JPH08162683A - Method and apparatus for transmitting information using josephson transmission line - Google Patents

Method and apparatus for transmitting information using josephson transmission line

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JPH08162683A
JPH08162683A JP6298130A JP29813094A JPH08162683A JP H08162683 A JPH08162683 A JP H08162683A JP 6298130 A JP6298130 A JP 6298130A JP 29813094 A JP29813094 A JP 29813094A JP H08162683 A JPH08162683 A JP H08162683A
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transmission line
signal
superconductor
josephson
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茂樹 松谷
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Abstract

PURPOSE: To effectively increase the propagation speed of a soliton corresponding to a signal when information is transmitted by the soliton by using a Josephson transmission line. CONSTITUTION: A soliton corresponding to a transmission signal is transmitted to a Josephson transmission line 10 by a soliton signal transmitter 14, the soliton having smaller propagation speed than that of the soliton corresponding to the transmission signal is used as a background signal soliton, which is ordinarily and periodically transmitted. The propagating speed of the soliton of the side corresponding to the transmission signal is effectively enhanced by the shift of the phase when the background signal soliton passes on the line 10. At the reception side, a soliton signal identifying circuit 16 identifies by the sum of the square of the differentiation of sign=Galtonian solution of a phase difference signal and twice differentiation, and only the soliton corresponding to the transmission signal is detected.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ソリトン波を使用した
情報伝達方法及び装置に関し、特に、超伝導体を使用す
るジョセフソン接合を利用して、信号伝達を行なう情報
伝達方法及び装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for transmitting information using soliton waves, and more particularly to a method and apparatus for transmitting information using Josephson junctions using superconductors.

【0002】[0002]

【従来の技術】薄い絶縁膜をはさむなどして2つの超伝
導体を弱く結合させたジョセフソン素子が注目されてお
り、各種の用途への適用が試みられている。ジョセフソ
ン素子は、SQUID磁束計や電圧標準、電磁波の検出
器などとして既に実用化されており、さらにその高速ス
イッチング特性や低消費電力特性を活かして論理素子や
記憶素子への応用が検討されている。
2. Description of the Related Art A Josephson device in which two superconductors are weakly coupled to each other by sandwiching a thin insulating film has attracted attention, and application to various uses has been attempted. Josephson devices have already been put to practical use as SQUID magnetometers, voltage standards, electromagnetic wave detectors, and the like, and their application to logic devices and memory devices has been studied by taking advantage of their high-speed switching characteristics and low power consumption characteristics. There is.

【0003】ところで、ジョセフソン接合ではサイン=
ゴルドン方程式で表わされるソリトン波が得られること
が、従来より知られている。そこで、ジョセフソン素子
を用いるジョセフソンコンピュータにおいて各論理素子
や記憶素子間の接続にジョセフソン伝送線路を用い、こ
のジョセフソン伝送線路上でソリトンを伝搬させること
によって情報の伝達を行なうことや、ジョセフソン伝送
線路自体を論理素子や記憶素子として用い、ソリトンに
よってスイッチング動作を行なわせることが検討されて
いる。
By the way, in the Josephson junction, sine =
It is conventionally known that a soliton wave represented by the Gordon equation can be obtained. Therefore, in a Josephson computer using a Josephson element, a Josephson transmission line is used for connection between each logic element and a storage element, and information is transmitted by propagating solitons on this Josephson transmission line, and It has been studied to use the Son transmission line itself as a logic element or a storage element to perform a switching operation by a soliton.

【0004】ここでジョセフソン伝送線路について、図
1を用いて説明する。図に例示されるジョセフソン伝送
線路90は、厚さがa、長さがL、幅がWである薄い絶
縁層93をはさんでその両側に第1の超伝導体91と第
2の超伝導体92を配置した構成である。ここで絶縁層
93の厚さaは十分小さく(例えば、100nm以
下)、絶縁層93は十分薄い薄膜状となっている。これ
によって両方の超伝導体91,92は絶縁層93を介し
て相互に弱く結合し、ジョセフソン接合を形成する。説
明のため、ジョセフソン伝送線路90の延びる方向(ソ
リトンの伝搬方向)をx方向、ジョセフソン接合面に垂
直な方向をz方向、ジョセフソン伝送線路90の幅方向
をy方向とする。なお、第1の超伝導体91と第2の超
伝導体92とを弱く結合させてジョセフソン効果を発現
できるものであれば、絶縁層93の代りに他の層を用い
ることができる。
Here, the Josephson transmission line will be described with reference to FIG. The Josephson transmission line 90 illustrated in the figure sandwiches a thin insulating layer 93 having a thickness of a, a length of L and a width of W, and sandwiches a first superconductor 91 and a second superconductor 91 on both sides thereof. This is a configuration in which the conductor 92 is arranged. Here, the thickness a of the insulating layer 93 is sufficiently small (for example, 100 nm or less), and the insulating layer 93 is a thin film. As a result, both superconductors 91 and 92 are weakly coupled to each other via the insulating layer 93 to form a Josephson junction. For the sake of explanation, the direction in which the Josephson transmission line 90 extends (the soliton propagation direction) is the x direction, the direction perpendicular to the Josephson junction surface is the z direction, and the width direction of the Josephson transmission line 90 is the y direction. Note that, as long as the first superconductor 91 and the second superconductor 92 are weakly coupled to each other and the Josephson effect can be exhibited, another layer can be used instead of the insulating layer 93.

