JP2019503067A

JP2019503067A - ジョセフソン電流源システムおよび方法

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Publication number: JP2019503067A
Application number: JP2018525545A
Authority: JP
Inventors: ネイアマン、オフェル; エル．ミラー、ドナルド
Original assignee: Northrop Grumman Systems Corp
Current assignee: Northrop Grumman Systems Corp
Priority date: 2015-11-17
Filing date: 2016-10-10
Publication date: 2019-01-31
Anticipated expiration: 2036-10-10
Also published as: CA3003276C; KR20180069046A; EP3378163A1; KR102022028B1; AU2016355048A1; WO2017087089A1; CA3003276A1; AU2016355048B2; EP3378163B1; US9467126B1; JP6605733B2

Abstract

１つの実施形態は、ジョセフソン電流源システム（１４）を説明する。本システムは、直列のループに配置された複数の段を含む磁束シャトルループ（１６）を含む。複数の段のそれぞれは、少なくとも１つのジョセフソン接合を含む。磁束シャトルループ（１６）は、作動された場合、出力インダクタを通して供給されるＤＣ出力電流（ＩＯＵＴ）を生成するために、誘導結合されたＡＣクロック信号（ＣＬＫ）に応じて、磁束シャトルループを巡る複数の段のそれぞれにおける少なくとも１つのジョセフソン接合を順次トリガするように構成され得る。本システムはまた、磁束シャトルループ（１６）を作動させるように構成される磁束導入システム（１８）を含む。磁束導入システムは、ＤＣ出力電流の振幅が所定の作動解除閾値まで増加することに応じて磁束シャトルループを自動的に作動解除させるようにさらに構成される。

Description

本発明は、概して、量子および古典的デジタル超伝導回路に関し、特にジョセフソン電流源システムおよび方法に関する。

超伝導デジタル技術は、かつてないほどの高速、低電力損失、および低動作温度の恩恵を受けるコンピューティングリソースおよび／または通信リソースを提供してきた。超伝導デジタル技術は、ＣＭＯＳ技術に代わる技術として開発され、典型的には、超伝導ジョセフソン接合を用いる超伝導体ベースの単一磁束量子超伝導回路を含み、２０Ｇｂ／ｓ（ギガビット／秒）以上の典型的なデータレートで能動デバイス１つにつき１ｎＷ（ナノワット）未満の典型的な電力損失を示すことができ、かつ約４ケルビンの温度で動作できる。ジョセフソン接合が能動デバイスである特定の超伝導回路は、ジョセフソン接合のＤＣ電流バイアスを必要とし得る。典型的なシステムは、バイアス抵抗器ネットワークを直接用いてＤＣバイアス電流を供給することができるが、その結果、スプリアス磁界が発生すると共に、高電力損失に起因する熱が発生する可能性がある。このような回路における電力バジェットは、能動デバイスがスイッチング動作中であるか否かに関わらず、バイアス抵抗器ネットワークで消費され得る静止電力消費量によって支配され得る。

１つの実施形態は、ジョセフソン電流源システムを説明する。本システムは、直列のループに配置された複数の段を含む磁束シャトルループを含む。複数の段のそれぞれは、少なくとも１つのジョセフソン接合を含む。磁束シャトルループは、作動された場合、出力インダクタを通して供給されるＤＣ出力電流を生成するために、誘導結合されたＡＣクロック信号に応じて、磁束シャトルループのまわりの複数の段のそれぞれにおけるジョセフソン接合を順次トリガするように構成され得る。本システムはまた、磁束シャトルループを作動させるように構成される磁束導入システムを含む。磁束導入システムは、ＤＣ出力電流の振幅が所定の作動解除閾値まで増加したことに応答して磁束シャトルループを自動的に作動解除させるようにさらに構成される。

別の実施形態は、ＤＣ出力電流を生成するための方法を含む。本方法は、クロックトランスの一次インダクタを通してＡＣクロック信号を供給するステップを含む。クロックトランスは、磁束シャトルループの複数の段の少なくとも２つと共にループに配置された二次インダクタを含む。複数の段は、順次直列のループに配置され得る。本方法は、複数の段の１つにおいて単一磁束量子（ＳＦＱ：ｓｉｎｇｌｅｆｌｕｘｑｕａｎｔｕｍ）パルスを生成するために磁束導入システムにＤＣ導入信号を供給するステップをさらに含む。ＳＦＱパルスは、複数の段のそれぞれにおけるジョセフソン接合の順次トリガに基づいて出力インダクタにおいて電流ステップを生成して、ＤＣ出力電流を生成するために複数の段を通して伝播され得る。磁束導入システムは、ＤＣ導入信号の振幅に対するＤＣ出力電流の振幅に基づいて磁束シャトルループを自動的に作動解除および再作動させるように構成され得る。

別の実施形態は、直列のループに配置された第１の段と、第２の段と、第３の段と、第４の段とを含む磁束シャトルループを説明する。第１の段、第２の段、第３の段、および第４の段のそれぞれは、少なくとも１つのジョセフソン接合を含む。磁束シャトルループは、作動された場合、約９０°位相がずれている同相成分および直交位相成分を含む誘導結合されたＡＣクロック信号に応じて、磁束シャトルループのまわりの第１の段、第２の段、第３の段、および第４の段のそれぞれにおけるジョセフソン接合を順次トリガするように構成され得る。本システムはまた、第１の段および第３の段に関連し、かつ第１の段および第３の段のそれぞれにおけるジョセフソン接合の順次トリガに関連する電流ステップを受け取るように構成される第１の蓄積インダクタを含む。本システムはまた、第２の段および第４の段に関連し、かつ第２の段および第４の段のそれぞれにおけるジョセフソン接合の順次トリガに関連する電流ステップを受け取るように構成される第２の蓄積インダクタを含む。本システムはまた、第１の蓄積インダクタおよび第２の蓄積インダクタのそれぞれに結合され、かつ第１の蓄積インダクタおよび第２の蓄積インダクタのそれぞれを介して供給された電流ステップに応じてＤＣ出力電流を供給するように構成される出力インダクタを含む。本システムは、磁束シャトルループを作動させるように構成され、かつＤＣ出力電流の振幅に基づいて磁束シャトルループを自動的に作動解除および再作動させるようにさらに構成される磁束導入システムをさらに含む。

超伝導回路システムの例を示す。ジョセフソン電流源回路の例を示す。タイミング図の例を示す。磁束導入システムの例を示す。磁束図の例を示す。ＤＣ出力電流を生成するための方法の例を示す。

本発明は、概して、量子および古典的デジタル超伝導回路に関し、特にジョセフソン電流源システムおよび方法に関する。ジョセフソン電流源は、直列のループに配置された複数の段（ｓｔａｇｅ）を含む磁束シャトルループ（ｆｌｕｘ−ｓｈｕｔｔｌｅｌｏｏｐ）を含む。段のそれぞれは、超伝導量子干渉計（ＳＱＵＩＤ：ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇｑｕａｎｔｕｍｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｄｅｖｉｃｅ）として構成でき、従って少なくとも１つのジョセフソン接合を含む。ジョセフソン電流源はまた、クロックトランスおよびバイアストランスのセットと、段の少なくとも１つにそれぞれ関連する蓄積インダクタのセットと、ＤＣ出力電流を供給するように構成された出力インダクタとを含む。クロックトランスは、磁束シャトルループにＡＣクロック信号を誘導結合するように構成されて、ＡＣクロック信号が磁束シャトルループにバイアス電流を供給するようにする。ジョセフソン電流源はまた、磁束導入システムを含む。例えば、初期化時、磁束導入システムは、ＳＦＱパルスが磁束シャトルループのまわりの段のそれぞれを通して伝播することに基づいて磁束シャトルループを作動させるために単一磁束量子（ＳＦＱ）パルスを導入するように構成できる。従って、磁束シャトルループが作動された場合、段のそれぞれにおけるジョセフソン接合は、ＡＣクロック信号の周波数に基づき、ＳＦＱパルスが磁束シャトルループを巡って順次伝播するようにトリガする。例として、ＳＦＱパルスは、ＡＣクロック信号の正のサイクルまたは負のサイクルにおいて所与の段を通して伝播できる。ＳＦＱパルスは、それぞれの段において生成された電圧パルスに応じて出力インダクタに電流ステップ（ｃｕｒｒｅｎｔｓｔｅｐ）を供給して、出力インダクタが、ＡＣクロック信号の各正のサイクルおよび負のサイクルにおいて各段から供給された電圧パルスに基づいてＤＣ出力電流を供給するように、それぞれの段に関連する蓄積インダクタに供給される。

