JPH01192087A - Josephson memory cell - Google Patents

Josephson memory cell

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JPH01192087A
JPH01192087A JP63017879A JP1787988A JPH01192087A JP H01192087 A JPH01192087 A JP H01192087A JP 63017879 A JP63017879 A JP 63017879A JP 1787988 A JP1787988 A JP 1787988A JP H01192087 A JPH01192087 A JP H01192087A
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JP
Japan
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current
josephson
logic
cell
memory cell
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Application number
JP63017879A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Nakagawa
博 仲川
Itaru Kurosawa
格 黒沢
Susumu Takada
進 高田
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To make an inductor unnecessary a circuit current line to two points in a superconductive closed loop, and inserting a prescribed number of Josephson devices in series to the right and left branch loops of closed circuits separated setting the two points as a boundary, respectively. CONSTITUTION:The circuit current line 12 is connected to the two points P1 and P2 in the superconductive closed loop 11 which forms a memory cell, and one Josephson device Jo, etc., of integer k=1 of one or more to be inductively coupled with a control current line 13 is inserted in series to the left branch loop separated setting the points P1 and P2 as the boundary, and integer (m) more than three of Josephson devices (J1-Jm) to the right branch loop in series. Thereby, four or more Josephson devices are inserted in series to the loop 11, and the sum of the phase differences at the ends of the devices (Jo-Jm) goes to at least 2npi, and the current can be branched to a right and left branch circuits without using inductance to generate signal delay, etc., and no inductor can be required in the memory cell. As a result, the constitution of the memory cell can be miniaturized, and high performance is attached.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、超電導閉ループ中に磁束量子を捕獲するか否
かにより、二値論理情報を選択的に記憶可能な磁束量子
記憶型のジョゼフソン・メモリ・セルにおける改良に関
する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention provides a magnetic flux quantum memory type Josephson device that can selectively store binary logic information depending on whether or not magnetic flux quanta are captured in a superconducting closed loop. - Concerning improvements in memory cells.

[従来の技術] 従来から各種提案されているこの種のジョゼフソン・メ
モリ・セルの中でも、構成が最も簡単で、かつ、駆動電
流に関し単極性の駆動が可能なセルとしては、木偶願人
が既に提案した特公昭60−20840号(特許第1,
294,806号)に開示のものがある。
[Prior Art] Among the Josephson memory cells of this type that have been proposed in the past, the one with the simplest structure and the one that can be driven with unipolar drive current is the one made by Kogannin. The already proposed Special Publication No. 60-20840 (Patent No. 1,
No. 294,806).

このセルに関する詳細は同公報の参照に任せるが、本書
にても簡単に説明すると、その代表的、基本的な構成例
は、第4図示のようになっている。
Details regarding this cell are left to reference to the same publication, but to briefly explain it in this book, a typical and basic configuration example thereof is as shown in the fourth figure.

まず、このジョゼフソン・メモリ・セルlOの中には、
二つのジョゼフソン素子J。+JIと、意図的に十分な
値に設計されたインダクタしRとを含む超電導閉ループ
11があって、この超電導閉ループ11には、外部回路
電流1yを選択的に流し込むため、二点PI 、 P2
にて外部回路電流線12 、12が接続している。
First, inside this Josephson memory cell lO,
Two Josephson elements J. There is a superconducting closed loop 11 including +JI and an inductor R intentionally designed to a sufficient value, and in order to selectively flow the external circuit current 1y into this superconducting closed loop 11, there are two points PI and P2.
External circuit current lines 12 and 12 are connected at.

そのため、当該回路電流線12 、12の接続点PI。Therefore, the connection point PI of the circuit current lines 12, 12.

P2を境にして見ると、超電導閉ループ11は左枝回路
(左ブランチ)と右枝回路(右ブランチ)とに分けるこ
とができ、左ブランチ中には単位のジョゼフソン素子J
。が含まれ、右ブランチ中にはインダクタL、と単位の
ジョゼフソン素子J、との直列回路が含まれた格好にな
る。
Looking at P2 as the boundary, the superconducting closed loop 11 can be divided into a left branch circuit (left branch) and a right branch circuit (right branch), and the left branch includes a unit Josephson element J.
. is included, and the right branch includes a series circuit of an inductor L and a unit Josephson element J.

左ブランチ中のジョゼフソン素子J。には、外部から印
加される制御電流■×の有無により、場合に応じてこの
ジョゼフソン素子JOを選択的に零電圧状態と電圧状態
の間でスイッチングさせ得るように、あるいはまた、セ
ル構成としていわゆるポルテックス遷移(瞬間的な状態
遷移であって直ちに元の状態に戻る動作)を起こさせ得
るように、当該制御電流Ixを流すための制御電流線1
3が誘導結合しており、さらに、後述のメモリ動作を不
都合なく実現するため、インダクタしRと超電導閉ルー
プll自体には、それぞれ並列にダンピング抵抗R,,
R2が接続されている。
Motoko Josephson J on the left branch. In this case, the Josephson element JO can be selectively switched between a zero voltage state and a voltage state depending on the case, depending on the presence or absence of an externally applied control current, or alternatively, as a cell configuration. A control current line 1 for flowing the control current Ix so as to cause a so-called portex transition (instantaneous state transition and immediate return to the original state).
3 are inductively coupled.Furthermore, in order to realize the memory operation described later without any inconvenience, damping resistors R, , ,
R2 is connected.

このような構成のセル10では、超電導閉ループll内
に磁束量子が捕えられているか否か、換言すれば当該磁
束量子の存在に伴う永久通電流■。1.が存在するか否
かにより、記憶情報の二値論理を定義するが、便宜上、
第4図中に仮想線で示すように、超電導閉ループll内
を矢印方向(時計回り)に永久通電流1eirが流れて
いる場合を論理“1”の記憶状態に対応させ、流れてい
ない場合を論理“0”の記憶状態に対応させる。
In the cell 10 having such a configuration, it is difficult to determine whether or not magnetic flux quanta are trapped in the superconducting closed loop ll, in other words, whether or not there is a permanent current flowing due to the presence of the magnetic flux quanta. 1. The binary logic of stored information is defined depending on whether or not it exists, but for convenience,
As shown by the imaginary line in Fig. 4, the case where a permanent current 1eir flows in the direction of the arrow (clockwise) in the superconducting closed loop ll corresponds to the stored state of logic "1", and the case where it does not flow corresponds to the stored state of logic "1". Corresponds to the storage state of logic "0".

しかるに、まず論理“θ″の書き込みは、単に制御電流
線13にのみ、所定の大きさの制御電流I×を流した後
、元に戻す(零にする)操作だけで行なう。
However, writing of the logic "θ" is performed by simply passing a control current Ix of a predetermined magnitude only through the control current line 13 and then returning it to the original state (setting it to zero).

この操作以前のセルの状態が論理“0”であって、超電
導閉ループ11内に永久通電流fairが流れ。
The state of the cell before this operation is logic "0", and a permanent current fair flows in the superconducting closed loop 11.

ていない場合には、制御電流I×が与えられてもその結
果は実質的に何も起こらなかったのと同じことになり、
制御電流I×の立ち下げ後、超電導閉ループll内に永
久通電流■cirが生ずるようなこともなく、したがっ
てこれをして論理“0”の記憶状態とすることができる
If not, even if the control current I× is applied, the result is essentially the same as if nothing had happened,
After the control current Ix falls, no permanent current cir is generated in the superconducting closed loop ll, so that a logic "0" storage state can be achieved.

一方、論理“0”の書き込み操作以前のセル状態が論理
“1”の記憶状態であって、超電導閉ループll内に永
久通電流Ic1rが流れていた場合には、ダンピング抵
抗R,、R2の値を通道することにより、ポルテックス
遷移を利用して、セル10の記憶内容を“0”に書き換
えることができる。
On the other hand, if the cell state before the logic "0" write operation is a logic "1" storage state and a permanent current Ic1r is flowing in the superconducting closed loop ll, then the values of the damping resistors R, , R2 By passing through the cell, the memory contents of the cell 10 can be rewritten to "0" using portex transition.

すなわち、永久通電流1elrが流れている場合には、
セルに関するしきい値曲線は流れていない場合と異なっ
ており、制御電流I×の印加で左ブランチ中のジョゼフ
ソン素子J、が一瞬でも電圧状態に遷移可能となってい
る。このジョゼフソン素子J。
That is, when a permanent current of 1elr is flowing,
The threshold curve for the cell is different from that when no current is flowing, and the application of the control current Ix allows the Josephson element J in the left branch to transition to a voltage state even momentarily. This Josephson Motoko J.

の両端p、 、 p、は、右ブランチの超電導枝回路に
よリシャントされているが、ジョゼフソン素子は非線形
インダクタンス素子でもあるので、実際にはジョゼフソ
ン素子Joの両端に一瞬、電圧が生じた後、零電圧状態
に復帰するのである。
Both ends p, , p, are shunted by the superconducting branch circuit of the right branch, but since the Josephson element is also a nonlinear inductance element, a voltage is actually generated momentarily across the Josephson element Jo. Afterwards, it returns to the zero voltage state.