【0005】超伝導体でのクーパー対の波動関数の位相
は、電磁場を印加することによって制御し得る。そこ
で、ジョセフソン伝送線路90の一方の端部P側におい
て、例えば両方の超伝導体91,92の間にパルス状に
電位差を印加するなどの方法によって超伝導体91,9
2の位相を瞬間的に変化させることにより、ソリトンを
形成することができる。ここで図示y方向に磁場Bを印
加しておくと形成されたソリトンにローレンツ力が作用
し、ソリトンがジョセフソン伝送線路90に沿って伝搬
し、他方の端部Qに到達する。
The phase of the wave function of a Cooper pair in a superconductor can be controlled by applying an electromagnetic field. Therefore, on one end P side of the Josephson transmission line 90, for example, by applying a pulse-like potential difference between the superconductors 91 and 92, the superconductors 91 and 9 are connected.
A soliton can be formed by instantaneously changing the phase of 2. Here, when the magnetic field B is applied in the y direction in the drawing, the Lorentz force acts on the formed soliton, the soliton propagates along the Josephson transmission line 90, and reaches the other end Q.

【0006】ソリトンは、よく知られているように、拡
散と分散等との釣り合いによって、粒子的に振舞う。ま
た、多くの数学的考察により、古典力学的存在であるに
も関わらず、ソリトンが量子化されており、さらにフェ
ルミ粒子的な振舞いを示すことが知られている。したが
って、量子化された運動量で入射した複数のソリトン
は、衝突の前後で各々の粒子性を保存する。また、衝突
の際には、非線形現象に特有の事象として、位相のずれ
を誘発する。したがって、ソリトンの有無を2値の信号
の"1","0"にそれぞれ割り当てることにより、ジョセ
フソン伝送線路を介した情報の伝達が可能になる。また
ソリトンが衝突の前後で各々の粒子性を保存することや
非線形現象であることを利用すれば、ジョセフソン伝送
線路を用いた論理素子や記憶素子を構成することが可能
になる。
As is well known, solitons behave as particles due to the balance between diffusion and dispersion. In addition, it is known from many mathematical studies that solitons are quantized, even though they are classical mechanical entities, and that they exhibit fermion-like behavior. Therefore, the plurality of solitons injected with the quantized momentum preserve their respective particle properties before and after the collision. In addition, at the time of collision, a phase shift is induced as an event peculiar to the nonlinear phenomenon. Therefore, by assigning the presence or absence of the soliton to "1" and "0" of the binary signal respectively, it becomes possible to transmit information through the Josephson transmission line. Moreover, it is possible to construct a logic element or a memory element using the Josephson transmission line by utilizing the fact that the soliton preserves each particle property before and after collision and is a non-linear phenomenon.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ジョセフソン素子間を
ジョセフソン伝送線路で接続し、ソリトンを用いてこれ
ら素子間での信号の伝達を行なう場合、ジョセフソン素
子が一般に超高速で動作するので、ジョセフソン伝送線
路上での信号ソリトンの伝搬速度もできるだけだけ大き
くして、信号の遅延時間を小さくすることが望まれる。
When Josephson elements are connected by a Josephson transmission line and signals are transmitted between these elements using solitons, the Josephson elements generally operate at a very high speed. It is desirable to increase the propagation speed of the signal soliton on the Josephson transmission line as much as possible to reduce the delay time of the signal.

【0008】本発明の目的は、ジョセフソン伝送線路を
用いて情報伝達を行なう場合に、伝達すべき信号に対応
するソリトンの伝搬速度を実効的に大きくすることので
きる方法及び装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a method and an apparatus capable of effectively increasing the propagation speed of a soliton corresponding to a signal to be transmitted when information is transmitted using a Josephson transmission line. It is in.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の情報伝達方法
は、相互に弱く結合した第1の超伝導体及び第2の超伝
導体を有するジョセフソン伝送線路を使用し、前記第1
の超伝導体でのクーパー対の波動関数の位相と前記第2
の超伝導体でのクーパー対の波動関数の位相との差に基
づく励起によって、前記ジョセフソン伝送線路の一端側
から他端側に信号を伝達する情報伝達方法において、前
記信号に対応する励起の伝搬速度より小さな伝搬速度を
有する励起を背景信号とし、前記背景信号を生成して前
記一端側から前記他端側に定常的に伝搬させる。
The information transmission method of the present invention uses a Josephson transmission line having a first superconductor and a second superconductor weakly coupled to each other.
Phase of the Cooper pair wavefunction and the second
In the information transmission method of transmitting a signal from one end side to the other end side of the Josephson transmission line by excitation based on the difference between the phase of the wave function of the Cooper pair in the superconductor and the excitation corresponding to the signal. Excitation having a propagation velocity smaller than the propagation velocity is used as a background signal, and the background signal is generated and steadily propagated from the one end side to the other end side.