例として、ＡＣクロック信号は、同相部分および直交位相部分を含む直交クロック信号とすることができ、磁束シャトルループは、４つの段を含み得る。第１のクロックトランスの一次インダクタは、ＡＣクロック信号の同相部分を伝播させることができ、第１のクロックトランスの二次インダクタは、第１の段および第３の段と直列に配置され得る。同様に、第２のクロックトランスの一次インダクタは、ＡＣクロック信号の直交位相部分を伝播させることができ、第２のクロックトランスの二次インダクタは、第２の段および第４の段と直列に配置され得る。従って、第１の段および第２の段は、それぞれＡＣクロック信号の同相成分および直交位相成分の第１のサイクル（例えば、正のサイクル）のそれぞれにおいて伝播するＳＦＱパルスに応じて、第１のクロックトランスおよび第２のクロックトランスをそれぞれ介して第１の磁束状態から第２の磁束状態に設定され、それぞれＡＣクロック信号の同相成分および直交位相成分の第２のサイクル（例えば、負のサイクル）のそれぞれにおいて伝播するＳＦＱパルスに応じて、第２の磁束状態から第１の磁束状態に再設定される。同様に、第３の段および第４の段は、それぞれＡＣクロック信号の同相成分および直交位相成分の第２のサイクルのそれぞれにおいて伝播するＳＦＱパルスに応じて、第１のクロックトランスおよび第２のクロックトランスをそれぞれ介して第２の磁束状態から第１の磁束状態に設定され、それぞれＡＣクロック信号の同相成分および直交位相成分の第１のサイクルのそれぞれにおいて伝播するＳＦＱパルスに応じて、第１の磁束状態から第２の磁束状態に再設定される。

加えて、磁束導入システムは、ＤＣ出力電流の振幅に基づいて磁束シャトルループを自動的に作動解除および再作動させるように構成される。例として、磁束導入システムは、第１の段の一部を形成でき、磁束導入システムに誘導結合されるＤＣ導入信号を受信できる。従って、ＤＣ導入信号は、ＤＣ出力信号のための作動閾値および作動解除閾値を設定できる振幅を有する、磁束導入システムにおける導入電流を生成できる。例えば、ＤＣ出力信号は、磁束導入システムに誘導結合されて、導入電流とは反対の電流方向を有するフィードバック電流を供給し得る。このため、フィードバック電流と、従ってＤＣ出力電流とが作動解除閾値を超えて増加することに応答して、第１の段の磁束は、それぞれのジョセフソン接合をトリガして、ＳＦＱパルスが磁束シャトルループを通して伝播することを維持するには十分ではなく、従って磁束シャトルループが自動的に作動解除される。従って、磁束シャトルループは、電力消費が略ゼロである作動解除された静止状態を維持する。例えば、関連する回路デバイスによって消費されたことに応じて、ＤＣ出力電流が作動閾値未満に減少すると、第１の段の磁束は、それぞれのジョセフソン接合をトリガするのに十分に増加し、従って磁束シャトルループを自動的に再作動させてＤＣ出力電流を増加させ始める。従って、現在の消費需要をより効率的に満たすように、ジョセフソン電流源を自律的に作動および作動解除させることができる。

図１は、超伝導回路システム１０の例を示す。例として、超伝導回路システム１０は、メモリまたは処理システムなどの様々な古典的および量子コンピューティングアプリケーションのいずれかに実装できる。超伝導回路システム１０は、図１の例ではＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴとして示される、ＤＣ出力電流を受け取るデバイス１２を含む。例として、ＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴは、デバイス１２を駆動するための駆動信号として供給することができる。例えば、デバイス１２は、例えばメモリセルに読み出し電流または書き込み電流を供給するためのメモリドライバーに対応し得る。

超伝導回路システム１０はまた、ジョセフソン電流源１４に関連するクロック信号に対応し得るＡＣクロック信号ＣＬＫに応じてＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴを生成するように構成されたジョセフソン電流源１４を含む。例として、クロック信号ＣＬＫは、例えばレシプロカル量子論理（ＲＱＬ：ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌｑｕａｎｔｕｍｌｏｇｉｃ）超伝導回路に適用可能である、ある実質的に一定の周波数（例えば、約５ＧＨｚまたは１０ＧＨｚ）およびあるＡＣ電流の大きさ（例えば、約２ｍＡのＲＭＳ）を有する正弦波とすることができる。ジョセフソン電流源１４は、ＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴを生成するために、ジョセフソン電流源１４に供給されてジョセフソン電流源１４を作動させ得るＤＣ導入信号ＩＮＪを受信するように示される。追加的に、本明細書で詳述するように、ＤＣ導入信号ＩＮＪは、ジョセフソン電流源１４を自動的に作動解除および再作動させるための少なくとも１つの閾値の大きさを設定できる。

図１の例では、ジョセフソン電流源１４は、磁束シャトルループ１６を含む。磁束シャトルループ１６は、クロック信号ＣＬＫの周波数に基づき、磁束シャトルループ１６を巡って単一磁束量子（ＳＦＱ）パルス（すなわち、フラクソン）を伝播させるように構成された複数の段を含み得る。本明細書に記載する場合、ＳＦＱパルスに関する「伝播する」という用語は、ＳＦＱパルスが磁束シャトルループの所与の段におけるジョセフソン接合をトリガすることを介して生成されて、（例えば、クロック信号ＣＬＫを介して）バイアス電圧と組み合わさったＳＦＱパルスの電圧により、磁束シャトルループにおける次の段のジョセフソン接合に別のＳＦＱパルスを生成させ、以降の段も同様であることを表す。本明細書に記載する場合、磁束シャトルループ１６に関する「ループ」という用語は、最後の段が最初の段に結合され得るような、磁束シャトルループ１６の段の実質的に連続的な直列のループ（例えば、循環）配置を表す。従って、ＳＦＱパルスは、磁束シャトルループ１６が作動すると、磁束シャトルループ１６を巡って実質的に連続的に伝播し得る。また、本明細書に記載する場合、ＳＦＱパルスに関する「磁束シャトルループを巡って伝播する」という用語は、ＳＦＱパルスが磁束シャトルループ１６の各段において別々に生成されて、１つの段で生成されたＳＦＱパルスが次の段に伝播して別のＳＦＱパルスを生成して、ＡＣクロック信号ＣＬＫの所与の位相においてＳＦＱパルスが１つの段から次の段へと磁束シャトルループ１６の段のそれぞれにおいて順次伝播することを表す。

例として、ジョセフソン電流源１４はまた、クロックトランスおよびバイアストランスのセットと、磁束シャトルループ１６の段の少なくとも１つにそれぞれ関連する蓄積インダクタのセットと、ＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴを供給するように構成された出力インダクタとを含む。クロックトランスは、磁束シャトルループ１６にＡＣクロック信号ＣＬＫを誘導結合するように構成されて、ＡＣクロック信号ＣＬＫが磁束シャトルループ１６にバイアス電流を供給するようにする。ジョセフソン電流源１４はまた、磁束導入システム１８を含む。例えば、初期化時、磁束導入システム１８は、ＳＦＱパルスが磁束シャトルループ１６のまわりの段のそれぞれを通して伝播することに基づいて磁束シャトルループ１６を作動させるためにＳＦＱパルスを導入するように構成され得る。従って、磁束シャトルループ１６が作動された場合、段のそれぞれにおけるジョセフソン接合は、ＡＣクロック信号ＣＬＫの周波数に基づき、ＳＦＱパルスが磁束シャトルループ１６を巡って伝播するようにトリガする。例として、ＳＦＱパルスは、ＡＣクロック信号ＣＬＫの各正のサイクルまたは各負のサイクルにおいて所与の段を通して伝播できる。ＳＦＱパルスは、出力インダクタに電流ステップを供給して、出力インダクタが、ＡＣクロック信号の各正のサイクルおよび負のサイクルにおいて各段から供給された電圧パルスに基づいてＤＣ出力電流を供給するように、それぞれの段に関連する蓄積インダクタに供給される。従って、ＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴは、クロック信号ＣＬＫの周波数に基づいて出力インダクタに順次供給される電流ステップに基づき、出力インダクタを通して流れ得る。例えば、蓄積インダクタのそれぞれにわずかな電圧（例えば、約２μＶ／ＧＨｚ）を供給するＳＦＱパルスに基づいて電流ステップを生成して、結果として得られる電圧パルスが出力インダクタで積分されてＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴを供給するようにする。

