JPS60170275A - ジヨゼフソン線路デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、ジョゼフソン接合デバイスに関し、殊に、ジ
ョゼフソン線路中を走行するフラクソンを利用すること
により、各種のデジタル機能を営むことのできるジョゼ
フソン線路デバイスに関する。 近年、極低温エレクトロニクスの発展が目覚ましく、特
にジョセフソン接合デバイスはその高速性、低消費電力
の故に将来的なデジタル機能デバイスとして大いに期待
されている。 然し、これまで開発されてきたジョセフソン・理゛０“
またはｌ°゛のいづれか−・力に対応イ（１げ、そうで
ない状態、即ち零電圧状態を他方の論理値に対応イ＋１
けていた。そのため、半導体デバイスに比べれば確かに
消費電力は小さいものの、究極的な所まで低消費電力化
に成功しているとは必ずしも言えなかった。 本発明はこの点に鑑みて成されたもので、従来のジョセ
フソン・デバイスとは異なる新たな動作原理により、極
限的なまでの低消費電力化の可能＋１を有し、目つ、同
期発振機能、分周機能、カウンタ機能、論理積及び論理
和機能やインバータ機能、そして更には今加′Ｂ機能、
メモリ機能等々、多くのデジタル機能を実現するデバイ
スを組むのに最適なデバイス基本構造体としてのジョゼ
フソン・デバイスを提供ゼんとするものである。 ジョゼフソン接合は、その−辺の長さがショゼ叩ち、第
１図（＾）に示すように、−・対の超伝導体２．３と接
合部４とから成り、−・辺の長さ文がジョセフソン侵入
投入Ｉより四倍程度以−１−長く、目。 つ、他の・辺の長さく線路幅）Ｗが八〇より小さくて、
全体として見ると一次元方向に長いジョゼフソン接合に
おいては、内部に渦電流状態部分ａがＶ。 イｒ狛でき、この部分ａに局在し′た磁場Ｈが存在し１
１）る、こうしたジョゼフソン接合は、特にジョゼ第１
図（Ｂ）はこうしたジョゼフソン線路の長さ方向を横軸
に採り、磁場Ｈの局在する様子を示したものである。渦
電流の空間的広がりも磁場の広がりと同ｆｉｊＩｍであ
り、その大きさはλ、〜４λア程）Ｗである。 第１図（Ａ）において、渦電流がそのループ］；では十
分に減衰したようなループｂを採ると、このループを通
過する全磁束は借手化され、−磁束量’￥’へ（２，０
７Ｘ１０−’Ｗｂ）ニ等り、＜ナル。そして、こラクソ
ンと呼ばれる。 また、上記のように、全磁束が気に等しいということは
、フラクソンの存在する部分での位相差のひねりが丁度
２πになっていることに対応する。従って、このように
位相差が２πと究極的に小さい量であるフラクソンを情
報の担体として利用すれば、消費電力の極めて小さいデ
バイスが構成できることが示唆される。 先にも述べたように、フラクソンはジョゼフソン線路中
を移動することができ、その移動に伴って生じる電圧に
より準粒子電流が流れ、漸次エネルギを失って移動速度
が低ドして行く。然し、第１図（八）中に（Ｉｊ示のよ
うに、矢印Ｃ方向に沿う適１１へなバイアス電流を′ｊ
−えると、当該フラクソンにエネルギをｊｊ−えること
ができ、移動速度を意図的に増すこともできる。また、
逆に、磁束とバイアス電流との間に生ずるローレンツ力
により、矢印−コとは逆方向の電流を−・ｊえると、こ
れは制動電流となり、フラクソンの移動速度を意図的に
低ドさ、イることもできる。 力、こう１７たフラクソンの移動速度の１−限ごはｌ／
（ＬＣ声でＩｊ、えられる。ここでしはジョゼフソン線
路の中位１（当たりのインダクタンスであり、Ｃは同じ
くジョゼフソン線路の中イ１“ｉ長当たりの電気容量で
ある６第１図（＾）の構成で接合部４が絶縁１１りで構
成されているジョゼフソン線路においては、フラクソン
