JP2022508812A

JP2022508812A - 超伝導伝送線ドライバシステム

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Publication number: JP2022508812A
Application number: JP2021546186A
Authority: JP
Inventors: ワイ．ハー、アナ; エム．バーネット、ランドール; ディ．イーガン、ジョナサン
Original assignee: Northrop Grumman Systems Corp
Current assignee: Northrop Grumman Systems Corp
Priority date: 2018-11-13
Filing date: 2019-10-07
Publication date: 2022-01-19
Anticipated expiration: 2039-10-07
Also published as: JP7193654B2; KR20210071069A; CA3115670C; KR102582329B1; WO2020101820A1; US10587245B1; CA3115670A1; EP3881432A1

Abstract

一例は、超伝導伝送線ドライバシステムを含む。システムは、入力パルスを受信するように構成された入力段と、ＡＣバイアス電流を供給するように構成されたＡＣバイアス電流源とを含む。また、システムは、入力段に結合され、かつＡＣバイアス電流に応答して入力パルスに基づいて複数の連続ＳＦＱパルスを生成するように構成された増幅器を含む。システムは、複数の連続ＳＦＱパルスをフィルタリングして、伝送線に出力される増幅出力パルスを生成するように構成されたローパスフィルタをさらに含む。

Description

本開示は、概して、古典的および量子コンピューティングシステム、より詳細には、超伝導伝送線ドライバシステムに関する。

超伝導デジタル技術は、前例のない高速、低消費電力、および低動作温度の点で利点のあるコンピューティングおよび／または通信リソースを提供してきた。量子コンピュータシステムは、典型的には、データを通信するために、単一磁束量子（ＳＦＱ：ｓｉｎｇｌｅｆｌｕｘｑｕａｎｔｕｍ）パルスまたはレシプロカル量子論理（ＲＱＬ：ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌｑｕａｎｔｕｍｌｏｇｉｃ）パルスなどの非常に低い振幅の電圧パルスを実現する。そのような非常に低い振幅の電圧パルスは、実質的に全ての論理機能および／または異なる論理ゲート間および／または所与の量子コンピュータシステムの異なる一部間のデータの通信のために用いられる。一例として、量子コンピュータシステムは、冷空間（例えば、超伝導が発生する空間）と古典的な計算機能が実行される非冷空間との間でコンピュータシステムの一部を結合するインタフェースを含むことができる。加えて、相互接続は長い伝送線に沿って延在し得るため、信号の減衰が非常に低い振幅の電圧パルスに関して問題になり得る。

一例は、超伝導伝送線ドライバシステムを含む。システムは、入力パルスを受信するように構成された入力段と、ＡＣバイアス電流を供給するように構成されたＡＣバイアス電流源とを含む。また、システムは、入力段に結合され、かつＡＣバイアス電流に応答して入力パルスに基づいて複数の連続単一磁束量子（ＳＦＱ）パルスを生成するように構成された増幅器を含む。システムは、複数の連続ＳＦＱパルスをフィルタリングして、伝送線に出力される増幅出力パルスを生成するように構成されたローパスフィルタをさらに含む。

別の例は、増幅出力パルスを伝送線に供給するための方法を含む。方法は、ＡＣ電流を変圧器に供給して、ＡＣバイアス電流を誘導的に供給するステップを含む。方法は、入力段に入力パルスを供給して、入力パルスおよびＡＣバイアス電流によりＳＱＵＩＤに関連付けられた少なくとも１つの非分路（ｕｎｓｈｕｎｔｅｄ）ジョセフソン接合をトリガするステップをも含む。少なくとも１つの非分路ジョセフソン接合は、トリガされることに応答して複数の連続ＳＦＱパルスを生成するように構成することができる。複数の連続ＳＦＱパルスは、ローパスフィルタによりフィルタリングされて、ローパスフィルタを介して伝送線上に供給される増幅出力パルスが生成される。

別の例は、超伝導伝送線ドライバシステムを含む。システムは、レシプロカル量子論理（ＲＱＬ）パルスを受信するように構成された入力段と、ＲＱＬクロック信号に基づいてＡＣバイアス電流を誘導的に供給するように構成されたＡＣバイアス電流源とを含む。また、システムは、入力段に結合され、かつＡＣバイアス電流の正の部分において入力パルスに応答して複数の正の連続ＳＦＱパルスを生成し、ＡＣバイアス電流の負の部分において複数の負の磁束量子パルスを生成するように構成されたＳＱＵＩＤを含む。システムは、複数の正の連続ＳＦＱパルスをフィルタリングして、伝送線に出力される正の増幅出力パルスを生成し、複数の負の連続ＳＦＱパルスをフィルタリングして、伝送線に出力される負の増幅出力パルスを生成するように構成されたローパスフィルタをさらに含む。

一例の超伝導伝送線ドライバシステムを示す図。一例の超伝導伝送線ドライバ回路を示す図。別例の超伝導伝送線ドライバ回路を示す図。さらに別例の超伝導伝送線ドライバ回路を示す図。一例の増幅出力パルスを伝送線に供給する方法を示す図。

本開示は、概して、古典的および量子コンピューティングシステム、より詳細には、超伝導伝送線ドライバシステムに関する。超伝導伝送線ドライバシステムは、超伝導伝送線ドライバシステムの活性化を開始するために、単一磁束量子（ＳＦＱ）パルスまたはレシプロカル量子論理（ＲＱＬ）パルスなどのトリガパルスを受信するように構成された入力段を含むことができる。一例として、トリガパルスは、受信デバイスに対して信号減衰を軽減するようにデータパルスを伝搬するように構成された伝送線（例えば、約２５オームの伝送線）にわたって通信されることを意図したデータパルスに対応することができる。超伝導伝送線ドライバシステムは、ＡＣバイアス電流を生成するように構成されたＡＣバイアス電流源をも含むことができる。一例として、ＡＣバイアス電流源は、ＲＱＬクロック信号などのＡＣ信号を一次巻線に伝搬して、二次巻線を介してＡＣバイアス電流を誘導的に供給するように構成された変圧器として構成することができる。

