＤｅｖｉｃｅ）として構成することができる。全通過フィルタは、入力信号を受信し、かつ、少なくとも１つの可変インダクタンス素子のそれぞれによって供給される可変インダクタンスに基づいて前記入力信号に対して位相シフトされた出力信号として入力信号を供給するように構成することができる。そのシステムは、可変振幅で位相制御電流を供給して、少なくとも１つの可変インダクタンス素子の可変インダクタンスを制御するように構成された位相コントローラをさらに含むことができる。位相制御電流は、少なくとも１つの可変インダクタンス素子のそれぞれにおいて、少なくとも１つのＳＱＵＩＤのそれぞれに誘導結合することができる。

超伝導位相シフトシステムの一例を示す。超伝導位相シフトシステムの別の例を示す。超伝導位相シフト回路の一例を示す。超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）の例示的な図を示す。超伝導位相シフトシステムのさらに別の例を示す。超伝導位相シフトシステムのさらにまた別の例を示す。全通過フィルタを介して入力信号を位相シフトするための方法の一例を示す。

本開示は、概して超伝導回路に関し、より具体的には超伝導位相シフトシステムに関する。超伝導位相シフトシステムは、信号（例えば、マイクロ波信号）を入力部において受信し、入力信号の位相シフトされたバージョンである出力信号を出力部において供給する全通過フィルタを含むことができる。超伝導位相シフトシステムは、例えば、並列のジョセフソン接合のペアを含むような超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）として構成することが可能な、少なくとも１つの可変インダクタンス素子を含む全通過フィルタを含む。一例として、全通過フィルタは、入力部に結合された第１の可変インダクタンス素子と出力部に結合された第２の可変インダクタンス素子とを含むことができる。可変インダクタンス素子は、位相制御電流の特性に応じて位相シフトされた出力信号を生成する際に、入力信号に可変インダクタンスを供給するように構成されている。例えば、位相制御電流は、可変インダクタンスの発生に結びつくように可変的である振幅で位相制御電流を供給する位相コントローラによって生成することができる。位相制御電流は、可変インダクタンス素子に誘導結合させることができる。

一例として、全通過フィルタは、入力部と出力部とを分離するキャパシタを含むことができ、また、入力部に結合された第１の可変インダクタンス素子と出力部に結合された第２の可変インダクタンス素子とを含むことができる。第１の可変インダクタンス素子および第２の可変インダクタンス素子はそれぞれ、位相制御電流が供給される導体にそれぞれ誘導結合されたＳＱＵＩＤのペアとして構成することができる。ＳＱＵＩＤはそれぞれ、臨界電流に対して非対称とすることが可能なジョセフソン接合のペアを含むことができる。したがって、位相制御電流の振幅の変動は、ＳＱＵＩＤのそれぞれと関連付けられた磁束を（例えば、ほぼ等しく）変化させることが可能であり、これにより、磁束の変化がＳＱＵＩＤの可変インダクタンスをもたらし、入力部において受信された入力信号の位相変化をもたらすことが可能になっており、この入力信号の位相変化が、このように超伝導位相シフトシステムの出力部において供給される。

図１は、一例である超伝導位相シフトシステム１０を図示する。超伝導位相シフトシステム１０は、多種多様な超伝導回路システムのいずれにおいても実施することが可能で、入力信号ＳＩＧＭＷの位相制御をもたらすことができる。一例として、入力信号ＳＩＧＭＷは、量子ビット上でゲートまたは読み出し動作を実行するような、量子回路用の制御方式で実施されるマイクロ波信号とすることができる。別の例として、入力信号ＳＩＧＭＷは、信号パルスまたは別のタイプの信号とすることができる。超伝導位相シフトシステム１０は、入力信号ＳＩＧＭＷの位相シフトされたバージョンに相当し得る出力信号ＳＩＧＳＨを供給する。

超伝導位相シフトシステム１０は、全通過フィルタ１２と位相コントローラ１４とを含む。全通過フィルタ１２は、入力信号ＳＩＧＭＷの周波数の所与の範囲内などで、入力信号ＳＩＧＭＷの位相シフトをもたらすように構成されている。全通過フィルタ１２は、位相コントローラ１４によって生成される位相制御電流ＩＰＨに応答する少なくとも１つの可変インダクタンス素子１６を含む。一例として、位相制御電流ＩＰＨは、可変インダクタンス素子１６に誘導結合されており、これにより、位相制御電流ＩＰＨの振幅が、可変インダクタンス素子１６によって供給されるインダクタンスの大きさを制御することが可能になっている。例えば、位相コントローラ１４は、電流源（例えば、ＡＣまたはＤＣ）として、またはＳＦＱパルス発生器として構成することができる。可変インダクタンス素子１６は、全通過フィルタ１２の入力部および／または出力部に結合することが可能であり、これにより、可変インダクタンス素子１６によって供給されるインダクタンスが、入力信号ＳＩＧＭＷの位相シフトをもたらすことが可能になっている。したがって、出力信号ＳＩＧＳＨは、入力信号ＳＩＧＭＷの位相シフトされたバージョンとして供給することができる。さらに、位相制御電流ＩＰＨの振幅を変えることによって、可変インダクタンス素子１６によって供給されるインダクタンスを同様に変えて、全通過フィルタ１２によって入力信号ＳＩＧＭＷに対してもたらされる位相シフトの量を調節することができる。