加えて、磁束導入システム１８は、ＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴの振幅に基づいて磁束シャトルループ１６を自動的に作動解除および再作動させるように構成されたフィードバック制御機構２０を含む。例えば、磁束導入システム１８は、磁束シャトルループ１６の第１の段の一部を形成できる。例として、磁束導入システム１８は、ＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴおよびＤＣ導入信号ＩＮＪのそれぞれの誘導性結合を含んで、それぞれ磁束導入システム１８において電流方向が互いに反対であるフィードバック電流および導入電流を供給できる。従って、フィードバック電流と、従ってＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴとが作動解除閾値を超えて増加することに応答して、磁束シャトルループ１６の第１の段の磁束は、それぞれのジョセフソン接合をトリガして、ＳＦＱパルスが磁束シャトルループ１６を通して伝播することを維持するには十分ではなく、従って磁束シャトルループ１６が自動的に作動解除される。従って、磁束シャトルループ１６は、電力消費が略ゼロである作動解除された静止状態を維持する。例えば、回路デバイス１２によって消費されたことに応じて、ＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴが作動閾値未満に減少すると、磁束シャトルループ１６の第１の段の磁束は、それぞれのジョセフソン接合をトリガするのに十分に増加し、従って磁束シャトルループを自動的に再作動させて、ＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴを増加させ始める。従って、ジョセフソン電流源１４は、ＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴを電力効率良く生成するように動作できる。例として、ジョセフソン電流源１４は、典型的な抵抗ベースのＤＣ電流源とは反対に静的電力損失から熱を実質的に生成しない。従って、ジョセフソン電流源１４は、ＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴが回路デバイス１２の現在のバイアス需要を満たすのに十分に大きいことに応じて、磁束導入システム１８の自動作動解除に基づき、特に量子コンピューティングおよびエネルギー効率の良い高性能コンピューティング環境において典型的な電流源よりも効率的かつ効果的に動作できる。加えて、本明細書で詳述するように、ＤＣ導入信号ＩＮＪの振幅は、磁束シャトルループ１６の自動的な作動解除および再作動のための作動閾値および作動解除閾値の少なくとも１つを設定できる。

図２は、ジョセフソン電流源回路５０の例を示す。ジョセフソン電流源回路５０は、超伝導回路システム１０におけるジョセフソン電流源１４に対応し得る。従って、ジョセフソン電流源回路５０は、図２の例において第１の段５４、第２の段５６、第３の段５８、および第４の段６０で示される複数の段を含む磁束シャトルループ５２を含む。段５４、５６、５８、および６０は、順次結合されて直列のループ配置を形成する。ジョセフソン電流源回路５０は、ＡＣクロック信号に基づいてＤＣ出力電流を生成するように構成される。図２の例では、ＡＣクロック信号は、同相成分ＣＬＫ_Ｉと直交位相成分ＣＬＫ_Ｑとを含む直交クロック信号として示される。例として、同相成分ＣＬＫ_Ｉおよび直交位相成分ＣＬＫ_Ｑは、ＲＱＬ回路のために実装され得るＡＣクロック信号に集合的に対応し得る。ＤＣ出力電流は、出力インダクタＬ_ＯＵＴを通して流れる電流Ｉ_ＯＵＴとして示される。

段５４、５６、５８、および６０のそれぞれは、段５６、５８、および６０が互いに実質的に同様な状態でＳＱＵＩＤ構成においてそれぞれ実質的に構成される。図２の例では、第１の段５４は、第１のジョセフソン接合Ｊ_１＿１と、第２のジョセフソン接合Ｊ_２＿１と、インダクタＬ_Ｘ＿１と、インダクタＬ_Ｙ＿１とを含む。第２の段５６は、第１のジョセフソン接合Ｊ_１＿２と、第２のジョセフソン接合Ｊ_２＿２と、インダクタＬ_Ｘ＿２と、インダクタＬ_Ｙ＿２とを含む。第３の段５８は、第１のジョセフソン接合Ｊ_１＿３と、第２のジョセフソン接合Ｊ_２＿３と、インダクタＬ_Ｘ＿３と、インダクタＬ_Ｙ＿３とを含む。第４の段６０は、第１のジョセフソン接合Ｊ_１＿４と、第２のジョセフソン接合Ｊ_２＿４と、インダクタＬ_Ｘ＿４と、インダクタＬ_Ｙ＿４とを含む。追加的に、ジョセフソン電流源５０は、第１の段５４の一部を形成し、かつ初期化中、磁束シャトルループ５２にＳＦＱパルスを導入するように構成された磁束導入システム６２を含む。例として、磁束導入システム６２は、他の段５６、５８、および６０と異なる直列の自己インダクタンスを有し得る。第１の段５４は、インダクタＬ_Ｉ＿２によって第２の段５６から分離され、第２の段５６と第３の段５８とは、Ｌ_Ｉ＿３によって分離される。第３の段５８と第４の段６０とは、Ｌ_Ｉ＿４によって分離され、第４の段６０は、インダクタＬ_Ｉ＿１によって第１の段５４から分離される。従って、磁束導入システム６２によって生成されたＳＦＱパルスは、段５４、５６、５８、および６０によって形成されたループにおいて磁束シャトルループ５２を通して循環し得る。

ジョセフソン電流源５０はまた、段５４、５６、５８、および６０の対にそれぞれ関連するクロックトランスの対を含む。図２の例では、クロックトランスは、第１の段５４および第３の段５８に関連する第１のクロックトランスＴ_１と、第２の段５６および第４の段６０に関連する第２のクロックトランスＴ_２とを含む。追加的に、ジョセフソン電流源５０は、第１の段５４および第３の段５８に同様に関連する第１のバイアストランスＴ_Ｂ１と、第２の段５６および第４の段６０に同様に関連する第２のバイアストランスＴ_Ｂ２とを含む。

クロックトランスＴ_１は、同相成分ＣＬＫ_Ｉが流れる一次インダクタＬ_１＿１を含み、クロックトランスＴ_２は、直交位相成分ＣＬＫ_Ｑが流れる一次インダクタＬ_１＿２を含む。加えて、バイアストランスＴ_Ｂ１およびＴ_Ｂ２は、ＤＣバイアス信号ＢＩＡＳが流れるそれぞれの一次インダクタＬ_Ｂ＿１およびＬ_Ｂ＿３を含む。クロックトランスＴ_１は、（例えば、本明細書で詳述するように、磁束導入システム６２を介して）第１の段５４と、（例えば、インダクタＬ_Ｘ＿１およびＬ_Ｙ＿１間とインダクタＬ_Ｘ＿３およびＬ_Ｙ＿３間とに結合される）第１のバイアストランスＴ_Ｂ１の二次インダクタＬ_Ｂ＿２と直列に配置された二次インダクタＬ_２＿１を介して第３の段５８とに同相成分ＣＬＫ_Ｉを誘導性結合させる。同様に、クロックトランスＴ_２は、（例えば、インダクタＬ_Ｘ＿２およびＬ_Ｙ＿２間とインダクタＬ_Ｘ＿４およびＬ_Ｙ＿４間とに結合される）第２のバイアストランスＴ_Ｂ２の二次インダクタＬ_Ｂ＿４と直列に配置された二次インダクタＬ_２＿２を介して第２の段５６と第４の段６０とに直交位相成分ＣＬＫ_Ｑを誘導性結合させる。従って、それぞれのトランスＴ_１およびＴ_Ｂ１の二次インダクタＬ_2＿1およびＬ_Ｂ＿２は、第１の段５４と第３の段５８との間に第１のループ６４を形成する。同様に、それぞれのトランスＴ_２およびＴ_Ｂ２の二次インダクタＬ_２＿２およびＬ_Ｂ＿４は、第２の段５６と第４の段６０との間に第２のループ６６を形成する。