超伝導伝送線ドライバシステムは、入力段に結合され、かつトリガパルスに基づいて複数の連続磁束パルスを生成するように構成された増幅器をも含む。一例として、増幅器は、超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）として構成することができる。ＳＱＵＩＤは、ＡＣバイアス電流およびトリガパルスに応答して活性化されて、複数の連続ＳＦＱパルスを生成するように構成された少なくとも１つのジョセフソン接合を含む。例えば、ジョセフソン接合（単数または複数）は非分路されて、非常に高い周波数（例えば、約２５０ＧＨｚ）で実質的に繰り返されるトリガを提供することができる。一例として、入力段は、ジョセフソン接合のコモンモードトリガを提供するために、増幅器に（例えば、ＳＱＵＩＤの一対の非分路ジョセフソン接合の各々に）結合された抵抗を含むことができる。超伝導伝送線ドライバシステムは、増幅器に結合されたローパスフィルタを含むこともでき、連続ＳＦＱパルスをフィルタリングして、伝送線上に供給される単一の増幅出力パルスを生成することができるようになっている。超伝導伝送線ドライバシステムはＡＣバイアス電流を用いるため、ＡＣバイアス電流の負の部分を用いて、例えば、ＳＱＵＩＤの非分路ジョセフソン接合（単数または複数）をリセットして、ローパスフィルタを介して伝送線上に負の増幅出力パルスを供給することができる。

図１は、一例の超伝導伝送線ドライバシステム１０を示す。超伝導伝送線ドライバシステム１０は、伝送線を介してデータを提供するために、様々な量子コンピューティングの用途のうちの任意の用途で実施することができる。結果として、量子データパルス（例えば、ＳＦＱパルスまたはＲＱＬパルス）は、受信器デバイスにおいて使用不可能な振幅に減衰することなく、長い伝送線にわたって供給することができる。

超伝導伝送線ドライバシステム１０は、図１の例において信号ＰＬＳ_ＩＮとして示されているトリガパルスを受信するように構成された入力段１２を含む。一例として、トリガパルスＰＬＳ_ＩＮは、量子コンピューティング環境においてデータを搬送する単一磁束量子（ＳＦＱ）パルスまたはレシプロカル量子論理（ＲＱＬ）パルスとして供給することができる。一例として、入力段１２は、一連の他のＪＴＬなどからのトリガパルスＰＬＳ_ＩＮを伝搬するためのジョセフソン伝送線（ＪＴＬ）を含むことができる。さらに、入力段１２は、トリガパルスＰＬＳ_ＩＮに応答してトリガするように構成されたジョセフソン接合を含むことができる。超伝導伝送線ドライバシステム１０は、ＡＣバイアス電流を生成するように構成されたＡＣバイアス電流源１４をも含む。一例として、ＡＣバイアス電流源１４は、図１の例において信号ＡＣとして示されるＡＣ信号を一次巻線において伝搬して、二次巻線を介してＡＣバイアス電流を誘導的に供給するように構成された変圧器として構成することができる。例えば、信号ＡＣは、ＲＱＬクロック信号（例えば、同相成分、直交位相成分、またはそれらの組み合わせ）に対応することができる。

超伝導伝送線ドライバシステム１０は、入力段１２に結合され、かつトリガパルスＰＬＳ_ＩＮを複数の連続磁束パルスを供給するなどの方法で増幅するように構成された増幅器１６をも含む。一例として、増幅器１６は、ＡＣバイアス電流およびトリガパルスＰＬＳ_ＩＮに応答して活性化されて複数の連続ＳＦＱパルスを生成するように構成された少なくとも１つのジョセフソン接合を含む超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）として構成することができる。例えば、ジョセフソン接合（単数または複数）は、非常に高い周波数（例えば、６０ＧＨｚ）で実質的に繰り返されるトリガを提供するために非分路とすることができる。一例として、入力段１２は、ジョセフソン接合のコモンモードトリガを提供するために、増幅器１６（ＳＱＵＩＤの一対の非分路ジョセフソン接合の各々など）に結合された抵抗を含むことができる。

超伝導伝送線ドライバシステム１０は、増幅器１６に結合されたローパスフィルタ（ＬＰＦ）１８をも含む。ＬＰＦ１８は、例えば、増幅器１６と伝送線とを相互接続するＬＣフィルタとして配置することができる。ＬＰＦ１８は、増幅器１６によって生成された連続ＳＦＱパルスをフィルタリングして、図１の例においてＰＬＳ_ＯＵＴとして示されている単一の増幅出力パルスを生成するように構成されている。例えば、ＬＰＦ１８は、連続磁束パルスを集めて（ａｇｇｒｅｇａｔｅ）、単一の増幅出力パルスＰＬＳ_ＯＵＴを生成するように構成されている。従って、増幅出力パルスは、出力において伝送線上に供給することができる。例えば、伝送線は、十分な信号振幅を維持するために、増幅出力パルスＰＬＳ_ＯＵＴを長さに沿って伝搬する２５オームの伝送線とすることができる。従って、増幅出力パルスＰＬＳ_ＯＵＴの完全性は、受信器デバイスで受信されるべく、伝送線のかなりの長さにわたって維持することができる。