一例として、全通過フィルタ１２は、入力信号ＳＩＧＭＷを受信する入力部と出力信号ＳＩＧＳＨを供給する出力部とを分離するキャパシタを含むことができる。可変インダクタンス素子１６は、入力部に結合された第１の可変インダクタンス素子と出力部に結合された第２の可変インダクタンス素子とを含むことができる。第１の可変インダクタンス素子および第２の可変インダクタンス素子はそれぞれ、位相制御電流ＩＰＨが供給される導体にそれぞれ誘導結合された超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）のペアとして構成することができる。ＳＱＵＩＤはそれぞれ、臨界電流に対して非対称とすることが可能なジョセフソン接合のペアを含むことができる。したがって、位相制御電流ＩＰＨの振幅の変動は、ＳＱＵＩＤのそれぞれと関連付けられた磁束を（例えば、ほぼ等しく）変化させることが可能であり、これにより、磁束の変化がＳＱＵＩＤの可変インダクタンスを供給し、入力部において受信された入力信号ＳＩＧＭＷの位相変化をもたらすことが可能になっており、この入力信号の位相変化が、このように、超伝導位相シフトシステムの出力信号ＳＩＧＳＨとして供給される。

図２は、別の例である超伝導位相シフトシステム５０を図示する。超伝導位相シフトシステム５０は、図１の例における超伝導位相シフトシステム１０に対応させることが可能であり、したがって、多種多様な超伝導回路システムにおいて実施して、入力信号ＳＩＧＭＷの位相制御をもたらし、位相シフトされた出力信号ＳＩＧＳＨを供給することができる。

超伝導位相シフトシステム５０は、全通過フィルタ５２と位相コントローラ５４とを含む。全通過フィルタ５２は、入力信号ＳＩＧＭＷの周波数の所与の範囲内などで、入力部５６において受信される入力信号ＳＩＧＭＷの位相シフトをもたらし、出力部５８から、位相シフトされた出力信号ＳＩＧＳＨを供給するように構成されている。図２の例では、入力部５６および出力部５８は、キャパシタＣ１を介して結合されている。全通過フィルタ５２は、インダクタＬ１を介して入力部５６に結合された入力可変インダクタンス素子６０とインダクタＬ２を介して出力部５８に結合された出力可変インダクタンス素子６２とを含む。キャパシタＣ２は、入力可変インダクタンス素子６０と出力可変インダクタンス素子６２とを図２の例では接地として表示されている、低電圧のレールに相互接続している。キャパシタＣ２は、キャパシタＣ１ならびにインダクタＬ１およびＬ２とともに、全通過フィルタ５２の特性（例えば、中心周波数およびインピーダンス）を設定するように構成されている。

入力可変インダクタンス素子６０および出力可変インダクタンス素子６２はそれぞれ、位相コントローラ５４によって生成される位相制御電流ＩＰＨに応答する。一例として、入力可変インダクタンス素子６０および出力可変インダクタンス素子６２はそれぞれ、インダクタと並列のジョセフソン接合のペアとを備える少なくとも１つのＳＱＵＩＤを含むことができる。例えば、入出力部のそれぞれにおける少なくとも１つのＳＱＵＩＤのインダクタは、位相制御電流ＩＰＨが供給される制御線上のインダクタに磁気結合させることができる。したがって、位相制御電流ＩＰＨは、入力可変インダクタンス素子６０および出力可変インダクタンス素子６２のそれぞれに誘導結合させることができる。

位相制御電流ＩＰＨの振幅は、入力可変インダクタンス素子６０および出力可変インダクタンス素子６２によって供給されるインダクタンスの大きさを制御することができる。例えば、位相制御電流ＩＰＨの振幅を変えることによって、入力可変インダクタンス素子６０および出力可変インダクタンス素子６２によって供給されるインダクタンスを同様に変えて、全通過フィルタ５２によって入力信号ＳＩＧＭＷに対してもたらされる位相シフトの量を調節することができる。一例として、位相制御電流ＩＰＨは、入力可変インダクタンス素子６０および出力可変インダクタンス素子６２のそれぞれにおける少なくとも１つのＳＱＵＩＤのそれぞれにおいて、並列のジョセフソン接合のペアに対してバイアス電流を供給することが可能である。したがって、位相制御電流ＩＰＨを変えて、入力可変インダクタンス素子６０および出力可変インダクタンス素子６２のそれぞれにおける少なくとも１つのＳＱＵＩＤのそれぞれに印加される磁束を調節することができる。それに応じて、全通過フィルタ５２は、入力信号ＳＩＧＭＷの所定の中心周波数において、かなり大きな（例えば、約９０°以上までの）可変位相シフト能力を実現することができるが、位相シフトは、入力信号ＳＩＧＭＷの周波数が中心周波数から逸脱するにつれて逓減する。中心周波数は、例えば、キャパシタＣ１およびＣ２のキャパシタンス、および／または、インダクタＬ１およびＬ２それぞれのインダクタンスに基づいて調整することができる。したがって、超伝導位相シフトシステム５０をコンパクトな、集中素子デバイスとして実施して、伝送線の長さに沿って分散型位相シフト素子を実施するか、または複数のステージのそれぞれにおいて可変キャパシタンスを実施する典型的な位相シフトシステムとは対照的に、可変インダクタンスを実施することに基づき、信号（例えば、マイクロ波信号）の位相シフトをもたらすことができる。