例として、同相成分ＣＬＫ_Ｉおよび直交位相成分ＣＬＫ_Ｑのそれぞれは、正の部分（例えば、それぞれの周期の第１の半分）と、負の部分（例えば、それぞれの周期の第２の半分）とを含み得る。それぞれの段５４、５６、５８、および６０に対するクロックトランスＴ_１およびＴ_２の配置に基づき、段５４、５６、５８、および６０の磁束状態は、同相成分ＣＬＫ_Ｉおよび直交位相成分ＣＬＫ_Ｑの各位相および各反対の位相において、磁束シャトルループを巡って伝搬するＳＦＱパルスに応じて順次切り替わり得る。例として、同相成分ＣＬＫ_Ｉおよび直交位相成分ＣＬＫ_Ｑのそれぞれは、正のピーク（例えば、それぞれの周期の第１の半分）に対応する第１の位相と、第１の位相と反対である、つまり、負のピーク（例えば、それぞれの周期の第２の半分）に対応する第２の位相とを含み得る。従って、磁束シャトルループ５２は、磁束シャトルループ５２を通してＳＦＱパルスが伝播するための同相成分ＣＬＫ_Ｉおよび直交位相成分ＣＬＫ_Ｑの各交番する第１の位相および第２の位相を通して、バイアストランスＴ_Ｂ１およびＴ_Ｂ２の二次インダクタＬ_Ｂ＿２およびＬ_Ｂ＿４の磁束状態と、従って段５４、５６、５８、および６０の磁束状態とを追跡できる。

さらに、ジョセフソン電流源５０は、磁束導入システム６２と第１のループ６４とを相互接続する第１の蓄積インダクタＬ_Ｓ＿１と、磁束導入システム６２と第２のループ６６とを相互接続する第２の蓄積インダクタＬ_Ｓ＿２とを含む。出力インダクタＬ_ＯＵＴは、蓄積インダクタＬ_Ｓ＿１およびＬ_Ｓ＿２のそれぞれから導入システム６２を通して出力電流Ｉ_ＯＵＴを伝導する。段５４、５６、５８、および６０のそれぞれを通して順次伝播したＳＦＱパルスに応じて、電流ステップがそれぞれの蓄積インダクタＬ_Ｓ＿１およびＬ_Ｓ＿２において生成される。従って、それぞれの第１の段５４および第３の段５８の磁束状態が切り替わったことに応答してそれぞれのジョセフソン接合が第１の段５４および第３の段５８をトリガしたことに応答して、ＳＦＱパルスは、結果として得られる電流ステップを蓄積インダクタＬ_Ｓ＿１に生成する。同様に、それぞれの第２の段５６および第４の段６０の磁束状態が切り替わったことに応答してそれぞれのジョセフソン接合が第２の段５６および第４の段６０をトリガしたことに応答して、ＳＦＱパルスは、結果として得られる電流ステップを蓄積インダクタＬ_Ｓ＿２に生成する。その結果、出力インダクタＬ_ＯＵＴは、蓄積インダクタＬ_Ｓ＿１およびＬ_Ｓ＿２を通して供給される電流ステップのそれぞれを積分して、ジョセフソン電流源５０がＤＣ信号源として作用するように出力電流Ｉ_ＯＵＴを供給する。その結果、出力電流Ｉ_ＯＵＴは、同相成分ＣＬＫ_Ｉおよび直交位相成分ＣＬＫ_Ｑから変換されたＤＣ信号として回路デバイス（例えば、図１の例における回路デバイス１２）などに供給され得る。

図３は、タイミング図１００の例を示す。タイミング図１００は、凡例１０２において示されるように、同相成分ＣＬＫ_Ｉおよび直交位相成分ＣＬＫ_Ｑを時間の関数として含む。同相成分ＣＬＫ_Ｉおよび直交位相成分ＣＬＫ_Ｑは、ゼロを中心とした大きさを有する正弦波としてそれぞれ示される。図３の例における同相成分ＣＬＫ_Ｉおよび直交位相成分ＣＬＫ_Ｑは、図２の例における同相成分ＣＬＫ_Ｉおよび直交位相成分ＣＬＫ_Ｑに対応し得る。従って、以下の図３の例の説明では図２の例を参照する。

磁束シャトルループ５２は、本明細書で詳述したように、磁束導入システム６２を介して作動され得る。作動時、時間ｔ_０において同相成分ＣＬＫ_Ｉの正の部分が始まり、時間ｔ_１において同相成分ＣＬＫ_Ｉの正のピークが現れる。従って、同相成分ＣＬＫ_Ｉは、一次インダクタＬ_１＿１との誘導性結合に基づいて二次インダクタＬ_２＿１を介して電流を誘導し始める。（例えば、トランスＴ_１のインダクタンスに基づいて）時間ｔ_１の直前に、電流の大きさは、（例えば、インダクタＬ_Ｉ＿１を介して、第４の段６０からの）ジョセフソン接合Ｊ_２＿４によって供給された、すなわち作動時に磁束導入システム６２から供給されたＳＦＱパルスと、一次インダクタＬ_Ｂ＿１との誘導性結合に基づいて二次インダクタＬ_Ｂ＿２を介して供給されたバイアス電流とに組み合わされる。従って、ジョセフソン接合Ｊ_１＿１およびＪ_２＿１の臨界電流を超えることになり、従ってジョセフソン接合Ｊ_１＿１およびＪ_２＿１（または初期化時にはジョセフソン接合Ｊ_２＿１のみ）がトリガされる。その結果、ジョセフソン接合Ｊ_１＿１およびＪ_２＿１はＳＦＱパルスを伝播させ、これにより電圧パルスが第１の蓄積インダクタＬ_Ｓ＿１に供給され、電圧パルスは、出力インダクタＬ_ＯＵＴによって積分されて、ＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴの振幅を増加させる。次いで、ＳＦＱパルスは、第２の段５６に伝播する。

同様に、時間ｔ_１において直交位相成分ＣＬＫ_Ｑの正の部分が始まり、時間ｔ_２において直交位相成分ＣＬＫ_Ｑの正のピークが現れる。従って、直交位相成分ＣＬＫ_Ｑは、一次インダクタＬ_１＿２との誘導性結合に基づいて二次インダクタＬ_２＿２を介して電流を誘導し始める。（例えば、トランスＴ_２のインダクタンスに基づいて）時間ｔ_２の直前に、電流の大きさは、ジョセフソン接合Ｊ_２＿１によって供給されたＳＦＱパルスと、一次インダクタＬ_Ｂ＿3との誘導性結合に基づいて二次インダクタＬ_Ｂ＿４を介して供給されたバイアス電流とに組み合わされる。従って、ジョセフソン接合Ｊ_１＿２およびＪ_２＿２の臨界電流を超えることになり、従ってジョセフソン接合Ｊ_２＿２がトリガされる。その結果、ジョセフソン接合Ｊ_１＿２およびＪ_２＿２はＳＦＱパルスを伝播させ、これにより電流ステップが蓄積インダクタＬ_Ｓ＿２に生成され、電流ステップは、出力インダクタＬ_ＯＵＴによって積分されて、ＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴの振幅を増加させる。次いで、ＳＦＱパルスは、第３の段５８に伝播する。

同様に、時間ｔ_２において同相成分ＣＬＫ_Ｉの負の部分が始まり、時間ｔ_３において同相成分ＣＬＫ_Ｉの負のピークが現れる。従って、同相成分ＣＬＫ_Ｉは、一次インダクタＬ_１＿１との誘導性結合に基づいて二次インダクタＬ_２＿１を介して電流を誘導し始める。時間ｔ_３の直前に、電流の大きさは、ジョセフソン接合Ｊ_２＿２によって伝播されたＳＦＱパルスと、二次インダクタＬ_Ｂ＿２を介して供給されたバイアス電流とに組み合わされる。従って、ジョセフソン接合Ｊ_１＿３およびＪ_２＿３の臨界電流を超えることになり、従ってジョセフソン接合Ｊ_１＿３およびＪ_２＿３がトリガされる。その結果、ジョセフソン接合Ｊ_１＿３およびＪ_２＿３はＳＦＱパルスを伝播させ、これにより電流ステップが蓄積インダクタＬ_Ｓ＿１に生成され、電流ステップは、出力インダクタＬ_ＯＵＴによって積分されて、ＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴの振幅を増加させる。次いで、ＳＦＱパルスは、第４の段６０に伝播する。

