JP4296248B2 - Single flux quantum logic circuit - Google Patents

Single flux quantum logic circuit Download PDF

Info

Publication number
JP4296248B2
JP4296248B2 JP2000063366A JP2000063366A JP4296248B2 JP 4296248 B2 JP4296248 B2 JP 4296248B2 JP 2000063366 A JP2000063366 A JP 2000063366A JP 2000063366 A JP2000063366 A JP 2000063366A JP 4296248 B2 JP4296248 B2 JP 4296248B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
flux quantum
resistor
single flux
circuit
josephson
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2000063366A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2001251179A (en
Inventor
秀雄 鈴木
一紀 宮原
陽一 榎本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
International Superconductivity Technology Center
Fujitsu Ltd
Original Assignee
International Superconductivity Technology Center
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by International Superconductivity Technology Center, Fujitsu Ltd filed Critical International Superconductivity Technology Center
Priority to JP2000063366A priority Critical patent/JP4296248B2/en
Publication of JP2001251179A publication Critical patent/JP2001251179A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4296248B2 publication Critical patent/JP4296248B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単一磁束量子(SFQ)論理回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
超電導素子を用いた単一磁束量子(SFQ)論理回路は、100MHz以上のクロックで動作可能である(IEEE Trans. on Applied Superconductivity. Vol. 3, No. 1, March 1991, pp. 3-28)。
【0003】
SFQ回路は、ジョセフソン接合と、超電導配線で形成されたインダクタンスとを用いて構成されており、その信号伝達経路には抵抗が用いられず、磁束量子を情報担体としている。SFQ回路では、ジョセフソン接合とインダクタンスLとを含む超電導閉ループが形成され、該ループに磁束量子Ф0を保持可能にする場合には、臨界電流をIcで表すと、L・IcがФ0の1/2〜1倍程度になるように設計パラメータが定められる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
SFQ回路では、信号伝達経路に抵抗が用いられないので、ジョセフソン接合に供給するためのバイアス電流が、該ジョセフソン接合の前段及び後段の回路へも流れて干渉し、動作が不安定になる。すなわち、各論理回路間でバイアス電流のアイソレーションがとれていない。
【0005】
また、SFQ回路が形成されたチップは磁気シールドされるが、完全ではなく、該チップを動作させるためにこれを冷却する際に、超電導ループに不要な磁束がトラップされることがある。
【0006】
本発明の目的は、このような問題点に鑑み、ジョセフソン接合に供給するバイアス電流が該ジョセフソン接合の隣の回路へ流れて干渉するのを防止することが可能な単一磁束量子論理回路を提供することにある。
【0007】
本発明の他の目的は、簡単な構成で自動リセットすることができ、かつ、動作マージンの低下を抑えることが可能な単一磁束量子論理回路を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段及びその作用効果】
請求項1の単一磁束量子論理回路では、第1単一磁束量子基本論理ゲートがジョセフソン転送ラインを介して第2単一磁束量子基本論理ゲートに接続された単一磁束量子論理回路において、
該ジョセフソン転送ラインは、インダクタンスに抵抗が直列接続されている。
【0009】
この単一磁束量子論理回路によれば、ジョセフソン接合に流れる直流バイアス電流が、抵抗の存在により、抵抗側の基本論理ゲートへ流れることができないので、動作が安定する。すなわち、第1の基本論理ゲートと第2の基本論理ゲートとは、ジョセフソン転送ラインによって直流バイアス電流の干渉を避けることができる。
【0010】
また、該回路が形成されたチップの冷却の際であって直流バイアス電流が供給されていない動作開始前に、該閉ループに不要な磁束がトラップされても、インダクタンスLと抵抗Rにより定まる時定数L/Rよりも充分長い時間が経過するのを待つことにより、トラップされた磁束が消滅して回路がリセット状態になる。すなわち、不要磁束トラップの確立を低減することができる。
【0011】
請求項2の単一磁束量子論理回路では、請求項1において、上記抵抗の抵抗値Rは、値Lの上記インダクタンスと上記抵抗との直列接続回路の時定数L/Rが、上記スイッチングの時間よりも大きくなるように定められている。
【0012】
請求項3の単一磁束量子論理回路では、請求項2において、上記抵抗の抵抗値Rは、関係式R<<2LIcRn/Ф0を満たし、ここにIc、Rn及びФ0はそれぞれ、上記ジョセフソン接合の臨界電流値、該ジョセフソン接合のノーマル抵抗値及び単一磁束量子の値である。
【0013】
請求項4の単一磁束量子論理回路では、請求項4において、上記抵抗は、離間した超電導体の間に、超電導電流の通過を妨げるための金属又は酸化物が接合された接合抵抗である。
【0014】
請求項5の単一磁束量子論理回路では、請求項4において、上記抵抗は、Mo、Al、Au、Pt、Cu、Pd、Au−Pd、ITO及びRuOxのグループから選択された1つを含む材料で形成されている。
【0015】
本発明の他の目的、構成及び効果は以下の説明から明らかになる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【0017】
図1は、本発明の第1実施形態のSFQ論理回路を示す。
【0018】
この回路は、SFQ基本論理ゲート10と11との間及びSFQ基本論理ゲート11と12との間にそれぞれSFQジョセフソン転送ライン(SFQJTL)13及び14が接続されている。回路10及び11はいずれも、ジョセフソン接合とインダクタンスとで構成された従来のSFQ基本論理ゲートであり、回路13及び14はいずれも、従来のSFQジョセフソン転送ラインにおいて、ジョセフソン接合とインダクタンスとを含む各閉ループに、該ジョセフソン接合を通る直流バイアス電流路を避けて抵抗が挿入された構成である。インダクタンスは超電導体の配線で形成されている。
【0019】
回路10〜14のいずれにも直流バイアス電流IBが供給される。SFQ基本論理ゲート10、11及び12にはそれぞれクロックT1、T2及びT3が供給され、各基本論理ゲートは、入力信号が供給された後にクロックが供給されると、その論理演算結果を出力する。
【0020】
SFQJTL13では、インダクタンスL1とジョセフソン接合J1との間に抵抗R1が接続され、ジョセフソン接合J1に直流バイアス電流IBが供給される。SFQJTL13のインダクタンスL1の入力側一端は、SFQ基本論理ゲート10の出力段とで閉ループを形成している。SFQJTL14はSFQJTL13と同一構成であり、インダクタンスL2とジョセフソン接合J2との間にインダクタンスL2が接続され、ジョセフソン接合J2に直流バイアス電流IBが供給される。SFQJTL14のインダクタンスL2の入力側一端は、SFQ基本論理ゲート11の出力段とで閉ループを形成している。