【0010】本発明の情報伝達装置は、相互に弱く結合
した第1の超伝導体及び第2の超伝導体を有するジョセ
フソン伝送線路と、前記ジョセフソン伝送線路の一端に
設けられ、前記第1の超伝導体でのクーパー対の波動関
数の位相と前記第2の超伝導体でのクーパー対の波動関
数の位相との差に基づく励起を前記ジョセフソン伝送線
路に生成し、前記ジョセフソン伝送線路の他端側に送信
する送信手段と、前記他端側に設けられ、前記励起を検
出する受信手段とを有し、前記送信手段が、送信信号に
応じて相対的に伝搬速度の大きな励起を送信するととも
に、相対的に伝搬速度の小さな励起を定常的に送信し、
前記受信手段が、前記相対的に伝搬速度の大きな励起を
受信したときにのみ受信信号として検出する。
The information transmission device of the present invention is provided with a Josephson transmission line having a first superconductor and a second superconductor weakly coupled to each other, and is provided at one end of the Josephson transmission line. Generating excitation in the Josephson transmission line based on the difference between the phase of the wave function of the Cooper pair in one superconductor and the phase of the wave function of the Cooper pair in the second superconductor; It has a transmitting means for transmitting to the other end side of the transmission line, and a receiving means provided on the other end side for detecting the excitation, and the transmitting means has a relatively large propagation speed according to a transmission signal. Along with transmitting the excitation, it constantly transmits the excitation with a relatively small propagation velocity,
Only when the receiving means receives the excitation having a relatively high propagation speed, it is detected as a received signal.

【0011】本発明において、ジョセフソン伝送線路に
形成される励起として、ソリトンを用いることが好まし
い。また、ジョセフソン伝送線路において、絶縁体薄膜
が第1の超伝導体と第2の超伝導体とによってはさまれ
ている構成とすることができる。
In the present invention, it is preferable to use solitons as the excitation formed in the Josephson transmission line. Further, in the Josephson transmission line, the insulating thin film may be sandwiched between the first superconductor and the second superconductor.

【0012】[0012]

【作用】本発明は、速度の異なる2つのソリトンがジョ
セフソン伝送線路を伝搬し速い方のソリトンが遅い方の
ソリトンを追い抜くときに、位相のずれが生じ、速い方
のソリトンが伝搬方向に向かってより進んだ方向に位置
をシフトする現象を利用している。すなわち、このよう
な追い抜きが起こる度に、速い方のソリトンが本来の速
度に基づく位置よりも進んだ位置にシフトするので、速
い方のソリトンの実効的な伝搬速度が増大する。以下、
本発明において信号に対応するソリトンの実効的な伝搬
速度が向上することについて、さらに詳しく説明する。
According to the present invention, when two solitons having different speeds propagate in the Josephson transmission line and the faster soliton overtakes the slower soliton, a phase shift occurs, and the faster soliton travels in the propagation direction. The phenomenon of shifting the position in a more advanced direction is used. That is, every time such overtaking occurs, the faster soliton shifts to a position advanced from the position based on the original velocity, so that the effective propagation velocity of the faster soliton increases. Less than,
The improvement of the effective propagation speed of the soliton corresponding to the signal in the present invention will be described in more detail.

【0013】上述の図1に示したジョセフソン伝送線路
90について、和達三樹著、岩波講座現代の物理学、
「非線形波動」(岩波書店、1992年)にしたがっ
て、ソリトンの伝搬を考える。
Regarding the Josephson transmission line 90 shown in FIG. 1 described above, Miki Watatsu, Iwanami Lecture, Modern Physics,
Consider the propagation of solitons according to "Nonlinear Waves" (Iwanami Shoten, 1992).

【0014】各超伝導体91,92での、ランダウ=ギ
ンツブルグ方程式にしたがうクーパー対の波動関数が、
それぞれ、Ψ12で与えられているとする。また、波
動関数Ψ1とΨ2が、それぞれ位相Φ1とΦ2をもっている
とする。このとき、両者の位相差をΦ=Φ1−Φ2とす
る。時刻tにおけるz方向の電流j(z,t)及び電圧V
(x,t)は、ジョセフソン方程式
In each superconductor 91, 92, the wave function of the Cooper pair according to the Landau-Ginzburg equation is
It is assumed that they are given by Ψ 1 and Ψ 2 , respectively. It is also assumed that the wave functions Ψ 1 and Ψ 2 have phases Φ 1 and Φ 2 , respectively. At this time, the phase difference between them is Φ = Φ 1 −Φ 2 . Current j (z, t) and voltage V in the z direction at time t
(x, t) is the Josephson equation

【0015】[0015]

【数1】 で与えられる。ここでjoは電流の基準値、eは単位電
子電荷、
[Equation 1] Given in. Where j o is the reference value of current, e is the unit electron charge,

【0016】[0016]

【外1】 はh/2π(hはプランク定数)である。[Outside 1] Is h / 2π (h is Planck's constant).