そこで、このジョゼフソン素子Joが電圧状態に遷移し
たタイミングでは、超電導閉ループ内を流れていた永久
通電流■eム、が回路電流線12.12に流れ去り、す
ると、セル内の状態は既に述べたように、以前に論理“
0”を記憶していたときと同様となって、セルlOとし
てのしきい値曲線は論理“0”記憶時のそれに従うもの
となる。
Therefore, at the timing when this Josephson element Jo transitions to the voltage state, the permanent current flowing in the superconducting closed loop flows away to the circuit current line 12.12, and the state inside the cell changes as described above. As before, the logic “
Similarly to when a logic "0" was stored, the threshold curve for the cell IO follows that when a logic "0" is stored.

これがポルテックス遷移であり、したがってその後、こ
の制御電流I×を立ち下げれば、超電導閉ループ11内
に磁束量子が捕えられていない状態、つまり永久遠電流
fairが流れていない論理“0”の記憶状態を作るこ
とができる。
This is a portex transition, and therefore, if this control current Ix is subsequently reduced, a state in which magnetic flux quanta are not captured in the superconducting closed loop 11, that is, a memory state of logic "0" in which no permanent far current fair is flowing, is achieved. can be made.

論理“1”の酋き込みは、上記において制御電流lxを
流した後、回路電流1yも流し、この回路電流1yを流
したまま、先に制御電流lxを立ち下げ、その後に回路
電流■yを立ち下げることにより行なう。
Incorporating logic "1" means that after the control current lx flows in the above, the circuit current 1y also flows, and while this circuit current 1y continues to flow, the control current lx is first lowered, and then the circuit current ■y This is done by lowering the .

このようにすると、以前のセル記憶内容が論理“0”で
あった場合には、制御電流fxと回路電流■yとにより
ジョゼフソン素子Joを電圧状態に遷移させた後、回路
電流tyは右ブランチ中にのみ全て流れて、少なくとも
一磁束量子発生に必要なエネルギがインダクタLR内に
蓄えられ、したがって制御電流I×の立ち下げ後、回路
電流1yを取り去れば、超電導閉ループ11内に永久通
電流fairが残るようになるし、以前のセル記憶内容
が論理“1”であった場合には、最初の制御電流lxの
印加で既述したポルテックス遷移が生じ、記憶内容“0
″のときのしきい値曲線に従うものとなるため、結局は
上記同様に、以前のセル内容が“0″であってこわを論
理“1”に書き換える場合と同じメカニズムで、回路電
流として供給された電流成分を永久通電流1elrとし
て超電導閉ループ内に残すことができ、磁束量子を捕獲
した状態、すなわち論、理“1”の記憶状態とすること
ができる。
In this way, if the previous cell memory content was logic "0", the control current fx and the circuit current y cause the Josephson element Jo to transition to the voltage state, and then the circuit current ty changes to the right The energy necessary for generating at least one magnetic flux quantum is stored in the inductor LR, and therefore, if the circuit current 1y is removed after the control current Ix falls, there is no permanent flow in the superconducting closed loop 11. The current fair will remain, and if the previous cell memory content was logic "1", the aforementioned portex transition will occur with the first application of control current lx, and the memory content will become "0".
'', so in the end, as above, the current is supplied as a circuit current using the same mechanism as when the previous cell content was ``0'' and the stiffness is rewritten to logic ``1''. The current component can be left in the superconducting closed loop as a permanent current 1elr, and a state in which magnetic flux quanta are captured, that is, a storage state of logic "1" can be achieved.

読み出しは、上記書き込み時とは逆に、先に回路電流I
yを流してから制御電流lxを流すことにより行ない、
記憶されていた二値論理情報が“0”であったか“1″
′であったかの判断は、そのときに一対の回路電流線1
2 、12間に有意の時間以上にわたり、電圧が生ずる
か否かでなす。
For reading, contrary to the above writing, first the circuit current I is
This is done by flowing control current lx after flowing y,
Whether the stored binary logic information was “0” or “1”
’, at that time, the pair of circuit current wires 1
This is determined by whether or not a voltage is generated for a significant period of time between 2 and 12.

セルIOが論理“0”を記憶していた場合、つまり永久
通電流1airが超電導閉ループ11内に存在していな
かった場合には、左ブランチ中のジョゼフソン素子J。
If the cell IO stores a logic "0", that is, if the permanent current 1air is not present in the superconducting closed loop 11, the Josephson element J in the left branch.

に関し、制御電流■×により誘起される電流の向きと、
回路電流1yの中、この左ブランチ中を流れる分流分の
向きとが同じになるため、ジョゼフソン素子J。が電圧
状態にスイッチングした後、干渉効果で右ブランチ中の
ジョゼフソン素子J、も電圧状態に遷移し、もってセル
全体としての状態が電圧状態とdる(一対の回路電流線
12.12間に有意の値の電圧が生ずる)ことにより、
当該論理“0”の読み出しを行なうことができる。
Regarding, the direction of the current induced by the control current ■×,
In the circuit current 1y, the direction of the shunt flowing through this left branch is the same, so the Josephson element J. After switching to the voltage state, the Josephson element J in the right branch also transitions to the voltage state due to the interference effect, and the state of the entire cell changes to the voltage state (between the pair of circuit current lines 12 and 12). (a voltage of a significant value is generated),
The logic "0" can be read.

一方、セルlOが論理“1″を記憶していた場合には、
左ブランチ中のジョゼフソン素子JOに関し、回路電流
tyの左ブランチ分流分の向きと、永久通電流Ic1r
の向きとは丁度逆になるため、このジョゼフソン素子J
。が電圧状態にスイッチングしない状態を作ることがで
き、したがって、セル全体としても零電圧状態のままに
留まって、一対の回路電流線12.12間には有意の値
の電圧が生じないため、これをして論理“1′″の読み
出しとすることができる。
On the other hand, if cell lO stores logic "1",
Regarding the Josephson element JO in the left branch, the direction of the left branch branch of the circuit current ty and the permanent current Ic1r
This Josephson element J
. This can create a state in which the cell does not switch to a voltage state, and therefore the cell as a whole remains in a zero voltage state, and no significant value of voltage occurs between the pair of circuit current lines 12.12. It is possible to read the logic "1'" by

[発明が解決しようとする課題] 上記特許に開示された第4図示のようなジョゼフソン・
メモリ・セル10は、それ以前のこの種のジョゼフソン
・メモリ・セルに比せば、明らかに優れたものであった
[Problem to be solved by the invention]
Memory cell 10 was clearly superior to previous Josephson memory cells of this type.

例えば、制御電流lxや回路電流Iyは単極性で良いの
で周辺駆動回路の構成が著しく簡単化する外、原理的に
は外部線路を二本(12、l:l)に留めることができ
るため、集積化する場合にも極めて有利で、全体として
小型化が図れるのみならず、製造上も有利となったから
である。
For example, the control current lx and the circuit current Iy can be unipolar, which greatly simplifies the configuration of the peripheral drive circuit, and in principle, the number of external lines can be kept to two (12, l: l). This is because it is extremely advantageous when integrating, not only making it possible to reduce the overall size, but also being advantageous in terms of manufacturing.

しかし、この本出願人の手になる上記ジョゼフソン・メ
モリ・セルも、本発明によるその後の実用化に向けての
実験過程において、なお改良すべき余地のあることが分
かった。
However, in the course of experiments for the subsequent practical application of the present invention, it was found that there was still room for improvement in the above-mentioned Josephson memory cell produced by the present applicant.

上記ジョゼフソン・メモリ・セルのように、最低でも超
電導閉ループ11内に二つのジョゼフソン素子J。、J
lを含み、さらに磁束量子発生エネルギを得るため、な
いしは磁束量子干渉効果を得るため、インダクタLRを
要するものでは、当該インダクタLRの存在自体が種々
の意味で災いすることがあ7た。
As in the above-mentioned Josephson memory cell, at least two Josephson elements J are included in the superconducting closed loop 11. , J.
In the case where an inductor LR is required in order to obtain magnetic flux quantum generation energy or to obtain a magnetic flux quantum interference effect, the existence of the inductor LR itself may be detrimental in various ways.

まず第一に、一般にジョゼフソン回路中において所要の
大きさのインダクタンスを得るためには、物理寸法的に
かなり大きな面積を有する線路部分としてこのインダク
タを作らねばならず、したがって第4図示構成中のイン
ダクタしRは、セル全体として小型化に上限的な制約を
生むという欠点がある。特に昨今のように、ジョゼフソ
ン素子自体としては0.5μm口程度にまでの微細化が
可能な状況ともなってくると、いかんせん、このインダ
クタLRの形成に要する面積部分の大きさが目立ってし
まう。
First of all, in general, in order to obtain the required amount of inductance in a Josephson circuit, this inductor must be made as a line section having a fairly large physical area, and therefore The inductor R has the disadvantage that it imposes an upper limit on miniaturization of the cell as a whole. Particularly in recent years, when it has become possible to miniaturize the Josephson element itself to about 0.5 μm, the size of the area required to form the inductor LR becomes noticeable.

一方、設計性や特性上も、このインダクタしRの存在の
故に好ましい結果の得られないこともあった。
On the other hand, in terms of design and characteristics, the presence of this inductor resistance sometimes makes it difficult to obtain desirable results.

例えば、インダクタンスとジョゼフソン素子の電流密度
の関係が複雑であることが設計性の向上を阻み、自由度
を阻害する要因となっていたし、ジョゼフソン素子゛と
インダクタの周波数応答の違いから、特に高速動作させ
ようとすると、安定性に問題が生じがちであった。
For example, the complicated relationship between inductance and the current density of a Josephson element has hindered the improvement of design efficiency and inhibited the degree of freedom.Due to the difference in frequency response between a Josephson element and an inductor, Attempting to operate at high speeds tended to cause problems with stability.