【0021】
SFQ基本論理ゲートは、論理積ゲート、論理和ゲート、排他的論理和ゲート、否定ゲート、Dフリップフロップ、RSフリップフロップ、DC/SFQ変換回路、SFQ−DC変換回路、分岐回路、合流回路、マルチプレクサ回路又はデマルチプレクサ回路などである。
【0022】
クロックT2及びT3は、クロックT1に応答して、SFQジョセフソン転送ラインであるタイミング回路15により生成される。J3〜J8はジョセフソン接合であり、L4、L5、L7及びL8はインダクタンスであり、R4及びR7は抵抗である。J3、J4J6、J6及びJ7の各々には直流バイアス電流IBが供給され、これら直流バイアス電流IBはそれぞれ、回路10、13、11及び14へ供給される直流バイアス電流IBに対応している。直流バイアス電流IBは例えば、ジョセフソン接合の臨界電流Icの75%である。タイミング回路15の抵抗R4、インダクタンスL4及びジョセフソン接合J4は、SFQJTL13に対応しており、タイミング回路15の抵抗R7、インダクタンスL7及びジョセフソン接合J7は、SFQJTL14に対応している。タイミング回路15の抵抗R4及びR7は、JTL13及び14の抵抗による信号伝播遅延増加に対応してタイミング調整をすると共に、後述する不要な磁束のトラップを消滅させるためである。
【0023】
クロックT1に応答してSFQパルスがインダクタンスL1に供給されると、これは抵抗R1を通ってジョセフソン接合J1へ流れる。ジョセフソン接合J1を流れる電流がその臨界電流Icを越えると、ジョセフソン接合J1が電圧状態となり、基本論理ゲート11側へ電流がスイッチングされる。
【0024】
インダクタンスL1に抵抗R1が接続され、抵抗R1が閉ループの構成要素であるので、転送電流が減少する。そこで、このようなSFQパルス伝達動作が安定して行われるようにするには、次段への転送電流が減衰して情報担体である単一磁束量子が消失するのを避ける必要がある。
【0025】
すなわち、ジョセフソン接合のスイッチング時間Tswに比べて抵抗R1の値RとインダクタンスL1の値Lの商である時定数R/Lが大きくなるように、Rの値を決定しなければならない。スイッチング時間Tswは、1段JTLの信号伝搬遅延時間Tspにほぼ等しい。Tspは、ほぼL・Ic/Ic・Rnで表せ、ここにIc及びRnはそれぞれジョセフソン接合の臨界電流及びノーマル抵抗である。
【0026】
ここで、磁束量子Ф0を次段の閉ループへ安定に転送可能にするために、L・Icはぼ単一磁束量子の大きさФ0の1/2〜1/4程度の値に設計される。
【0027】
L・Ic=Ф0/2とすると、信号伝搬遅延時間TspはほぼФ0/2Ic・Rnとなる。したがって、Rが満たすべき条件は、Ф0/2Ic・Rn<<L/R、すなわち、R<<2L・Ic・Rn/Ф0となる。
【0028】
例えばジョセフソン接合をNb/AlOx/Nbで構成し、臨界電流密度を2,500A/cm2にすると、Ic・Rnは約0.3mVであり、Ic=0.25mAとすると、インダクタンスLは約8pH以下の値になる。このとき、R<<2L・Ic・Rn/Ф0=2.3Ωとなる。そこで、例えばR=0.2Ωと決定する。直流バイアス電流はこの抵抗によりアイソレーションされ、基本論理ゲート間での干渉がなくなる。
【0029】
また、このような値の抵抗R1をインダクタンスL1とジョセフソン接合J1とを含む閉ループに挿入すれば、回路が形成されたチップの冷却の際であって直流バイアス電流が供給されていない動作開始前に、磁束が閉ループにトラップされても、時定数L/Rよりも充分長い時間が経過するのを待つことにより、トラップされた磁束が消滅して回路がリセット状態になるので、不要磁束トラップの確立を低減することができる。
【0030】
抵抗は例えば、離間した超電導体の間に、超電導電流の通過を妨げるための金属又は酸化物が接合された接合抵抗である。抵抗の材料は、比抵抗値の小さいもの、例えば、Mo、Al、Au、Pt、Cu、Pd、Au−Pd、ITO、RuOx又はこれらの合金である。
【0031】
抵抗を含む他のJTLについても上記同様である。
【0032】
なお、SFQ回路ではジョセフソン接合の電流−電圧特性にヒステリシスがないようにする必要があるので、マッカンバーパラメータが約1になるように、必要に応じてジョセフソン接合に並列にシャント抵抗を接続する。
【0033】
図2は、SFQ基本論理ゲート10が2入力論理積ゲート10Aである場合を示している。図2中、L21〜L24及びL26〜L28はインダクタンスであり、R21〜R24及びR26〜R27は抵抗であり、J21〜J28はジョセフソン接合である。IN1及びIN2は入力であり、OUTは出力である。
【0034】
JTL13は、論理積ゲート10Aの出力段のジョセフソン接合J25とで閉ループを形成している。入力IN1とIN2との論理和は、クロックTのパルスにより、SFQパルス又は無パルスとして該閉ループに供給される。
【0035】
通常動作において、ジョセフソン接合J1に流入する直流バイアス電流IBは、抵抗R1により論理積ゲート10A側へ分岐しないので、動作が安定する。
【0036】
また、スイッチングのような過渡的な動作においても、抵抗R1によりロスが生ずるので、論理積ゲート10A側への信号の反射の影響が低減される。
【0037】
論理積ゲート10AはJTL13に比し回路が複雑であるので、論理積ゲート10A内の各閉ループに抵抗を挿入すると、素子特性のばらつきにより動作マージンが、JTLに抵抗を挿入した場合よりも低下し、不留りが低下してコスト高となる。本発明ではJTLのみに抵抗が挿入されているので、このような問題が解決される。
【0038】
図3は、SFQ基本論理ゲート10が2入力論理和ゲート10Bである場合を示している。図3中、L31〜L34及びL36〜L38はインダクタンスであり、R31〜R34、R36及びR37は抵抗であり、J31〜J38はジョセフソン接合である。IN1及びIN2は入力であり、OUTは出力である。
【0039】
JTL13は、論理和ゲート10Bの出力段のジョセフソン接合J37とで閉ループを形成しており、上記同様の動作がJTL13において行われる。
【0040】
図4は、SFQ基本論理ゲート10が2入力排他的論理和ゲートCである場合を示している。図4中、L41〜L44及びL47はインダクタンスであり、R41〜R44は抵抗であり、J41〜J47はジョセフソン接合である。IN1及びIN2は入力であり、OUTは出力である。
【0041】
JTL13は、排他的論理和ゲート10Cの出力段のジョセフソン接合J46とで閉ループを形成しており、上記同様の動作がJTL13において行われる。
【0042】
図5は、SFQ基本論理ゲート10が否定ゲートDである場合を示している。図5中、L51、L52及びL55〜L57はインダクタンスであり、R51、R52及びR55〜R57は抵抗であり、J51〜J54及びJ56はジョセフソン接合である。INは入力であり、OUTは出力である。
【0043】
JTL13は、否定ゲート10Dの出力段のジョセフソン接合J54とで閉ループを形成しており、上記同様の動作がJTL13において行われる。
【0044】
SFQ基本論理ゲート11及び12についても上記同様である。
【0045】
図6は、本発明の第1実施形態のSFQ論理回路を示す。
【0046】
図6中、図1の構成に追加されたJA、J1P、JB及びJ2Pはジョセフソン接合であり、L1P及びL2Pはインダクタンスである。
【0047】
この回路では、JTL13A及び14Aがいずれも2段になっており、初段には抵抗が挿入されていない。該初段は、鈍化したパルス波形を急峻にするためのバッファ回路であり、抵抗を挿入した場合よりもその目的をより達成することができる。
【0048】
図7は、SFQ基本論理ゲート10が2入力論理積ゲート10Aである場合を示している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態のSFQ論理回路を示す概略構成図である。
【図2】2入力SFQ論理積ゲートと1段のSFQJTLとが接続された回路を図1の一部の構成例として示す図である。
【図3】2入力SFQ論理和ゲートと1段のSFQJTLとが接続された回路を図1の一部の構成例として示す図である。
【図4】2入力SFQ排他的論理和ゲートと1段のSFQJTLとが接続された回路を図1の一部の構成例として示す図である。
【図5】SFQ否定ゲートと1段のSFQJTLとが接続された回路を図1の一部の構成例として示す図である。
【図6】本発明の第2実施形態のSFQ論理回路を示す概略構成図である。
【図7】2入力SFQ論理積ゲートと2段のSFQJTLとが接続された回路を示す図である。
【符号の説明】
10〜12 SFQ基本論理ゲート
10A SFQ論理積ゲート