【0017】ところで、マイスナー効果によって、各超
伝導体91,92の内部には磁束は侵入できない。しか
し、絶縁層93の部分には磁束の侵入が許され、これに
より位相差Φを空間的かつ時間的に変化させることがで
きる。位置zでのy方向の磁場By(x,t)に対して、マ
クスウェル方程式
By the way, due to the Meissner effect, magnetic flux cannot enter the inside of each superconductor 91, 92. However, magnetic flux is allowed to penetrate into the insulating layer 93, which allows the phase difference Φ to be changed spatially and temporally. For the magnetic field B y (x, t) in the y direction at the position z, the Maxwell equation

【0018】[0018]

【数2】 より、[Equation 2] Than,

【0019】[0019]

【数3】 となる。z方向の電場Ez(x,t)に関して、Ez(x,t)
=V(x,t)/aが成り立つことから、
(Equation 3) Becomes With respect to the electric field E z (x, t) in the z direction, E z (x, t)
= V (x, t) / a holds,

【0020】[0020]

【数4】 が得られる。これに式(2)を代入して、[Equation 4] Is obtained. Substituting equation (2) into this,

【0021】[0021]

【数5】 が得られる。一方、マクスウェル方程式(Equation 5) Is obtained. On the other hand, Maxwell's equation

【0022】[0022]

【数6】 (ただし、μoは真空の透磁率、εは絶縁層の誘電率)
より、
(Equation 6) (Where μ o is the magnetic permeability of the vacuum and ε is the dielectric constant of the insulating layer)
Than,

【0023】[0023]

【数7】 が得られ、これを適当に無次元化することによって、(Equation 7) Is obtained, and by making it dimensionless appropriately,

【0024】[0024]

【数8】 を得る。この式(9)は、数理物理学の分野で良く知られ
ているサイン=ゴルドン方程式である。
(Equation 8) Get. This equation (9) is the sine-Gordon equation well known in the field of mathematical physics.

【0025】サイン=ゴルドン方程式は厳密に解が得ら
れることが知られており、例えば、鶴秀生、和達三樹、
日本物理学会欧文雑誌、1984年、第53号、290
8頁、あるいは、田中俊一、伊達悦朗著、「KdV方程
式」(紀伊国屋書店、1979年)の第9章に、解の導
出について詳しく述べられている。式(9)を解くことに
より、任意の時間での任意のx方向位置での位相差Φを
求めることができる。
It is known that the sine-Gordon equation can be obtained exactly. For example, Hideo Tsuru, Miki Wada,
Journal of the Physical Society of Japan, 1983, No. 53, 290
The derivation of the solution is described in detail on page 8 or in Chapter 9 of Shunichi Tanaka, Etsuro Date, "KdV equation" (Kinokuniya Shoten, 1979). By solving the equation (9), the phase difference Φ at any position in the x direction at any time can be obtained.

【0026】上述したように、ソリトンは孤立性を有す
るとともに相互に衝突した場合に、位相のずれを生じ
る。以下、伝搬速度の異なるソリトンの追い抜きが生じ
た場合の位相のずれについて説明する。なお、ジョセフ
ソン伝送線路におけるソリトンの伝搬速度は、ソリトン
の生成条件によって個々のソリトンごとに変化させるこ
とが可能である。
As described above, the solitons have the isolation property and cause a phase shift when they collide with each other. Hereinafter, a phase shift when a soliton having a different propagation velocity is overtaken will be described. The propagation velocity of solitons in the Josephson transmission line can be changed for each individual soliton depending on the soliton generation conditions.

【0027】図2は、2個のソリトン21,22の孤立
性と衝突との関係を示す図であり、時刻tごとの各ソリ
トン21,22のx方向の位置とパラメータuとが示さ
れている。縦軸に示されるパラメータuは、衝突による
位相のずれを理解しやすくするために導入されたもので
あって、サイン=ゴルドン解の微分の自乗と2回微分と
の和で表わされる。すなわち、
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the isolation of two solitons 21 and 22 and the collision. The position of each soliton 21 and 22 in the x direction and the parameter u are shown for each time t. There is. The parameter u shown on the vertical axis is introduced to facilitate understanding of the phase shift due to collision, and is represented by the sum of the square of the derivative of the sine-Gordon solution and the second derivative. That is,

【0028】[0028]