同様に、時間ｔ_３において直交位相成分ＣＬＫ_Ｑの負の部分が始まり、時間ｔ_４において直交位相成分ＣＬＫ_Ｑの負のピークが現れる。従って、直交位相成分ＣＬＫ_Ｑは、一次インダクタＬ_１＿４との誘導性結合に基づいて二次インダクタＬ_２＿４を介して電流を誘導し始める。時間ｔ_４の直前に、電流の大きさは、ジョセフソン接合Ｊ_２＿３によって伝播されたＳＦＱパルスと、二次インダクタＬ_Ｂ＿４を介して供給されたバイアス電流とに組み合わされる。従って、ジョセフソン接合Ｊ_１＿４およびＪ_２＿４の臨界電流を超えることになり、従ってジョセフソン接合Ｊ_１＿４、Ｊ_２＿４がトリガされる。その結果、ジョセフソン接合Ｊ_１＿４、Ｊ_２＿４は、ＳＦＱパルスを伝播させ、これにより電流ステップが蓄積インダクタＬ_Ｓ＿２に生成され、電流ステップは、出力インダクタＬ_ＯＵＴによって積分されて、ＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴの振幅を増加させる。次いで、ＳＦＱパルスは、第１の段５４に伝播して戻って、ジョセフソン接合Ｊ_１＿１をトリガする。

同様に、時間ｔ_４において同相成分ＣＬＫ_Ｉの正の部分が始まる。従って、同相成分ＣＬＫ_Ｉおよび直交位相成分ＣＬＫ_Ｑを変換するプロセスが、上述のように時間ｔ_４が時間ｔ_０に相当するように繰り返される。従って、磁束導入システム６２を介して磁束シャトルループ５２を作動させながら、第１のループ６４および第２のループ６６と、従って対応する段５４、５６、５８、および６０との磁束状態の変化に基づいてジョセフソン接合Ｊ_１＿１、Ｊ_２＿１、Ｊ_１＿２、Ｊ_２＿２、Ｊ_１＿３、Ｊ_２＿３、Ｊ_１＿４、およびＪ_２＿４を順次トリガできる。従って、ＳＦＱパルスは、磁束シャトルループ５２を巡って伝播して、ジョセフソン接合Ｊ_２＿１、Ｊ_２＿２、Ｊ_２＿３、およびＪ_２＿４をそれぞれトリガすることに応じて、同相成分ＣＬＫ_Ｉおよび直交位相成分ＣＬＫ_Ｑの周波数に基づいて出力インダクタＬ_ＯＵＴに電圧パルスを連続的に供給する。その結果、出力インダクタＬ_ＯＵＴは、電圧パルスを積分して、ＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴの振幅を増加できる。

図４は、磁束導入システム１５０の例を示す。磁束導入システム１５０は、関連する磁束シャトルループを自動的に作動（例えば、再作動）および作動解除させるように構成される。磁束導入システム１５０は、図１の例における磁束導入システム１８および／または図２の例における磁束導入システム６２に対応し得る。従って、以下の図４の例の説明では図１〜図３の例を参照する。

磁束導入システム１５０は、インダクタＬ_Ｘ＿１およびＬ_Ｙ＿１間で第１の段５４の一部を形成するように示される。磁束導入システム１５０は、ＤＣ導入信号ＩＮＪを受信する一次インダクタＬ_ＤＣと、誘導された導入電流Ｉ_ＩＮＪを供給する二次インダクタＬ_ＩＮＪとを有する第１のトランス１５２を含む。磁束導入システム１５０はまた、ＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴを受ける一次インダクタＬ_ＰＯと、誘導されたフィードバック電流Ｉ_ＦＢを供給する二次インダクタＬ_ＦＢとを有する第２のトランス１５４を含む。二次インダクタＬ_ＩＮＪおよびＬ_ＦＢは、第１のバイアストランスＴ_Ｂ１の二次インダクタＬ_Ｂ＿２に結合されるノード１５６によって相互接続され、かつインダクタＬ_Ｘ＿１およびＬ_Ｙ＿１間に配置されたジョセフソン接合Ｊ_ＩＮＪと共にループ１５８に配置される。図４の例では、フィードバック電流Ｉ_ＦＢおよび導入電流Ｉ_ＩＮＪの電流方向は、互いに反対であるため、フィードバック電流Ｉ_ＦＢおよび導入電流Ｉ_ＩＮＪの相対的な振幅に基づいてジョセフソン電流源５０の作動および作動解除を制御できる。

初期化時（例えば、ＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴの振幅が略ゼロ）、ＤＣ導入信号ＩＮＪは、トランス１５２の一次インダクタＬ_ＤＣを通して供給されて、誘導された導入電流Ｉ_ＩＮＪを供給できる。初期化時、ＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴの振幅が略ゼロであるため、ループ１５８における正味の電流の流れは、磁束シャトルループ５２にＳＦＱパルスを導入するためにジョセフソン接合Ｊ_ＩＮＪをトリガするのに十分なループ１５８の磁束を供給できる導入電流Ｉ_ＩＮＪによって完全に規定される。従って、ＳＦＱパルスは、図２および図３の例で上述したように磁束シャトルループ５２を通して循環できる。ＳＦＱパルスが磁束シャトルループ５２を巡って伝播し続けるにつれて、ＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴは増加し、従ってフィードバック電流Ｉ_ＦＢの振幅も同様に増加する。その結果、フィードバック電流Ｉ_ＦＢの振幅は、ループ１５８の磁束に関して導入電流Ｉ_ＩＮＪから減じられ、従ってループ１５８の磁束を減少させる。ＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴがＤＣ導入信号ＩＮＪの振幅と、従って導入電流Ｉ_ＩＮＪとによって規定され得る所定の作動解除閾値まで増加すると、ループ１５８の磁束は、同相成分ＣＬＫ_Ｉの第１の位相において負のＳＦＱパルス（すなわち、反フラクソン（ａｎｔｉ−ｆｌｕｘｏｎ））を生成することにより、ジョセフソン接合Ｊ_ＩＮＪをトリガ解除するのに十分な量まで減少し得る。その結果、接合Ｊ_ＩＮＪは、ＳＦＱパルスが磁束シャトルループ５２を巡る伝播をやめるようにトリガ解除してＳＦＱパルスを中止し、このようにして静止状態でＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴの振幅を実質的に一定の振幅に維持する。従って、磁束導入システム１５０は、ＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴの振幅に基づいてジョセフソン電流源５０を自動的に作動解除できる。

ＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴが回路デバイス１２によって消費されたことに応じるなど、ＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴの振幅の減少に応じて、ループ１５８の磁束は、ループ１５８における正味の電流の流れが増加するにつれて増加し始める。ＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴが、例えばＤＣ導入信号ＩＮＪの振幅と、従って導入電流Ｉ_ＩＮＪとによって同様に規定される所定の作動閾値まで減少すると、ループ１５８の磁束は、ジョセフソン接合Ｊ_ＩＮＪをトリガする、従って磁束シャトルループ５２にＳＦＱパルスを再導入するのに十分な量まで増加し得る。従って、ＳＦＱパルスは、磁束シャトルループ５２を通して再度循環して、ＤＣ出力電流Ｉ_ＤＣを増加させることができる。従って、磁束導入システム１５０は、ＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴの振幅に基づいてジョセフソン電流源５０を自動的に再作動できる。

図５は、磁束図２００の例を示す。磁束図２００は、磁束導入システム１５０の動作に対応し得る。図５の例では、磁束図２００は、ループ１５８の磁束（「磁束」）に対するジョセフソン接合Ｊ_ＩＮＪの超伝導位相（「位相」）のプロットを示す。従って、以下の図５の例の説明では図２〜図４の例を参照する。

磁束図２００は、印加された電流Ｉ_ＩＮＪに応じて、ジョセフソン電流源５０の初期化が完了したときのシステムの状態に対応する最初の点２０２を示し、従ってＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴの振幅は略ゼロである。最初の点２０２において、ＤＣ導入信号ＩＮＪは、トランス１５２の一次インダクタＬ_ＤＣを通して供給されて、誘導された導入電流Ｉ_ＩＮＪを供給できる。初期化時、ＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴの振幅が略ゼロであるため、ループ１５８における正味の電流の流れは、磁束シャトルループ５２にＳＦＱパルスを導入するためにジョセフソン接合Ｊ_ＩＮＪをトリガするのに十分であり得る磁束Φ_ＩＮＪをループ１５８に供給できる導入電流Ｉ_ＩＮＪによって完全に規定される。従って、磁束シャトルループ５２は、ＳＦＱパルスが図２および図３の例で上述したように磁束シャトルループ５２を通して循環するように作動させることができる。