一例として、超伝導伝送線ドライバシステム１０は、ＲＱＬ量子コンピュータシステムで動作するように構成することができる。例えば、ＲＱＬパルスとして供給されるトリガパルスＰＬＳ_ＩＮに応答して、ＲＱＬトリガパルスＰＬＳ_ＩＮの正のフラクソンは、ＡＣバイアス電流の正の部分とともに増幅器１６を活性化することができる。従って、ＡＣバイアス電流の正の部分の間、増幅器１６は、正の増幅出力パルスを供給するためにＬＰＦ１８によりフィルタリングされる正の磁束パルスとして連続磁束パルスを供給することができる。ＡＣバイアス電流の負の部分の間、増幅器１６は、増幅器１６に対応するＳＱＵＩＤの非分路ジョセフソン接合をリセットすること（例えば、ゼロエネルギー状態への復帰）に対応するなどして、負の連続磁束パルスを生成することができる。従って、負の磁束パルスは、負の増幅出力パルスを生成するために、ＬＰＦ１８によってフィルタリングされる。従って、超伝導伝送線ドライバシステム１０は、伝送線にわたってＲＱＬパルスを伝搬することができる。

図２は、超伝導伝送線ドライバ回路５０の例を示す。超伝導伝送線ドライバ回路５０は、図１の例における超伝導伝送線ドライバシステム１０に対応することができる。従って、以下の図２の例では、図１の例が参照される。

超伝導伝送線ドライバ回路５０は、図２の例において信号ＰＬＳ_ＩＮとして示されるトリガパルスを受信するように構成された入力段５２を含む。一例として、トリガパルスＰＬＳ_ＩＮは、量子コンピューティング環境においてデータを搬送するＳＦＱパルスまたはＲＱＬパルスとして供給することができる。図２の例では、入力段５２は、一連の他のＪＴＬなどからのトリガパルスＰＬＳ_ＩＮを伝搬するためのＪＴＬ５３を含む。さらに、入力段５２は、トリガパルスＰＬＳ_ＩＮに応答してトリガするように構成されたジョセフソン接合Ｊ_１を含む。一例として、ジョセフソン接合Ｊ_１は、非分路ジョセフソン接合として配置することができる。入力段５２は、ノード５４およびノード５６に結合された抵抗Ｒ_１をさらに含む。例えば、抵抗Ｒ_１は、ジョセフソン接合Ｊ_１に対して分路（ｓｈｕｎｔｉｎｇ）を提供するように構成することができる。

超伝導伝送線ドライバ回路５０は、入力段５２に結合されたＳＱＵＩＤ５８をも含む。ＳＱＵＩＤ５８は、ノード５４および５６にそれぞれ結合された第１のジョセフソン接合Ｊ_２および第２のジョセフソン接合Ｊ_３を含み、ノード５４および５６はＳＱＵＩＤ５８の一部を形成するようになっている。図２の例では、ジョセフソン接合Ｊ_２およびＪ_３は、非分路ジョセフソン接合として構成することができる。ＳＱＵＩＤ５８は、ジョセフソン接合Ｊ_２およびＪ_３にそれぞれ結合され、かつノード６０によって分離された一対のインダクタＬ_１およびＬ_２をも含む。インダクタＬ_１およびＬ_２は一対のインダクタとして示されているが、インダクタＬ_１およびＬ_２は、本明細書でより詳細に説明するように、ノード６０の代わりに略中央に接続部を有する単一のインダクタとして配置することができることを理解されたい。

超伝導伝送線ドライバ回路５０は、図２の例において変圧器Ｔ_１として示されているＡＣバイアス電流源６２をも含む。変圧器Ｔ_１は、ＡＣ信号ＡＣが供給される一次巻線Ｌ_３を含み、かつ二次巻線Ｌ_４を含む。一例として、ＡＣ信号ＡＣは、ＲＱＬクロック信号の同相成分、直交位相成分、またはそれらの組み合わせとすることができる。従って、変圧器Ｔ_１は、二次巻線Ｌ_４を介してＡＣバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳを誘導的に供給することができる。ＡＣバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳは、ＳＱＵＩＤ５８のジョセフソン接合Ｊ_２およびＪ_３をバイアスするためにノード６０に供給される。従って、トリガパルスＰＬＳ_ＩＮに応答して、ジョセフソン接合Ｊ_１がトリガすることができ、これにより、ジョセフソン接合Ｊ_２およびＪ_３が活性化して、ＡＣバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳの正の部分に応答して（例えば、ＡＣバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳの正の部分の間に）、同様にトリガすることができる。

一例として、ジョセフソン接合Ｊ_２およびＪ_３のトリガにより、ジョセフソン接合Ｊ_２およびＪ_３が電圧状態で活性化する。その結果、ジョセフソン接合Ｊ_２およびＪ_３は、連続的にかつ繰り返しトリガして超伝導相を増加させることができる。抵抗Ｒ_１は、ジョセフソン接合Ｊ_２およびＪ_３に結合されるように配置されているため、ジョセフソン接合Ｊ_２およびＪ_３の繰り返しトリガは、ジョセフソン接合Ｊ_２およびＪ_３が実質的に同時に繰り返しトリガするように、コモンモード方式で行うことができる。ジョセフソン接合Ｊ_２およびＪ_３の繰り返しトリガは、非常に高い周波数（例えば、約６０ＧＨｚ）で行うことができ、従って、非常に高い周波数で個々の連続磁束パルスを生成することができる。このようにして、連続磁束パルスがノード６０に供給される。

超伝導伝送線ドライバ回路５０は、ノード６０を介してＳＱＵＩＤ５８に結合されたＬＰＦ６４を含む。図２の例では、ＬＰＦ６４は、ノード６０と伝送線６６（例えば、約２５オームの伝送線）とを相互接続するインダクタＬ_５を含み、かつインダクタＬ_５と低電圧レール（例えば、グランド）とを相互接続するコンデンサＣ_１を含むＬＣフィルタとして示されている。ＬＰＦ６４は、ＳＱＵＩＤ５８によって生成され、かつノード６０に供給される連続ＳＦＱパルスをフィルタリングして、図２の例においてＰＬＳ_ＯＵＴとして示される単一の増幅出力パルスを生成するように構成されている。例えば、ＬＰＦ６４は、連続磁束パルスを集めて、単一の増幅出力パルスＰＬＳ_ＯＵＴを生成するように構成されている。従って、増幅出力パルスは、増幅出力パルスＰＬＳ_ＯＵＴを長さに沿って伝搬して、十分な信号振幅を維持するように伝送線６６上に供給することができる。従って、増幅出力パルスＰＬＳ_ＯＵＴの完全性は、受信器デバイスで受信されるべく、伝送線６６のかなりの長さにわたって維持することができる。

ＡＣバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳの負の部分の間、ジョセフソン接合Ｊ_２およびＪ_３はリセットされる。例えば、ジョセフソン接合Ｊ_２およびＪ_３は非分路であるため、ジョセフソン接合Ｊ_２およびＪ_３は自身をリセットしない。従って、ＡＣバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳの負の振幅は、非分路ジョセフソン接合Ｊ_２およびＪ_３のトリガ解除を開始させて、ジョセフソン接合Ｊ_２およびＪ_３がゼロの超伝導相状態に戻るようにすることができる。ジョセフソン接合Ｊ_２およびＪ_３のトリガが解除されるたびに、ジョセフソン接合Ｊ_２およびＪ_３は負のフラクソンを生成する。従って、ＡＣバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳの負の部分の間に、ジョセフソン接合Ｊ_２およびＪ_３は、ノード６０に供給される複数の負の連続パルスを生成する。結果として、ＡＣバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳの正の部分に関して前述したのと同様に、ＬＰＦ６４は、負の連続磁束パルスをフィルタリングして、単一の負の増幅出力パルスとして出力パルスＰＬＳ_ＯＵＴを生成することができる。従って、負の増幅出力パルスＰＬＳ_ＯＵＴは、同様に伝送線６６上に供給される。このように、リセットされるジョセフソン接合Ｊ_２およびＪ_３は、次のサイクル（例えば、ＡＣバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳの次の正の部分）で活性化が可能となるように初期化される。従って、ジョセフソン接合Ｊ_２およびＪ_３をリセットすることに加えて、ＡＣバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳの負の部分は、ＲＱＬコンピューティング環境などにおいて、負の増幅出力パルスＰＬＳ_ＯＵＴを供給することができる。

図３は、一例の超伝導伝送線ドライバ回路１００を示す。超伝導伝送線ドライバ回路１００は、図１の例における超伝導伝送線ドライバシステム１０に対応することができる。従って、以下の図３の例では、図１の例が参照される。

超伝導伝送線ドライバ回路１００は、図２の例における超伝導伝送線ドライバ回路５０と同様に構成されている。図３の例では、超伝導伝送線ドライバ回路１００は、ＳＦＱパルスまたはＲＱＬとして供給することができるトリガパルスＰＬＳ_ＩＮを受信するように構成された入力段１０２を含む。入力段１０２は、一連の他のＪＴＬなどからのトリガパルスＰＬＳ_ＩＮを伝搬するためのＪＴＬ１０３と、トリガパルスＰＬＳ_ＩＮに応答してトリガするように構成されたジョセフソン接合Ｊ_１とを含む。一例として、ジョセフソン接合Ｊ_１は、非分路ジョセフソン接合として配置することができる。入力段１０２は、ノード１０４およびノード１０６に結合され、かつジョセフソン接合Ｊ_１に対して分路を提供することができる抵抗Ｒ_１をさらに含む。

超伝導伝送線ドライバ回路１００は、入力段１０２に結合されたＳＱＵＩＤ１０８をも含む。ＳＱＵＩＤ１０８は、ノード１０４および１０６にそれぞれ結合された第１のジョセフソン接合Ｊ_２および第２のジョセフソン接合Ｊ_３を含み、ノード１０４および１０６はＳＱＵＩＤ１０８の一部を形成するようになっている。図３の例では、ジョセフソン接合Ｊ_２およびＪ_３は、非分路ジョセフソン接合として構成することができる。ＳＱＵＩＤ１０８は、ジョセフソン接合Ｊ_２およびＪ_３にそれぞれ結合され、かつノード１１０によって分離された一対のインダクタＬ_１およびＬ_２をも含み、インダクタＬ_１およびＬ_２は、代替的に、ノード１１０の代わりに略中央に接続部を有する単一のインダクタとして配置することができる。

超伝導伝送線ドライバ回路１００は、図３の例において変圧器Ｔ_１として示されているＡＣバイアス電流源１１２をも含む。変圧器Ｔ_１は、ＲＱＬクロック信号に対応することができるＡＣ信号ＡＣが供給される一次巻線Ｌ_３を含み、かつ二次巻線Ｌ_４を含む。さらに、超伝導伝送線ドライバ回路１００は、ＡＣバイアス電流源１１２とＳＱＵＩＤ１０８とを相互接続する抵抗Ｒ_２を介して分路されるジョセフソン接合Ｊ_４を含む。従って、変圧器Ｔ_１は、二次巻線Ｌ_４からジョセフソン接合Ｊ_４を介してＡＣバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳを誘導的に供給することができる。ＡＣバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳは、ＳＱＵＩＤ１０８のジョセフソン接合Ｊ_２およびＪ_３をバイアスするためにノード１１０に供給される。従って、トリガパルスＰＬＳ_ＩＮに応答して、ジョセフソン接合Ｊ_１がトリガすることができ、これにより、ジョセフソン接合Ｊ_２およびＪ_３が活性化して、ＡＣバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳの正の部分に応答して（例えば、ＡＣバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳの正の部分の間に）、同様にトリガすることができる。