の移動速度−１，限Ｃは少なくとも真空中の光速（約３
．ＯＸ１０８ｍ／ｓｅｅ）の数十分の一程度は確保でき
、極めて高速である。 尚、こうしたジョゼフソン線路の性質は、ｆｆ１１図（
Ｃ）に示すように一方の超伝導体３が他方よりも大きな
面積（７有していても、また第１図（Ｄ）に示すように
全体的に湾曲力１５変形していても、共に変わることな
く発現する。 本発明は、こうしたジョゼフソン線路を・つの構成要素
として利用するもので、既述した目的を路の少なくとも
・部位に設けたフラクンン停止１一部と；１−記ルーブ
を形成するジョゼフソン線路に接続し、１−記フラクソ
ンの挙動を１７制御する電流源と；−ト記ジョゼフソン
線路に接続し、１．記フラクソンから出力電流を受取る
ことのできる出力回路と：から少なくとも構成したジョ
セフソン線路デバイスを提供するものである。 本発明によるジョゼフソン線路デバイスの最も原理的乃
全基本的な実施例の物理的構成は第２図（Ａ）にて示す
ことができる。 このデバイス１０の物的な構成に就き、先づ説明すると
、一対の超伝導体２．３の間に接合部４を挟んで成るジ
ョゼフソン線路１があり、両超伝導体の長さ方向の各・
端部６，７間には、フラクソン発生用の°１［流１ｅを
当該線路端部に供給する電流洛Ｈｓが接続される一方で
、他端部１１，１２間には、抗１３が接続され、他方の
超伝導体３の両端間にはλり体１４が接続されて帰還回
路が形成され、これにより、ジョゼフソン線路ｌを含め
て考えると一種のループ５が形成されている。尚、図示
の場合はこのジョゼフソン線路ループ５の当該ジョゼフ
ソン線路ｌの部分を馬蹄型に示しであるが、上記のよう
な接続関係が満た゛されていればループ５の幾ループ５
中にあって少なくともジョゼフソン線路１の長さ方向（
ループとして見れば周方向）の一部位には、更に後述の
フラクソン停止り部９０が設けられるが、ここでは−先
づ、この停止１一部９０を考えないでジョゼフソン線路
ループ５自体の動作を説明すると、ジョゼフソン線路１
の一端部６，７間に発生したフラクンンが当該線路中を
走行して１中を再び他端部１１．＋２に向かって走行し
始め、以下、同様の動作を際限なく繰返すようになる。 即ち、こうしたジョセフソン線路ループ５は発振機能を
持っているのである。 尚、こうしたジョゼフソン線路ループ５自体は既に水出
願人が別途、特開昭−号として開示したものである。 次に、ジョゼフソン線路１にのみ着目し、その途中に形
成されたフラクソン停止に１部９０に就き考えてみる。 この実施例においては、この停止部９゜は、］・ド乃全
一対の超伝導体２．３間を結ぶように抵抗部材９を配す
ることによって形成されている。この場合は、当該抵抗
部材９は各超伝導体の１−面に載る部分９ａ、９ｃと、
−側面に沿い、ジョゼフソン接合部４を渡し越すように
して仲ひる部分９ｂとで構成されているが、等測的に抵
抗性を発揮する部分は抵抗部分９ｂ、然もその中、接合
部４を１ｉσ）シ越す部分のみであるため、原理的には
表裏面、Ｉｌ目ノ％導体間の等価１υ絡抵抗伯は１．記
のように抵抗部分９ｈ中、極めてＭｉいジョゼフソン接
合部４を渡し越す部分にてのみ定まるため、余り大きな
値にはできないし、抵抗自体の１没ＡＩ性や再現性も良
好にはできない場合も占えられる。 従って、そのような場合には、抵抗部分９ｂが渡る超伝
導体側面に沿って絶縁層を形成し、抵抗゛部４イがこの
絶縁層の周囲を回って一方の超伝導体２の表面と他力の
超伝導体３の下面とを接続するように図れば、抵抗体部
分９ｂの幾何的な長さを長くすることができ、等価抵抗
値の設計性、再現性が良好になる外、製作も容易になる
。 このような抵抗体部分８０を線路途中に設けると、線路