ＳＦＱパルスが磁束シャトルループ５２を巡って伝播し続けるにつれて、ＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴは増加し、従ってフィードバック電流Ｉ_ＦＢの振幅も同様に増加する。その結果、フィードバック電流Ｉ_ＦＢの振幅は、ループ１５８の磁束に関して導入電流Ｉ_ＩＮＪから減じられ、従って矢印２０４で示すようにループ１５８の磁束を減少させる。ＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴが、ＤＣ導入信号ＩＮＪの振幅と、従って導入電流Ｉ_ＩＮＪとによって規定され得る所定の作動解除閾値まで増加すると、ループ１５８の磁束は、磁束Φ_ＯＦＦに対応する点２０６まで減少し得る。磁束Φ_ＯＦＦは、同相成分ＣＬＫ_Ｉの第１の位相においてジョセフソン接合Ｊ_１＿１から供給されるＳＦＱパルスを中止し、従って、ジョセフソン接合Ｊ_２＿１がトリガされないように、ジョセフソン接合Ｊ_ＩＮＪと、従って負のＳＦＱパルスとをトリガ解除するのに十分なループ１５８の磁束に対応し得る。従って、ジョセフソン接合Ｊ_ＩＮＪをトリガ解除した結果、矢印２０８によって示されるように、点２０６から点２１０へと位相が減少する。従って、磁束シャトルループ５２は、自動的に作動解除され、その結果、ＳＦＱパルスが磁束シャトルループ５２を巡る伝播をやめ、このようにして静止状態でＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴの振幅が実質的に一定の振幅に維持される。

ＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴが回路デバイス１２によって消費されたことに応じるなど、ＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴの振幅の減少に応じて、ループ１５８の磁束は、ループ１５８における正味の電流の流れが増加するにつれて、矢印２１２で示すように、増加し始める。磁束が磁束Φ_ＯＮに対応する点２１４まで増加したことに応答して、ループ１５８の磁束は、例えばＤＣ導入信号ＩＮＪの振幅と、従っては導入電流Ｉ_ＩＮＪとによって同様に規定される、所定の作動閾値に達することができる。従って、磁束Φ_ＯＮは、ジョセフソン接合Ｊ_ＩＮＪをトリガするのに十分なループ１５８の磁束に対応でき、従って矢印２１６によって示されるように、点２１４から点２１８までジョセフソン接合Ｊ_ＩＮＪの位相が増加する。その結果、ＳＦＱパルスは、磁束シャトルループ５２に再導入される。従って、ＳＦＱパルスは、磁束シャトルループ５２を通して再度循環して、ＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴを増加させることができる。従って、磁束図２００は、ＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴの振幅に基づくジョセフソン接合Ｊ_ＩＮＪの位相と、従って磁束シャトルループ５２の作動および作動解除とに関係することから、循環するパターンのループ１５８の磁束を示す。

図５の例では、磁束Φ_ＯＮおよびΦ_ＯＦＦは、ジョセフソン接合Ｊ_ＩＮＪとループ１５８とのインダクタンスの比に依存し、従って実質的に一定である。磁束Φ_ＩＮＪは、導入電流Ｉ_ＩＮＪおよびフィードバック電流Ｉ_ＦＢの相対的な振幅に依存し、従ってＤＣ導入信号ＩＮＪの振幅およびＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴの振幅にそれぞれ依存する。フィードバック電流Ｉ_ＦＢは、ループ１５８の全磁束に影響を及ぼし、磁束Φ_ＯＮおよびΦ_ＯＦＦに対するＤＣ導入信号ＩＮＪに依存する。従って、出力電流Ｉ_ＯＵＴの振幅は、ループ１５８の全磁束を磁束Φ_ＯＮまで増加させるため、またはループ１５８の全磁束を磁束Φ_ＯＦＦまで減少させるために必要なフィードバック電流Ｉ_ＦＢの量に基づいて制御される。従って、ＤＣ導入信号ＩＮＪの振幅は、ループ１５８にΦ_ＯＮまたはΦ_ＯＦＦの全ループ磁束を実現するのに必要なフィードバック電流Ｉ_ＦＢの振幅を規定する。従って、ＤＣ導入信号ＩＮＪの振幅は、ジョセフソン電流源５０のための所定の作動閾値および作動解除閾値の少なくとも１つを規定するように設定され得る。

ここまで説明した上述の構造的特徴および機能的特徴を考慮して、図６を参照することにより、本発明の様々な態様による方法論がより良く認識されるはずである。説明を簡単にする目的で、図６の方法論は、順次実行するものとして図示および説明されるが、本発明によれば、一部の態様は、本明細書で図示および説明した態様と異なる順序でおよび／または他の態様と同時に行われ得ることから、本発明は、示されている順序に限定されるものではないことを理解および認識されたい。さらに、本発明の態様による方法論を実施するために、説明されたすべての特徴が必要とされるわけではない場合もある。

図６は、ＤＣ出力電流（例えば、ＤＣ出力電流Ｉ_ＯＵＴ）を生成するための方法２５０の例を示す。２５２において、ＡＣクロック信号（例えば、ＡＣクロック信号ＣＬＫ）がクロックトランス（例えば、クロックトランスＴ_１およびＴ_２）のそれぞれの一次インダクタ（例えば、一次インダクタＬ_１＿１およびＬ_１＿２）を通して供給される。クロックトランスは、磁束シャトルループ（例えば、磁束シャトルループ５２）の複数の段（例えば、段５４、５６、５８、および６０）の少なくとも２つと共にループ（例えば、ループ６４および６６）に配置された二次インダクタ（例えば、二次インダクタＬ_２＿１およびＬ_２＿２）を含み得る。複数の段は、直列の順次ループに配置させることができる。２５４において、ＤＣ導入信号（例えば、ＤＣ導入信号ＩＮＪ）は、磁束導入システム（例えば、磁束導入システム６２）に供給されて、複数の段の１つにおいてＳＦＱパルスを生成する。ＳＦＱパルスを複数の段を通して伝播させて、複数の段のそれぞれにおけるジョセフソン接合（例えば、ジョセフソン接合Ｊ_２＿１、Ｊ_２＿２、Ｊ_２＿３、およびＪ_２＿４）を順次トリガすることに基づいてＤＣ出力電流を生成するための出力インダクタ（例えば、出力インダクタＬ_ＯＵＴ）に電圧パルスを生成させることができる。磁束導入システムは、ＤＣ導入信号の振幅に対するＤＣ出力電流の振幅に基づいて磁束シャトルループを自動的に作動解除および再作動させるように構成され得る。

ここまで説明されてきたものは、本発明の実施例である。当然のことながら、本発明を説明する目的のために、構成要素または方法論のすべての考え得る組み合わせを説明することはできないが、当業者であれば、本発明の多くのさらなる組み合わせおよび順序の変更が可能であることを認識するはずである。従って、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含まれるすべてのそのような変更形態、修正形態、および変形形態を包含することが意図されている。さらに、本開示または特許請求の範囲において「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「第１の」もしくは「別の」、またはこれらの均等表現が記されている場合、１つまたは２つ以上のそのような要素を含むものであり、２つ以上のそのような要素を必須とするものでも排除するものでもないと解釈されたい。本明細書で用いる場合、「含む」という用語は、「含むが、それに限定されない」を意味し、「含んでいる」という用語は、「含んでいるが、それに限定されない」を意味する。「〜に基づく」という用語は、「〜に少なくとも部分的に基づく」を意味する。