【数9】 である。サイン=ゴルドン解の微分の自乗と2回微分と
の和uは、KdV(コルテヴェーグ=ド・フリース)方
程式にしたがうことが知られており、また、KdV方程
式の解はその振幅が大きいほど、その伝搬速度が大きい
ことが知られている。したがって、図2に示すソリトン
21,22のうち、u軸方向への高さが大きい方のソリ
トン21の方が、高さが小さい方のソリトン22に比
べ、伝搬速度が大きいことになる。
[Equation 9] Is. It is known that the sum u of the square of the derivative of the sine-Gordon solution and the second derivative follows the KdV (Cortévegues-de Vries) equation, and the larger the amplitude of the solution of the KdV equation, It is known that its propagation speed is high. Therefore, of the solitons 21 and 22 shown in FIG. 2, the soliton 21 having a larger height in the u-axis direction has a higher propagation speed than the soliton 22 having a smaller height.

【0029】図3は、各ソリトン21,22の位置と時
間との関係を示すグラフであって、各ソリトン21,2
2の重心位置の軌跡が実線で示されている。そして、両
方のソリトン21,22の軌跡が交差する領域23にお
いて、これらのソリトン21,22の衝突(追い抜き)
が起きている。図3から明らかなように、衝突の領域2
3の前後で、速度の大きい方のソリトン21の位相が左
にシフトし、衝突が起こらなかった場合の重心位置に比
べ、速度の大きい方のソリトン21の重心位置が進行方
向側にずれている。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the position of each soliton 21 and 22 and time.
The trajectory of the position of the center of gravity of No. 2 is shown by the solid line. Then, in the area 23 where the trajectories of both solitons 21 and 22 intersect, the collision (overtaking) of these solitons 21 and 22
Is happening. As is clear from FIG. 3, the collision area 2
Before and after 3, the phase of the soliton 21 with the higher speed is shifted to the left, and the center of gravity of the soliton 21 with the higher speed is deviated toward the traveling direction side compared to the position of the center of gravity when the collision did not occur. .

【0030】以上説明したように、同方向に移動する2
つのソリトンが衝突する場合、すなわち、速度の大きい
方のソリトンが速度の小さい方のソリトンを追い越す場
合、速度の大きい方のソリトンはその位置を進行方向に
ずらす。つまり、速度の小さいソリトンを追い越すこと
によって、速度の大きい方のソリトンの実効的な速度を
増すことができる。本発明では、速度の小さい方のソリ
トンを背景信号として定常的にジョセフソン伝送線路に
送出しつつ、速度の大きい方のソリトンを信号の伝達に
用いることにより、周期的にソリトンの追い抜きが発生
し、その都度、信号伝達に使用される方のソリトンの位
置が進行方向側にずれるので、実効的な信号伝達時間を
短縮することが可能となっている。
As described above, the two moving in the same direction
When two solitons collide, that is, when the higher-speed soliton overtakes the lower-speed soliton, the higher-speed soliton shifts its position in the traveling direction. In other words, the effective speed of the soliton having the higher speed can be increased by overtaking the soliton having the lower speed. In the present invention, while the soliton of the lower speed is constantly sent to the Josephson transmission line as the background signal, the soliton of the higher speed is used for signal transmission, so that the soliton is periodically overtaken. Since the position of the soliton used for signal transmission shifts to the traveling direction each time, the effective signal transmission time can be shortened.

【0031】[0031]

【実施例】次に、本発明の実施例について、図面を参照
して説明する。図4は本発明の一実施例の情報伝達装置
の構成を示すブロック図である。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the information transmission device according to one embodiment of the present invention.

【0032】この情報伝達装置は、ジョセフソン伝送線
路10上をソリトンを伝搬させることによって情報を伝
達するものであり、ジョセフソン伝送線路10の一端側
にソリトン信号送信回路14が取り付けられ、ジョセフ
ソン伝送線路10の他端側にソリトン信号受信回路15
が取り付けられている。ソリトン信号受信回路15の出
力側には、ソリトン信号認識回路16が設けられてい
る。
This information transmission device is for transmitting information by propagating solitons on the Josephson transmission line 10. A soliton signal transmission circuit 14 is attached to one end of the Josephson transmission line 10, and the Josephson transmission line 10 is connected to the Josephson transmission line 10. A soliton signal receiving circuit 15 is provided on the other end side of the transmission line 10.
Is attached. A soliton signal recognition circuit 16 is provided on the output side of the soliton signal reception circuit 15.