中を走行して来るフラクソンの当該移動に伴って生ずる
電圧がジョセフソン接合の外にこの抵抗体部分を形成す
る抵抗部材にも加わり、エネルギを消費するため、フラ
クンンはその運動工意図的に停止さゼることのできる停
止１一部分９０と１１９べろのである。 （ＩＪｌ、、既述したように、フラクソノは−・磁束早
子に対応した磁束を同右のものとして有し、消滅はしな
いため、停止１一部分９０にて停止した後も、そのまま
に渦電流状態を保持している。 従って、−・

【↓、停止部９０にて停止１．、シている
フラクソンも、フラクソン駆動用電流源８から選択駆動
用の電流Ｉ８を供給すると、フラクソンの磁束がこの゛
電波から受けるローレンツ力により、丙び停止１２部を
離れて線路中を走行し始めることができる。勿論、電流
の方向の如何により、停止１１部９０にまで進んで来た
方向と同方向に、即ち更に先に向かって進ませることも
できるし、逆に来た方向に戻らせることもｎｆ能である
。但し、後述する各機能素ｆへの応用例中にあっては、
特に断わらないも本出願人が既に特開昭−けとして別途
開示する所である。 然して、既述したように、ジョセフソン線路ループ５の
構成と停止１１部９０の構成を併せ持つ本発明のデバイ
スは、それらの機能を中に奏合した以１−の斡種の機能
を営めるものとなるが、各実施例に就きそれらを説明す
るに九〜゛Ｉ−ち、第２図（＾）に示した本発明実施例
の構成を、筒中のため、模式的に第２図（Ｂ）のように
示すと約束する。即ち、ジョゼフソン線路ｌは単なる円
弧状の線で示し、停止ト部９０は線路途中に付した弔な
る丸印で示す外、線路両端を結ぶ抵抗１３と導体１４か
ら成る帰還回路は中に抵抗１３で代表させ、各゛電流源
及び出力回路はその一方の端子のみを対応する部位に接
続して示す。 第２図示のデバイス１０の・動作例を第３図に即して説
明すると、ｐめフラクソン発生用の電流源５中のジョセ
フソン線路ｌの一端にフラクソンを・つ載せる。尚、直
流バイアス電流１ｅｏはフラクソンの発生を容易にする
ためのものであり、次式を満足することが望ましい。 ｌｅａ’＜２入ｙ−ｗ−Ｉｎ 入Ｊ：ジョセフソン侵入長、Ｗ：線路幅寸法。 ＩＯ＝線路の最大ジョゼフソン電流密度、、、、、、、
、、（１） もっとも、電流パルスを十分に大きく採ることができれ
ば直流バイアス成分１ａｏは不要となる場合もある。 いづれにしても、１−記のようにしてジョゼフソン線路
ｌの一端に発生したフラクソンは、やがて停止１−６部
９０に至ってそこで停］１−する。この状態ドにおいて
、第３図（Ｂ）中に時刻ｔ２で示すように、再駆動用電
流源８から再駆動用電流Ｉ８を供給すると、停＋ｔ−し
ていたフラクソンは再び動き出して線ジョゼフソン線路
１の入力端にパルス状の帰還型７ＱＩＦ（第２図ＣＢ）
中に例示）となって帰還されていく。 従って、フラグソン発生用電流源１８からの直流バイア
ス電流Ｉｅｏがこの時点においてもまだ流され続けてい
れば、！！′１該ジョゼフソン線路ｌの入力端に再び一
つのフラクソンが発生し、発生したフラクソンは線路ｉ
Ｊを走行して停止に部９０に奎るが、この時点で既に駆
動電流源８からの駆動電流Ｉ８が零に立ち下がっていれ
ば、そこで停止１し、もってこの説明を始めた初期状態
と同じ状態が再度具現する。 一方、第３図（Ｄ）に示すように、選択駆動用のＭｌ流
源８からの電流Ｉ８が時刻ｔ３からｔ４にμつて示すよ
うに流され続けていれば、ジョゼフソン線路ｌの出力端
から帰還回路を介して停止に１部８０に戻つモ１きたフ
ラクソンは停ｔｌ−することなくそのままこの停止ｌ一
部を通過し、再び出力端から出力゛電流ＩＯにび入力端
に電流成分ＩＦを帰還する。そして、この帰還により発