ここまで説明されてきたものは、本発明の実施例である。当然のことながら、本発明を説明する目的のために、構成要素または方法論のすべての考え得る組み合わせを説明することはできないが、当業者であれば、本発明の多くのさらなる組み合わせおよび順序の変更が可能であることを認識するはずである。従って、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含まれるすべてのそのような変更形態、修正形態、および変形形態を包含することが意図されている。さらに、本開示または特許請求の範囲において「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「第１の」もしくは「別の」、またはこれらの均等表現が記されている場合、１つまたは２つ以上のそのような要素を含むものであり、２つ以上のそのような要素を必須とするものでも排除するものでもないと解釈されたい。本明細書で用いる場合、「含む」という用語は、「含むが、それに限定されない」を意味し、「含んでいる」という用語は、「含んでいるが、それに限定されない」を意味する。「〜に基づく」という用語は、「〜に少なくとも部分的に基づく」を意味する。
以下に、上記各実施形態から把握できる技術思想を記載する。
（付記１）
ＤＣ出力電流を生成するための方法であって、
クロックトランスの一次インダクタを介してＡＣクロック信号を供給するステップであって、前記クロックトランスは、磁束シャトルループの複数の段の少なくとも２つと共にループに配置された二次インダクタを含み、前記複数の段は、順次直列のループに配置される、前記ＡＣクロック信号を供給するステップと、
前記複数の段の１つにおいて単一磁束量子（ＳＦＱ）パルスを生成するために磁束導入システムにＤＣ導入信号を供給するステップであって、前記単一磁束量子パルスは、前記複数の段のそれぞれにおけるジョセフソン接合の順次トリガに基づいて、前記複数の段を介して伝播されて出力インダクタにおいて電圧パルスを生成して前記ＤＣ出力電流を生成し、前記磁束導入システムは、前記ＤＣ導入信号の振幅に対する前記ＤＣ出力電流の振幅に基づいて前記磁束シャトルループを自動的に作動解除および再作動させるように構成される、前記ＤＣ導入信号を供給するステップと、を備える方法。
（付記２）
前記複数の段は、順次直列のループに配置された第１の段と、第２の段と、第３の段と、第４の段とを含み、
前記ＡＣクロック信号を供給するステップは、
前記ＡＣクロック信号の同相成分および直交位相成分のそれぞれを供給するステップを含み、
前記同相成分と前記直交位相成分とは、約９０°位相がずれていて、前記単一磁束量子パルスを、前記ＡＣクロック信号の各四分の一周期において前記第１の段、前記第２の段、前記第３の段、および前記第４の段のうちの対応する段を介して伝播させる、付記１に記載の方法。
（付記３）
ジョセフソン電流源システムであって、
直列のループに配置された第１の段と、第２の段と、第３の段と、第４の段とを含む磁束シャトルループであって、前記第１の段、前記第２の段、前記第３の段、および前記第４の段のそれぞれは、少なくとも１つのジョセフソン接合を含み、前記磁束シャトルループは、作動された場合、約９０°位相がずれている同相成分および直交位相成分を含む誘導結合されたＡＣクロック信号に応じて、前記磁束シャトルループのまわりの前記第１の段、前記第２の段、前記第３の段、および前記第４の段のそれぞれにおける前記少なくとも１つのジョセフソン接合を順次トリガするように構成される、前記磁束シャトルループと、
前記第１の段および前記第３の段に関連し、かつ前記第１の段および前記第３の段のそれぞれにおける前記少なくとも１つのジョセフソン接合の順次トリガに関連する電圧パルスを受け取るように構成される第１の蓄積インダクタと、
前記第２の段および前記第４の段に関連し、かつ前記第２の段および前記第４の段のそれぞれにおける前記ジョセフソン接合の順次トリガに関連する電圧パルスを受けるように構成される第２の蓄積インダクタと、
前記第１の蓄積インダクタおよび前記第２の蓄積インダクタのそれぞれに結合され、かつ前記第１の蓄積インダクタおよび前記第２の蓄積インダクタのそれぞれを介して供給された前記電圧パルスに応じてＤＣ出力電流を供給するように構成される出力インダクタと、
前記磁束シャトルループを作動させるように構成され、かつ前記ＤＣ出力電流の振幅に基づいて前記磁束シャトルループを自動的に作動解除および再作動させるようにさらに構成される磁束導入システムと、を備えるジョセフソン電流源システム。
（付記４）
前記磁束導入システムは、
前記磁束導入システムに誘導結合される導入トランスを含み、
前記導入トランスは、ＤＣ導入信号に基づいて導入電流を誘導して、前記ＤＣ出力電流が所定の作動閾値以下であることに応答して単一磁束量子（ＳＦＱ）パルスを導入し、かつ前記ＤＣ出力電流が所定の作動解除閾値よりも大きいことに応答して負の単一磁束量子パルスを導入するように構成される、付記３に記載のジョセフソン電流源システム。
（付記５）
前記磁束導入システムは、前記複数の段の１つの一部を形成し、前記ＤＣ導入信号は、前記複数の段の前記それぞれの１つの磁束に基づいて前記所定の作動閾値と所定の作動解除閾値との両方を規定する所定の振幅を有する、付記４に記載のジョセフソン電流源システム。
（付記６）
前記磁束導入システムは、
前記磁束導入システムに誘導結合されるフィードバックトランスをさらに含み、
前記フィードバックトランスは、前記ＤＣ出力電流に基づいてフィードバック電流を誘導するように構成され、
前記フィードバック電流は、前記導入電流とは反対の電流方向を有して、前記導入電流の振幅に対する前記フィードバック電流の振幅に基づいて前記磁束シャトルループを自動的に作動解除および再作動させる、付記４に記載のジョセフソン電流源システム。