図３は、別の例である超伝導位相シフトシステム１００を図示する。超伝導位相シフトシステム１００は、図１および図２のそれぞれの例における超伝導位相シフトシステム１０および／または超伝導位相シフトシステム５０に対応させることが可能であり、したがって、多種多様な超伝導回路システムにおいて実施して、入力信号ＳＩＧＭＷの位相制御をもたらし、位相シフトされた出力信号ＳＩＧＳＨを供給することができる。

超伝導位相シフトシステム１００は、全通過フィルタ１０２と位相コントローラ１０４とを含む。全通過フィルタ１０２は、入力信号ＳＩＧＭＷの周波数の所与の範囲内などで、入力部１０６において受信される入力信号ＳＩＧＭＷの位相シフトをもたらし、出力部１０８から、位相シフトされた出力信号ＳＩＧＳＨを供給するように構成されている。図３の例では、入力部１０６および出力部１０８は、キャパシタＣ１を介して結合されている。全通過フィルタ１０２は、インダクタＬ１を介して入力部１０６に結合された入力可変インダクタンス素子１１０とインダクタＬ２を介して出力部１０８に結合された出力可変インダクタンス素子１１２とを含む。

入力可変インダクタンス素子１１０は、図３の例では、第１のＳＱＵＩＤ１１４および第２のＳＱＵＩＤ１１６として表示されており、これらはそれぞれ、並列のジョセフソン接合のペアＪＪ１およびＪＪ２とインダクタのペアＬ１１およびＬ１２とを含む。第１のＳＱＵＩＤ１１４は、インダクタＬ１に結合されており、第２のＳＱＵＩＤ１１６は、入力可変インダクタンス素子１１０および出力可変インダクタンス素子１１２を接地に相互接続するキャパシタＣ２に結合されている。第１のＳＱＵＩＤ１１４および第２のＳＱＵＩＤ１１６は、第１のＳＱＵＩＤ１１４および第２のＳＱＵＩＤ１１６のそれぞれにおける、それぞれのインダクタＬ１１とＬ１２との間の導電結合を介して、直列に接続されている。同様に、出力可変インダクタンス素子１１２は、図３の例では、第１のＳＱＵＩＤ１１８および第２のＳＱＵＩＤ１２０として表示されており、これらはそれぞれ、並列のジョセフソン接合のペアＪＪ１およびＪＪ２と、インダクタのペアＬ１１およびＬ１２とを含む。第１のＳＱＵＩＤ１１８は、インダクタＬ２に結合されており、第２のＳＱＵＩＤ１２０は、キャパシタＣ２に結合されている。第１のＳＱＵＩＤ１１８および第２のＳＱＵＩＤ１２０は、第１のＳＱＵＩＤ１１８および第２のＳＱＵＩＤ１２０のそれぞれにおける、それぞれのインダクタＬ１１とＬ１２との間の導電結合を介して、直列に接続されている。

位相コントローラ１０４は、複数のインダクタＬ２１およびＬ２２を含む制御線１２２上に位相制御電流ＩＰＨを生成するように構成されている。インダクタＬ２１はそれぞれ、４つのＳＱＵＩＤ１１４、１１６、１１８および１２０のそれぞれにおいて、それぞれのインダクタＬ１１と磁気結合されており、インダクタＬ２２はそれぞれ、４つのＳＱＵＩＤ１１４、１１６、１１８および１２０のそれぞれにおいて、それぞれのインダクタＬ１２と磁気結合されている。したがって、位相制御電流ＩＰＨは、ＳＱＵＩＤ１１４、１１６、１１８および１２０のそれぞれに誘導結合され、これにより、位相制御電流ＩＰＨは、ＳＱＵＩＤ１１４、１１６、１１８および１２０のそれぞれにおいて、バイアス電流を誘導するようになっている。その結果、ＳＱＵＩＤ１１４、１１６、１１８および１２０はそれぞれ、位相制御電流ＩＰＨに応答して磁束を示す。それに応じて、位相制御電流ＩＰＨの振幅は、入力可変インダクタンス素子１１０および出力可変インダクタンス素子１１２によって供給されるインダクタンスの大きさを制御することができる。例えば、位相制御電流ＩＰＨの振幅を変えることによって、ＳＱＵＩＤ１１４、１１６、１１８、および１２０のそれぞれによって、したがって、入力可変インダクタンス素子１１０および出力可変インダクタンス素子１１２のそれぞれによって供給されるインダクタンスを同様に変えて、全通過フィルタ１０２によって入力信号ＳＩＧＭＷに対してもたらされる位相シフトの量を調節することができる。

図４は、ＳＱＵＩＤ１５０の例示的な図を図示する。ＳＱＵＩＤ１５０は、図３の例におけるＳＱＵＩＤ１１４、１１６、１１８、および１２０のうちの１つに対応させることができる。このため、図４の例についての以下の説明では、図３の例を参照する。