生された次のフラクソンも、全く同様の連合を辿ること
になる。そのため、結果として見ると、出力回路１７に
は第３図（Ｅ）に示すように、所定周期で規定されたパ
ルス列が得られることになる。 ここで出力回路１７に就き若１−考察すると、この回路
のりアクタンス成分をできるだけ小さくすれば、より大
きな出力電流１ｏを取出すことができる。また、ジョゼ
フソン線路ｌの出力端部１１，１２から見た直流抵抗分
、即ち帰還回路中の抵抗１３の抵抗値ｒ１３と導体１４
の抵抗値ｒ１４との和ｒ１３＋ｒ１４と、出力回路の直
流抵抗成分［１７との並列合成抵抗値（ｒｌ／（ｒ１３
＋ｒ１４）］”（１／ｒ１７））’を当該ジョゼフソン
線路１の特性インピーダンス程度のオーダの大きさにし
て置けば、該線路の出力端部に至った夕辷スは（Ｌ／Ｃ
）！４−Ｑあり、Ｌ、Ｃは先に定義した通り・Ｉ・・で
鼠る。 尚、１−記から顕かなように、帰還回路中の導体１４は
超伝導体（即ちｒ１４＝０）であっても良いし、有意の
値であって、例えば抵抗１３の値ｒ１３と略Ｃ同し程度
にまで大きくとも良い。従って、木明細書で導体°とは
、極めて抵抗の低い良導体は勿論、有意の抵抗成分を持
つものをも含む包括語である。 この観点からすれば、抵抗１３を第一導体、導体１４を
第二導体と考えても良い。 第２図示の実施例は、その使い方の如何により、換言す
れば要求される使途に応じ、次のようなデジタル機能を
営むことができる。 先づ第一に、非破壊的読出しメモリとして機能し得る。 即ち、停止Ｉ一部８０にフラクソンが停止１−シている
状ｊハ４を論理”ｌ”に対応させ、フラクソンが線路中
に存在しない状態を論理”ｏ”に対応させれば、何 、１１’、′メモリ・ループ５内にビが記憶されている
、−−副台には、この読出し命令により、論理°“ピを
表す出力電流■０が第３図（Ｃ）または（Ｅ）に示す形
で出力回路１７に出力され、検出される。 一方、メモリ・ループ５内に“Ｏパが記憶されている場
合には、この読出し命令によっても出力電流１ｏは流れ
ることなく、従って論理”ｏ”が出力回路１７に表され
る。 いづれの場合にも、帰還回路を介して読出されたと同じ
内容が停止部９０に再び格納され、次回の読出し命令を
待つ状態になる。 情報ビ°の消去は、少なくとも帰還回路を介しての帰還
電流ＩＦにより、フラクソンがジョゼフソン線路ｌの入
力端で再発生しようとするタイミングの時に、フラクソ
ン発生用電流［１８中の直流バイアス成分ｌｅａを除い
て置くようにし、帰還成分のみではフラクソンが発生で
きないようにすることで満足される。 逆に情報を書込む時には、工・め直流バイアス成・ニー
τ） □分１ｅｏをＩｊえた状態において、当該電源１８の一
部へ 、を成す信壮発生源からパルス状の電流を重畳すれ１．
１．ば“−理”１”を書込めるし、重畳しなければ論理
４、−−−に！ ”ｏ”を書込むことができる。 ｆｊｔ、２図示の実施例はまた、大カイａ号に同期した
パルス発振器としても機能させることができる。 即ち、停］１部９０にてフラクソンが停止している状態
において、入力信号源としての駆動源８から例えば第４
図（＾）に示すようなパルス列を入力したとすると、成
る人力駆動電流パルスが停止Ｆ一部にＩｊえられてから
次の入力駆動電波パルスがｔｊ−えられるまでの時間乃
至周期Ｔｓと、停止に二部中にあったフラクソンが動き
始めて線路出力端から出、帰還回路を介して線路入力端
で再生成されてから再び停止ｌ二部９０に戻ってくるま
での時間（簡単に言えばフラクソンがジョゼフソン線路
ループ５を一巡するのに要する時間）ＴＦとの間に、 Ｔｆ＜Ｔｓ、、、、、、、、、（２） なる関係が満足されていれば、第４図（Ｂ）に示すよう