超伝導伝送線ドライバ回路１００は、ノード１１０を介してＳＱＵＩＤ１０８に結合されたＬＰＦ１１４をも含む。図３の例では、ＬＰＦ１１４は、ノード１１０と伝送線１１６（例えば、約２５オームの伝送線）とを相互接続するインダクタＬ_５を含み、かつインダクタＬ_５と低電圧レール（例えば、グランド）とを相互接続するコンデンサＣ_１を含むＬＣフィルタとして示されている。ＬＰＦ１１４は、図２の例に関して以前に説明したのと同様に、ＳＱＵＩＤ１０８によって生成され、かつノード１１０に供給される連続ＳＦＱパルスをフィルタリングして、図３の例においてＰＬＳ_ＯＵＴとして示される単一の増幅出力パルスを生成するように構成される。出力パルスＰＬＳ_ＯＵＴは、図２の例において以前に説明したのと同様に、ＡＣバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳの個々の正の部分および負の部分で正パルスまたは負パルスとなることができる。

図３の例では、ジョセフソン接合Ｊ_４は、ＡＣバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳの電流クランプを行うように構成することができる。例えば、ジョセフソン接合Ｊ_２およびＪ_３は、ＡＣバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳの実質的なピーク振幅において、トリガパルスＰＬＳに応答して（例えば、ジョセフソン接合Ｊ_１のトリガに応答して）トリガするように調整された臨界電流を有するように作成することができる。しかしながら、様々な要因がＡＣバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳの振幅の変動をもたらす可能性があり、その結果、ＡＣバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳが、ジョセフソン接合Ｊ_２およびＪ_３の一方または両方の活性化を誤って引き起こす可能性がある。その結果、ジョセフソン接合Ｊ_２およびＪ_３は、電圧状態で不所望にラッチして、ＬＰＦ１１４を介して増幅出力パルスＰＬＳ_ＯＵＴを伝送線１１６にわたって供給する可能性がある。しかしながら、ジョセフソン接合Ｊ_４は、ジョセフソン接合Ｊ_２およびＪ_３の臨界電流よりも小さい臨界電流により調整することができる。結果として、ジョセフソン接合Ｊ_４は、ＡＣバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳの所定の振幅に応答してトリガすることができ、従って、ＡＣバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳの振幅を、ジョセフソン接合Ｊ_４のトリガをもたらす所定の振幅にクランプすることができる。結果として、トリガパルスＰＬＳ_ＩＮがない場合などに、ジョセフソン接合Ｊ_２およびＪ_３のスプリアストリガが発生するのを軽減するようにＡＣバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳが所定の振幅に制限される。

図４は、一例の超伝導伝送線ドライバ回路１５０を示す。超伝導伝送線ドライバ回路１５０は、図１の例における超伝導伝送線ドライバシステム１０に対応することができる。従って、以下の図４の例では、図１の例が参照される。

超伝導伝送線ドライバ回路１５０は、図２の例における超伝導伝送線ドライバ回路５０と同様に構成されている。図４の例では、超伝導伝送線ドライバ回路１５０は、ＳＦＱパルスまたはＲＱＬとして供給することができるトリガパルスＰＬＳ_ＩＮを受信するように構成された入力段１５２を含む。入力段１５２は、一連の他のＪＴＬなどからのトリガパルスＰＬＳ_ＩＮを伝搬するためのＪＴＬ１５３と、トリガパルスＰＬＳ_ＩＮに応答してトリガするように構成されたジョセフソン接合Ｊ_１とを含む。一例として、ジョセフソン接合Ｊ_１は、非分路ジョセフソン接合として配置することができる。入力段１５２は、ノード１５４およびノード１５６に結合され、かつジョセフソン接合Ｊ_１に対して分路を提供することができる抵抗Ｒ_１をさらに含む。

超伝導伝送線ドライバ回路１５０は、入力段１５２に結合された第１のＳＱＵＩＤ１５８をも含む。第１のＳＱＵＩＤ１５８は、ノード１５４および１５６にそれぞれ結合された第１のジョセフソン接合Ｊ_２および第２のジョセフソン接合Ｊ_３を含み、ノード１５４および１５６は第１のＳＱＵＩＤ１５８の一部を形成するようになっている。図４の例では、ジョセフソン接合Ｊ_２およびＪ_３は、非分路ジョセフソン接合として構成することができる。第１のＳＱＵＩＤ１５８には、ジョセフソン接合Ｊ_２およびＪ_３にそれぞれ結合され、かつノード１６０によって分離された一対のインダクタＬ_１およびＬ_２をも含み、インダクタＬ１およびＬ２は、代替的に、ノード１６０の代わりに略中央に接続部を有する単一のインダクタとして配置することができる。

超伝導伝送線ドライバ回路１５０は、図４の例において変圧器Ｔ_１として示されているＡＣバイアス電流源１６２をも含む。変圧器Ｔ_１は、ＲＱＬクロック信号に対応することができるＡＣ信号ＡＣが供給される一次巻線Ｌ_３を含み、かつ二次巻線Ｌ_４を含む。さらに、超伝導伝送線ドライバ回路１５０は、ＡＣバイアス電流源１６２と第１のＳＱＵＩＤ１５８とを相互接続する第２のＳＱＵＩＤ１６４を含む。第２のＳＱＵＩＤ１６４は、ノード１６０にそれぞれ結合された第１のジョセフソン接合Ｊ_５および第２のジョセフソン接合Ｊ_６を含む。図４の例では、ジョセフソン接合Ｊ_５およびＪ_６は、非分路ジョセフソン接合として構成することができる。第２のＳＱＵＩＤ１６４は、一次巻線Ｌ_８およびＬ_９に対してそれぞれ二次巻線として配置された一対のインダクタＬ_６およびＬ_７をも含む。図４の例において信号「ＤＣ」としてラベル付けされたＤＣ電流は、一次巻線Ｌ_８およびＬ_９を介して第２のＳＱＵＩＤ１６４内にＤＣバイアス電流Ｉ_ＤＣを供給して、本明細書でより詳細に説明するように、第２のＳＱＵＩＤ１６４の非対称動作を可能にするために供給される。