10B SFQ論理和ゲート
10C SFQ排他的論理和ゲート
10D SFQ否定ゲート
13、13A、14、14A SFQJTL
L1〜L8、L1P、L2P、L11〜L14、L21〜L28、L31〜L38、L41〜L47、L51〜L57 インダクタンス
R1〜R7、R11〜R14、R21〜R27、R31〜R37、R41〜R44、R51〜R57 抵抗
J1〜J8、JA、J1P、JB、J2B、J11〜J14、J21〜J28、、J31〜J38、、J41〜J47、J51〜J56 ジョセフソン接合
IB 直流バイアス電流
T、T1〜T3 クロック
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a single flux quantum (SFQ) logic circuit.
[0002]
[Prior art]
Single-flux-quantum (SFQ) logic circuits using superconducting elements can operate with a clock of 100 MHz or higher (IEEE Trans. On Applied Superconductivity. Vol. 3, No. 1, March 1991, pp. 3-28) .
[0003]
The SFQ circuit is configured by using a Josephson junction and an inductance formed by a superconducting wiring. A resistor is not used for the signal transmission path, and the magnetic flux quantum is used as an information carrier. In the SFQ circuit, when a superconducting closed loop including a Josephson junction and an inductance L is formed and the magnetic flux quantum Ф0 can be held in the loop, when the critical current is represented by Ic, L · Ic is 1/0 of Ф0. Design parameters are determined to be about 2 to 1 times.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the SFQ circuit, since no resistance is used for the signal transmission path, the bias current supplied to the Josephson junction also flows to and interferes with the circuits before and after the Josephson junction, resulting in unstable operation. . That is, the bias current is not isolated between the logic circuits.
[0005]
Further, although the chip on which the SFQ circuit is formed is magnetically shielded, it is not perfect, and unnecessary magnetic flux may be trapped in the superconducting loop when it is cooled to operate the chip.
[0006]
In view of such problems, the object of the present invention is to provide a single flux quantum logic circuit capable of preventing a bias current supplied to a Josephson junction from flowing to and interfering with a circuit adjacent to the Josephson junction. Is to provide.
[0007]
Another object of the present invention is to provide a single-flux quantum logic circuit that can be automatically reset with a simple configuration and can suppress a reduction in operating margin.
[0008]
[Means for solving the problems and their effects]
The single flux quantum logic circuit of claim 1, wherein the first single flux quantum basic logic gate is connected to the second single flux quantum basic logic gate via a Josephson transfer line.
In the Josephson transfer line, a resistor is connected in series with an inductance.
[0009]
According to this single magnetic flux quantum logic circuit, the direct current bias current flowing through the Josephson junction cannot flow to the basic logic gate on the resistance side due to the presence of the resistance, so that the operation is stabilized. That is, the first basic logic gate and the second basic logic gate can avoid the interference of the DC bias current by the Josephson transfer line.
[0010]
Further, even when an unnecessary magnetic flux is trapped in the closed loop before the start of the operation in which the DC bias current is not supplied when the chip on which the circuit is formed is cooled, the time constant determined by the inductance L and the resistance R By waiting for a time sufficiently longer than L / R, the trapped magnetic flux disappears and the circuit is reset. That is, establishment of unnecessary magnetic flux traps can be reduced.
[0011]
The single-flux quantum logic circuit according to claim 2, wherein the resistance value R of the resistor is equal to the time constant L / R of a series connection circuit of the inductance having the value L and the resistor. It is determined to be larger.
[0012]