な出力電流パルス列が出力回路１７に１’）られる聞分
だけ、入力時より遅れて出力されるが、その周期は全く
入力端子パルス列のそれに回期１．たちのとなる。勿論
、大力パルスの周期Ｔｓは、１−記した（２）式を満足
する限り、時間的に一定でない場合にあっても、出力パ
ルスはその変化に追従するものとなる。 更に、このｆ：ｆＳ２図示の実施例は、分周器としても
機能さぜることができる。 例えば、■−記した人力信号周期、即ち駆動用電流パル
ス周期Ｔｓと、フラクソンが停止１一部９０から出発し
て帰還回路を介し再生成され、再び停止部８゜に戻るま
での時間Ｔｆとの間に、 Ｔｓ＜Ｔｆ＜２７ｓ、、、、、、−−、（３）なる関係
が満たされるようにして置くと、これは１／２分周器と
して機能する。 即ち、第５図（Ａ）において、時刻ｔｌで停止１一部９
゜ニ駆動電流パルスＩ８が与えられ、ここにｎＩＩ−、
Ｌテラクソンが線路出力端に至った時には第５図（Ｂ）
、：１図０．ｊｉ：Ｘのように出力電流パルスＩｏが得
られるが、当該フラクソンの帰還に基く二番目のフラク
ソンは、当初からして時間Ｔｓ経過後の一番目の駆動電
流パルスＩ８が′ｊ−えられる時には未だ停止１一部９
ｏに戻ってきていないため、この一番目の駆動電流パル
スは言わば無駄に停止部に印加されるものとなる。然し
、三番目の駆動電流パルスが時刻ｔｌ＋２７ｇにて印加
される前までには、停止に１部８ｏにフラクソンが戻っ
てきているから、当該三番目の駆動電流パルスに就いて
は出力回路１７に再び出力電波パルス■０を現すものと
なる。 この三番目の駆動電流パルスを一番目のそれと占えれば
分かるように、以下、」こ記と同様の動作が繰返され、
もって、入力信号パルス列としての駆動電流パルス列■
８の周期Ｔｓに対し、その周期が２７ｓというように二
倍になった、従って周波数にして１／２の分周を受けた
出力パルス列を出力回路１７に得ることができる。 なる関係を満たすことにより、分周比１／ｎの分周器を
構成することができる。 上記してきた所では、ジョゼフソン線路ループ５中には
一個の停止部９０シか設けられていなかったが、それで
も既述したように各電流源の電流値の如何やその発生シ
ーケンスを適当に組むことにより、多くの機能を実現で
きている。 従って、これから予想されるように、ジョゼフソン線路
ループ５中に複数の停止１一部９０−．．．．．を設け
、その各々に適当にフラクソンの選択駆動用の電流源を
接続すると、更に多彩な機能を営むことができる。 そこで先づ、第６図に停止１一部９０を二つとした実施
例を挙げ、どのような機能を営めるかに就き幾つかの例
を挙げて説明する。尚、各停止部９０．．−をブを別す
るために、当該各停止ト部の図面中での符りは９１以降
の連番を使用し、同様に各停止部に関連ｉする駆動用電
流源に就いては８１以降の連番を使用；する。 この第６図示の実施例においても、その表記は第２図（
Ｂ）に示したと同様の略記法を用いるが。 第一の、乃至ノ、（本釣な第２図示実施例と構成１７、
異なっている点は、ジョゼフソン線路ループ５１１１に
周方向適当な間隔を置いて゛っの停止に１部９１．９２
が設けられ、その各々に専用のフラクソン駆動用電流源
８１．８２が設けられていることである。その他の構成
子は第２図示実施例と全く同様で良いので、説明を省略
する。 こうした構成で先づ、フラクソン発生源１８からの既述
した電流供給により、ジョゼフソン線路ｌ中にフラクソ
ンを一つ発生させ、図中、左回りに走行させて第一の停
止１一部８１にこのフラクソンを停止部させた状態を各
機能を満たずための初期条件と考える。 ここで、ｔｆ、７図（Ａ）に示すように、第二停止部８
２に接続されている電流［８２を二つの電流源８２ａ。 ８２ｂから構成し１両者の電流１８２ａ、１８２ｂを選