【0033】ジョセフソン伝送線路10は、図1に示す
ものと同様に、厚さがa、長さがL、幅がWである薄い
絶縁層13をはさんでその両側に第1の超伝導体11と
第2の超伝導体12を配置した構成である。ここで絶縁
層13の厚さaは十分小さく(例えば、100nm以
下)、絶縁層13は十分薄い薄膜状となっている。これ
によって両方の超伝導体11,12は絶縁層13を介し
て弱く結合し、ジョセフソン接合を形成している。な
お、図1の場合と同様に、ジョセフソン伝送線路10の
延びる方向をx方向、幅方向をy方向、ジョセフソン接
合面に垂直な方向をz方向とする。ジョセフソン伝送線
路10には、y方向の磁場が印加されている。このy方
向の磁場は、外部磁界によってもよいし、ジョセフソン
伝送線路10にバイアス電流を通ずることによって発生
させるようにしてもよい。
The Josephson transmission line 10 is similar to that shown in FIG. 1 with a first superconducting layer on both sides of a thin insulating layer 13 having a thickness of a, a length of L and a width of W. This is a configuration in which the body 11 and the second superconductor 12 are arranged. Here, the thickness a of the insulating layer 13 is sufficiently small (for example, 100 nm or less), and the insulating layer 13 is a thin film. As a result, both superconductors 11 and 12 are weakly coupled via the insulating layer 13 to form a Josephson junction. As in the case of FIG. 1, the direction in which the Josephson transmission line 10 extends is the x direction, the width direction is the y direction, and the direction perpendicular to the Josephson junction surface is the z direction. A magnetic field in the y direction is applied to the Josephson transmission line 10. The magnetic field in the y-direction may be an external magnetic field or may be generated by passing a bias current through the Josephson transmission line 10.

【0034】ソリトン信号送信回路14は、両方の超伝
導体11,12間にパルス状の電位差を与えることによ
って、ジョセフソン伝送線路10にソリトンを発生させ
るためのものである。ソリトン信号送信回路14が発生
するソリトンとしては、伝搬速度が相対的に大きいソリ
トン(サイン=ゴルドン解の微分の自乗と2回微分との
和である上述のu値が大きなソリトン)と伝搬速度が相
対的に小さなソリトン(u値が小さなソリトン)の2種
類がある。以下の説明において、前者のソリトンを第1
種のソリトン、後者のソリトンを第2種のソリトンとす
る。ソリトン信号送信回路14は、入力する送信信号に
応じて第1種のソリトンを発生させるとともに、第2種
のソリトンを定常的に繰り返し発生させる。ソリトンの
伝搬速度は、超伝導体11,12間に印加するパルス電
圧の波高値や波形を変えることにより、変化させること
が可能である。あるいは、磁場を変化させることによっ
てソリトンを生成するようにしてもよい。
The soliton signal transmitting circuit 14 is for generating a soliton in the Josephson transmission line 10 by applying a pulsed potential difference between the superconductors 11 and 12. The soliton generated by the soliton signal transmission circuit 14 includes a soliton having a relatively high propagation speed (a soliton having a large u value, which is the sum of the square of the derivative of the sine-Gordon solution and the second derivative) and the propagation speed. There are two types: relatively small solitons (solitons with a small u value). In the following explanation, the former soliton is first
The soliton of the species and the latter soliton are the solitons of the second species. The soliton signal transmission circuit 14 generates a first type of soliton according to the input transmission signal, and constantly and repeatedly generates a second type of soliton. The propagation velocity of the soliton can be changed by changing the peak value or the waveform of the pulse voltage applied between the superconductors 11 and 12. Alternatively, solitons may be generated by changing the magnetic field.

【0035】ソリトン信号受信回路15は、双方の超伝
導体11,12のクーパー対の波動関数Ψ12の位相差
Φを検出する回路であり、検出された位相差Φはソリト
ン信号認識回路16に入力する。ソリトン信号認識回路
16は、微分演算回路、自乗回路、加算回路、判別回路
などによって構成され、上述の式(10)にしたがって、入
力した位相の信号(サイン=ゴルドンの解)をその微分
の自乗と2回微分との和uに変換し、変換した信号によ
って処理を行なう。このとき、変換後の信号の電圧値V
に対して閾値Voを予め用意し、この閾値Voより振幅の
大きな電圧波動に対しては信号があると判断し、閾値V
o以下の場合には信号がないと判断することで、信号の
有無を判断する。
The soliton signal receiving circuit 15 is a circuit for detecting the phase difference Φ between the wave functions Ψ 1 and Ψ 2 of the Cooper pairs of both superconductors 11 and 12, and the detected phase difference Φ is the soliton signal recognition. Input to the circuit 16. The soliton signal recognition circuit 16 is composed of a differential operation circuit, a squaring circuit, an adding circuit, a discriminating circuit, etc., and according to the above equation (10), the input phase signal (sine = Gordon's solution) is squared of its differentiation. Is converted to the sum u of the second differential and the converted signal is processed. At this time, the voltage value V of the converted signal
Threshold V o prepared in advance, it is determined that this threshold V o is a signal for large voltage wave amplitude with respect to the threshold V
o In the following cases, the presence or absence of a signal is determined by determining that there is no signal.