The single flux quantum logic circuit according to claim 3, wherein the resistance value R of the resistor satisfies the relational expression R << 2LIcRn / Ф0, where Ic, Rn and Ф0 are the Josephson junctions, respectively. The critical current value, the normal resistance value of the Josephson junction, and the single flux quantum value.
[0013]
The single-flux quantum logic circuit according to claim 4 is the junction resistance according to claim 4, wherein the resistance is a metal or an oxide for preventing passage of a superconducting current between spaced superconductors.
[0014]
The single flux quantum logic circuit according to claim 5, wherein the resistor includes one selected from the group of Mo, Al, Au, Pt, Cu, Pd, Au—Pd, ITO, and RuOx. Made of material.
[0015]
Other objects, configurations and effects of the present invention will become apparent from the following description.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0017]
FIG. 1 shows an SFQ logic circuit according to a first embodiment of the present invention.
[0018]
In this circuit, SFQ Josephson transfer lines (SFQJTL) 13 and 14 are connected between the SFQ basic logic gates 10 and 11 and between the SFQ basic logic gates 11 and 12, respectively. Each of the circuits 10 and 11 is a conventional SFQ basic logic gate composed of a Josephson junction and an inductance, and each of the circuits 13 and 14 is a Josephson junction and an inductance in a conventional SFQ Josephson transfer line. In each closed loop including a resistor, a resistor is inserted so as to avoid a DC bias current path passing through the Josephson junction. The inductance is formed by superconductor wiring.
[0019]
The DC bias current IB is supplied to any of the circuits 10 to 14. The SFQ basic logic gates 10, 11 and 12 are supplied with clocks T1, T2 and T3, respectively, and each basic logic gate outputs a logical operation result when a clock is supplied after an input signal is supplied.
[0020]
In SFQJTL13, a resistor R1 is connected between the inductance L1 and the Josephson junction J1, and a DC bias current IB is supplied to the Josephson junction J1. One end on the input side of the inductance L1 of the SFQJTL 13 forms a closed loop with the output stage of the SFQ basic logic gate 10. SFQJTL14 has the same configuration as SFQJTL13, and inductance L2 is connected between inductance L2 and Josephson junction J2, and DC bias current IB is supplied to Josephson junction J2. One end on the input side of the inductance L2 of the SFQJTL 14 forms a closed loop with the output stage of the SFQ basic logic gate 11.
[0021]
SFQ basic logic gates are: AND gate, OR gate, exclusive OR gate, negation gate, D flip-flop, RS flip-flop, DC / SFQ conversion circuit, SFQ-DC conversion circuit, branch circuit, junction circuit, multiplexer Circuit or demultiplexer circuit.
[0022]
The clocks T2 and T3 are generated by the timing circuit 15 which is an SFQ Josephson transfer line in response to the clock T1. J3 to J8 are Josephson junctions, L4, L5, L7 and L8 are inductances, and R4 and R7 are resistances. Each of J3, J4J6, J6 and J7 is supplied with a DC bias current IB, which corresponds to the DC bias current IB supplied to the circuits 10, 13, 11 and 14, respectively. The DC bias current IB is, for example, 75% of the critical current Ic of the Josephson junction. The resistor R4, the inductance L4, and the Josephson junction J4 of the timing circuit 15 correspond to SFQJTL13, and the resistor R7, the inductance L7, and the Josephson junction J7 of the timing circuit 15 correspond to SFQJTL14. The resistors R4 and R7 of the timing circuit 15 adjust timing in response to an increase in signal propagation delay due to the resistors of the JTLs 13 and 14, and eliminate unnecessary magnetic flux traps to be described later.
[0023]