従って、変圧器Ｔ_１は、二次巻線Ｌ_４を介してＡＣバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳを誘導的に供給することができる。ＡＣバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳは、ＡＣバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳの正の部分において第１のＳＱＵＩＤ１５８のジョセフソン接合Ｊ_２およびＪ_３にバイアスするためにノード１６０に供給される。従って、トリガパルスＰＬＳ_ＩＮに応答して、ジョセフソン接合Ｊ_１がトリガすることができ、これにより、ジョセフソン接合Ｊ_２およびＪ_３が活性化して、ＡＣバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳの正の部分に応答して（例えば、ＡＣバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳの正の部分の間に）、同様にトリガすることができる。

超伝導伝送線ドライバ回路１５０は、ノード１６０を介して第１のＳＱＵＩＤ１５８に結合されるＬＰＦ１６６をも含む。図４の例では、ＬＰＦ１６６は、ノード１６０と伝送線１６８（例えば、約２５オームの伝送線）とを相互接続するインダクタＬ_５を含み、かつインダクタＬ_５と低電圧レール（例えば、グランド）とを相互接続するコンデンサＣ_１を含むＬＣフィルタとして示されている。ＬＰＦ１６６は、図２の例に関して以前に説明したのと同様に、第１のＳＱＵＩＤ１５８によって生成され、かつノード１６０に供給される連続ＳＦＱパルスをフィルタリングして、図４の例においてＰＬＳ_ＯＵＴとして示される単一の増幅出力パルスを生成するように構成される。

図４の例では、ＡＣバイアス電流源１６２の二次巻線Ｌ_４は、非常に高いインダクタンスを有する可能性がある。さらに、以前に説明したように、第２のＳＱＵＩＤ１６４は非対称に動作することができ、第２のＳＱＵＩＤ１６４は、ＡＣバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳの一方の方向に応答してトリガし、ＡＣバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳの他の方向に応答してトリガしないように構成することができるようになっている。例えば、第２のＳＱＵＩＤ１６４は、トリガすることなく、ＡＣバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳの正の部分を第１のＳＱＵＩＤ１５８に伝導するように構成することができ、かつＡＣバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳの負の部分に応答してジョセフソン接合Ｊ_５およびＪ_６をトリガするように構成することができる。従って、ＡＣバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳの負の部分の間、ジョセフソン接合Ｊ_５およびＪ_６は、電圧状態で繰り返しトリガすることができる。ジョセフソン接合Ｊ_５およびＪ_６の繰り返しトリガに応答して、ジョセフソン接合Ｊ_２およびＪ_３は、ＬＰＦ１６６に繰り返し負の磁束パルスを供給することなく、ゼロの超伝導相状態に戻ってリセットすることができる。ＡＣバイアス電流源１６２の二次巻線Ｌ_４の高いインダクタンスのために、電圧状態のジョセフソン接合Ｊ_５およびＪ_６によって生成される連続磁束パルスがＡＣバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳ上に供給されることから実質的にブロックされ、代わりに、インダクタＬ_８およびＬ_９への誘導結合によりグランドに誘導される。従って、第２のＳＱＵＩＤ１６４は、負の磁束パルスがＬＰＦ１６６に供給されるのをブロックすることができるので、超伝導伝送線ドライバ回路１５０は、正の出力パルスＰＬＳ_ＯＵＴのみを伝送線１６８に供給するように構成することができる。

上記した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よる方法は、図５を参照してよりよく理解されるであろう。説明を簡単にするために、図５の方法は、連続して実行するものとして示され、かつ説明されているが、本発明によれば、いくつかの態様が、本明細書に示され、かつ説明されているものとは異なる順序で、かつ／または他の態様と同時に発生する可能性があるため、本発明は図示された順序に限定されないことが理解され、かつ認識されるべきである。さらに、本発明の態様による方法を実施するために、例示されている全ての特徴が必要とされるとは限らない。

図５は、増幅出力パルス（例えば、出力パルスＰＬＳ_ＯＵＴ）を伝送線（例えば、伝送線６６）に供給する一例の方法２００を示す。２０２において、ＡＣ電流（例えば、ＡＣ電流ＡＣ）が変圧器（例えば、ＡＣバイアス電流源６２）に供給されて、ＡＣバイアス電流（例えば、ＡＣバイアス電流Ｉ_ＢＩＡＳ）を誘導的に供給する。２０４において、入力パルス（例えば、トリガパルスＰＬＳ_ＩＮ）が入力段（例えば、入力段１２）に供給されて、入力パルスおよびＡＣバイアス電流によりＳＱＵＩＤ（例えば、ＳＱＵＩＤ５８）に関連付けられた少なくとも１つの非分路ジョセフソン接合（例えば、ジョセフソン接合Ｊ_２およびＪ_３）をトリガする。少なくとも１つの非分路ジョセフソン接合は、トリガされることに応答して複数の連続ＳＦＱパルスを生成するように構成することができる。複数の連続ＳＦＱパルスは、ローパスフィルタ（例えば、ＬＰＦ１８）によりフィルタリングされて、ローパスフィルタを介して伝送線上に供給される増幅出力パルスが生成される。

上記した説明は、本開示の例である。当然ながら、本開示を説明する目的で考えられるすべての構成要素または方法の組み合わせを説明することは不可能であるが、当業者は、本開示の多くのさらなる組み合わせおよび置換が可能であることを認識するであろう。従って、本開示は、添付の特許請求の範囲を含む本出願の範囲内にあるそのようなすべての変更、修正、および変形を包含することを意図している。