これは、いくら動作安定化のため、ダンピング抵抗R,
、R,を施したにしても、このダンピング効果には限界
があることから、根本的には解決し得ない問題であった
し、逆に、このような抵抗値の設計条件の導出や、実際
に当該抵抗を作らねばならない手間が厄介となっていた
。将来的に見て極めて高密度なジョゼフソン・メモリ空
間を構築するにも、決して望ましいことではない。
This is due to the damping resistance R,
, R, there is a limit to this damping effect, so it was a fundamentally unsolvable problem.On the contrary, it was difficult to derive design conditions for such resistance values, The effort required to actually create the resistor has become troublesome. This is by no means desirable for constructing an extremely high-density Josephson memory space in the future.

そもそも、本来的には極めて高速なスイッチング動作の
可能な素子であるジョゼフソン素子を用いていながら、
インダクタしRの存在により、信号に伝搬遅れを生ずる
のは、何とも無粋な話であった。
In the first place, although it uses a Josephson device, which is originally an element capable of extremely high-speed switching operation,
It was rather unethical that the presence of the inductor R would cause a propagation delay in the signal.

本発明はこうした観点に立ち、上記特許に示されるジョ
ゼフソン・メモリ・セルをさらに改良し、上記各種欠点
を追放して、より一層の小型、高性能化の図れる基本セ
ル構造を提供せんとするものである。
Based on this viewpoint, the present invention aims to further improve the Josephson memory cell shown in the above patent, eliminate the various drawbacks mentioned above, and provide a basic cell structure that is even smaller and has higher performance. It is something.

[3題を解決するための手段] 上記した特公昭60−20840号に開示のジョゼフソ
ン・メモリ・セルにおいては、インダクタンスによって
左右の枝回路に電流を分流させていたが、本発明者は、
同様の分流機能を営ませるにも、複数のジョゼフソン素
子の直列回路中にあって各素子間の位相差を利用すると
いう発想に立った。簡単に言えば、上記従来例中のイン
ダクタを複数のジョゼフソン素子の直列構成に代えたの
である。
[Means for Solving the Three Problems] In the Josephson memory cell disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Publication No. 60-20840, current was shunted into left and right branch circuits using inductance.
To perform a similar current shunting function, the idea was to utilize the phase difference between multiple Josephson elements in a series circuit. Simply put, the inductor in the above conventional example is replaced with a series configuration of a plurality of Josephson elements.

もっとも、′こつした場合には、超電導閉ループ中に永
久通電流を選択的に生じさせ得る条件として、少なくと
も一つ一つのジョゼフソン素子の作る両端位相差の和(
ループ−巡の位相差)が全体で2nπでなければならな
いので、用いるジョゼフソン素子の総数には下限が生じ
、血電導閉ループに含ませるジョゼフソン素子の直列個
数の最低限度は四個となる。インダクタを用いずにジョ
ゼフソン素子のみから超電導閉ループを構成する場合、
四個以上でなければ位相差が20πとはならない。した
がって、その中の一個を左ブランチ中の制御電流線に誘
導結合させるとすると、右ブランチ中に含ませるジョゼ
フソン素子の個数は三個となる。
However, in the most advanced cases, the sum of the phase differences at both ends of at least each Josephson element (
Since the total phase difference (loop-to-cycle phase difference) must be 2nπ, there is a lower limit to the total number of Josephson elements to be used, and the minimum number of Josephson elements connected in series in the blood conduction closed loop is four. When constructing a superconducting closed loop from only Josephson elements without using an inductor,
Unless there are four or more, the phase difference will not be 20π. Therefore, if one of them is inductively coupled to the control current line in the left branch, the number of Josephson elements to be included in the right branch will be three.

しかし逆に、上記最低個数以上であれば、後述の実施例
からしても理解されるように、かなり任意に個数の増加
を図ることができる。
However, on the contrary, as long as the number is greater than or equal to the above minimum number, the number can be increased quite arbitrarily, as will be understood from the embodiments described below.

このような本発明ジョゼフソン・メ□モリ・セルを要旨
構成として要約すると次のようになる。
The main structure of the Josephson memory cell of the present invention can be summarized as follows.

超電導閉ループの二点に回路電流線を接続し、該二点を
境に上記超電導閉ループを左右の枝回路に振り分けると
共に: kを1以上の整数として、上記左右の枝回路の一方の枝
回路中には該に個のジョゼフソン素子を直列に挿入し; 該に個のジョゼフソン素子の少なくとも一つには外部制
御電流線を誘導結合する一方;mを3以上の整数として
、他方の枝回路中には該m個のジョゼフソン素子を直列
に挿入したこと: を特徴とするジョゼフソン・メモリ・セル。
Connect circuit current lines to two points of the superconducting closed loop, divide the superconducting closed loop into left and right branch circuits using the two points as a boundary, and: With k being an integer of 1 or more, one of the left and right branch circuits is connected to the superconducting closed loop. A number of Josephson elements are inserted in series in the branch circuit; an external control current line is inductively coupled to at least one of the number of Josephson elements; m is an integer of 3 or more; A Josephson memory cell characterized in that the m Josephson elements are inserted in series.

[作  用] 本発明ジョゼフソン・メモリ・セルの作用理解の簡単化
のため、上記要旨構成におけるに、mにつき、まずに=
1.m≧3とし、したがって制御電流線が誘導結合する
ジョゼフソン素子の数も当然、−個(k=1)であって
、これを含む枝回路が左ブランチであったとする。
[Function] To simplify the understanding of the function of the Josephson memory cell of the present invention, for m in the above summary structure, first =
1. Assume that m≧3, and therefore the number of Josephson elements to which the control current line is inductively coupled is also − (k=1), and that the branch circuit containing these Josephson elements is the left branch.

超電導閉ループ内に磁束量子が捕えられ、永久通電流(
Icirとする)が流れているときを先の従来例に関す
る説明時と同様、論理“1”の記憶状態とし、読み出し
モード下において一対の回路電流線間に有意電圧値が表
れたとき、つまりセルが電圧状態に遷移したときを論理
“0”の読み出しと定義すると、論理“0” 、1”の
選択書き込みや読み出し操作は、実質的に既述した第4
図示ジョゼフソン・メモリ・セルと同様で良い。
Magnetic flux quanta are captured in the superconducting closed loop, causing a permanent current (
As in the explanation regarding the previous conventional example, when the current Icir is flowing, it is assumed to be the storage state of logic "1", and when a significant voltage value appears between a pair of circuit current lines in the read mode, that is, when the cell If we define the reading of logic “0” as when the transition to the voltage state, then the selective write and read operations of logic “0” and “1” are substantially the same as the fourth one described above.
It may be similar to the illustrated Josephson memory cell.

左ブランチ中の一つのジョゼフソン素子に誘導結合した
制御電流線に選択的に流す制御電流(Ixとする)の値
を設計的に通運すると、論理1a OIIの書き込みは
当該制御電流lxのみで、また論理“1”の書き込みは
当該制御電流lxを流してから回路電流線に回路電流(
Iyとする)を流し、制御電流lxを立ち下げてから回
路電流Iyを立ち下げるというシーケンスでなすことが
できる。
When the value of the control current (referred to as Ix) that is selectively passed through the control current line inductively coupled to one Josephson element in the left branch is designed, the logic 1a OII can be written using only the control current lx, In addition, to write logic “1”, the control current lx is applied and then the circuit current (
This can be done by a sequence of flowing the control current Iy), decreasing the control current lx, and then decreasing the circuit current Iy.

例えば、上記書き込み操作以前のセル状態が論理“0”
の記憶状態であったならば、論理“0”の書き込み関す
る上記操作は、何の変化も起こさないことは明らかであ
る。定性的に考えても、回路電流tyもなく、永久通電
流1 e I’rもない状態では、制御電流lxの印加
により、例え左ブランチ中のジョゼフソン素子に何が起
きても、当該制御電流lxを除去した後は元の状態に戻
ることは簡単に後に閉じている超電導閉ループ内に永久
通電流Ic1rを残すことができる。
For example, the cell state before the above write operation is logic “0”
It is clear that if the storage state was , the above operation regarding writing a logic "0" would not cause any change. Qualitatively speaking, in a state where there is no circuit current ty and no permanent current 1e I'r, the application of the control current lx will cause the control to occur no matter what happens to the Josephson element in the left branch. After removing the current lx, it is easy to return to the original state, leaving a permanent current Ic1r in the superconducting closed loop that is closed afterwards.

一方、上記書き込み操作以前のセル状態が論理“1”の
記憶状態であって、永久通電流fairが流れていた場
合には、既述のポルテックス遷移を利用することができ
る。すなわち、論理“0”の記憶のため、制御電流[x
を流すことにより、この制御電流線に誘導結合している
ジョゼフソン素子に瞬間的な電圧遷移を起こさせ、永久
通電流1elrを回路電流線に流し去らせた後、制御電
流lxを立ち下げることによって、論理“0”を書き込
みし直すことができる。゛ 論理“1”の書き込み時には、以前のセル状態が論理“
1”の記憶状態であった場合にも、制御電流lxの印加
に伴う上記のポルテックス遷移で永久通電流Ic、、、
が回路電流線に流れ去ることにより、実質的に一旦、セ
ルは先に説明した論理“O”の記憶状態と等価な状態に
なるため、上記した論理“0”記憶状態からの論理“1
”の記憶状態を採るシーケンスと同様となって、所期通
り、論理“1”の記憶状態が維持される。
On the other hand, if the cell state before the write operation is a storage state of logic "1" and a permanent current fair is flowing, the portex transition described above can be used. That is, in order to store the logic “0”, the control current [x
, causing an instantaneous voltage transition in the Josephson element inductively coupled to this control current line, causing a permanent current 1elr to flow through the circuit current line, and then reducing the control current lx. Logic "0" can be rewritten.゛When writing logic “1”, the previous cell state is changed to logic “1”.
1", the permanent current Ic,...
flows away to the circuit current line, the cell becomes substantially once in a state equivalent to the logic "O" storage state described above, so that the logic "1" is changed from the logic "0" storage state described above.
The sequence is similar to the sequence in which the memory state of "1" is maintained, and the memory state of logic "1" is maintained as expected.