ＳＱＵＩＤ１５０は、並列のジョセフソン接合のペアＪＪ１およびＪＪ２、ならびにインダクタＬ１１およびＬ１２を含む。インダクタＬ１１およびＬ１２は、インダクタＬ２１およびＬ２２に磁気結合されており、インダクタＬ２１およびＬ２２は、位相制御電流ＩＰＨが供給される導体上に設けられている。したがって、位相制御電流ＩＰＨは、ＳＱＵＩＤ１５０内の並列のジョセフソン接合のペアＪＪ１およびＪＪ２に対してバイアス電流を供給することができる。したがって、ジョセフソン接合ＪＪ１およびＪＪ２、ならびにインダクタＬ１１およびＬ１２は、インダクタＬ１１およびＬ１２に起因する線形インダクタンスを有するループで囲まれている。この線形インダクタンスは、ジョセフソン接合ＪＪ１およびＪＪ２に起因するインダクタンスよりも小さい。図４の例では、ＳＱＵＩＤ１５０は、位相制御電流ＩＰＨを伝える、相互に結合された磁束線（例えば、制御線１２２）を介してＳＱＵＩＤ１５０に供給される磁束ΦＸを取り囲んでいる。一例として、並列のジョセフソン接合のペアＪＪ１およびＪＪ２は、互いに非対称とすることが可能であり、これにより、ジョセフソン接合ＪＪ１およびＪＪ２のうちの一方が、もう一方よりも大きな臨界電流を有するようになっている。

例えば、ジョセフソン接合ＪＪ１は、約１．５μＡの臨界電流を有することが可能であり、また、ジョセフソン接合ＪＪ２は、約２．５μＡの臨界電流を有することが可能である。したがって、ＳＱＵＩＤ１５０の合計臨界電流は、磁束ΦＸに周期的に依存し得るが、合計臨界電流は、ゼロよりも大きいままであり、ジョセフソン接合ＪＪ１およびＪＪ２の非対称の臨界電流に基づいて、磁束量子Φ０を２で割ったものにほぼ等しい磁束ΦＸに相応する。例えば、上記の、それぞれのジョセフソン接合ＪＪ１およびＪＪ２の臨界電流の例に基づいて、ＳＱＵＩＤ１５０の合計臨界電流は、ΦＸ＝０で最小約８２ｐＨからΦＸ＝Φ０／２で最大約３３０ｐＨまでのインダクタンスを供給するように、最大で約４μＡから最小で約１μＡまでの間で変動し得る。

図３および図４のそれぞれの例において示した超伝導位相シフトシステム１００およびＳＱＵＩＤ１５０は、信号用の全通過フィルタに基づいた位相シフトシステムの一例を提供し、この位相システムは、コンパクトな集中素子の配置で可変インダクタンスを実施する。超伝導位相シフトシステム１００は、図３の例に限定されるものではないことを理解されたい。一例として、図３の例は、４つのＳＱＵＩＤ１１４、１１６、１１８および１２０を示しているが、この代りに、全通過フィルタ１０２であれば、入力可変インダクタンス素子１１０および出力可変インダクタンス素子１１２のそれぞれにおいて、異なる数のＳＱＵＩＤを含むことも可能であろう。この代りに、例えば、入力可変インダクタンス素子１１０および出力可変インダクタンス素子１１２がそれぞれ、単一のＳＱＵＩＤを含むことも可能であり、または、様々なそれぞれの位相制御電流に基づいて動作するような、複数のＳＱＵＩＤもしくはＳＱＵＩＤのペアを含むことも可能であろう。加えて、超伝導位相シフトシステム１００は、キャパシタＣ１、ならびにインダクタＬ１およびＬ２（例えば、このインダクタＬ１およびＬ２は省略可能である）に対するフィルタ素子の異なる配置を含むことも可能であろう。したがって、超伝導位相シフトシステム１００は、様々な異なるやり方で構成することができる。

図５は、さらに別の例である超伝導位相シフトシステム２００を図示する。超伝導位相シフトシステム２００は、図１の例における超伝導位相シフトシステム１０に対応させることが可能であり、したがって、多種多様な超伝導回路システムにおいて実施して、入力信号ＳＩＧＭＷの位相制御をもたらし、位相シフトされた出力信号ＳＩＧＳＨを供給することができる。

超伝導位相シフトシステム２００は、全通過フィルタ２０２と位相コントローラ２０４とを含む。全通過フィルタ２０２は、入力信号ＳＩＧＭＷの周波数の所与の範囲内などで、入力部２０６において受信される入力信号ＳＩＧＭＷの位相シフトをもたらし、出力部２０８から、位相シフトされた出力信号ＳＩＧＳＨを供給するように構成されている。図５の例では、入力部２０６および出力部２０８は、キャパシタＣ１を介して結合されている。全通過フィルタ２０２は、インダクタＬ１を介して入力部２０６に結合された入力可変インダクタンス素子２１０とインダクタＬ２を介して出力部２０８に結合された出力可変インダクタンス素子２１２とを含む。キャパシタＣ２は、入力可変インダクタンス素子２１０と出力可変インダクタンス素子２１２とを図５の例では接地として表示されている、低電圧のレールに相互接続する。図５の例では、入力可変インダクタンス素子２１０は、複数のＮ個の入力可変インダクタンス部２１４を含み、出力可変インダクタンス素子２１２は、複数のＮ個の出力可変インダクタンス部２１６を含む。ここで、Ｎは、１よりも大きい正の整数である。入力可変インダクタンス部２１４のそれぞれ、および出力可変インダクタンス部２１６のそれぞれの各１つは、位相コントローラ２０４によって生成された複数のＮ個の位相制御電流ＩＰＨ１からＩＰＨＮのうちの１つにそれぞれ応答する。