上記した説明は、本開示の例である。当然ながら、本開示を説明する目的で考えられるすべての構成要素または方法の組み合わせを説明することは不可能であるが、当業者は、本開示の多くのさらなる組み合わせおよび置換が可能であることを認識するであろう。従って、本開示は、添付の特許請求の範囲を含む本出願の範囲内にあるそのようなすべての変更、修正、および変形を包含することを意図している。
以下に、上記実施形態から把握できる技術思想を付記として記載する。
［付記１］
超伝導伝送線ドライバシステムであって、
レシプロカル量子論理（ＲＱＬ）パルスを受信するように構成された入力段と、
ＲＱＬクロック信号に基づいてＡＣバイアス電流を誘導的に供給するように構成されたＡＣバイアス電流源と、
前記入力段に結合され、かつ前記ＡＣバイアス電流の正の部分において入力パルスに応答して複数の正の連続単一磁束量子（ＳＦＱ）パルスを生成し、前記ＡＣバイアス電流の負の部分において複数の負の磁束量子パルスを生成するように構成されたＳＱＵＩＤと、
複数の正の連続ＳＦＱパルスを集めることによって前記複数の正のＳＦＱパルスをフィルタリングして、伝送線に出力される正の増幅出力パルスを生成し、かつ複数の負の連続ＳＦＱパルスを集めることによって前記複数の負の連続ＳＦＱパルスをフィルタリングして、前記伝送線に出力される負の増幅出力パルスを生成するように構成されたローパスフィルタと、を備えるシステム。
［付記２］
前記ＳＱＵＩＤは、前記複数の正の連続ＳＦＱパルスおよび前記複数の負の連続ＳＦＱパルスを生成するための複数の非分路ジョセフソン接合を含む、付記１に記載のシステム。
［付記３］
前記入力段は、
ＲＱＬパルスにより複数の連続ＳＦＱパルスを開始するために前記入力パルスによりトリガされる入力ジョセフソン接合と、
前記ＳＱＵＩＤに結合され、かつ前記入力ジョセフソン接合に対して分路して、前記ＳＱＵＩＤに関連付けられた一対のジョセフソン接合のコモンモード発振を提供するように構成された抵抗と、をさらに含む、付記１に記載のシステム。
［付記４］
前記ＡＣバイアス電流源と前記ＳＱＵＩＤとを相互接続する分路ジョセフソン接合をさらに備え、前記分路ジョセフソン接合は、前記ＳＱＵＩＤのスプリアス活性化を軽減するために、ＡＣ電流の振幅のクランプを行う、付記１に記載のシステム。