これら書き込み操作に対し、読み出し操作は、やはりこ
れも既述した従来例同様、回路電流Iyを流し、次いで
制御電流lxを流した後、副層電流IXを先に立ち下げ
、回持電流1.を立ち下げることにより、実質的に非破
壊的な読み出しを行なうことができる。
In contrast to these write operations, in the read operation, as in the conventional example described above, the circuit current Iy is caused to flow, then the control current lx is caused to flow, and then the sublayer current IX is first brought down, and the retention current 1. By lowering , substantially non-destructive reading can be performed.

すなわち、回路電流ryを流した状態において制御電流
lxを流すと、もし仮に、セルの記憶内容が論理“1”
であって、永久通電流1’c i rが流れていた場合
には、制御電流線の誘導結合しているジョゼフソン素子
に関しては、この永久通電流Iel’rは印加される回
路電流分流分や制御電流に対し、逆方向電流成分となる
ため、当該ジョゼフソン素子を電圧状態に遷移させない
状況を作ることができ警ためにセル全体として見ると、
超電導状態が保たれ、回路電流線間電圧が継続的に零と
いうことでこの論理“1”の内容を読み出すことができ
る。しかも、セル状態に変化を及ぼさなかったのである
から、制御電流IXおよび0警電流11の立ち下げ後、
セルは論理“1″の記憶状態を維持することができる。
In other words, if the control current lx is applied while the circuit current ry is applied, if the memory contents of the cell become logic "1".
When a permanent current Iel'r is flowing, this permanent current Iel'r is equal to the applied circuit current shunt with respect to the inductively coupled Josephson element of the control current line. Since the current component is in the opposite direction to the control current and control current, it is possible to create a situation in which the Josephson element does not transition to the voltage state, and when looking at the cell as a whole,
The content of this logic "1" can be read because the superconducting state is maintained and the circuit current line voltage is continuously zero. Moreover, since there was no change in the cell state, after the control current IX and the zero warning current 11 fell,
The cell can maintain a logic "1" storage state.

セルの記憶内容が論理“0”であった場合、制 ゛御電
流lxと回路電流xyの相乗効果は制御電流I×により
臨界電流値を低下させられる左ブランチ中のジョゼフソ
ン素子を電圧状態に遷移させ、したがってその後は全て
の回路電流Iyが右ブランチ中のジョゼフソン素子直列
回路に流れ込むため、これら直列にm個のジョゼフソン
素子が電圧状態に遷移し、結果としてセル全体も電圧状
態に遷移する。
When the memory content of the cell is logic "0", the synergistic effect of the control current lx and the circuit current xy causes the Josephson element in the left branch whose critical current value is reduced by the control current Ix to be in a voltage state. Therefore, after that, all the circuit current Iy flows into the Josephson element series circuit in the right branch, so these m Josephson elements in series transition to the voltage state, and as a result, the entire cell also transitions to the voltage state. do.

そこで、回路電流線間に電圧の発生という事実で論理“
0”を読み出したならば、回路電流Iyを低下させ(一
般には零に戻し)、制御電流Txをも低下させる(同様
に一般には零に戻す)ことで、超電導閉ループ内に磁束
量子の捕えられていない超電導状態に戻すことができ、
等価的な非破壊読み出しとすることができる。
Therefore, the logic “
0", the circuit current Iy is lowered (generally returned to zero) and the control current Tx is also lowered (generally returned to zero) to prevent magnetic flux quanta from being trapped in the superconducting closed loop. can be returned to a non-superconducting state,
Equivalent non-destructive reading can be performed.

ただし、本出願人はまた別途に、第4図示のような構成
を採るジョゼフソン・メモリ・セルの駆動方法における
改良として、書き込みモードでも読み出しモードでも、
制御電流と回路電流の印加シーケンスに関し、同一の順
番となるようにした方法を開発しているが、この駆動方
法は本発明のジョゼフソン素子のみから成るジョゼフソ
ン・メモリ・セルに関しても採用することができる。
However, the present applicant has also separately proposed an improvement in the method of driving a Josephson memory cell having the configuration shown in FIG.
Regarding the application sequence of the control current and the circuit current, a method has been developed in which the order is the same, but this driving method can also be adopted for the Josephson memory cell consisting only of the Josephson element of the present invention. Can be done.

これを換言すれば、本発明によるジョゼフソン・メモリ
・セルは、基本的な機能としては第4図示のジョゼフソ
ン・メモリ・セルと互換性があり、より効果的に、その
欠点のみを除去し得たものと言える。
In other words, the Josephson memory cell according to the present invention is basically functionally compatible with the Josephson memory cell shown in FIG. 4, and more effectively eliminates only its drawbacks. I can say that I got it.

端的に言うならば、本発明のジョゼフソン・メモリ・セ
ルは、既述した従来例に認められるような、意図的に形
成すべきインダクタやダンピング抵抗を要せず、素子間
配線路等に非意図的に形成されてしまうインダクタンス
分はある程度仕方がないものの(実際には無視可能)、
原理的にはジョゼフソン素子のみを含む超電導閉ループ
を利用し、二値論理を記憶できるものである。
To put it simply, the Josephson memory cell of the present invention does not require an intentionally formed inductor or damping resistor, which is found in the conventional example described above, and does not require any wiring paths between elements. Although the inductance that is intentionally formed is unavoidable to some extent (in fact, it can be ignored),
In principle, a superconducting closed loop containing only Josephson elements can be used to store binary logic.

そのため、末尾にまとめて記載する種々顕著なる効果を
奏し得るのであるが、次項では本発明の実施例を通じ、
本発明の理解のため、より詳細な説明を行なう。
Therefore, various remarkable effects can be achieved, which are summarized at the end of the article.In the next section, through examples of the present invention,
For understanding of the present invention, a more detailed explanation will be provided.

[実 施 例] 第1図には本発明に即して構成されたジョゼフソン・メ
モリ・セルの代表的ないし基本的な一実施例が示されて
いる。
Embodiment FIG. 1 shows a typical or basic embodiment of a Josephson memory cell constructed in accordance with the present invention.

ただし、用いる符号については、第4図に示した従来例
との対応を採るため、対応する構成子同志に同じ符号を
用いることにした。
However, in order to correspond to the conventional example shown in FIG. 4, the same reference numerals are used for corresponding components.

実際上、図示のジョゼフソン・メモリ・セルIOにおい
て左ブランチ中に一つのジョゼフソン素子JOを含ませ
る場合には、第4図示従来例における右ブランチ中のジ
ョゼフソン素子J、とインダクタしRの直列回路を複数
m個のジョゼフソン素子Jl + J2 +・・・・・
・+J1mに置き代え、かつダンピング抵抗R,、R,
を省略し得たものが、本発明実施例として第1図に示さ
れるジョゼフソン・メモリ・セルとなるからでもある。
In fact, when the Josephson memory cell IO shown in the figure includes one Josephson element JO in the left branch, the Josephson element J in the right branch in the conventional example shown in the fourth figure, and the inductor R. A series circuit consists of a plurality of m Josephson elements Jl + J2 +...
・Replace with +J1m and damping resistance R,, R,
This is also because what could have been omitted would be the Josephson memory cell shown in FIG. 1 as an embodiment of the present invention.

まず、この実施例におけるジョゼフソン・メモリ・セル
IOの静的な構成から説明すると、このジョゼフソン・
メモリ・セルIOの中には、本発明要旨構成におけるに
=1の場合として、−個のジョゼフソン素子Joと、3
以上の整数であるm個のジョゼフソン素子Jl e J
2 +・・・・・・、J、とからのみ成る超電導閉ルー
プ11があって、この超電導閉ループ11中には、非意
図的に素子間配線路等に形成されてしまうインダクタン
ス成分を除き、少なくとも意図的にはインダクタンス成
分も抵抗成分も形成しないようにしである。
First, the static configuration of the Josephson memory cell IO in this embodiment will be explained.
In the memory cell IO, there are − Josephson elements Jo and 3
m Josephson elements Jl e J that are an integer greater than or equal to
There is a superconducting closed loop 11 consisting only of It is intentionally designed not to form either an inductance component or a resistance component.

実際上、各ジョゼフソン素子を例えば0.5μm口程度
以下に形成するような場合には、これに見合った線幅で
の配線路には有意のインダクタンスが形成されず、無視
可能と考えて良い。
In practice, if each Josephson element is formed to have a width of, for example, 0.5 μm or less, no significant inductance will be formed in a wiring path with a line width commensurate with this, and it can be considered to be negligible. .