一例として、入力可変インダクタンス部２１４および出力可変インダクタンス部２１６はそれぞれ、インダクタと並列のジョセフソン接合のペアとを備える少なくとも１つのＳＱＵＩＤを含むことができる。例えば、入力可変インダクタンス部２１４および出力可変インダクタンス部２１６はそれぞれ、図３の例に類似するような、それぞれが複数の位相制御電流ＩＰＨ１からＩＰＨＮのうちの１つに誘導結合されたＳＱＵＩＤのペアを含むことができる。その結果、位相制御電流ＩＰＨ１からＩＰＨＮのそれぞれは、それぞれの入力可変インダクタンス部２１４および出力可変インダクタンス部２１６によって供給されるインダクタンスの量全体にわたり、別々かつ独立した、したがって、入力可変インダクタンス素子２１０および出力可変インダクタンス素子２１２の制御をもたらすことが可能である。例えば、入力可変インダクタンス部２１４のそれぞれ、および出力可変インダクタンス部２１６のそれぞれは、他のそれぞれの入力可変インダクタンス部２１４および出力可変インダクタンス部２１６に対して一意的に構成することができる。したがって、超伝導位相シフトシステム２００の全通過フィルタ２０２は、入力信号ＳＩＧＭＷの位相シフトの、より多くの制御をもたらすことができる。例えば、全通過フィルタ２０２は、位相制御電流ＩＰＨ１からＩＰＨＮを介して入力信号ＳＩＧＭＷの位相シフトの精密な設定および概略的な設定を行うことが可能であるか、または、位相シフトに対する漸増的な２進調節、もしくは入力信号ＳＩＧＭＷの位相シフトに対する多種多様な他のタイプの調節のいずれかを行うことが可能である。

図６は、さらにまた別の例である超伝導位相シフトシステム２５０を図示する。超伝導位相シフトシステム２５０は、複数のＸ個の全通過フィルタ２５２と、位相コントローラ２５４とを含む。ここで、Ｘは、１よりも大きい正の整数である。一例として、全通過フィルタ２５２はそれぞれ、図２、図３、または図５のそれぞれの例における全通過フィルタ５２、全通過フィルタ１０２、または全通過フィルタ２０２と実質的に同様に構成することができる。複数の全通過フィルタ２５２は、したがって、それぞれが、入力信号ＳＩＧＭＷの周波数の所与の範囲内などで、入力信号ＳＩＧＭＷのそれぞれの位相シフトをもたらすように構成されている。図６の例では、全通過フィルタ２５２はそれぞれ、別々の位相シフトの寄与をなして、入力信号ＳＩＧＭＷの位相シフトされたバージョンに相当する出力信号ＳＩＧＳＨを供給する。

図６の例では、全通過フィルタ２５２はそれぞれ、位相コントローラ２５４によって生成される位相制御電流ＩＰＨによって制御される。一例として、位相制御電流ＩＰＨは、全通過フィルタ２５２のそれぞれにおいて可変インダクタンス素子に誘導結合された単流を含むことができる。または、全通過フィルタ２５２のうちの１つの、少なくとも１つの可変インダクタンス素子に誘導結合された、別々かつ独立した電流とすることができる。したがって、第１番目の全通過フィルタ２５２は、第１番目の全通過フィルタ２５２の入力部において受信された入力信号ＳＩＧＭＷの第１の位相シフトをもたらし、第１番目の全通過フィルタ２５２の出力部で信号ＳＩＧＳＨ１を供給する。続いて、次の全通過フィルタ２５２が、該次の全通過フィルタ２５２の入力部において受信された信号ＳＩＧＳＨ１の位相シフトをもたらし、該次の全通過フィルタ２５２の出力部で信号を供給する。この信号は、最後の全通過フィルタ２５２（すなわち、Ｘ番目の全通過フィルタ２５２）まで、さらに位相シフトされ、最後の全通過フィルタ２５２の入力部において受信された信号ＳＩＧＳＨＸ−１の位相シフトをもたらし、全通過フィルタ２５２の最後の出力部において、位相シフトされた信号ＳＩＧＳＨＸを供給する。したがって、全通過フィルタ２５２はそれぞれ、入力信号ＳＩＧＭＷの別々の量の累積的な位相シフトをもたらし、出力信号ＳＩＧＳＨＸを供給する際に任意の量の所望の位相シフトを実現することができる。

上記で説明した前述の構造的および機能的特徴を考慮して、本発明の様々な態様に従う方法が、図７を参照して、より良く理解されるであろう。説明を簡単にする目的で、図７の方法は順次に実行されるものとして示され説明されるが、本発明は図示された順序によって限定されるのではなく、いくつかの態様は、本発明に従って、異なる順序で、かつ／または、本明細書に示され説明されるものとは別の態様と同時に、発生し得ることを理解、および認識されたい。さらに、図示された特徴のすべてが、本発明の一態様に従う方法を実施するために必要とされるのではない場合がある。