【0036】ここで閾値Voの決め方について、図5を
用いて説明する。本実施例では、伝搬速度が大きい(u
値が大きい)方の第1種のソリトン31の有無が伝達す
べき信号の有無に対応し、伝搬速度が小さい(u値が小
さい)方の第2種のソリトン32は伝達すべき情報の内
容には関係しない。一方、ソリトン信号識別回路16で
の変換後の信号の電圧値Vは受信したソリトンのu値に
比例している。そこで、第2種のソリトン32に対する
信号振幅が閾値Voより小さく、第1種のソリトン31
に対する信号振幅が閾値Voより大きくなるように、閾
値Voを設定することにより、第1種のソリトン31、
すなわちソリトン信号送信回路14側から情報として送
られてきたソリトンのみを検出することができる。この
ようにして検出されたソリトンは、受信信号として、ソ
リトン信号識別回路16から外部に出力される。
Here, how to determine the threshold value V o will be described with reference to FIG. In this embodiment, the propagation velocity is high (u
The presence or absence of the first type soliton 31 having the larger value corresponds to the presence or absence of the signal to be transmitted, and the second type soliton 32 having the smaller propagation velocity (the smaller u value) is the content of the information to be transmitted. It has nothing to do with On the other hand, the voltage value V of the converted signal in the soliton signal identification circuit 16 is proportional to the u value of the received soliton. Therefore, the signal amplitude for the second type soliton 32 is smaller than the threshold value V o , and the first type soliton 31
As the signal amplitude is greater than the threshold V o for, by setting the threshold value V o, a first type of soliton 31,
That is, only the soliton sent as information from the soliton signal transmission circuit 14 side can be detected. The soliton detected in this way is output to the outside from the soliton signal identifying circuit 16 as a received signal.

【0037】本実施例では、ソリトン信号送信回路14
において、送信信号を第1種のソリトン(信号ソリト
ン)31に変換するとともに、この第1種のソリトン3
1よりも速度の小さな第2種のソリトン(背景信号とし
て使用されるソリトン)32を定常的に一定の周期で発
生させる。このことのより、「作用」欄で述べたよう
に、情報としての意味のある第1種のソリトン31の伝
搬速度が実効的に向上し、情報をより早く伝達できるよ
うになる。そのことを示したのが図6である。図におい
て、ソリトンに対する位相の信号(サイン=ゴルドンの
解)が、その微分の自乗と2回微分との和uに対する重
心の軌跡として示されている。太線は、第1種のソリト
ン31すなわち情報に対応するソリトンの軌跡を示し、
細線は第2種のソリトン32の軌跡を示している。ま
た、図中の小円で表わされた領域33は、そこでソリト
ン31,32の衝突が起きていることを示している。衝
突によって第1種のソリトン31は進行方向側に位置が
ずれており、複数回の衝突を経ることによって、この第
1種のソリトン31は、x=Lの位置では、衝突が起こ
らなかったとした場合の第1種のソリトン(図示破線)
に比べ、ΔTだけ早く到達している。
In the present embodiment, the soliton signal transmitting circuit 14
At the same time, the transmission signal is converted into the first type soliton (signal soliton) 31, and the first type soliton 3
A second type soliton 32 (soliton used as a background signal) having a velocity smaller than 1 is constantly generated at a constant cycle. As a result, as described in the "Action" column, the propagation speed of the soliton 31 of the first type, which is meaningful as information, is effectively improved, and information can be transmitted earlier. This is shown in FIG. In the figure, the signal of the phase for the soliton (sine = Gordon's solution) is shown as the locus of the center of gravity for the sum u of the square of the derivative and the second derivative. The thick line indicates the locus of the soliton 31 of the first type, that is, the soliton corresponding to the information,
The thin line indicates the locus of the second type soliton 32. A region 33 represented by a small circle in the figure indicates that the solitons 31 and 32 collide with each other. Due to the collision, the first-type soliton 31 is displaced toward the traveling direction side, and it is determined that the first-type soliton 31 did not collide at the position of x = L after a plurality of collisions. Type 1 soliton in the case (broken line in the figure)
It arrives earlier than ΔT.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、ジョセフ
ソン伝送線路上でソリトン信号を用いて情報を伝達する
場合に、情報伝達に使用されるソリトンよりも伝搬速度
の小さいソリトンを背景信号として定常的に伝送線路上
に送出することにより、情報伝達に使用されるソリトン
の伝搬速度を実効的に増加させることが可能となり、よ
り高速での情報伝達が可能になるという効果がある。
As described above, according to the present invention, when information is transmitted using a soliton signal on a Josephson transmission line, a soliton having a propagation speed smaller than that of a soliton used for information transmission is used as a background signal. The steady transmission on the transmission line makes it possible to effectively increase the propagation speed of the soliton used for information transmission, which has the effect of enabling information transmission at a higher speed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】ジョセフソン伝送線路の一例を説明する斜視図
である。
FIG. 1 is a perspective view illustrating an example of a Josephson transmission line.