しかるに、超電導閉ループ11には、後述するように必
要に応じ、この中に選択的に外部回路電流lyを流し込
むため、当該ループ上の二点p、 、 p2にて外部回
路電流線12 、12が接続している。
However, in order to selectively flow the external circuit current ly into the superconducting closed loop 11 as described below as necessary, the external circuit current lines 12 and 12 are connected at two points p, , p2 on the loop. Connected.

そこで、この回路電流線12.12の接続点p、 、 
p2を境にして見ると、超電導閉ループl!は左枝回路
(左ブランチ)と右枝回路(右ブランチ)とに分けるこ
とができ、この実施例の場合、左ブランチ中に(k=)
1個の単位ジョゼフソン素子J0が・・含まれ、右ブラ
ンチ中にm個のジョゼフソン素子J、 、 J、 、・
・・・・・、Jlの直列回路が含まれている。
Therefore, the connection point p of this circuit current line 12.12, ,
If we look at p2 as the boundary, we see a superconducting closed loop l! can be divided into a left branch circuit (left branch) and a right branch circuit (right branch), and in this example, (k=) in the left branch
One unit Josephson element J0 is included, and m Josephson elements J, , J, , are included in the right branch.
..., Jl series circuit is included.

左ブランチ中のジョゼフソン素子J。には、外部から印
加される制御電流lxの有無により、場合に応じてこの
ジョゼフソン素子J。を選択的に零電圧状態と電圧状態
の間でスイッチングさせ得るように、あるいはまた先に
述べたいわゆるポルテックス遷移を起こさせ得るように
、当該制御電流lxを流すための制御電流線13が誘導
結合している。
Motoko Josephson J on the left branch. This Josephson element J depends on the presence or absence of an externally applied control current lx. The control current line 13 for passing the control current lx is inductively coupled so that the control current lx can be selectively switched between a zero voltage state and a voltage state, or the so-called portex transition described above can occur. are doing.

このような基本構成の本発明ジョゼフソン・メモリ・セ
ルlOにおいて、確実な動作を保証し、かつ、動作マー
ジンを広く採るためには、第2図に即して後述するよう
な設計例に従って、各ジョゼフソン素子の臨界電流値I
0や個数に、m等を設定すると良いが、ここではまず、
第1図示のセル10にそうした望ましい設計が施された
ものとして、第3図示のしきい値曲線を利用し、本実施
例のジョゼフソン・メモリ・セルの動作について説明す
る。
In the Josephson memory cell IO of the present invention having such a basic configuration, in order to ensure reliable operation and to provide a wide operating margin, it is necessary to follow the design example described below with reference to FIG. Critical current value I of each Josephson element
It is good to set m etc. to 0 or the number, but here first,
Assuming that the cell 10 shown in the first figure has such a desirable design, the operation of the Josephson memory cell of this embodiment will be explained using the threshold curve shown in the third figure.

ここでは、超電導閉ループ11内に磁束量子が捕えられ
ていて、永久通電流fcirが図示のように時計回りに
存在するときを論理“1”の記憶状態と定義し、したが
って論理“0”の記憶状態は、こうした永久遠電流■e
Irがない状態とする。
Here, when magnetic flux quanta are captured in the superconducting closed loop 11 and a permanent current fcir exists in the clockwise direction as shown in the figure, it is defined as a storage state of logic "1", and therefore a storage state of logic "0". The state is such a permanent far current ■e
Assume that there is no Ir.

また、第3図示の本ジョゼフソン・メモリ・セルの1x
−1yLきい値特性において、曲線C(O)はセルlO
が論理“0”を記憶しているときのしきい値曲線、曲線
C(1)はセルIOが論理“ビを記憶しているときのし
きい値曲線であり、各曲線において点線で示されている
部分は、いわゆるポルテックス遷移を起こし得る領域で
ある。動作マージンは実質的に曲線C(0) 、 C(
1)がly軸方向に互いに離れている程、大きくなり、
後述する設計例に示されるように、最大ではIy輪軸上
最大臨界電流値比にして 1,5倍程度まで採ることが
できる。
Also, 1x of this Josephson memory cell shown in FIG.
In the −1yL threshold characteristic, the curve C(O) is the cell lO
Curve C(1) is the threshold curve when the cell IO stores the logic "0", and the curve C(1) is the threshold curve when the cell IO stores the logic "B". This is the region where a so-called portex transition can occur.The operating margin is essentially the curve C(0), C(
1) becomes larger as they are farther apart from each other in the ly-axis direction,
As shown in the design example described below, the maximum critical current value ratio on the Iy wheel axle can be increased to about 1.5 times.

さらに、同第3図中、原点0から時計回りに順次に点a
、b、cをたどって原点0に戻る太線で示された経路は
、書き込みモードや読み出しモード下において、これら
に沿い、制御電流lx、回路電流ryが所定の仕方で行
ったり来たりする経路である。
Furthermore, in Fig. 3, points a are sequentially clockwise from the origin 0.
, b, and c to return to the origin 0 is a path along which the control current lx and circuit current ry go back and forth in a predetermined manner in write mode and read mode. be.

まず論理“0”の書き込みにつき考えるに、これは例え
ば、単に制御電流線13にのみ、所定の大きさの制御電
流1x=c(第3図)を流した後、元に戻す(零にする
)操作だけで行なう。
First, considering writing logic "0", this means, for example, simply flowing a control current 1x=c (Fig. 3) of a predetermined magnitude only through the control current line 13, and then returning it to the original state (reducing it to zero). ) just by operating it.

便宜上、制御電流lxを第3図中の原点0から点Cに相
当する量まで流す操作を“lx/″と示し、逆に原点0
に戻す操作を“I×\”と表記する。同様に回路電流1
yに関しても、Iy−aの値まで、当該回路電流1yを
流す操作を“I31/”と示し、零ないし原点0に戻す
操作を“Iy\”と表記する。
For convenience, the operation of flowing the control current lx from the origin 0 to the amount corresponding to point C in FIG.
The operation to return to is expressed as "I×\". Similarly, the circuit current 1
Regarding y, the operation of causing the circuit current 1y to flow up to the value of Iy-a is expressed as "I31/", and the operation of returning it to zero or the origin 0 is expressed as "Iy\".

したがって、上記の論理“0”の書き込み操作シーケン
ス0は、 @=Ix/=>IxX。
Therefore, the logic “0” write operation sequence 0 above is: @=Ix/=>IxX.

と表せる。合同記号“ミ”は、当該シーケンス■の内容
が右の項に示されるものであることを示す意味であり、
矢印記号“う”は、操作の順番を示している。これら記
号についての約束は、以下でも同様とする。
It can be expressed as The congruence symbol "Mi" indicates that the content of the sequence ■ is as shown in the right column,
The arrow symbol "u" indicates the order of operations. The same conventions regarding these symbols apply below.

このようにすると、この操作以前のセル10の状態が論
理“0”であって、超電導閉ループ11内に永久通電流
Ic1rが流れていない場合には、第3図中、原点0か
らIx軸上の点Cに至って再び原点0に戻る電流軌跡°
となる。この電流軌跡を0°とすると、 ■ゝミ0埠c −> 。
In this way, if the state of the cell 10 before this operation is logic "0" and the permanent current Ic1r is not flowing in the superconducting closed loop 11, then as shown in FIG. The current trajectory that reaches point C and returns to the origin 0°
becomes. If this current trajectory is set to 0°, ■ゝmi0埠c ->.

となるが、この軌跡を追っかけると分かるように、論理
“0″の記憶状態にあるセルに関しては、そのしきい値
曲線C(0)をいかなる部位においても横切ることがな
いため、セルlOの内容に影響を与えることはなく、何
の変化も置きない。したがって書き込みモード終了時(
制御電流lxの立ち下げ後)にあけるセル10の記憶内
容は“0″であり、逆に言えば、所期通りに論理“0”
を書き込めたことになる。
However, as can be seen by tracing this trajectory, for cells in the storage state of logic "0", the threshold curve C(0) is not crossed at any point, so the contents of cell lO does not affect or make any changes. Therefore, when exiting write mode (
After the control current lx falls), the memory content of the cell 10 is "0", and conversely, the logic "0" is stored as expected.
This means that you can write .

これに対し、以前のセル内容が論理“1”であり永久通
電流1cirが存在していた場合には、第3図示の特性
曲線はC(t)に従い、上記シーケンス0に伴う上記電
流軌跡■°で“o => c”のときに第3図中の点R
にて点線で示されているしきい値C(t)のポルテック
ス遷移領域を横切るため、ここで論理“0”に書き込ま
れる。
On the other hand, if the previous cell content was logic "1" and a permanent current of 1 cir existed, the characteristic curve shown in FIG. When “o => c” at °, point R in Fig. 3
It is now written to a logic "0" because it crosses the portex transition region of threshold C(t), indicated by the dotted line at .

つまり、所定値R以上の制御電流lxの印加で左ブラン
チ中のジョゼフソン素子J。が−瞬、電圧状態に遷移し
、永久通電流IcI、、が回路電流+1!1112に流
れ去ることにより、実質的に論理“0”の書き込み状態
となる。
In other words, the Josephson element J in the left branch when the control current lx equal to or higher than the predetermined value R is applied. momentarily changes to the voltage state, and the permanent current IcI, . . . flows away to the circuit current +1!1112, thereby substantially becoming a logic "0" write state.