When an SFQ pulse is supplied to the inductance L1 in response to the clock T1, it flows through the resistor R1 to the Josephson junction J1. When the current flowing through the Josephson junction J1 exceeds the critical current Ic, the Josephson junction J1 enters a voltage state, and the current is switched to the basic logic gate 11 side.
[0024]
Since the resistor R1 is connected to the inductance L1, and the resistor R1 is a closed loop component, the transfer current is reduced. Therefore, in order to stably perform such SFQ pulse transmission operation, it is necessary to prevent the transfer flux to the next stage from being attenuated and the single magnetic flux quantum that is the information carrier to disappear.
[0025]
That is, the value of R must be determined so that the time constant R / L, which is the quotient of the value R of the resistor R1 and the value L of the inductance L1, is larger than the switching time Tsw of the Josephson junction. The switching time Tsw is substantially equal to the signal propagation delay time Tsp of the first stage JTL. Tsp can be expressed by approximately L · Ic / Ic · Rn, where Ic and Rn are the critical current and normal resistance of the Josephson junction, respectively.
[0026]
Here, in order to enable stable transfer of the flux quantum Ф0 to the closed loop of the next stage, L · Ic is designed to have a value of about 1/2 to ¼ of the size 単 一 0 of the single flux quantum.
[0027]
When L · Ic = Ф0 / 2, the signal propagation delay time Tsp is almost Ф0 / 2Ic · Rn. Accordingly, the condition that R should satisfy is Ф0 / 2Ic · Rn << L / R, that is, R << 2L · Ic · Rn / Ф0.
[0028]
For example, when the Josephson junction is made of Nb / AlOx / Nb and the critical current density is 2500 A / cm 2, Ic · Rn is about 0.3 mV, and when Ic = 0.25 mA, the inductance L is about 8 pH. It becomes the following value. At this time, R << 2L · Ic · Rn / Ф0 = 2.3Ω. Therefore, for example, R = 0.2Ω is determined. The DC bias current is isolated by this resistor, eliminating interference between basic logic gates.
[0029]
If the resistor R1 having such a value is inserted into a closed loop including the inductance L1 and the Josephson junction J1, the chip on which the circuit is formed is cooled and the DC bias current is not supplied before starting the operation. Even if the magnetic flux is trapped in the closed loop, the trapped magnetic flux disappears and the circuit is reset by waiting for a time sufficiently longer than the time constant L / R. Establishing can be reduced.
[0030]
The resistance is, for example, a junction resistance in which a metal or an oxide for preventing the passage of a superconducting current is joined between spaced superconductors. The material of the resistance is a material having a small specific resistance value, for example, Mo, Al, Au, Pt, Cu, Pd, Au—Pd, ITO, RuOx, or an alloy thereof.
[0031]
The same applies to other JTLs including resistors.
[0032]
In the SFQ circuit, it is necessary to make the current-voltage characteristics of the Josephson junction have no hysteresis, so a shunt resistor is connected in parallel to the Josephson junction as necessary so that the McCamber parameter is about 1. To do.
[0033]
FIG. 2 shows a case where the SFQ basic logic gate 10 is a 2-input AND gate 10A. In FIG. 2, L21 to L24 and L26 to L28 are inductances, R21 to R24 and R26 to R27 are resistors, and J21 to J28 are Josephson junctions. IN1 and IN2 are inputs, and OUT is an output.
[0034]
The JTL 13 forms a closed loop with the Josephson junction J25 of the output stage of the AND gate 10A. The logical sum of the inputs IN1 and IN2 is supplied to the closed loop as an SFQ pulse or no pulse by the pulse of the clock T.
[0035]
In the normal operation, the DC bias current IB flowing into the Josephson junction J1 does not branch to the AND gate 10A side by the resistor R1, so that the operation is stable.
[0036]
Even in a transient operation such as switching, a loss occurs due to the resistor R1, so that the influence of signal reflection to the AND gate 10A is reduced.