図７は、全通過フィルタ（例えば、全通過フィルタ１２）を介して入力信号（例えば、入力信号ＳＩＧＭＷ）を位相シフトするための方法である方法３００を図示する。３０２において、入力信号が、全通過フィルタの入力部（例えば、入力部５６）において受信される。３０４において、位相制御電流（例えば、位相制御電流ＩＰＨ）が、位相コントローラ（例えば、位相コントローラ１４）から制御線（例えば、制御線１２２）上に供給される。この制御線は、入力部に結合された第１の可変インダクタンス素子（例えば、入力可変インダクタンス素子６０）と、全通過フィルタの出力部（例えば、出力部５８）に結合された第２の可変インダクタンス素子（例えば、出力可変インダクタンス素子６２）と、に誘導結合されている。３０６において、位相制御電流の振幅が調節され、第１の可変インダクタンス素子および第２の可変インダクタンス素子のそれぞれと関連付けられた可変インダクタンスを制御する。３０８において、第１の可変インダクタンス素子および第２の可変インダクタンス素子の可変インダクタンスに基づいて、入力信号に対して位相シフトされた出力信号（例えば、出力信号ＳＩＧＳＨ）が、出力部で供給される。

上記で説明されたものは、本発明の例である。当然ながら、本発明を説明する目的で考えられ得る構成要素または方法のすべての組み合わせを記載することは不可能であるが、当業者であれば、多くのさらなる組み合わせおよび本発明の置換が可能であることを認識するであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲を含む本出願の範囲内に入るすべてのこのような変更形態、修正形態および変形形態を包含するように意図されている。

上記で説明されたものは、本発明の例である。当然ながら、本発明を説明する目的で考えられ得る構成要素または方法のすべての組み合わせを記載することは不可能であるが、当業者であれば、多くのさらなる組み合わせおよび本発明の置換が可能であることを認識するであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲を含む本出願の範囲内に入るすべてのこのような変更形態、修正形態および変形形態を包含するように意図されている。
（付記１）
可変振幅で位相制御電流を供給して、少なくとも２つの可変インダクタンス素子の可変インダクタンスを制御するように構成された位相コントローラと、
少なくとも２つの可変インダクタンス素子を備える全通過フィルタと
を備える超伝導位相シフトシステムであって、
前記少なくとも２つの可変インダクタンス素子のそれぞれは、ジョセフソン接合のペアをそれぞれ備える少なくとも２つの超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）として構成され、前記少なくとも２つのＳＱＵＩＤのうちの第１のＳＱＵＩＤは、前記全通過フィルタの入力部および出力部のうちの一方に結合され、前記少なくとも２つのＳＱＵＩＤのうちの第２のＳＱＵＩＤは、前記第２のＳＱＵＩＤと低電圧のレールとを相互接続するキャパシタに結合され、前記第１のＳＱＵＩＤおよび前記第２のＳＱＵＩＤは誘導結合を介して直列に接続され、前記位相制御電流は、前記第１のＳＱＵＩＤおよび前記第２のＳＱＵＩＤの可変インダクタンスを設定するべく誘導結合を介して前記第１のＳＱＵＩＤおよび前記第２のＳＱＵＩＤに印加され、
前記全通過フィルタは、入力信号を受信し、かつ、前記第１のＳＱＵＩＤおよび前記第２のＳＱＵＩＤの可変インダクタンスに対応して前記少なくとも１つの可変インダクタンス素子のそれぞれによって供給される可変インダクタンスに基づいて前記入力信号に対して位相シフトされた出力信号として前記入力信号を供給するように構成されている、超伝導位相シフトシステム。
（付記２）
前記少なくとも２つの可変インダクタンス素子のうちの１つは、前記全通過フィルタの前記入力部と前記低電圧のレールに結合された前記キャパシタとを相互接続する第１の可変インダクタンス素子であり、前記少なくとも２つの可変インダクタンス素子のうちの別の１つは、前記全通過フィルタの前記出力部と前記キャパシタとを相互接続する第２の可変インダクタンス素子であり、前記入力部および前記出力部は、前記入力信号が前記出力信号として供給される別のキャパシタによって分離されている、付記１に記載のシステム。
（付記３）
ＳＱＵＩＤのそれぞれにおける並列のジョセフソン接合のペアは、互いに非対称の臨界電流を有する、付記１に記載のシステム。
（付記４）
前記少なくとも２つの可変インダクタンス素子のそれぞれは、前記全通過フィルタの前記入力部および前記出力部のうちの一方と前記低電圧のレールに結合された前記キャパシタとの間にカスケード配置で複数の可変インダクタンス部を備え、前記複数の可変インダクタンス部のそれぞれは少なくとも１つのＳＱＵＩＤを備え、前記複数の可変インダクタンス部のそれぞれは、前記位相コントローラから供給される複数の位相制御電流のうちの１つの振幅に応答して前記可変インダクタンスに対して別々かつ独立した寄与をなす、付記１に記載のシステム。