択的−Ｖ−τ） にカリ算して停止：部９２にｌｙ−え得るようにすると
、第一′休止部９１の電流源８１を第一・の論理信号源
、第一。 （ 停止１３部の一方の電流源８２ａを第二の論理信号源と
１ 考えることにより、両者の論理信５）の論理積を採った
出力を出力回路１７に得ることができる。 今、第一・停止１一部の電流源８１からの゛電流■８１
としての第一・の論理信号電流ＩＡと、第゛、停止１７
部９２の一方の電流源８２ａからの電流１８２ａとして
の第−論理信号′電流ＩＢとにあって、共に電流として
流れている時を、それらの論理Ｍｉが“′ｌ′”にある
と定義し、出力電流Ｔｏに就いても同様とする。 然して、ＩＡ＝”１′’、Ｉ８＝”１“の時に出力に”
］−１＝１°゛なる論理積を得る、即ち出力電流１ｏが
流れる動作を説明するタイム・チャートが第７図（Ｂ）
テあり、ＩＡ＝”１”、Ｉ８＝”０”ｃ７）時には論理
積出力が所定通り１・ｏ＝ｏ”となる、叩ぢ出力電流１
ｏが流れないことを説明するタイム・チャー１・が第７
図（Ｃ）である。 論理信号電流ＩＡの印加は時刻ｔｌで行ない、論理性シ
）電流ＩＢの印加は時刻［２で行なう。 □−１第７図（Ｂ）図小の場合、時刻ｔ１で論理ビ′の
信′叶′電流■＾を印加すると、既述した初期状態にお
動き出し、第″、停止部８２に来て停止トする。 この時点以降の時刻ｔ２Ｌこおいて、論理“′１゛の信
壮重流ＩＢが印加されると、第−停市部９２で停止１し
ていたフラクソンがＩＩＪ１度、動き出し、いくらがの
走行Ｉｔ！ｆ１１１１’Ｍ、れを持ちはするが、やがて
出力回路１７に論理”ｉ”としての出力１ｒＬ流１ｏと
して出力されていく。また、同時に、この時点において
ジョゼフソン線路１の入力端に式（＋）を満足する直流
たメカニズムにより、帰還回路を介する帰還電流の子骨
により、当該線路入力端に新たなフラクソンが一つ生成
され、第一停止１一部９１にて停止１１、待機する。 即ち、“’］−１＝１”なる演ｑの終ｒと同時に次の演
算を開始するだめの初期状態が具現−する。 第二停止１部９２に関連して設けられているもう一方の
電流源８２ｂかもの電流１８２ｂは、第７図（Ｂ）及−
び゛、（Ｃ）に示すように、第一論理信号の印加時刻ｔ
２以降の時刻ｔ３において負方向に発せられるリセフト
：・パルスであるが、１・１−１”なる演算に、’−１ おいてはこのリセフト・パルスは実効がなく、１゜記の
ように回路系はオート・リセント乃至セルフ・リセフト
される。 第７図（Ｃ）の場合１時刻Ｌ１において論理”１”の信
号電流ＩＡが第一・停止Ｆ部９１に印加されることは同
じであるが、これにより走行を始めて第二停止１一部８
２に至っているフラクソンに対し、時刻ｔ２での第二論
理信号電流印加時には論理”ｏ”の信号電流Ｉｎが印加
される（即ち電流ＩＢが諭されない）ため、当該フラク
ソン１寸そのまま第一“、停止ト部９２に停止１シた状
態を維持し、従って出力回路１７には論理”ｏ”の出力
上流信号（出力電流１０が流れない状！ル）がノ１じ、
もって′ｌ・ｏ＝ｏ”なる初期の演η結果をｔｌｌるこ
とができる。 然して、この“Ｉ・ｏ＝ｏ”なる演算の場合は、引続く
時刻ｔ３における゛准流源８２ｂからのリセ、Ｉ・・パ
ルス１８２ｂは有効に作用し、第二停止ト部−−゛１ ９２、に停止１シたままになっているフラクソンを逆に
第停止１部９１に向けて走らせ、当該第一・停止ト部９
１番、（：て停止１さぜる。この状！几は回路系初期状
態であ１１ノ リ、もって次の演′１１に備えることができる。 ＩＡ＝”Ｏ”、ＩＢ＝“Ｉ゛の時、及び両者゛０″の時
には、時刻１＋における論理゛０°′の′電流印加、即