[0037]
Since the AND gate 10A has a more complex circuit than the JTL 13, if a resistor is inserted in each closed loop in the AND gate 10A, the operation margin is lower than that when a resistor is inserted in the JTL due to variations in element characteristics. , The non-stickiness is reduced and the cost is increased. In the present invention, since the resistor is inserted only in the JTL, such a problem is solved.
[0038]
FIG. 3 shows a case where the SFQ basic logic gate 10 is a two-input OR gate 10B. In FIG. 3, L31 to L34 and L36 to L38 are inductances, R31 to R34, R36 and R37 are resistors, and J31 to J38 are Josephson junctions. IN1 and IN2 are inputs, and OUT is an output.
[0039]
The JTL 13 forms a closed loop with the Josephson junction J37 of the output stage of the OR gate 10B, and the same operation as described above is performed in the JTL 13.
[0040]
FIG. 4 shows a case where the SFQ basic logic gate 10 is a two-input exclusive OR gate C. In FIG. 4, L41 to L44 and L47 are inductances, R41 to R44 are resistances, and J41 to J47 are Josephson junctions. IN1 and IN2 are inputs, and OUT is an output.
[0041]
The JTL 13 forms a closed loop with the Josephson junction J46 of the output stage of the exclusive OR gate 10C, and the same operation as described above is performed in the JTL 13.
[0042]
FIG. 5 shows a case where the SFQ basic logic gate 10 is a negative gate D. In FIG. 5, L51, L52 and L55 to L57 are inductances, R51, R52 and R55 to R57 are resistances, and J51 to J54 and J56 are Josephson junctions. IN is an input and OUT is an output.
[0043]
The JTL 13 forms a closed loop with the Josephson junction J54 in the output stage of the negative gate 10D, and the same operation as described above is performed in the JTL 13.
[0044]
The same applies to the SFQ basic logic gates 11 and 12.
[0045]
FIG. 6 shows the SFQ logic circuit of the first embodiment of the present invention.
[0046]
In FIG. 6, JA, J1P, JB, and J2P added to the configuration of FIG. 1 are Josephson junctions, and L1P and L2P are inductances.
[0047]
In this circuit, both JTLs 13A and 14A have two stages, and no resistor is inserted in the first stage. The first stage is a buffer circuit for steepening the blunted pulse waveform, and the purpose can be achieved more than when a resistor is inserted.
[0048]
FIG. 7 shows a case where the SFQ basic logic gate 10 is a 2-input AND gate 10A.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an SFQ logic circuit according to a first embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a circuit example in which a 2-input SFQ AND gate and a single-stage SFQJTL are connected as a configuration example of a part of FIG. 1;
3 is a diagram illustrating a circuit in which a 2-input SFQ OR gate and a single-stage SFQJTL are connected as a part of the configuration example of FIG. 1;
4 is a diagram showing, as a partial configuration example of FIG. 1, a circuit in which a 2-input SFQ exclusive OR gate and one stage of SFQJTL are connected.
FIG. 5 is a diagram illustrating a circuit in which an SFQ negation gate and one stage of SFQJTL are connected as a configuration example of a part of FIG. 1;
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing an SFQ logic circuit according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a circuit in which a 2-input SFQ AND gate and two stages of SFQJTL are connected.
[Explanation of symbols]
10-12 SFQ basic logic gate 10A SFQ AND gate 10B SFQ OR gate 10C SFQ exclusive OR gate 10D SFQ negation gate 13, 13A, 14, 14A SFQJTL
L1-L8, L1P, L2P, L11-L14, L21-L28, L31-L38, L41-L47, L51-L57 Inductance R1-R7, R11-R14, R21-R27, R31-R37, R41-R44, R51- R57 Resistor J1-J8, JA, J1P, JB, J2B, J11-J14, J21-J28, J31-J38, J41-J47, J51-J56 Josephson junction IB DC bias current T, T1-T3 clock