論理“0”が書き込まれれば、“c => o ”の戻
り経路時にはどこのしきい値曲線部分をも横切らないた
め、制御電流■×の立ち下がりによる書き込みモード終
了以降、当該セル内容は予定通りに論理“0”となる。
If logic “0” is written, the contents of the cell will not be as expected after the write mode ends due to the fall of the control current ×, since no threshold curve will be crossed during the return path of “c => o”. The logic becomes "0" as expected.

次いで論理“1”の書き込みにつき考えるが、これの操
作シーケンス■は、 ■=lx/埠1y/−>1x−埠1y%とすることがで
きる。
Next, considering the writing of logic "1", the operation sequence (2) can be set as (1)=lx/1y/->1x-1y%.

第3図中の太線経路に沿えば、このときの電流軌跡■°
は、 ■’ =o6c:3b=>a6゜ となる。
If you follow the thick line path in Figure 3, the current trajectory at this time ■°
becomes ■'=o6c:3b=>a6°.

この書き込み操作以前のセル内容が論理“0”であり、
第3図中のしきい値曲線C(0)に即す場合には、上記
■中、“Ix/″とした後のIy/”に伴う■゛中の電
流軌跡部分“c −> b“の過程で、当該曲線C(0
)が点Pにおいて下から上に横切られるため、セルlO
内に論理“l”が書き込まれる。
The cell content before this write operation is logic “0”,
If the threshold curve C(0) in FIG. In the process, the curve C(0
) is crossed from bottom to top at point P, so cell lO
A logic "l" is written into the register.

この過程においては、図中、点Qをも下から上に横切7
ているが、この点Qは論理“1″に関するしきい値曲線
C(1)上にあるので、関係がない。
In this process, point Q is also crossed from bottom to top in the figure by 7
However, since this point Q is on the threshold curve C(1) for logic "1", it is irrelevant.

以上のようにして超電導閉ループll内に磁束量子が捕
獲されたならば、上記シーケンス■中、引き続いて“l
x入−>Iy−”とすることにより、安定に当該論理“
1”の記憶状態を保持したまま、書き込みモードを終え
ることができる。電流軌跡で言えば、点Pを下から上に
越えた時点でしきい値曲線は曲線C(1)に沿うものと
なるため、引きつづいての“b => a => o”
なる過程では、最早、セルに何の影響をも与えないから
である。
Once the magnetic flux quantum is captured in the superconducting closed loop ll as described above, during the above sequence
By setting “x input −> Iy −”, the corresponding logic “
It is possible to exit the write mode while retaining the memory state of 1".In terms of the current trajectory, the threshold curve follows curve C(1) at the point when point P is crossed from bottom to top. Therefore, the following “b => a => o”
This is because in the process of becoming a cell, it no longer has any effect on the cell.

この論理“l”の書き込みモード開始以前のセル10の
記憶内容が論理“1”であった場合には、実質的には破
壊読み出しから再書き込み手順に準じて元通りに論理“
1”が記憶し直される。
If the memory content of the cell 10 is logic "1" before starting the logic "L" write mode, the logic "1" is restored to its original state substantially according to the rewrite procedure from destructive read.
1” is re-memorized.

すなわち、上記シーケンス■に従い、電流軌跡■°中の
“O−> C”の過程では、点線で示されているしきい
値曲線(:(1)を点Rで左から右に横切るため、既に
説明したポルテックス遷移により、セルは一旦、論理“
0″の記憶状態にセットされる。
That is, according to the above sequence ■, in the process of "O->C" in the current trajectory ■°, the threshold curve (: (1) shown by the dotted line is crossed from left to right at point R, so Due to the portex transition described, the cell once becomes logical “
It is set to a storage state of 0''.

こうなれば、後の過程は上記論理“0”の記憶状態から
論理“1”への書き換え過程と同様となり、次の“Iy
/”に伴う電流軌跡部分“c => b”の過程で、曲
線C(0)が点Pにおいて下から上に横切られるため、
セルlO内に論理“1”が書き込まれ、その後、上記シ
ーケンス■中、引き続いての“lx\=>Iy\”に伴
う“b => a 6 o ”なる過程で、安定に当該
論理“1”の記憶状態を保持したまま、書き込みモード
を終えることができる。
If this happens, the subsequent process will be similar to the rewriting process from the memory state of logic "0" to logic "1", and the next "Iy
In the process of the current trajectory part “c => b” accompanying “/”, the curve C(0) is crossed from bottom to top at point P, so
A logic "1" is written in the cell 10, and then during the above sequence (2), in the process of "b => a 6 o" accompanying the subsequent "lx\=>Iy\", the logic "1" is stably written. You can exit the write mode while retaining the memory state of ``.

これに対し、読み出しモード下における読み出しシーケ
ンス■は、 ■=Iy/啼lx/啼lx−啼Iy− とすることができ、したがってこのときの電流軌跡0゛
は、 ■’ =o6aab=OL=>。
On the other hand, the readout sequence (■) under the readout mode can be made as follows (■=Iy/啼lx/啼lx−啼Iy−), and therefore the current trajectory 0゛ at this time is ■'=o6aab=OL=> .

となる。becomes.

ここで、セルlOの超電導閉ループ11内に永久還電流
1clrが流れていた場合、つまり論理′1”が記憶さ
れていた場合には、上記シーケンスO中の最初の“Iy
/61x/”に伴う“o => a −> b”なる経
路は、完全にしきい値曲線C(t)にて画される零電圧
状態領域内での電流変化となるため、何の変化をも起こ
さず、セル10としては零電圧状態を維持し、これをし
て論理“1”の読み出しと判断することができ、その後
、引き続く“b :> &:> O”なる経路で元の状
態に戻せば、セル内容に変化なく、定常状態に戻すこと
ができる。
Here, if a permanent return current of 1 clr flows in the superconducting closed loop 11 of the cell lO, that is, if logic '1' is stored, then the first 'Iy
The path "o => a ->b" associated with "/61 The cell 10 maintains a zero voltage state without causing any problem, and can determine this as a logic "1" readout, and then returns to its original state through the subsequent "b:>&:>O" path. If the cells are returned to normal state, the cell contents remain unchanged.

一方、セルlOの記憶内容が論理“0”であった場合に
は、当然、第3図中、しきい値曲線C(0)に即しての
動作となるため、上記シーケンス0中の“I y/ :
31 x/ ’″に伴う“o 6 a => b”なる
経路は、点Sにて当該しきい値曲線C(0)を左がら右
にれて、定常状態に戻る。
On the other hand, if the memory content of the cell IO is logic "0", the operation will naturally follow the threshold curve C(0) in FIG. Iy/:
The path “o 6 a => b” accompanying 31

実際上、上記の操作シーケンスやこれに伴うメカニズム
自体は、すでに第4図に即して説明した従来例セルと同
様である。異なるのは、こうした同様の機能を営むのに
も、インダクタや抵抗を必要とせず、十分な安定性を確
保し得ることである。
In fact, the above operation sequence and the accompanying mechanism itself are the same as those of the conventional cell already explained with reference to FIG. The difference is that it does not require an inductor or resistor to perform these similar functions, and sufficient stability can be ensured.

もつとも、本発明ジョゼフソン・メモリ・セルも、第4
図示の従来例におけるジョゼフソン・メモリ・セルも、
本出願人が別途に開示する他の操作シーケンスに即して
の動作も可能である。
However, the Josephson memory cell of the present invention also has a fourth
The Josephson memory cell in the conventional example shown is also
Operations according to other operation sequences disclosed separately by the applicant are also possible.

例えば、上記した操作シーケンスにおいては、論理“1
″の書き込み操作シーケンス■と、読み出し操作シーケ
ンス■は、異なる順番に従うものとな9ていた。原理的
にはそれで何等差支えないのであるが、実際には、選択
的に所定のタイミングで制御電流lxや回路電流1yを
発生させたり除去させたりする周辺駆動回路系を構築す
る場合、遅延回路等を用いて制御電流Ixと回路電流1
yの発生順番を異ならせることが多く、回路構成自体が
複雑化する傾向がある。
For example, in the above operation sequence, logic “1”
The write operation sequence ■ and the read operation sequence ■ follow different orders9. In principle, there is no problem with this, but in reality, the control current lx is selectively changed at a predetermined timing. When constructing a peripheral drive circuit system that generates or removes the control current Ix and the circuit current 1y, a delay circuit or the like is used to control the control current Ix and the circuit current 1y.
The order of occurrence of y is often different, and the circuit configuration itself tends to become complicated.

そこで例えば、順番ではなく、回路電流1yの電流値を
変えることで、同じ順番でも書き込みモードと読み出し
モードを区別可能なこともある。簡単には次のように説
明できる。
Therefore, for example, by changing the current value of the circuit current 1y instead of the order, it may be possible to distinguish between the write mode and the read mode even in the same order. It can be easily explained as follows.

上記において論理“1”の書き込みシーケンス■は、 ■=lx/−>Iy/埠I×\う■y\となっており、
対して読み出しシーケンスOは、0=Ty13Ixz’
>IxX、−>ry%となっていて、lx、Iyの印加
、除去関係が丁度、逆になっていた。
In the above, the logic "1" write sequence ■ is ■=lx/->Iy/埠I×\■y\,
On the other hand, the read sequence O is 0=Ty13Ixz'
>IxX, ->ry%, and the relationship between application and removal of lx and Iy was exactly reversed.

しかし例えば、ここで読み出し時に印加する回路電流x
yの値Yrに対し、論理“1”の書き込み時に印加する
回路電流1yの値Y、を小さくし、論理“1”の書き込
み時における第3図示の点aを下げて、ここから点すに
向けての電流経路がしきい値曲線C(0)の点線で示す
ポルテックス遷移領域を左から右に横切るようにすれば
、読み出し時のシーケンス0と同一のシーケンスで論理
“1″の書き込みを行なえるようになる。
However, for example, here, the circuit current x
With respect to the value Yr of y, the value Y of the circuit current 1y applied when writing a logic "1" is made smaller, and the point a shown in the third diagram when writing a logic "1" is lowered. If the current path for the current is made to cross the portex transition region shown by the dotted line of the threshold curve C(0) from left to right, a logic "1" can be written in the same sequence as the sequence 0 during reading. Become so.

さらに、図示の場合はしきい値特性の専ら第一象限に即
しての動作としたが、必要ならば第四象限における動作
も可能であり、その他の象限にての動作も条件によって
は不可能ではない。もちろん、その場合には、第三象限
利用型で制御電流I×も回、路電流Iyも共に負領域の
電流値関係としない限り、全ての電流値関係の単極性を
保ち得るという効果は犠牲になる。
Furthermore, in the case shown in the figure, the operation is performed exclusively in accordance with the first quadrant of the threshold characteristic, but operation in the fourth quadrant is also possible if necessary, and operation in other quadrants is also possible depending on the conditions. It's not possible. Of course, in that case, unless the control current Ix, the circuit current, and the road current Iy are both in the negative region in the third quadrant utilization type, the effect of maintaining the unipolarity of all current value relationships will be sacrificed. become.

次に、本発明ジョゼフソン・メモリ・セルを実現する場
合の設計例につき、参考のため、述べて置く。
Next, a design example for realizing the Josephson memory cell of the present invention will be described for reference.

第1図に示されるように、永久通電流Lirに関しては
時計回り方向を正とし、左ブランチに関してこの永久通
電流■eIrが図中、下から上に流れる電流なI1、右
ブランチに関しては上から下に流れる電流をIRとする
As shown in Figure 1, regarding the permanent current Lir, the clockwise direction is positive, and the permanent current ■eIr for the left branch is the current I1 flowing from the bottom to the top in the figure, and for the right branch it is the current flowing from the top. Let the current flowing downward be IR.

また、超電導閉ループ11を構成する各ジョゼフソン素
子J。、 Jl 、 J2 、・・・・・・、J、がそ
れぞれ分担する位相差をそれぞれθ。、θ1.θ2.・
・・・・・、01、各ジョゼフソン素子J。+ Jl 
+ J2 +・・・・・・、J、の各臨界電流値を■。
Moreover, each Josephson element J that constitutes the superconducting closed loop 11. , Jl, J2, ......, J, respectively, represent the phase differences as θ. , θ1. θ2.・
..., 01, each Josephson element J. +Jl
+ J2 +..., J, each critical current value ■.

+Il+12+・・・・・・+1mとする。+Il+12+...+1m.

本来的には、各ジョゼフソン素子の臨界電流値10、 
l、 、 I2.・・・・・・+Lは全て異なっていて
も最適設計は可能であるが、ここでは計算の簡単のため
、まずは右ブランチ中のm個の各ジョゼフソン素子J1
.・・・・・・、J、は、全て同じ値の臨界電流値1s
allを持つものとする。これは結局、当該m個のジョ
ゼフソン素子は全て同じ位相差ORを持つことを意味す
る。
Essentially, the critical current value of each Josephson element is 10,
l, , I2. Although an optimal design is possible even if +L are all different, here, to simplify the calculation, we first calculate each of the m Josephson elements J1 in the right branch.
.. ......, J, are all the same critical current value 1s
Assume that there is all. This ultimately means that the m Josephson elements all have the same phase difference OR.

しかるに、永久遠電流1e1rを生じさせるためには、
少なくとも超電導閉ループ11内の位相条件が、 0゜+0.+−−−−−−+0.=θ。十m・0R=2
rrK;ただし、 n=土0.±1.±2.・・・・・
・・・・・・・(1) でなければならない(n−0の場合は永久通電流■。、
rが存在しない場合に対応)。
However, in order to generate an eternal far current 1e1r,
At least the phase condition within the superconducting closed loop 11 is 0°+0. +-----+0. =θ. 10m・0R=2
rrK; However, n=earth 0. ±1. ±2.・・・・・・
・・・・・・・・・(1) Must be (if n-0, permanent current ■.
(corresponds to the case where r does not exist).

一方、超電導閉ループlOに対し、図示方向の回路電流
[yを流すことを考えると、左ブランチ中のジョゼフソ
ン素子を流れる永久通電流成分ILは逆方向となるから
、 Iy= −IL+ l*= −1,・5inO0+ I
−R−sinO。
On the other hand, considering that the circuit current [y] flows in the direction shown in the superconducting closed loop lO, the permanent current component IL flowing through the Josephson element in the left branch is in the opposite direction, so Iy= -IL+ l*= -1,・5inO0+I
-R-sinO.

・・・・・・(2) 1、=IC,,=10・sing。・・・・・・(2) 1,=IC,,=10・sing.

・・・・・・(3) なる式を挙げることができる。・・・・・・(3) The following formula can be given.

ここでさらに、最も簡単で済む設計を目指し、左右ブラ
ンチ中の全てのジョゼフソン素子の臨界雷流値も同じ(
■。” I−R)としてしまい、永久還電流1clrが
存在するときに位相差が2πとなるように、つまり、n
=1としてし、まえば、上記 (1)〜(3)式から、 ■e1..=:I0・Sin[2d(m+1)]・・・
・・・(4) が得られ、逆にこの式は、当該永久還電流■。鳳、を得
るために必要な(論理“1”の書き込みに必要な)、右
ブランチ中に流さなければならない最低電流値1.。と
じて考えることもできる。
Furthermore, aiming for the simplest design, all Josephson elements in the left and right branches have the same critical current value (
■. ” I−R), and when there is a permanent return current of 1 clr, the phase difference is 2π, that is, n
= 1, and from the above equations (1) to (3), ■e1. .. =:I0・Sin[2d(m+1)]...
...(4) is obtained, and conversely, this equation is the permanent return current ■. The minimum current value that must be passed through the right branch (necessary for writing a logic "1") to obtain 1. . You can also think about it.

こうした式に基づき、右ブランチ中に含ませるジョゼフ
ソン素子の数mをパラメータとして計算した結果が第2
図に示されている。
Based on these formulas, the result of calculation using the number m of Josephson elements included in the right branch as a parameter is the second
As shown in the figure.

本図では、当該論理“1”の書き込に必要で右ブランチ
中へ印加すべき電流値Leeは、個々のジョゼフソン素
子の臨界電流値■。で規格化して示してあり、また、実
質的に動作マージンを表すことができる論理“0“記憶
時と論理“1”記憶時のセルの臨界電流値の比1y(1
)/Iy(0)も併せて計算し、示しである。
In this figure, the current value Lee required to write the logic "1" and to be applied to the right branch is the critical current value (■) of each Josephson element. The ratio of the critical current value of the cell when storing logic "0" and when storing logic "1" is 1y(1
)/Iy(0) was also calculated and shown.

なお、論理“1”記憶時のセルの臨界電流値の最大値I
y(1)は、第3図のしきい値曲線上では、実線のしき
い値曲線C(1)におけるty軸切片に相当し、同様に
論理“0”記憶時のセルの臨界電流値の最大値1y(0
)は、第3図のしきい値曲線上で実線のしきい値曲線C
(0)におけるty軸切片に相当する。
In addition, the maximum value I of the critical current value of the cell when storing logic “1”
On the threshold curve in FIG. 3, y(1) corresponds to the ty-axis intercept of the solid threshold curve C(1), and similarly corresponds to the critical current value of the cell when storing logic "0". Maximum value 1y(0
) is the solid threshold curve C on the threshold curve in FIG.
Corresponds to the ty-axis intercept at (0).

本第2図からまず明らかになることは、動作マージンの
大きさ゛を示し得る比1y(1)/Iy(0)は、右ブ
ランチ中のジョゼフソン素子の個数mの変化に対しても
変化が少なく、望ましいことに約1.5倍程度は得られ
ていることである。
The first thing that becomes clear from Fig. 2 is that the ratio 1y(1)/Iy(0), which can indicate the size of the operating margin, does not change as the number m of Josephson elements in the right branch changes. Desirably, it is about 1.5 times as much.

一方、上記では簡単のため、右ブランチ中の全てのジョ
ゼフソン素子の臨界電流値は同じとしたが、一般論とし
ては、論理“1”の記憶に要する右ブランチ中への供給
電流値1 me、、は、当然、当該右ブランチ中に含ま
れるジョゼフソン素子の中で最小の臨界電流値を持つも
のの当該臨界電流値よりも小さくなければならないが、
これについても動作マージンの観点からは、少なくとも
その臨界電流値の半分程度以上の値は欲しい所である。
On the other hand, in the above, for simplicity, the critical current value of all Josephson elements in the right branch is assumed to be the same, but in general terms, the supply current value to the right branch required to memorize a logic "1" is 1 me , , must naturally be smaller than the critical current value of the Josephson element that has the smallest critical current value among the Josephson elements included in the right branch.
From the viewpoint of operational margin, a value of at least half of the critical current value is desired.

余り小さな値では信号対ノイズ比特性上でも望ましくな
い。
Too small a value is undesirable in terms of signal-to-noise ratio characteristics.

そこで、この計算例の場合でも、当該臨界電流値I。の
半分以上となる範囲で個数mの上限を見てみると、m≦
10が望ましいことが読み採れる。
Therefore, even in the case of this calculation example, the critical current value I. Looking at the upper limit of the number m in the range where it is more than half of , m≦
It can be seen that 10 is desirable.

もっとも上記計算例は、あくまで簡単な設計例を求めて
の一例であり、本発明を実現する上での必須要件ではな
い。逆に本発明が開示された以上、各場合につき、当業
者であれば最適設計が可能である。
However, the above calculation example is just an example of a simple design example, and is not an essential requirement for realizing the present invention. On the contrary, now that the present invention has been disclosed, those skilled in the art will be able to optimally design each case.

例えば上記設計例から推して、位相差2nπを満たす上
で必要な超電導間°ループ内の最低ジョゼフソン素子個
数(k+m)が4以上であれば、かなり任意に個数の増
加を図ることができ、左ブランチ中に含ませるジョゼフ
ソン素子Q数も一つに限らず、二つ以上として良く、少
なくともその一つに制御電流線12が作用可能に結合し
ていれば良い。この場合、例えばに=2になったからと
言って、右ブランチ中のジョゼフソン素子個数mに関す
る最低値3が二倍の6になるという必然性はなく、(k
 + m )個のジョゼフソン素子の位相差の和がルー
プ−巡で2nπとなっていれば良い。
For example, inferring from the above design example, if the minimum number of Josephson elements (k+m) in the superconducting ° loop necessary to satisfy the phase difference of 2nπ is 4 or more, the number can be increased quite arbitrarily. The number of Josephson elements Q included in the left branch is not limited to one, but may be two or more, as long as the control current line 12 is operably connected to at least one of them. In this case, even if = 2, for example, there is no necessity that the lowest value 3 for the number m of Josephson elements in the right branch will be doubled to 6, and (k
It is sufficient that the sum of the phase differences of + m ) Josephson elements is 2nπ in a loop.

むしろ、この用いるジョゼフソン素子数の増加に関して
は、理論的に求められる上限よりも、無駄に数を増やさ
ないで良い実際的、実用的な条件によって上限個数が設
計的に定まってくると言って良い。余り数を増やすと、
本発明のジョゼフソン・メモリ・セルでは抵抗やインダ
クタを必須とせず、極めて小型なジョゼフソン素子のみ
から作成可能とは言え、せっかくの大幅な小型化が阻ま
れるし、製作上も面倒な三次元多層構造等が要求される
ことが考えられるからである。
Rather, when it comes to increasing the number of Josephson elements used, the upper limit is determined by design, not by the theoretical upper limit, but by practical and practical conditions that do not need to increase the number unnecessarily. good. If you increase the number of remainders,
Although the Josephson memory cell of the present invention does not require a resistor or inductor and can be made from only extremely small Josephson elements, it does not allow for significant miniaturization, and the three-dimensional structure is troublesome to manufacture. This is because a multilayer structure or the like may be required.

なお、上記実施例の操作シーケンスにおいて、特に論理
“0”の書き込みに示されるように、本ジョゼフソン・
メモリ・セルは制御電流Ixのみで論理“θ″の書き込
みを行ない得るので、実際にこのジョゼフソン・メモリ
・セルをX行Y列に組んで二次元メモリ空間を構成し、
X−Y一致アドレス方式を採用した場合、同じ制御電流
線13に接続された複数個のセルは、この制御電流線に
制御電流I×を流すと全て一遍に論理“0”に強制的に
書き換えられてしまうことが起こり得る。
In addition, in the operation sequence of the above embodiment, as shown in particular in the writing of logic "0", this Josephson
Since the memory cell can write logic "θ" only with the control current Ix, the Josephson memory cells are actually arranged in X rows and Y columns to form a two-dimensional memory space.
When the X-Y matching address method is adopted, multiple cells connected to the same control current line 13 are forcibly rewritten to logic "0" all at once when control current Ix is applied to this control current line. It may happen that you get lost.

これを防ぎ、所定のセルにのみ、論理“O”なり論理“
1”を書き込むには、書き込み対象としない他のセルは
、少なくとも書き込み対象のセルに対して制御電流lx
が“lx/″′どなるタイミング以前に“ly/”とな
るように、つまりは読み出しモードに準するようにして
置くことが良い。
To prevent this, the logic “O” or logic “
1'', other cells that are not targeted for writing must have a control current lx at least relative to the cell targeted for writing.
It is preferable to set it so that it becomes "ly/" before the timing when "lx/"' becomes "lx/"', that is, in accordance with the read mode.

[効  果] 本発明によると、下記に列記するように、種々顕著なる
効果を得ることができる。
[Effects] According to the present invention, various remarkable effects can be obtained as listed below.

■ 動作条件がジョゼフソン素子の量子干渉効果によフ
てのみ規定されるので、従来のようにインダクタンスや
ダンピング抵抗の値にまで配慮しての複雑な設計手法を
採らなくて良く、設計が極めて簡単化する外、設計の自
由度も増す。
■ Since the operating conditions are determined only by the quantum interference effect of the Josephson element, there is no need to use complicated design methods that take into consideration the values of inductance and damping resistance, which is required in the past, making the design extremely simple. In addition to simplifying the process, it also increases the degree of freedom in design.

■ 必要な値のインダクタンスを得るためには寸法的に
かなり大きな面積部分を確保しなければならないインダ
クタや抵抗が不要なため、ジョゼフソン素子微細化の好
影響をそのままに享受でき、極めて小型なメモリ・セル
を提供することができる。
■ Since there is no need for an inductor or resistor, which requires a fairly large area in order to obtain the required value of inductance, the positive effects of Josephson element miniaturization can be enjoyed as is, making it possible to create an extremely compact memory.・Can provide cells.

■ 周波数依存性の高いインダクタを用いないため、外
部制御信号、回路電流信号の立ち上がり、立ち下がり特
性に鈍りを生じず、ジョゼフソン素子の本来的に持つ超
−速性を遺憾なく発揮できる。
■ Since an inductor with high frequency dependence is not used, the rise and fall characteristics of external control signals and circuit current signals are not slowed down, and the inherent super-speed characteristics of Josephson elements can be fully utilized.

■ 永久通電流を流すべき超電導閉ループがインダクタ
ンスを含まない強結合ループであるため、スイッチ条件
が不安定となるいわゆるグレイ−・ゾーンを排斥でき、
高い安定性を得ることができる。
■ Since the superconducting closed loop in which a permanent current should flow is a strongly coupled loop that does not include inductance, it is possible to eliminate the so-called gray zone where switching conditions become unstable.
High stability can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に従って構成された望ましい一実施例を
示すジョゼフソン・メモリ・セルの概略構成図、第2図
は設計例の説明図、第3図は第1図示のジョゼフソン・
メモリ・セルの動作をしきい値曲線の一例を用いて説明
する説明図、第4図は従来提案されて°いた磁束量子記
憶型ジョゼフソン・メモリ・セルの中でも最も優れてい
ると考えられるものの代表的−例の概略構成図、である
。 図中、10は全体としてのジョゼフソン・メモリ・セル
、11は超電導閉ループ、12は回路電流線、13は制
御電流線、JO+JI+・・・・・・、Jlはジョゼフ
ソン素子、【Xは制御電流、tyは回路電流、Ic1r
は永久通電流、である。 指定代理人      工業技術院 電子技術総合研究所長 回路電流(Y選択電流)Iy 回路電流(Y選択電流Hy
FIG. 1 is a schematic block diagram of a Josephson memory cell showing a preferred embodiment constructed according to the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of a design example, and FIG.
Figure 4 is an explanatory diagram that explains the operation of a memory cell using an example of a threshold curve.It is considered to be the most excellent of the magnetic flux quantum memory type Josephson memory cells that have been proposed so far. 1 is a schematic diagram of a representative example; FIG. In the figure, 10 is the Josephson memory cell as a whole, 11 is the superconducting closed loop, 12 is the circuit current line, 13 is the control current line, JO+JI+..., Jl is the Josephson element, [X is the control Current, ty is circuit current, Ic1r
is a permanent current. Designated agent: Agency of Industrial Science and Technology National Institute of Electronics and Technology Long circuit current (Y selection current) Iy Circuit current (Y selection current Hy

Claims (1)

【特許請求の範囲】 超電導閉ループの二点に回路電流線を接続し、該二点を
境に上記超電導閉ループを左右の枝回路に振り分けると
共に: kを1以上の整数として、上記左右の枝回路の一方の枝
回路中には該k個のジョゼフソン素子を直列に挿入し; 該k個のジョゼフソン素子の少なくとも一つには外部制
御電流線を誘導結合する一方; mを3以上の整数として、他方の枝回路中には該m個の
ジョゼフソン素子を直列に挿入したこと; を特徴とするジョゼフソン・メモリ・セル。
[Claims] A circuit current line is connected to two points of the superconducting closed loop, and the superconducting closed loop is divided into left and right branch circuits using the two points as a boundary, and: where k is an integer of 1 or more, the left and right branch circuits are The k Josephson elements are inserted in series into one branch circuit of; an external control current line is inductively coupled to at least one of the k Josephson elements; m is an integer of 3 or more; A Josephson memory cell characterized in that: the m Josephson elements are inserted in series in the other branch circuit.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021192550A (en) * 2016-05-03 2021-12-16 ディー−ウェイブ システムズ インコーポレイテッド System and method for superconducting device used in superconducting circuit and scalable computation

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