Claims

位相制御電流を供給して、前記位相制御電流の特性に基づいて少なくとも１つの可変インダクタンス素子の可変インダクタンスを制御するように構成された位相コントローラと、
前記少なくとも１つの可変インダクタンス素子を備える全通過フィルタと
を備える超伝導位相シフトシステムであって、
前記少なくとも１つの可変インダクタンス素子はそれぞれ、
前記全通過フィルタの入力部および出力部のうちの一方に結合された第１の超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）と、
第２のＳＱＵＩＤであって、前記第２のＳＱＵＩＤおよび低電圧のレールを相互接続するキャパシタに結合され、かつ、前記第１のＳＱＵＩＤおよび前記第２のＳＱＵＩＤが誘導結合を介して直列に接続されている第２のＳＱＵＩＤと
を備え、前記位相制御電流は、前記第１のＳＱＵＩＤおよび前記第２のＳＱＵＩＤの可変インダクタンスを設定するべく前記第１のＳＱＵＩＤおよび前記第２のＳＱＵＩＤに印加され、
前記全通過フィルタは、入力信号を受信し、かつ、前記少なくとも１つの可変インダクタンス素子のそれぞれにおいて、前記第１のＳＱＵＩＤおよび前記第２のＳＱＵＩＤのそれぞれによって供給される前記可変インダクタンスに基づいて前記入力信号に対して位相シフトされた出力信号として前記入力信号を供給するように構成されている、超伝導位相シフトシステム。
前記少なくとも１つの可変インダクタンス素子は、磁束制御可変インダクタとして構成されて、前記位相制御電流の振幅に基づいて磁束の関数として前記可変インダクタンスを供給する、請求項１に記載のシステム。
各ＳＱＵＩＤは、前記位相制御電流に基づいて誘導結合を介してバイアスがかけられる並列のジョセフソン接合のペアを備える、請求項１に記載のシステム。
前記並列のジョセフソン接合のペアは、互いに非対称の臨界電流を有するように構成されている、請求項３に記載のシステム。
前記第１のＳＱＵＩＤは、第１の並列のジョセフソン接合のペアを備え、前記入力部および前記出力部のうちの前記一方と前記位相制御電流への誘導結合とを相互接続して前記第１の並列のジョセフソン接合のペアにバイアス電流を供給し、前記第２のＳＱＵＩＤは、第２の並列のジョセフソン接合のペアを備え、前記キャパシタと前記位相制御電流への誘導結合とを相互接続して前記第２の並列のジョセフソン接合のペアにバイアス電流を供給する、請求項１に記載のシステム。
前記第１の並列のジョセフソン接合のペアおよび前記第２の並列のジョセフソン接合のペアは、それぞれ互いに非対称の臨界電流を有する、請求項５に記載のシステム。
前記少なくとも１つの可変インダクタンス素子は、前記全通過フィルタの前記入力部と低電圧のレールに結合された前記キャパシタとを相互接続する第１の可変インダクタンス素子であり、前記全通過フィルタは、前記全通過フィルタの前記出力部と第１のキャパシタとを相互接続する第２の可変インダクタンス素子をさらに備え、前記入力部および前記出力部は、前記入力信号が前記出力信号として供給される別のキャパシタによって分離されている、請求項５に記載のシステム。
前記少なくとも１つの可変インダクタンス素子は、前記全通過フィルタの前記入力部と前記低電圧のレールに結合された前記キャパシタとを相互接続する第１の可変インダクタンス素子であり、前記全通過フィルタは、前記全通過フィルタの前記出力部と第１のキャパシタとを相互接続する第２の可変インダクタンス素子をさらに備え、前記入力部および前記出力部は、前記入力信号が前記出力信号として供給される別のキャパシタによって分離されている、請求項１に記載のシステム。
前記第１の可変インダクタンス素子および前記第２の可変インダクタンス素子はそれぞれ誘導結合を備え、前記位相制御電流を受信して互いにほぼ等しい可変インダクタンスを供給する、請求項８に記載のシステム。
前記少なくとも１つの可変インダクタンス素子はそれぞれ複数の可変インダクタンス部を備え、各可変インダクタンス部は、前記全通過フィルタの前記入力部および前記出力部のうちの一方と前記低電圧のレールに結合された前記キャパシタとの間にカスケード配置でそれぞれのＳＱＵＩＤを有する可変インダクタンス部を備え、前記複数の可変インダクタンス部のそれぞれは、前記位相コントローラから供給される複数の位相制御電流のうちの１つの振幅に応答して前記可変インダクタンスに対して別々かつ独立した寄与をなす、請求項１に記載のシステム。
全通過フィルタ素子は、前記入力信号の第１の位相シフトをもたらすように構成された第１の全通過フィルタであり、前記システムは、前記第１の全通過フィルタに直列に結合された少なくとも１つの追加の全通過フィルタをさらに備え、前記少なくとも１つの追加の全通過フィルタのそれぞれは、少なくとも１つの可変インダクタンス素子を備え、かつ、前記少なくとも１つの可変インダクタンス素子のそれぞれによって供給される可変インダクタンスに基づいて前記出力信号を供給する際に、前記入力信号の追加の位相シフトをもたらすように構成されている、請求項１に記載のシステム。
全通過フィルタを介して入力信号を位相シフトするための方法であって、
前記入力信号を前記全通過フィルタの入力部において受信するステップと、