Claims (5)

第1単一磁束量子基本論理ゲートがジョセフソン転送ラインを介して第2単一磁束量子基本論理ゲートに接続された単一磁束量子論理回路において、
該ジョセフソン転送ラインは、該第1単一磁束量子基本論理ゲートと該第2単一磁束量子基本論理ゲートとの間に接続されたインダクタンスと抵抗との直列接続回路と、一端が該直列接続回路の該第2単一磁束量子基本論理ゲート側の一端に接続されたジョセフソン接合とを有し、
該ジョセフソン接合の一端にバイアス電流が供給され、該第1単一磁束量子基本論理ゲートから該第2単一磁束量子基本論理ゲートへ単一磁束量子の信号が伝達される、
ことを特徴とする単一磁束量子論理回路。
In a single flux quantum logic circuit in which a first single flux quantum basic logic gate is connected to a second single flux quantum basic logic gate via a Josephson transfer line,
The Josephson transfer line includes a series connection circuit of an inductance and a resistor connected between the first single flux quantum basic logic gate and the second single flux quantum basic logic gate, and one end of the Josephson transfer line connected in series A Josephson junction connected to one end of the circuit on the second single flux quantum basic logic gate side;
A bias current is supplied to one end of the Josephson junction, and a single flux quantum signal is transmitted from the first single flux quantum basic logic gate to the second single flux quantum basic logic gate.
A single magnetic flux quantum logic circuit.
上記抵抗の抵抗値Rは、値Lの上記インダクタンスと該抵抗との直列接続回路の時定数L/Rが、上記スイッチングの時間よりも大きくなるように定められていることを特徴とする請求項1記載の単一磁束量子論理回路。  The resistance value R of the resistor is determined such that a time constant L / R of a series connection circuit of the inductance having the value L and the resistor is larger than the switching time. 1. A single flux quantum logic circuit according to 1. 上記抵抗の抵抗値Rは、関係式R<<2LIcRn/Ф0を満たし、ここにIc、Rn及びФ0はそれぞれ、上記ジョセフソン接合の臨界電流値、該ジョセフソン接合のノーマル抵抗値及び単一磁束量子の値であることを特徴とする請求項2記載の単一磁束量子論理回路。  The resistance value R of the resistor satisfies the relational expression R << 2LIcRn / Ф0, where Ic, Rn, and Ф0 are the critical current value of the Josephson junction, the normal resistance value of the Josephson junction, and the single magnetic flux, respectively. 3. The single flux quantum logic circuit according to claim 2, wherein the single flux quantum logic circuit is a quantum value. 上記抵抗は、離間した超電導体の間に金属又は酸化物が接合された接合抵抗であることを特徴とする請求項3記載の単一磁束量子論理回路。  4. The single flux quantum logic circuit according to claim 3, wherein the resistance is a junction resistance in which a metal or an oxide is joined between spaced superconductors. 上記抵抗は、Mo、Al、Au、Pt、Cu、Pd、Au−Pd、ITO及びRuOxのグループから選択された1つを含む材料で形成されていることを特徴とする請求項4記載の単一磁束量子論理回路。  The single resistor according to claim 4, wherein the resistor is formed of a material including one selected from the group consisting of Mo, Al, Au, Pt, Cu, Pd, Au-Pd, ITO, and RuOx. One-flux quantum logic circuit.
JP2000063366A 2000-03-03 2000-03-03 Single flux quantum logic circuit Expired - Fee Related JP4296248B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000063366A JP4296248B2 (en) 2000-03-03 2000-03-03 Single flux quantum logic circuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000063366A JP4296248B2 (en) 2000-03-03 2000-03-03 Single flux quantum logic circuit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2001251179A JP2001251179A (en) 2001-09-14
JP4296248B2 true JP4296248B2 (en) 2009-07-15