Claims

超伝導伝送線ドライバシステムであって、
入力パルスを受信するように構成された入力段と、
ＡＣバイアス電流を供給するように構成されたＡＣバイアス電流源と、
前記入力段に結合され、かつ前記ＡＣバイアス電流に応答して前記入力パルスに基づいて複数の連続単一磁束量子（ＳＦＱ）パルスを生成するように構成された増幅器と、
複数の連続ＳＦＱパルスを集めることによって前記複数の連続ＳＦＱパルスをフィルタリングして、伝送線に出力される増幅出力パルスを生成するように構成されたローパスフィルタと、を備えるシステム。
前記増幅器は、少なくとも１つの非分路ジョセフソン接合を含むＳＱＵＩＤとして構成される、請求項１に記載のシステム。
少なくとも１つのジョセフソン接合が複数のジョセフソン接合を含み、前記ＡＣバイアス電流が前記ＳＱＵＩＤに供給されて、コモンモードにおいて前記ＳＱＵＩＤに関連付けられた前記複数のジョセフソン接合を繰り返しトリガして、前記ＡＣバイアス電流の周期の正の部分の間に前記複数の連続ＳＦＱパルスを生成し、前記ＡＣバイアス電流の周期の負の部分の間に前記複数のジョセフソン接合をリセットする、請求項２に記載のシステム。
前記ＳＱＵＩＤは、前記ＡＣバイアス電流の期間の負の部分の間に複数の負の連続ＳＦＱパルスを繰り返し生成するようにさらに構成され、前記ローパスフィルタは、前記複数の負の連続ＳＦＱパルスを集めることによって前記複数の負の連続ＳＦＱパルスをフィルタリングして、前記伝送線に出力される負の増幅出力パルスを生成するようにさらに構成される、請求項３に記載のシステム。
前記入力段は、
前記入力パルスに応答して前記複数の連続ＳＦＱパルスを開始するために前記入力パルスによりトリガされる入力ジョセフソン接合と、
前記ＳＱＵＩＤに結合され、かつ前記入力ジョセフソン接合に対して分路して、前記ＳＱＵＩＤに関連付けられた一対のジョセフソン接合のコモンモード発振を提供するように構成された抵抗と、をさらに含む、請求項２に記載のシステム。
前記ＡＣバイアス電流源と前記ＳＱＵＩＤとを相互接続する分路ジョセフソン接合をさらに備え、前記分路ジョセフソン接合は、前記ＳＱＵＩＤのスプリアスの活性化を軽減するために、前記ＡＣバイアス電流の振幅のクランプを行う、請求項２に記載のシステム。
前記ＳＱＵＩＤは、前記ＡＣバイアス電流の正の部分に基づいて複数の正の連続ＳＦＱパルスを生成し、前記ＡＣバイアス電流の負の部分に基づいて複数の負の連続ＳＦＱパルスを生成するように構成され、前記ローパスフィルタは、前記複数の正の連続ＳＦＱパルスを集めることによって前記複数の正の連続ＳＦＱパルスをフィルタリングして、前記伝送線に出力される正の増幅出力パルスを生成し、前記複数の負の連続ＳＦＱパルスを集めることによって前記複数の負の連続ＳＦＱパルスをフィルタリングして、前記伝送線に出力される負の増幅出力パルスを生成するように構成される、請求項２に記載のシステム。
前記ＳＱＵＩＤは、第１のＳＱＵＩＤであり、前記第１のＳＱＵＩＤは、前記ＡＣバイアス電流の正の部分に基づいて複数の正の連続ＳＦＱパルスを生成するように構成され、システムは、前記ＡＣバイアス電流源と前記第１のＳＱＵＩＤとを相互接続する第２のＳＱＵＩＤをさらに備え、前記第２のＳＱＵＩＤは、前記ＡＣバイアス電流の負の部分に基づいて複数の連続ＳＦＱパルスを生成して、前記第１のＳＱＵＩＤをリセットし、かつ前記第１のＳＱＵＩＤを介した負の連続ＳＦＱパルスの生成を抑制するように構成される、請求項２に記載のシステム。
前記入力パルスは、レシプロカル量子論理（ＲＱＬ）パルスとして供給される、請求項１に記載のシステム。
前記ＡＣバイアス電流源は、変圧器を含み、前記変圧器は、
レシプロカル量子論理（ＲＱＬ）クロック信号を伝導するように構成された一次巻線と、
ＲＱＬクロック信号に応答して前記ＡＣバイアス電流を誘導的に供給するように構成された２次巻線と、を含む、請求項６に記載のシステム。
増幅出力パルスを伝送線に供給するための方法であって、
ＡＣ電流を変圧器に供給して、ＡＣバイアス電流を誘導的に供給するステップと、
入力段に入力パルスを供給して、前記入力パルスおよび前記ＡＣバイアス電流によりＳＱＵＩＤに関連付けられた少なくとも１つの非分路ジョセフソン接合をトリガするステップと、を備え、前記少なくとも１つの非分路ジョセフソン接合は、トリガされたことに応答して複数の連続単一磁束量子（ＳＦＱ）パルスを生成するように構成され、複数の連続ＳＦＱパルスは、前記複数の連続ＳＦＱパルスを集めることによってローパスフィルタによりフィルタリングされて、前記ローパスフィルタを介して前記伝送線上に供給される前記増幅出力パルスが生成される、方法。
前記入力段は、前記ＳＱＵＩＤに結合された抵抗を含み、前記少なくとも１つの非分路ジョセフソン接合は、ＡＣバイアス信号の正の部分でトリガされたことに応答してコモンモードで複数の連続ＳＦＱパルスを繰り返し生成し、前記ＡＣバイアス信号の負の部分でリセットされるように構成された複数のジョセフソン接合として配置される、請求項１１に記載の方法。
前記入力段は、前記ＳＱＵＩＤに結合された抵抗を含み、前記少なくとも１つの非分路ジョセフソン接合は、ＡＣバイアス信号の負の部分でリセットされることに応答して、コモンモードで複数の負の連続ＳＦＱパルスを繰り返し生成するようにさらに構成される、請求項１１に記載の方法。
前記ＡＣ電流を供給することは、レシプロカル量子論理（ＲＱＬ）クロック信号を前記変圧器に供給することを含み、前記入力パルスを供給することは、ＲＱＬパルスを供給することを含む、請求項１１に記載の方法。
前記ＡＣ電流を供給することは、分路ジョセフソン接合を介して前記ＳＱＵＩＤに前記ＡＣバイアス電流を供給することを含み、前記分路ジョセフソン接合は、前記ＳＱＵＩＤのスプリアス活性化を軽減するために、前記ＡＣバイアス電流の振幅のクランプを行う、請求項１１に記載の方法。
前記ＳＱＵＩＤが第１のＳＱＵＩＤであり、方法は、ＤＣバイアス電流を変圧器に供給して、前記第１のＳＱＵＩＤに結合された第２のＳＱＵＩＤにＤＣバイアス電流を誘導するステップをさらに含み、前記第２のＳＱＵＩＤは、前記ＤＣバイアス電流と前記ＡＣバイアス電流の負の部分とに応答して活性化されて、前記第１のＳＱＵＩＤをリセットし、かつ前記第１のＳＱＵＩＤを介した負の連続ＳＦＱパルスの生成を抑制する複数のジョセフソン接合を含む、請求項１１に記載の方法。
超伝導伝送線ドライバシステムであって、
レシプロカル量子論理（ＲＱＬ）パルスを受信するように構成された入力段と、
ＲＱＬクロック信号に基づいてＡＣバイアス電流を誘導的に供給するように構成されたＡＣバイアス電流源と、
前記入力段に結合され、かつ前記ＡＣバイアス電流の正の部分において入力パルスに応答して複数の正の連続単一磁束量子（ＳＦＱ）パルスを生成し、前記ＡＣバイアス電流の負の部分において複数の負の磁束量子パルスを生成するように構成されたＳＱＵＩＤと、
複数の正の連続ＳＦＱパルスを集めることによって前記複数の正のＳＦＱパルスをフィルタリングして、伝送線に出力される正の増幅出力パルスを生成し、かつ複数の負の連続ＳＦＱパルスを集めることによって前記複数の負の連続ＳＦＱパルスをフィルタリングして、前記伝送線に出力される負の増幅出力パルスを生成するように構成されたローパスフィルタと、を備えるシステム。
前記ＳＱＵＩＤは、前記複数の正の連続ＳＦＱパルスおよび前記複数の負の連続ＳＦＱパルスを生成するための複数の非分路ジョセフソン接合を含む、請求項１７に記載のシステム。
前記入力段は、
ＲＱＬパルスにより複数の連続ＳＦＱパルスを開始するために前記入力パルスによりトリガされる入力ジョセフソン接合と、
前記ＳＱＵＩＤに結合され、かつ前記入力ジョセフソン接合に対して分路して、前記ＳＱＵＩＤに関連付けられた一対のジョセフソン接合のコモンモード発振を提供するように構成された抵抗と、をさらに含む、請求項１７に記載のシステム。
前記ＡＣバイアス電流源と前記ＳＱＵＩＤとを相互接続する分路ジョセフソン接合をさらに備え、前記分路ジョセフソン接合は、前記ＳＱＵＩＤのスプリアス活性化を軽減するために、ＡＣ電流の振幅のクランプを行う、請求項１７に記載のシステム。