前記入力部に結合された第１の可変インダクタンス素子と前記全通過フィルタの出力部に結合された第２の可変インダクタンス素子とに誘導結合された制御線上に位相コントローラから位相制御電流を供給するステップであって、前記第１の可変インダクタンス素子および前記第２の可変インダクタンス素子のうちの一方は、誘導結合を介して直列に接続された第１の超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）および第２のＳＱＵＩＤを備える、ステップと、
前記第１のＳＱＵＩＤおよび前記第２のＳＱＵＩＤの可変インダクタンスを設定するべく前記第１のＳＱＵＩＤおよび前記第２のＳＱＵＩＤに前記位相制御電流を印加するステップと、
前記位相制御電流の振幅を調節し、前記第１の可変インダクタンス素子および前記第２の可変インダクタンス素子のそれぞれと関連付けられた前記可変インダクタンスを制御するステップと、
前記第１の可変インダクタンス素子および前記第２の可変インダクタンス素子の前記可変インダクタンスに基づいて、前記入力信号に対して位相シフトされた出力信号を前記出力部で供給するステップと
を含む方法。
各ＳＱＵＩＤは並列のジョセフソン接合のペアを備え、前記位相制御電流を供給するステップは、前記制御線上に前記位相制御電流を供給して前記ＳＱＵＩＤ内で磁束を誘導するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
前記並列のジョセフソン接合のペアは、互いに非対称の臨界電流を有するように構成されている、請求項１３に記載の方法。
前記位相制御電流を供給するステップは、前記入力部に結合された前記第１のＳＱＵＩＤと前記出力部に結合された前記第２のＳＱＵＩＤとに誘導結合された前記制御線上に前記位相コントローラから前記位相制御電流を供給するステップを含み、前記第１のＳＱＵＩＤおよび前記第２のＳＱＵＩＤのそれぞれは、前記位相制御電流によってバイアスがかけられる並列のジョセフソン接合のペアを備える、請求項１２に記載の方法。
前記位相制御電流を供給するステップは、前記入力部と低電圧のレールに結合されたキャパシタとの間のカスケード配置における第１の複数の可変インダクタンス部のそれぞれと、前記出力部と前記キャパシタとの間のカスケード配置における第２の複数の可変インダクタンス部のそれぞれとに複数の位相制御電流を供給するステップを含み、前記第１の複数の可変インダクタンス部および前記第２の複数の可変インダクタンス部のそれぞれは、前記位相コントローラから供給される複数の位相制御電流のうちの１つの振幅に応答して前記可変インダクタンスに対して別々かつ独立した寄与をなし、前記第１の複数の可変インダクタンス部および前記第２の複数の可変インダクタンス部のうちの１つは、前記第１のＳＱＵＩＤおよび前記第２のＳＱＵＩＤを備える、請求項１２に記載の方法。
可変振幅で位相制御電流を供給して、少なくとも２つの可変インダクタンス素子の可変インダクタンスを制御するように構成された位相コントローラと、
少なくとも２つの可変インダクタンス素子を備える全通過フィルタと
を備える超伝導位相シフトシステムであって、
前記少なくとも２つの可変インダクタンス素子のそれぞれは、ジョセフソン接合のペアをそれぞれ備える少なくとも２つの超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）として構成され、前記少なくとも２つのＳＱＵＩＤのうちの第１のＳＱＵＩＤは、前記全通過フィルタの入力部および出力部のうちの一方に結合され、前記少なくとも２つのＳＱＵＩＤのうちの第２のＳＱＵＩＤは、前記第２のＳＱＵＩＤと低電圧のレールとを相互接続するキャパシタに結合され、前記第１のＳＱＵＩＤおよび前記第２のＳＱＵＩＤは誘導結合を介して直列に接続され、前記位相制御電流は、前記第１のＳＱＵＩＤおよび前記第２のＳＱＵＩＤの可変インダクタンスを設定するべく誘導結合を介して前記第１のＳＱＵＩＤおよび前記第２のＳＱＵＩＤに印加され、
前記全通過フィルタは、入力信号を受信し、かつ、前記第１のＳＱＵＩＤおよび前記第２のＳＱＵＩＤの可変インダクタンスに対応して前記少なくとも１つの可変インダクタンス素子のそれぞれによって供給される可変インダクタンスに基づいて前記入力信号に対して位相シフトされた出力信号として前記入力信号を供給するように構成されている、超伝導位相シフトシステム。
前記少なくとも２つの可変インダクタンス素子のうちの１つは、前記全通過フィルタの前記入力部と前記低電圧のレールに結合された前記キャパシタとを相互接続する第１の可変インダクタンス素子であり、前記少なくとも２つの可変インダクタンス素子のうちの別の１つは、前記全通過フィルタの前記出力部と前記キャパシタとを相互接続する第２の可変インダクタンス素子であり、前記入力部および前記出力部は、前記入力信号が前記出力信号として供給される別のキャパシタによって分離されている、請求項１７に記載のシステム。
ＳＱＵＩＤのそれぞれにおける並列のジョセフソン接合のペアは、互いに非対称の臨界電流を有する、請求項１７に記載のシステム。
前記少なくとも２つの可変インダクタンス素子のそれぞれは、前記全通過フィルタの前記入力部および前記出力部のうちの一方と前記低電圧のレールに結合された前記キャパシタとの間にカスケード配置で複数の可変インダクタンス部を備え、前記複数の可変インダクタンス部のそれぞれは少なくとも１つのＳＱＵＩＤを備え、前記複数の可変インダクタンス部のそれぞれは、前記位相コントローラから供給される複数の位相制御電流のうちの１つの振幅に応答して前記可変インダクタンスに対して別々かつ独立した寄与をなす、請求項１７に記載のシステム。