Family

ID=18583244

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000063366A Expired - Fee Related JP4296248B2 (en) 2000-03-03 2000-03-03 Single flux quantum logic circuit

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4296248B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008089067A1 (en) * 2007-01-18 2008-07-24 Northrop Grumman Systems Corporation Single flux quantum circuits
US10153772B2 (en) * 2017-02-06 2018-12-11 Microsoft Technology Licensing, Llc Superconducting devices with enforced directionality
US10103736B1 (en) * 2018-02-01 2018-10-16 Northrop Gumman Systems Corporation Four-input Josephson gates

Also Published As

Publication number Publication date
JP2001251179A (en) 2001-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2019215342B2 (en) Four-input Josephson gates
KR102444860B1 (en) RQL D flip-flop
EP2430758B1 (en) Method and apparatus for ballistic single flux quantum logic
EP3711163B1 (en) Large fan-in rql gates and corresponding method for determining a logic value
EP4122101A1 (en) Inverting wpl gates with edge-triggered readout
JP4296248B2 (en) Single flux quantum logic circuit
US4482821A (en) Superconductive logic circuit
JP4233195B2 (en) Single flux quantum logic circuit
JP3931759B2 (en) Superconducting divider circuit
JP2001251177A (en) Dynamic single magnetic flux quantum logic circuit
US5389837A (en) Superconducting flux flow digital circuits
CN112994635A (en) Superconducting amplifying circuit
JP2000252811A (en) Sfq/latching conversion circuit and superconducting/ semiconductor interface circuit
JP3459867B2 (en) Josephson latch circuit
JP2625392B2 (en) Josephson latch circuit
JPH0646698B2 (en) Superconducting slave flip-flop
JPH0234530B2 (en)
JP2783032B2 (en) Josephson reverse current prevention circuit
JP2004096261A (en) Sfq / latching converting circuit
JPH0544203B2 (en)
JPS59183512A (en) Josephson current amplifier
JPS58213527A (en) Current injection type sampling gate circuit using josephson effect

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070215

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20081201

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20081209

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090205

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20090303

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20090309

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120424

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120424

Year of fee payment: 3

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130424

Year of fee payment: 4

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140424

Year of fee payment: 5

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees