JPH027582A - Semiconductor device - Google Patents
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は超伝導体あるいはジョセフソン素子において生
じる磁束の量子化現象を活用した装置に関するもので、
蓄積磁束量子の状態にしたがって可変出力信号を得るこ
とのできる機能を有するものであり、特に神経回路と頻
僚な機能を行なうことのできる疑似神経回路装置の構成
に有用となる装置に関するものである。[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a device that utilizes the quantization phenomenon of magnetic flux occurring in a superconductor or a Josephson element.
This device has the function of obtaining a variable output signal according to the state of accumulated magnetic flux quanta, and is particularly useful for constructing a pseudo-neural circuit device that can perform frequent functions with neural circuits. .
人間を含め生体系の神経回路網−では、分散並列処理に
より高度な機能を実現している。これを模倣することに
よって従来のノイマン型の計算機では実現できない情報
処理装置実現の可能性があることから、近年大きな注目
を集めている。一方、ジョセフソン線路中を伝搬する磁
束量子は生体系を伝搬する神経パルスと類似することが
分かっている。すなわち、ジョセフソン線路の入力端に
刺激に対応する入力電流を印加すると、あるレベルの刺
激すなわちある電流レベル以上となると磁束量子が伝搬
し、しかも電流レベルに応じて侵入するパルスの数が増
加する。これは刺激レベルに対して一定のしきい値を持
ち、かつ刺激の大きさに応じて興奮の度合が変わること
を意味しており、神経回路でも同様の動作が観測されて
いる。しかしながら、高度な処理を行なうためにはこれ
だけの機能では不十分である。例えば学習のような機能
を考えると、前段からの入力の強度に応じて興奮レベル
が変化するだけでは不十分であり、ニュ−ロン間のシナ
ラプス結合に可塑性が必要となる。Neural networks in biological systems, including humans, achieve advanced functions through distributed parallel processing. By imitating this, it is possible to create information processing devices that cannot be realized with conventional Neumann-type computers, so it has attracted a lot of attention in recent years. On the other hand, it is known that magnetic flux quanta propagating in Josephson lines are similar to nerve pulses propagating in biological systems. In other words, when an input current corresponding to a stimulus is applied to the input end of a Josephson line, magnetic flux quanta propagate when the stimulus reaches a certain level, that is, exceeds a certain current level, and the number of incoming pulses increases according to the current level. . This means that there is a fixed threshold for the stimulus level, and the degree of excitation changes depending on the size of the stimulus, and a similar behavior has been observed in neural circuits. However, these functions are insufficient for performing advanced processing. For example, when considering a function such as learning, it is not enough to simply change the excitation level according to the intensity of input from the previous stage, and plasticity is required in the syneraptic connections between neurons.
すなわち、ニューロンのシナラプス結合に対応する素子
間結合強度を多数の入力線に対して変化させること(あ
る特定のレベルを持つ入力信号でも入力線の種類によっ
て刺激される具合が変わる)が必要となる。In other words, it is necessary to change the inter-element coupling strength corresponding to the synalapse connections of neurons for a large number of input lines (even if the input signal has a certain level, the degree of stimulation changes depending on the type of input line). .
しかしながら、従来、磁束量子を伝搬しうるジョセフソ
ン線路の神経回路網との類似性が指摘されてはいるもの
の、これを神経回路網に適用する試みはなされていない
のが現状であり、このような機能を持つ装置に対する提
案は皆無である。However, although it has been pointed out that there is a similarity between Josephson lines and neural networks that can propagate magnetic flux quanta, no attempt has been made to apply this to neural networks. There are no proposals for devices with such functions.
一方、半導体の分野ではMNOSを用いてこの種装置を
実現する試みはあるが、素子構造、動作原理も異なり、
従って得られる効果も異なることから、比較対象とはな
らない。On the other hand, in the semiconductor field, there are attempts to realize this type of device using MNOS, but the element structure and operating principle are different.
Therefore, since the effects obtained are different, they cannot be compared.
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、神経回路と類似な性質を持つジ
ョセフソン線路よりなる超伝導装置において、学習など
の高度な機能動作を可能とするために必要とされるニュ
ーロン間のシナラプス結合の可塑性を可能とすることに
よって高度な疑慎神経回路網を提供することにある。The present invention was made in view of these points, and its purpose is to enable advanced functional operations such as learning in a superconducting device consisting of Josephson lines that have properties similar to neural circuits. The aim is to provide a highly sensitive neural network by enabling the plasticity of syneraptic connections between neurons that is required to achieve this goal.
このような課題を解決するために本発明による超伝導装
置は、複数個の磁束量子を蓄積可能な磁束量子蓄積部お
よび磁束量子の伝搬を可能とするジョセフソン線路を有
し、磁束量子蓄積部の磁束量子の作る磁場又はこの磁場
によって生じる永久電流をジョセフソン線路に結合させ
ることによりジョセフソン線路に侵入する磁束量子を制
御するようにしたものである。In order to solve such problems, the superconducting device according to the present invention has a magnetic flux quantum storage section that can store a plurality of magnetic flux quanta and a Josephson line that allows the propagation of magnetic flux quanta. The magnetic flux quanta entering the Josephson line is controlled by coupling the magnetic field created by the magnetic flux quanta or the persistent current generated by this magnetic field to the Josephson line.
本発明による超伝導装置においては、シナラプス結合に
対応する結合の重みを蓄積磁束量子の数という形で可変
制御させることが可能となる。In the superconducting device according to the present invention, it is possible to variably control the weight of the coupling corresponding to the synalapse coupling in the form of the number of accumulated magnetic flux quanta.
まず本発明による超伝導装置の概要について説明する。 First, the outline of the superconducting device according to the present invention will be explained.
本装置は、磁束量子を蓄積できる磁束量子蓄積部と、い
わゆるジョセフソン線路(例えば一方向に長い構造を持
つジョセフソン接合)とを有してなる。かつ、上記磁束
量子蓄積部とジョセフソン線路を、上記磁束量子蓄積部
に蓄積された磁束量子(以下「蓄積磁束量子」という)
にともなう磁場あるいは永久電流の効果によって、上記
ジョセフソン線路を伝搬する磁束量子(以下「伝搬磁束
量子」という)の侵入端にあたるジョセフソン素子に蓄
積磁束量子の数にほぼ比例する量の電流が誘起されるよ
うに結合する。この構造のもとに入力信号と線路のバイ
アス条件を適切に選ぶことによって、入力信号および蓄
積磁束量子の数にほぼ比例した伝搬磁束量子をジョセフ
ソン線路内に伝搬せしめること、従ってそれらの量にほ
ぼ比例した出力信号を取り出すことを可能としている。This device includes a magnetic flux quantum storage section capable of storing magnetic flux quanta, and a so-called Josephson line (for example, a Josephson junction having a long structure in one direction). and the magnetic flux quantum storage unit and the Josephson line are connected to the magnetic flux quantum accumulated in the magnetic flux quantum storage unit (hereinafter referred to as “accumulated magnetic flux quantum”).
Due to the effect of the accompanying magnetic field or persistent current, a current approximately proportional to the number of accumulated magnetic flux quanta is induced in the Josephson element, which is the penetration end of the magnetic flux quanta propagating in the Josephson line (hereinafter referred to as "propagating magnetic flux quanta"). Combine as shown. Based on this structure, by appropriately selecting the input signal and line bias conditions, it is possible to propagate propagation flux quanta in the Josephson line that is approximately proportional to the input signal and the number of accumulated flux quanta. This makes it possible to extract a nearly proportional output signal.
この装置をしきい値動作を行なう素子間に接続し、学習
信号等の外部信号に応じて蓄積磁束量子の数を変えるこ
とにより、従来回路では困難であった神経回路における
可塑的なシナラプス結合と同様の機能を実現することが
可能となる。By connecting this device between elements that perform threshold operation and changing the number of accumulated magnetic flux quanta according to external signals such as learning signals, it is possible to achieve plastic synalapse coupling in neural circuits, which is difficult with conventional circuits. It becomes possible to realize similar functions.
第1図は、本発明による超伝導装置の一実施例を示す構
成図である。同図において、VRは磁束量子蓄積部、J
Tはジョセフソン線路、INは信号入力端子、OUTは
信号出力端子、RLおよびLLはそれぞれ負荷抵抗およ
び負荷インダクタンスであり、IVl、IV2は磁束量
子蓄積部VR蓄積磁束量子を導入する入力端子であり、
入力端子IVI、IV2からは互いに逆極性の磁束量子
を導入するものである。また、Jl、J2は磁束量子を
磁束量子蓄積部VRに導入するための導入経路でありジ
ョセフソン接合よりなる。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a superconducting device according to the present invention. In the same figure, VR is a magnetic flux quantum storage unit, J
T is a Josephson line, IN is a signal input terminal, OUT is a signal output terminal, RL and LL are load resistance and load inductance, respectively, and IVl and IV2 are input terminals for introducing the magnetic flux quantum stored in the flux quantum storage unit VR. ,
Magnetic flux quanta of opposite polarity are introduced from the input terminals IVI and IV2. Further, Jl and J2 are introduction paths for introducing magnetic flux quanta into the magnetic flux quantum storage portion VR, and are composed of Josephson junctions.
本実施例では磁束量子蓄積部VRは超伝導ループにより
形成され、蓄積磁束量子の入力端子としてジョセフソン
接合J1.J2が接続されてなる。In this embodiment, the magnetic flux quantum storage section VR is formed by a superconducting loop, and the Josephson junction J1. J2 is connected.
一方、ジョセフソン線路JTは一方向に長い構造を持つ
ジョセフソン線路よりなる。磁束量子蓄積部VRはジョ
セフソン線路JTと直結されており、ジョセフソン線路
JTの上部電極に超伝導体をループを形成するように2
個所の部分で接続した構造となっている。前段からの入
力信号はジョセフソン線路JTのバイアス信号(バイア
ス電流)として導入し、出力信号は端子OUTを経由し
て抵抗RLとインダクタンスLLよりなる負荷に導がれ
る構造としている。なお、磁束量子蓄積部VRはジョセ
フソン線路JTの左端(入力端子INに近い側)の部分
にのみ強く結合し、この方向がらの磁束量子が入りやす
い構造としている。On the other hand, the Josephson line JT consists of a Josephson line that is long in one direction. The magnetic flux quantum storage unit VR is directly connected to the Josephson line JT, and two superconductors are connected to the upper electrode of the Josephson line JT to form a loop.
It has a structure in which parts are connected. The input signal from the previous stage is introduced as a bias signal (bias current) to the Josephson line JT, and the output signal is guided to a load consisting of a resistor RL and an inductance LL via a terminal OUT. The magnetic flux quantum storage unit VR is strongly coupled only to the left end portion (the side near the input terminal IN) of the Josephson line JT, and has a structure in which magnetic flux quanta in this direction can easily enter.
第1図の装置は第2図に示す等価回路で示すことができ
る。第2図に示すように、ジョセフソン線路JTはイン
ダクタンスとジョセフソン接合J3の梯子状回路で表示
される。The device of FIG. 1 can be represented by the equivalent circuit shown in FIG. As shown in FIG. 2, the Josephson line JT is represented by a ladder-like circuit of an inductance and a Josephson junction J3.
第3図は本装置の動作原理を説明するための図であり、
第2図の磁束量子等価回路の一部を取り出し、磁束量子
蓄積部VRの磁束量子1の作る永久電流2によってジョ
セフソン線路JTに誘起される電流の様子を示すもので
ある。FIG. 3 is a diagram for explaining the operating principle of this device,
A part of the magnetic flux quantum equivalent circuit of FIG. 2 is taken out to show the state of the current induced in the Josephson line JT by the persistent current 2 generated by the magnetic flux quantum 1 of the magnetic flux quantum storage unit VR.
また、第4図はジョセフソン線路のバイアス電流対(接
合の両端に生じる)電圧の特性を示すグラフである。図
中のフロー電圧ピークSAの変化は磁束量子蓄積部VR
の磁束量子によって流れる電流をパラメータとしたとき
の様子を示している。FIG. 4 is a graph showing the bias current versus voltage (generated across the junction) characteristics of the Josephson line. The change in the flow voltage peak SA in the figure is the magnetic flux quantum storage part VR.
This shows the situation when the current flowing due to the magnetic flux quantum is taken as a parameter.
次に、第1図の装置の動作原理を説明する。いま、ここ
では特に限定するものではないが、適当な手段、たとえ
ば接合Jl、J2を線路JT同様のジョセフソン線路と
し伝1[束量子の形で磁束量子蓄積部VRの超伝導ルー
プに導入すること、あるいは磁場を印加したもとで接合
J1またはJ2を磁場、注入信号または熱などによりス
イッチさせることにより、磁束量子蓄積部VRに磁束量
子を導入するものとする。磁束量子蓄積部VRに磁束量
子が導入されると、それに伴う磁場がループ内に鎖交す
る結果、ループには永久電流が流れる。第3図に示すよ
うに、この永久電流2の一部はジョセフソン線路JTに
もれ出し、ジョセフソン線路JTの端部の接合に電流を
誘起する。この電流の大きさは蓄積磁束量子の数に比例
するものであり、流れる方向は、磁束量子の極性にした
がって、ジョセフソン線路J’rの入力信号に対応する
バイアス信号BAと同一方向あるいは逆方向となる。Next, the principle of operation of the apparatus shown in FIG. 1 will be explained. Now, although this is not particularly limited here, it is possible to use an appropriate means, for example, to make the junctions Jl and J2 Josephson lines similar to the line JT. Alternatively, magnetic flux quanta are introduced into the magnetic flux quantum storage portion VR by switching the junction J1 or J2 by a magnetic field, an injection signal, heat, etc. while applying a magnetic field. When a magnetic flux quantum is introduced into the magnetic flux quantum storage unit VR, the associated magnetic field interlinks within the loop, and as a result, a persistent current flows through the loop. As shown in FIG. 3, a portion of this persistent current 2 leaks into the Josephson line JT and induces a current at the junction at the end of the Josephson line JT. The magnitude of this current is proportional to the number of accumulated magnetic flux quanta, and the direction of flow is the same or opposite to the bias signal BA corresponding to the input signal of the Josephson line J'r, depending on the polarity of the magnetic flux quanta. becomes.
入力信号(バイアス信号)と蓄積磁束量子の作る電流が
同一の極性で線路端部のジョセフソン接合に流れる場合
、この電流値がある値(端部での電流の広がり部分、す
なわちジョセフソン侵入距離23部分での線路インダク
タンスと上記電流値の積が1磁束量子単位程度)以上と
なると、磁束が量子化されて線路内に侵入する。一方、
逆極性の磁束量子に対してはバイアスと逆向きの電流が
流れることから磁束量子は侵入しない(第3図(b)参
照)、たとえ侵入したとしてもバイアス電流で外に押し
出されるためにジョセフソン線路内を伝搬しない。When the input signal (bias signal) and the current created by the accumulated flux quantum flow to the Josephson junction at the end of the line with the same polarity, this current value is a certain value (the spread of the current at the end, i.e., the Josephson penetration distance). When the product of the line inductance at section 23 and the above-mentioned current value exceeds 1 magnetic flux quantum unit, the magnetic flux is quantized and enters the line. on the other hand,
For magnetic flux quanta with opposite polarity, a current flows in the opposite direction to the bias, so magnetic flux quanta do not enter (see Figure 3 (b)). Even if they do, they are pushed out by the bias current, so the Josephson It does not propagate within the railway line.
同極性信号でジョセフソン線路内に侵入した磁束量子(
伝S磁束量子)はバイアス電流によりローレンツ力をう
けて線路の他端方向に伝搬する。Magnetic flux quantum (
The transmitted S magnetic flux quantum) is subjected to the Lorentz force by the bias current and propagates toward the other end of the line.
−旦伝搬磁束量子が侵入すると、線路端部に流れていた
電流が減少し、磁束量子が線路内に入り込んで行くとと
もに徐々に回復する動作をする0回復する速度は上記の
入力および蓄積磁束量子に伴う電流レベルに応じて変化
する。すなわち、電流レベルが小さいと長時間かかり、
レベルが大きい場合すぐに回復する。このため、単位時
間の間に線路内を伝搬する伝搬磁束量子の数は入力電流
および蓄積磁束量子の数に応じて(はぼ比例関係をもっ
て)増加することになる。- Once the propagating magnetic flux quantum enters, the current flowing at the end of the line decreases, and as the magnetic flux quantum enters the line, it gradually recovers. 0 The speed of recovery is determined by the above input and accumulated magnetic flux quantum varies depending on the current level associated with the current. In other words, if the current level is low, it will take a long time;
If the level is high, it will recover quickly. Therefore, the number of propagating magnetic flux quanta propagating within the line during unit time increases in accordance with the input current and the number of accumulated magnetic flux quanta (almost proportionally).
この動作において、伝搬磁束量子の運動によるエネルギ
ー消費が生じる結果、接合端子間(接合上部電極と接地
面間)に第4図に示す通りのフロー電圧が発生する。第
4図において、SAはフロー電圧のピークを示す特性線
でパラメータは印加磁場であり、右側の特性線はど伝搬
磁束量子の数が多い。同図に示すように蓄積磁束量子か
らの信号のレベルが大きくなって伝搬磁束量子の数が増
加するに従ってエネルギー消費が増し、ギヤツブ電圧v
0近傍までほぼ比例的にフロー電圧が増大する。それに
ともない、負荷には比例した電流信号が得られることに
なる。In this operation, as a result of energy consumption due to the movement of propagating magnetic flux quanta, a flow voltage as shown in FIG. 4 is generated between the bonding terminals (between the bonding upper electrode and the ground plane). In FIG. 4, SA is a characteristic line indicating the peak of the flow voltage, the parameter is the applied magnetic field, and the characteristic line on the right side has a large number of propagating magnetic flux quanta. As shown in the figure, as the level of the signal from the accumulated magnetic flux quanta increases and the number of propagating magnetic flux quanta increases, energy consumption increases, and the gear tube voltage v
The flow voltage increases almost proportionally until it approaches 0. Accordingly, a proportional current signal is obtained for the load.
なお、上記説明では出力の負荷抵抗RLは比較的大きな
値としてフロー電圧を取り出す構造としたが、負荷抵抗
を小さくする場合、磁束量子そのものを出力信号として
取り出すことも可能であり、この場合も蓄積磁束量子の
数にほぼ比例した出力信号(電流)を取り出すことが可
能である。In the above explanation, the output load resistance RL is set to a relatively large value and the flow voltage is taken out. However, when the load resistance is made small, it is also possible to take out the magnetic flux quantum itself as an output signal, and in this case as well, the accumulation It is possible to extract an output signal (current) approximately proportional to the number of magnetic flux quanta.
この装置の特性可変点数(ダイナミックレンジ)は負荷
線RLLの取り方にもよるが、原理的にはループ中に鎖
交できる磁束量子の数で決まる。ループ中の蓄積磁束量
子数は、ループインダクタンスと出し入れする接合の臨
界電流値とのLI積で上限が決まる。大きなダイナミッ
クレンジを得るためにはLl積を大きく取ればよい。The number of characteristic variable points (dynamic range) of this device depends on how the load line RLL is taken, but in principle it is determined by the number of magnetic flux quanta that can be interlinked in the loop. The upper limit of the number of magnetic flux quanta accumulated in the loop is determined by the LI product of the loop inductance and the critical current value of the junction that goes in and out. In order to obtain a large dynamic range, it is sufficient to increase the Ll product.
第5図は第1図の装置を神経回路網として利用する場合
の一例を示したもので、同図において、TL、、TL、
はしきい値素子、E i jは重み決定情報が入力され
る結合制御信号源、Wijは本装置である。TL、はこ
こでは特に限定するものではないが、入力信号の総和が
ある一定のしきい値レベルとなるまで出力が零、しきい
値レベル以上となると一定の飽和出力を出すものであれ
ば、どのようなものでもよい0例えば第1図で示したよ
うなジョセフソン線路素子でも、あるいはジョセフソン
ラッチングゲートでも構成することが可能である。なお
Fjは後段へのファンアウトを示す。FIG. 5 shows an example of using the device shown in FIG. 1 as a neural network, in which TL, TL,
is a threshold element, E i j is a joint control signal source to which weight determination information is input, and Wij is the present device. TL is not particularly limited here, but as long as the output is zero until the sum of the input signals reaches a certain threshold level, and when it exceeds the threshold level, it outputs a certain saturated output. It can be constructed of any type, for example a Josephson line element as shown in FIG. 1, or a Josephson latching gate. Note that Fj indicates fan-out to the subsequent stage.
結合制御信号源E!jは、目的に応じて、すなわちどの
ような方式で神経回路を構成するかによって行なう機能
が異なるものであり、各しきい値素子の出力信号、外部
学習信号あるいは誤差信号などに応じて結合の重みを決
定し、それにより本装置の蓄積磁束量子の数を変えるた
めの信号源である。結合制御信号源E i Jからの信
号の形態は蓄積部への蓄積磁束量子の入力手段によって
異なることから、本発明では特にそれを限定するもので
はない(例えば、前述の蓄積磁束量子の蓄積部への入力
手段として例示したものについて説明すると、伝搬磁束
量子を用いる場合には、重みの増減分のみをジョセフソ
ン接合J1あるいはJ2を通して伝搬侵入させることに
より行なうことが可能である。磁場あるいは注入信号の
場合には、所望の重みに応じた出力信号を磁気的あるい
は直接蓄積部ループに印加し、接合を介して磁束量子を
導入すればよい)。Combined control signal source E! j has different functions depending on the purpose, that is, how the neural circuit is configured, and the combinations are performed depending on the output signal of each threshold element, external learning signal, error signal, etc. A signal source for determining the weights and thereby varying the number of stored flux quanta of the device. Since the form of the signal from the coupled control signal source E i J differs depending on the means of inputting the accumulated magnetic flux quanta to the storage section, the present invention is not particularly limited thereto (for example, the form of the signal from the above-mentioned storage section of the accumulated magnetic flux quanta To explain the input means exemplified, when using propagating magnetic flux quanta, it is possible to do this by propagating and entering only the increase and decrease of the weight through the Josephson junction J1 or J2.Magnetic field or injection signal In this case, an output signal corresponding to the desired weight can be applied magnetically or directly to the storage loop, and flux quanta can be introduced via the junction).
しきい値素子TL、と結合制御信号源E i jの接・
続は、本発明の実施例では簡単のため複数個のWijか
らの出力を集線しトンティドインの形で導入する形とし
たが、磁気的な結合で接続することも可能であり、しき
い値素子TL、として何を用いるかによっても異なり、
種々の方法が考えられるが、本発明の要旨と関連しない
ことから詳細は省略する。The connection between the threshold element TL and the coupled control signal source E i j
For simplicity, in the embodiment of the present invention, the outputs from a plurality of Wijs are condensed and introduced in the form of a tonted-in, but it is also possible to connect them by magnetic coupling, and the threshold element It also depends on what is used as the TL,
Although various methods are possible, the details are omitted because they are not related to the gist of the present invention.
この回路の動作は、上述の各素子の動作から明らかなと
おり、各ニューロンに対応するしきい値素子では、
ΣW五j’r、−y五>Ui のとき T、= 1ΣW
ijTj yi<LJi のとき T五=0なるし
きい値動作を行ない、かつ重みWijは蓄積磁束量子の
数を変えることによって可変となる。As is clear from the operation of each element described above, the operation of this circuit is as follows for the threshold element corresponding to each neuron: When ΣW5j'r, -y5>Ui, T, = 1ΣW
When ijTj yi<LJi, a threshold operation of T5=0 is performed, and the weight Wij is made variable by changing the number of accumulated magnetic flux quanta.
ただし、Wijはij番目の本装置の蓄積磁束量子数に
ほぼ比例した重みであり、本装置Wijの出力電流をし
きい値素子の出力電流で規格化したものであり、Ut&
よi番目のしきい値素子のスイッチングしきい値で、出
力電流で規格化したもの、T1はi番目のしきい値素子
の出力信号で、1で規格化したもの、Y、は動作点調節
あるいはしきい値レベル調整用の規格化した入力信号で
ある。上記の式は、これまで提案されている各種の可塑
性のある神経回路に共通な基本式である。すなわち、本
装置としきい値素子とを組み合わせることにより高度な
機能を有する神経回路網が実現可能なことを示すもので
ある。However, Wij is a weight almost proportional to the number of accumulated magnetic flux quantum of the ijth device, and the output current of this device Wij is normalized by the output current of the threshold element, and Ut &
y is the switching threshold of the i-th threshold element, normalized by the output current, T1 is the output signal of the i-th threshold element, normalized to 1, and Y is the operating point adjustment. Alternatively, it is a standardized input signal for threshold level adjustment. The above equation is a basic equation common to various types of neural circuits with plasticity that have been proposed so far. In other words, this shows that a neural network with advanced functionality can be realized by combining the present device and a threshold element.
上記の実施例では磁束量子蓄積部VRとジョセフソン線
路JTは互いに接続された構造としたが、磁束量子蓄積
部VRの超伝導ループとジョセフソン線路JTは直接電
気的に接続されている必要はなく、第6図に本発明の第
2の実施例として示すように、磁束量子蓄積部VRの超
伝導ループがジョセフソン線路JTの制御線を形成する
構造としてもよい。この場合、磁気的な結合で蓄積磁束
量子の作る磁場を接合に鎖交することになる。磁場の鎖
交でジョセフソン線路JT内には第1図と同様にジョセ
フソン線路JTの端部に集中する電流を誘起できること
は自明であり、基本動作は等価である。この場合、電気
的には磁束量子蓄積部VRとジョセフソン線路JTが独
立になることから、磁束量子蓄積部VRを独立にバイア
スして蓄積磁束量子の出し入れができるなど、回路設計
の自由度が大きくなるという特徴がある。In the above embodiment, the magnetic flux quantum storage section VR and the Josephson line JT are connected to each other, but the superconducting loop of the magnetic flux quantum storage section VR and the Josephson line JT do not need to be directly electrically connected. Alternatively, as shown in FIG. 6 as a second embodiment of the present invention, a structure may be adopted in which the superconducting loop of the magnetic flux quantum storage section VR forms the control line of the Josephson line JT. In this case, the magnetic field created by the accumulated magnetic flux quanta is linked to the junction by magnetic coupling. It is obvious that a current concentrated at the end of the Josephson line JT can be induced in the Josephson line JT by the linkage of magnetic fields, as in FIG. 1, and the basic operations are equivalent. In this case, electrically, the magnetic flux quantum storage section VR and the Josephson line JT are independent, so the magnetic flux quantum storage section VR can be biased independently to input and output stored magnetic flux quanta, which increases the degree of freedom in circuit design. It has the characteristic of being large.
第7図は本発明の第3の実施例である。この実施例では
磁束量子蓄積部VRとして極薄膜超伝導体を用い、その
上部にジョセフソン線路JTの上部電極を磁気的な結合
を持つように配置した構造としている。磁束量子蓄積部
VRは磁束量子を導入するための経路と蓄積する領域を
極薄膜領域Aで構成し、その回りに磁束量子の広がりを
防ぐための厚膜部4を配した構造としている。この場合
、磁束量子をループ内でなく超伝導体を貫く形で蓄積し
、それによって生じる磁場を超伝導ループ検出し、その
検出電流でジョセフソン線路JTを駆動するようにした
ものである。FIG. 7 shows a third embodiment of the present invention. In this embodiment, an ultra-thin film superconductor is used as the magnetic flux quantum storage part VR, and the upper electrode of the Josephson line JT is arranged above it so as to be magnetically coupled. The magnetic flux quantum storage unit VR has a structure in which a path for introducing magnetic flux quanta and a region for accumulating magnetic flux quanta are made up of an extremely thin film region A, and a thick film portion 4 is arranged around the extremely thin film region A to prevent the spread of magnetic flux quanta. In this case, magnetic flux quanta are accumulated not within the loop but through the superconductor, the resulting magnetic field is detected by the superconducting loop, and the detected current is used to drive the Josephson line JT.
この場合、蓄積磁束量子はアブリコソフ磁束量子となる
。アブリコソフ磁束量子の生成は極薄膜Aの端部に磁場
を鎖交させたり電流を流すことにより容易に行なうこと
ができ、構造の工夫を加えることによって、効率的に発
生する技術と特定の場所にガイドさせる技術がすでに提
案されており、この方法により磁束量子蓄積部VRに磁
束量子をガイドして所望の数だけ蓄積することが可能で
ある。磁束量子を一定量蓄積したもとで、逆方向から逆
極性を持つ磁束量子を導入すると互いに対消滅を起こし
、これにより磁束量子の数を減らすことも可能である。In this case, the accumulated flux quantum becomes an Abrikosov flux quantum. Abrikosov magnetic flux quanta can be easily generated by interlinking a magnetic field or passing a current through the edge of the ultra-thin film A, and by adding structural improvements, it is possible to create efficient generation techniques and to place them in specific locations. A guiding technique has already been proposed, and by this method it is possible to guide magnetic flux quanta to the magnetic flux quantum storage unit VR and store a desired number of magnetic flux quanta. Once a certain amount of magnetic flux quanta has been accumulated, if magnetic flux quanta with opposite polarities are introduced from the opposite direction, they will annihilate each other, thereby making it possible to reduce the number of magnetic flux quanta.
すなわち、第1図の実施例同様に磁束量子蓄積部VRの
磁束量子を増減させることが可能である。磁束量子蓄積
部VRに超伝導ループが結合していることから、磁束量
子蓄積部■Rに磁束量子が導入されると、その数に応じ
た超伝導電流がループ中に励起される(マイスナ効果に
よる)。これは第1図においてループ内に磁束を入れた
場合と同様の効果となる。従って、第7図の実施例も第
1図と同様の動作を行なうことは自明である。That is, as in the embodiment shown in FIG. 1, it is possible to increase or decrease the magnetic flux quantum of the magnetic flux quantum storage section VR. Since a superconducting loop is coupled to the magnetic flux quantum storage unit VR, when magnetic flux quanta are introduced into the magnetic flux quantum storage unit R, a superconducting current corresponding to the number is excited in the loop (Meisner effect). by). This has the same effect as when magnetic flux is introduced into the loop in FIG. 1. Therefore, it is obvious that the embodiment of FIG. 7 also performs the same operation as that of FIG. 1.
蓄積されるアブリコソフ磁束量子はきわめて小さな寸法
を持ち、小さな領域に大量の磁束量子を蓄積することが
可能であり、第1図の装置で示したLl積制限はない。The stored Abrikosov flux quanta have very small dimensions, allowing a large amount of flux quanta to be stored in a small area, and there is no Ll product limitation as shown in the apparatus of FIG.
このため、第7図の実施例では第1図の装置と比較する
と可変点数もきわめて大きく取れるといる特徴がある。Therefore, the embodiment shown in FIG. 7 is characterized in that the number of variable points can be extremely large compared to the device shown in FIG.
なお、上記実施例では入力信号はジョセフソン線路JT
のバイアス信号として印加する構造としたが、必ずしも
これは必須の条件とは言えず、入力信号の入力はジョセ
フソン線路JTの入力端のみとして、ジョセフソン線路
JTの中を加速伝搬させるためのバイアス信号を同時に
印加する構造としても、また入力信号そのものを磁気的
な結合としても同様な動作効果を得ることが可能である
。In the above embodiment, the input signal is the Josephson line JT.
However, this is not necessarily an essential condition, and the input signal is only applied to the input end of the Josephson line JT, and the bias signal is applied as a bias signal for accelerated propagation in the Josephson line JT. Similar operational effects can be obtained by applying a structure in which signals are applied simultaneously or by magnetically coupling the input signals themselves.
以上説明したように本発明による超伝導装置は、複数個
の磁束量子を蓄積可能な磁束量子蓄積部および磁束量子
の伝搬を可能とするジョセフソン線路を有し、磁束量子
蓄積部の磁束量子の作る磁場又はこの磁場によって生じ
る永久電流をジョセフソン線路に結合させることにより
ジョセフソン線路に侵入する磁束量子を制御するように
したことにより、シナソブス結合に対応する結合の重み
を蓄積磁束量子の数と形で可変制御させることが可能と
なるため、従来困難であった学習などの高度な機能を持
つ疑似神経回路網の構成が可能となるという大きな利点
が生じる。As explained above, the superconducting device according to the present invention has a magnetic flux quantum storage section that can store a plurality of magnetic flux quanta and a Josephson line that allows the propagation of magnetic flux quanta, and has By coupling the generated magnetic field or the persistent current generated by this magnetic field to the Josephson line to control the magnetic flux quanta that enter the Josephson line, the weight of the coupling corresponding to the Synasbus coupling can be changed to the number of accumulated flux quanta. This has the great advantage of making it possible to construct a pseudo-neural network with advanced functions such as learning, which was previously difficult.
第1図は本発明による超伝導装置の第1の実施例を示す
構成図、第2図はその等価回路図、第3図はその動作を
説明するための回路図、第4図はジョセフソン線路の電
圧電流特性を示すグラフ、第5図は第1図の装置を用い
て実現する神経回路の基本構造、第6図および第7図は
本発明による超伝導装置の第2および第3の実施例を示
す構成図である。
VR・・・磁束量子蓄積部、JT・・・ジョセフソン線
路、IN、IVI、IV2・・・入力端子、OU T
・・・出力端子、RL・・・負荷抵抗、LL・・・負荷
インダクタンス、Jl、J2.J3・・・ジョセフソン
接合。Fig. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a superconducting device according to the present invention, Fig. 2 is an equivalent circuit diagram thereof, Fig. 3 is a circuit diagram for explaining its operation, and Fig. 4 is a Josephson A graph showing the voltage-current characteristics of the line, FIG. 5 shows the basic structure of the neural circuit realized using the device shown in FIG. 1, and FIGS. 6 and 7 show the second and third structures of the superconducting device according to the present invention. FIG. 2 is a configuration diagram showing an example. VR...Magnetic flux quantum storage unit, JT...Josephson line, IN, IVI, IV2...Input terminal, OUT
...output terminal, RL...load resistance, LL...load inductance, Jl, J2. J3...Josephson junction.
Claims (1)
束量子の伝搬を可能とするジョセフソン線路を有し、前
記磁束量子蓄積部の磁束量子の作る磁場又はこの磁場に
よって生じる永久電流を前記ジョセフソン線路に結合さ
せることにより前記ジョセフソン線路に侵入する磁束量
子を制御することを特徴とする超伝導装置。It has a magnetic flux quantum storage section that can store a plurality of magnetic flux quanta and a Josephson line that allows the propagation of magnetic flux quanta, and the magnetic field created by the magnetic flux quanta of the magnetic flux quantum storage section or the persistent current generated by this magnetic field is transmitted to the Josephson line. A superconducting device characterized in that magnetic flux quanta entering the Josephson line are controlled by coupling to the Josephson line.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63156918A JPH027582A (en) | 1988-06-27 | 1988-06-27 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63156918A JPH027582A (en) | 1988-06-27 | 1988-06-27 | Semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH027582A true JPH027582A (en) | 1990-01-11 |
Family
ID=15638221
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63156918A Pending JPH027582A (en) | 1988-06-27 | 1988-06-27 | Semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH027582A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007071622A (en) * | 2005-09-06 | 2007-03-22 | Advantest Corp | Tester and test method |
WO2008056147A2 (en) * | 2006-11-08 | 2008-05-15 | Loughborough University Enterprises Limited | Fluxonic devices |
-
1988
- 1988-06-27 JP JP63156918A patent/JPH027582A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2007071622A (en) * | 2005-09-06 | 2007-03-22 | Advantest Corp | Tester and test method |
US7696771B2 (en) | 2005-09-06 | 2010-04-13 | Advantest Corporation | Test apparatus and test method |
WO2008056147A2 (en) * | 2006-11-08 | 2008-05-15 | Loughborough University Enterprises Limited | Fluxonic devices |
WO2008056147A3 (en) * | 2006-11-08 | 2008-07-31 | Univ Loughborough | Fluxonic devices |
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