Claims

ジョセフソン電流源システムであって、
直列のループに配置された複数の段を含む磁束シャトルループであって、前記複数の段のそれぞれは、少なくとも１つのジョセフソン接合を含み、前記磁束シャトルループは、作動された場合、誘導結合されたＡＣクロック信号に応答して、前記磁束シャトルループのまわりの前記複数の段のそれぞれにおける前記少なくとも１つのジョセフソン接合を順次トリガして、出力インダクタを介して供給されるＤＣ出力電流を生成するように構成される、前記磁束シャトルループと、
前記磁束シャトルループを作動させるように構成された磁束導入システムであって、前記ＤＣ出力電流の振幅が所定の作動解除閾値まで増加したことに応答して、前記磁束シャトルループを自動的に作動解除させるようにさらに構成される前記磁束導入システムと、を備えるジョセフソン電流源システム。
前記磁束導入システムは、前記ＤＣ出力電流の振幅が所定の作動閾値まで減少したことに応答して、前記磁束シャトルループを自動的に再作動させるようにさらに構成される、請求項１に記載のジョセフソン電流源システム。
前記複数の段の少なくとも１つにそれぞれ結合され、かつ前記複数の段のそれぞれにおける前記ジョセフソン接合の順次トリガに関連する電圧パルスを受け取るようにそれぞれ構成される複数の蓄積インダクタと、
前記複数の蓄積インダクタのそれぞれに結合され、かつ前記複数の蓄積インダクタのそれぞれを介して供給された前記電圧パルスに応答して前記ＤＣ出力電流を供給するように構成される出力インダクタと、をさらに備える請求項１に記載のジョセフソン電流源システム。
前記磁束導入システムは、前記磁束導入システムに誘導結合される導入トランスを含み、
前記導入トランスは、ＤＣ導入信号に基づいて導入電流を誘導して、前記ＤＣ出力電流が所定の作動閾値以下であることに応答して単一磁束量子（ＳＦＱ）パルスを導入し、かつ前記ＤＣ出力電流が前記所定の作動解除閾値よりも大きいことに応答して負の単一磁束量子パルスを導入するように構成される、請求項１に記載のジョセフソン電流源システム。
前記磁束導入システムは、前記複数の段の１つの一部を形成し、
前記ＤＣ導入信号は、前記複数の段の対応する段の磁束に基づいて前記所定の作動閾値と前記所定の作動解除閾値との両方を規定する所定の振幅を有する、請求項４に記載のジョセフソン電流源システム。
前記磁束導入システムは、前記磁束導入システムに誘導結合されるフィードバックトランスをさらに含み、
前記フィードバックトランスは、前記ＤＣ出力電流に基づいてフィードバック電流を誘導するように構成され、
前記フィードバック電流は、前記導入電流とは反対の電流方向を有して、前記導入電流の振幅に対する前記フィードバック電流の振幅に基づいて前記磁束シャトルループを自動的に作動解除および再作動させる、請求項４に記載のジョセフソン電流源システム。
前記ＡＣクロック信号は、同相成分と直交位相成分とを含み、
前記同相成分と前記直交位相成分とは、約９０°位相がずれている、請求項１に記載のジョセフソン電流源システム。
前記複数の段は、順次直列のループに配置された第１の段と、第２の段と、第３の段と、第４の段とを含み、
前記第１の段および前記第３の段は、第１のクロックトランスに結合され、かつ前記第２の段および前記第４の段は、第２のクロックトランスに結合され、
前記第１のクロックトランスは、前記ＡＣクロック信号の前記同相成分を伝播させるように構成された一次インダクタを含み、かつ前記第２のクロックトランスは、前記ＡＣクロック信号の前記直交位相成分を伝播させるように構成された一次インダクタを含む、請求項７に記載のジョセフソン電流源システム。
前記磁束シャトルループの作動中、前記第１の段は、前記ＡＣクロック信号の前記同相成分の第１の位相に応じて、対応する少なくとも１つのジョセフソン接合のトリガに基づいて前記第２の段に単一磁束量子（ＳＦＱ）パルスを伝播させるように構成され、前記第２の段は、前記ＡＣクロック信号の前記直交位相成分の第１の位相に応じて、対応する少なくとも１つのジョセフソン接合のトリガに基づいて前記第３の段に前記単一磁束量子パルスを伝播させるように構成され、前記第３の段は、前記第１の位相とは反対である、前記ＡＣクロック信号の前記同相成分の第２の位相に応じて、対応する少なくとも１つのジョセフソン接合のトリガに基づいて前記第４の段に前記単一磁束量子パルスを伝播させるように構成され、かつ前記第４の段は、前記第１の位相とは反対である、前記ＡＣクロック信号の前記直交位相成分の第２の位相に応じて、対応する少なくとも１つのジョセフソン接合のトリガに基づいて前記第１の段に前記単一磁束量子パルスを伝播させるように構成される、請求項８に記載のジョセフソン電流源システム。
前記第１のクロックトランスは、前記第１の段および前記第３の段と共に第１のループに配置される二次インダクタを含み、
前記第２のクロックトランスは、前記第２の段および前記第４の段と共に第２のループに配置される二次インダクタを含み、
前記ジョセフソン電流源システムは、
前記ＤＣ出力電流を供給するように構成された出力インダクタと、
前記単一磁束量子パルスが前記第１の段および前記第３の段の各々を介して伝播するときに、前記出力インダクタと前記第１のループとを相互接続して前記出力インダクタに電圧パルスを供給する第１の蓄積インダクタと、
前記単一磁束量子パルスが前記第２の段および前記第４の段の各々を介して伝播するときに、前記出力インダクタと前記第２のループとを相互接続して前記出力インダクタに電圧パルスを供給する第２の蓄積インダクタと、をさらに備える、請求項９に記載のジョセフソン電流源システム。
ＤＣ出力電流を生成するための方法であって、
クロックトランスの一次インダクタを介してＡＣクロック信号を供給するステップであって、前記クロックトランスは、磁束シャトルループの複数の段の少なくとも２つと共にループに配置された二次インダクタを含み、前記複数の段は、順次直列のループに配置される、前記ＡＣクロック信号を供給するステップと、
前記複数の段の１つにおいて単一磁束量子（ＳＦＱ）パルスを生成するために磁束導入システムにＤＣ導入信号を供給するステップであって、前記単一磁束量子パルスは、前記複数の段のそれぞれにおけるジョセフソン接合の順次トリガに基づいて、前記複数の段を介して伝播されて出力インダクタにおいて電圧パルスを生成して前記ＤＣ出力電流を生成し、前記磁束導入システムは、前記ＤＣ導入信号の振幅に対する前記ＤＣ出力電流の振幅に基づいて前記磁束シャトルループを自動的に作動解除および再作動させるように構成される、前記ＤＣ導入信号を供給するステップと、を備える方法。
前記磁束シャトルループの自動的な再作動および作動解除のそれぞれのための前記ＤＣ出力電流の振幅に関連する作動閾値および作動解除閾値の少なくとも１つを設定するために、前記ＤＣ導入信号の振幅を設定するステップをさらに備える請求項１１に記載の方法。
前記磁束シャトルループは、
前記複数の段の少なくとも１つにそれぞれ結合され、かつ前記複数の段のそれぞれにおける前記ジョセフソン接合の順次トリガに関連する電圧パルスを受け取るようにそれぞれ構成される複数の蓄積インダクタと、
前記複数の蓄積インダクタのそれぞれに結合され、かつ前記複数の蓄積インダクタのそれぞれを介して供給された前記電圧パルスに応じて前記ＤＣ出力電流を供給するように構成される出力インダクタと、をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
前記ＤＣ導入信号を供給するステップは、
前記磁束導入システムに誘導結合される導入トランスの一次インダクタに前記ＤＣ導入信号を供給するステップであって、前記導入トランスは、前記ＤＣ導入信号に基づいて導入電流を誘導して、前記ＤＣ出力電流が所定の作動閾値以下であることに応答して前記磁束シャトルループに前記単一磁束量子パルスを導入し、かつ前記ＤＣ出力電流が前記所定の作動解除閾値よりも大きいことに応答して負の単一磁束量子パルスを導入するように構成される、前記ＤＣ導入信号を供給するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
前記磁束導入システムは、前記磁束導入システムに誘導結合されるフィードバックトランスをさらに含み、
前記フィードバックトランスは、前記ＤＣ出力電流に基づいてフィードバック電流を誘導するように構成され、
前記フィードバック電流は、前記導入電流とは反対の電流方向を有して、前記導入電流の振幅に対する前記フィードバック電流の振幅に基づいて前記磁束シャトルループを自動的に作動解除および再作動させる、請求項１４に記載の方法。
前記複数の段は、順次直列のループに配置された第１の段と、第２の段と、第３の段と、第４の段とを含み、
前記ＡＣクロック信号を供給するステップは、
前記ＡＣクロック信号の同相成分および直交位相成分のそれぞれを供給するステップを含み、
前記同相成分と前記直交位相成分とは、約９０°位相がずれていて、前記単一磁束量子パルスを、前記ＡＣクロック信号の各四分の一周期において前記第１の段、前記第２の段、前記第３の段、および前記第４の段のうちの対応する段を介して伝播させる、請求項１１に記載の方法。
ジョセフソン電流源システムであって、
直列のループに配置された第１の段と、第２の段と、第３の段と、第４の段とを含む磁束シャトルループであって、前記第１の段、前記第２の段、前記第３の段、および前記第４の段のそれぞれは、少なくとも１つのジョセフソン接合を含み、前記磁束シャトルループは、作動された場合、約９０°位相がずれている同相成分および直交位相成分を含む誘導結合されたＡＣクロック信号に応じて、前記磁束シャトルループのまわりの前記第１の段、前記第２の段、前記第３の段、および前記第４の段のそれぞれにおける前記少なくとも１つのジョセフソン接合を順次トリガするように構成される、前記磁束シャトルループと、
前記第１の段および前記第３の段に関連し、かつ前記第１の段および前記第３の段のそれぞれにおける前記少なくとも１つのジョセフソン接合の順次トリガに関連する電圧パルスを受け取るように構成される第１の蓄積インダクタと、
前記第２の段および前記第４の段に関連し、かつ前記第２の段および前記第４の段のそれぞれにおける前記ジョセフソン接合の順次トリガに関連する電圧パルスを受けるように構成される第２の蓄積インダクタと、
前記第１の蓄積インダクタおよび前記第２の蓄積インダクタのそれぞれに結合され、かつ前記第１の蓄積インダクタおよび前記第２の蓄積インダクタのそれぞれを介して供給された前記電圧パルスに応じてＤＣ出力電流を供給するように構成される出力インダクタと、
前記磁束シャトルループを作動させるように構成され、かつ前記ＤＣ出力電流の振幅に基づいて前記磁束シャトルループを自動的に作動解除および再作動させるようにさらに構成される磁束導入システムと、を備えるジョセフソン電流源システム。
前記磁束導入システムは、
前記磁束導入システムに誘導結合される導入トランスを含み、
前記導入トランスは、ＤＣ導入信号に基づいて導入電流を誘導して、前記ＤＣ出力電流が所定の作動閾値以下であることに応答して単一磁束量子（ＳＦＱ）パルスを導入し、かつ前記ＤＣ出力電流が所定の作動解除閾値よりも大きいことに応答して負の単一磁束量子パルスを導入するように構成される、請求項１７に記載のジョセフソン電流源システム。
前記磁束導入システムは、前記複数の段の１つの一部を形成し、前記ＤＣ導入信号は、前記複数の段の前記それぞれの１つの磁束に基づいて前記所定の作動閾値と所定の作動解除閾値との両方を規定する所定の振幅を有する、請求項１８に記載のジョセフソン電流源システム。
前記磁束導入システムは、
前記磁束導入システムに誘導結合されるフィードバックトランスをさらに含み、
前記フィードバックトランスは、前記ＤＣ出力電流に基づいてフィードバック電流を誘導するように構成され、
前記フィードバック電流は、前記導入電流とは反対の電流方向を有して、前記導入電流の振幅に対する前記フィードバック電流の振幅に基づいて前記磁束シャトルループを自動的に作動解除および再作動させる、請求項１８に記載のジョセフソン電流源システム。