【図2】ジョセフソン伝送線路でのソリトンの衝突を説
明する図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating collision of solitons on a Josephson transmission line.

【図3】ジョセフソン伝送線路でのソリトンの衝突を説
明する図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating collision of solitons on a Josephson transmission line.

【図4】本発明の一実施例の情報伝達装置の構成を示す
ブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of an information transmission device according to an embodiment of the present invention.

【図5】ソリトン信号認識回路での閾値Voを説明する
図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a threshold V o in a soliton signal recognition circuit.

【図6】速い方のソリトンの実効的な伝達速度の向上を
説明する図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating an improvement in effective transmission speed of a faster soliton.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,90 ジョセフソン伝送線路 11,91 第1の超伝導体 12,92 第2の超伝導体 13,93 絶縁層 21,22,31,32 ソリトン 14 ソリトン信号送信回路 15 ソリトン信号受信回路 16 ソリトン信号認識回路 10,90 Josephson transmission line 11,91 First superconductor 12,92 Second superconductor 13,93 Insulating layer 21,22,31,32 Soliton 14 Soliton signal transmitting circuit 15 Soliton signal receiving circuit 16 Soliton Signal recognition circuit

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 相互に弱く結合した第1の超伝導体及び
第2の超伝導体を有するジョセフソン伝送線路を使用
し、前記第1の超伝導体でのクーパー対の波動関数の位
相と前記第2の超伝導体でのクーパー対の波動関数の位
相との差に基づく励起によって、前記ジョセフソン伝送
線路の一端側から他端側に信号を伝達する情報伝達方法
において、 前記信号に対応する励起の伝搬速度より小さな伝搬速度
を有する励起を背景信号とし、前記背景信号を生成して
前記一端側から前記他端側に定常的に伝搬させることを
特徴とする情報伝達方法。
1. A Josephson transmission line having a first superconductor and a second superconductor weakly coupled to each other is used, and the phase of the wave function of a Cooper pair in the first superconductor is used. An information transmission method for transmitting a signal from one end side to the other end side of the Josephson transmission line by excitation based on a phase difference of a wave function of a Cooper pair in the second superconductor, A method of transmitting information, characterized in that an excitation having a propagation velocity smaller than that of the excitation is used as a background signal, the background signal is generated, and the background signal is steadily propagated from the one end side to the other end side.
【請求項2】 前記励起がソリトンである請求項1記載
の情報伝達方法。
2. The information transmission method according to claim 1, wherein the excitation is a soliton.
【請求項3】 前記ジョセフソン伝送線路において絶縁
体薄膜が前記第1の超伝導体と前記第2の超伝導体によ
ってはさまれている請求項1または2に記載の情報伝達
方法。
3. The information transmission method according to claim 1, wherein an insulator thin film is sandwiched between the first superconductor and the second superconductor in the Josephson transmission line.
【請求項4】 相互に弱く結合した第1の超伝導体及び
第2の超伝導体を有するジョセフソン伝送線路と、 前記ジョセフソン伝送線路の一端に設けられ、前記第1
の超伝導体でのクーパー対の波動関数の位相と前記第2
の超伝導体でのクーパー対の波動関数の位相との差に基
づく励起を前記ジョセフソン伝送線路に生成し、前記ジ
ョセフソン伝送線路の他端側に送信する送信手段と、 前記他端側に設けられ、前記励起を検出する受信手段と
を有し、 前記送信手段が、送信信号に応じて相対的に伝搬速度の
大きな励起を送信するとともに、相対的に伝搬速度の小
さな励起を定常的に送信し、 前記受信手段が、前記相対的に伝搬速度の大きな励起を
受信したときにのみ受信信号として検出する、情報伝達
装置。
4. A Josephson transmission line having a first superconductor and a second superconductor weakly coupled to each other, and a Josephson transmission line provided at one end of the Josephson transmission line, wherein
Phase of the Cooper pair wavefunction and the second
In the superconductor of, a pumping means based on the difference between the phase of the wave function of the Cooper pair and the Josephson transmission line is generated, and transmitting means for transmitting to the other end side of the Josephson transmission line, and to the other end side. Provided, and having a receiving means for detecting the excitation, the transmitting means, while transmitting the excitation having a relatively large propagation velocity in accordance with the transmission signal, constantly pumping a relatively small propagation velocity An information transmission device which transmits and detects as a reception signal only when the receiving means receives the excitation having a relatively high propagation velocity.
【請求項5】 前記励起がソリトンである請求項4記載
の情報伝達方法。
5. The information transmission method according to claim 4, wherein the excitation is a soliton.
【請求項6】 前記ジョセフソン伝送線路において絶縁
体薄膜が前記第1の超伝導体と前記第2の超伝導体によ
ってはさまれている請求項4または5に記載の情報伝達
方法。
6. The method of transmitting information according to claim 4, wherein an insulator thin film is sandwiched between the first superconductor and the second superconductor in the Josephson transmission line.
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