ち゛上流■＾が流されないから、当該第一停止１部９１
＋、：：停止１−シているフラクソンはそのままであり
、従って時刻ｔ２において第二停止１一部９２に電流が
印加されてもされなくても、そしてその後にリセフト・
パルス１８２ｂが印加されても、何の影響もなく、回路
系は初期状態のままであり、ｌｐｒ刻ｔ２とｔ３の間の
演算結果検出タイミングにおいても、出力回路１７に出
力電流が送られることは勿論なく、論理”ｏ”の所期の
結果が得られる。 第７図（＾）図示の実施例は、ＮＯＴ機能を実現するイ
ンバータとしても使うことができる。 第７図（Ｄ）は入力信号として第゛、停止１、部９２の
一方の電流源８２ａから論理“ｌ”′を表す負方向電流
１８２ａを流した詩に、出力回路に論理“０゛の止方向
顕力電流１ｏが得られる（即ち出力電流■０か流れ雇い
状１ル）ことを説明するタイム・チャー１・であ、りづ
、第７図（Ｅ）は逆に人力信′）電流Ｉ８２・の論理を
”ｏ”とした（゛川流ｌ８２ａを流さない）時に出力回
路１７に論理“ｌ”の表徴として＋Ｅ方向出力電流１゜
が流れ込む状態を説明するタイム・チャートである。 先と同様、予め第−停市部９１にフラクソンかつ、停止
にしている状態を回路初期状態とすると、先づ、時刻ｔ
１にて電流源８１から駆動電流＋８１を供給し、第−停
止部中のフラクソンを第二、停止１１部９２に送って待
機させる。 人力論理６汁の印加タイミングｔ２において、論理゛１
°゛の信号を印加した場合、即ち第７図（Ｄ）中の時刻
ｔ２で示すように負方向の電流１８２ａを第一停止１一
部８２に供給した場合には、この停止１一部９２に停止
１．シていたフラグソンは線路入力端側に向かって逆方
向に走行し、再び第一停止１一部８１に至って停止し、
一方、論理“Ｏ″の信号を印加した場合、即ち第７１剥
（Ｅ）中の時刻ｔ２で示すように電流１８２ａを像）さ
なかった時には第二停止り部８２中のフラクソン１古、
、よ、−４，９＋ｌ、？１６＋ニー４Ｗ□。 ：従って、時刻ｔ３において第−停止部８２に関連しさ ”ｔＥ他方の電流源８２ｂから演算結果の出力タイミン
グであることを示す０壮電流１８２ｂを供給すると。 論理”ｌ”が人力していた場合には当該第二停止１４部
９２にはフラクソンが存在しないから、当然、出力回路
１７には出力型ｉ１ｏが流れず、従って論理“０°°の
出力が図られる一方で、論理“０パが入力していた時に
は、当該第一停止部９２に停止していたフラクソンが出
力端に向かって駆動され、やがて出力回路１７に論理゛
″１″を表す出力電流Ｉｏを流すことになる。 論理”０″を出力した時には、それ以前の段階において
既に第一停止ト部３１に再びフラクソンが停止している
し、論理”ｌ”を出力した時にも、既に（ｉｌＩｆも述
べているメカニズムにより、帰還回路を介して＋ｆｒ度
ジョゼフソン線路工中にフラクソンが生成され、これが
第一停止に１部９１にまで走行してそこで停止［ニする
から、時刻ｔ３以降で見るど、特に□１次に、第６図示
の実施例において、第一停止に１部９１“に関連する電
流源８１を複数のもの、例えば筒中のため、第８１剥（
Ａ）に示すように二つの電流源８１ａ、８１ｂから構成
すると、各電流源８１ａ、８１ｂからの電流ＩＡ、１Ｂ
が各々流れている時を論理”１”、流れていない時を論
理“′０゛°に対応させることにより、当該電流に化体
しての論理和演算機能を実現することができる。 第８図＜８）は論理和“’ｌ＋１＝１”を説明するタイ
ト・チャートであり、第８図（Ｃ）は論理和”Ｏ＋ｌ＝
１”を説明するタイム・チャートである。この実施例に
おいても、電流源８１ａからの電流ＩＡの印加を第一・
の論理信号の論理”ｉ”の印加とし、同様に電流１（８
１ｂからの電流ＩＢの印加を第一°、の論理信号の論理
“′ｌ゛°の印加と定義し、従って、各電流Ｉ＾、１Ｂ
が流されていない時、対応する各論理信号は論理”ｏ”
ということになる。出力′１［流１ｏに就いても同様で
、これが流れている時にｉ＋ｏｌ、ｉ＜Ｈ述した初期条
件にあり、フラクソンカし・８．１ つ、第一停止１部９１にて停止にしていると、時刻ｔｌ
において第・の論理信号が電流ＩＡに化体されて第一停
止１一部９１に印加された場合、第８図（Ｂ）に示すよ
うに、この論理が゛１パであれば、当該第一停止１一部
９１に停止１−シていたフラクンンは移動して第二停止
１一部８２に至り停止１−する。第一・論理信号がｉ８
図（Ｃ）に示すように論理″゛０゛°であった場合には
、この時刻Ｈにおいては第−停止部９１に停止に中のフ
ラクソンは何の挙動も示さない。 次に時刻ｔ２において第二の論理信号が印加された場合
、第８図（Ｂ）においては既にフラクソンが第二停止部
８２に移っているのでこの第−停＋Ｉ：ｉ９１に論理°
“ｌ”信号として有意の電流ＩＢが印加されても何の変
化もなく、第二停止部８２にフラクソンが停止した状態
を保つことになり、一方、第８図（Ｃ）の場合は、この
時に論理°゛１°゛を表す電流ＩＢが印加されることに
より、第一停止１一部９１に未だ停止部９２にフラクソ
ンが至って停止りしている状態となる。 従って、次の演算結果読出しタイミングｔ３において、
第−停ｊに２部９２に関連した電流源８２から読出し用
電流としての駆動電流１８２を供給すると、いづれの場
合も、当該第二停止部９２に停止していたフラクソンが
動き出して線路出力端に至り、伴つできた渦電流の一部
を論理”ｌ”を表す出力電流■０として出力回路１７に
出力する・方で、帰還回路を介し、線路入力端に渦電流
の残りを帰還することにより、直流バイアス源１８から
の直流バイアス電流１ｅｏへの重畳で新たなフラクソン
を一つ作り、第一停止１一部９１まで走行させてそこで
停止させ、回路初期条件を作り、次の演算に対して待機
させる。 １−記から顕かなように、”ｌ＋Ｏ＝１”は勿論階でフ
ラクソンは第二停止に１部９２に移っており、この時刻
口における第一停止二部９１への電流の印加の如何は動
作に影響がないからである。更に、論理和”ｏ＋ｏ＝ｏ
”は、第・停止１一部９１に停止１−シている初期条件
下のフラクソンに対し、伺等の作用をもＩｆ、えないこ
とから顕かに満足されることが分かる。 第６図示の実施例は、更にまた、第一・、第二停止部９
１，９２への駆動電流の印加の態様を工夫することによ
り、分周機能をも呈することができる。 即ち、第９図（Ａ）図示のように、・っの駆動用電流源
８を用い、これを周期Ｔｓの人力周波数信号源と考えて
、その周期丁ｓ毎に与えられる電流Ｉ８を値としては等
しくて良い二つの抵抗＋９ａ、＋９ｂで分流し、両件止
部９１．９２へ共に印加するように図れば良い。 先と同様にこの回路をフラクソンが−っ、第一・“停止
１１・部９１に停止している初期条件ドに置き、第９図
（Ｂ）に示すように人力周波数信りとして電流■８、を
↓成る周期Ｔｓで供給すると、時刻ｔｌにおける第一Ｊ
１ 発註の入力パルスに伴う第一抵抗＋９ａを介する分流分
で第−停止部９１中のフラクソンは第二停止り部９２に
向かって動き、やがてそこで停止Ｉニする。勿論、先の
各実施例と同様に、入力パルス幅は第一停止に１部９１
から動き出したフラクソンが第一停止二部９２に至る以
前には立ちドがっているように選ぶ。 この状態で次の時刻ｔ２において再度、入力パルス１８
２が加えられると、第二抵抗＋９ｂを介しての分流分に
より、第二停＋Ｌ部９２に至っているフラクノンが再度
動き出し、線路出力端から出力回路１７に渦電流成分の
一部を出力し、同時に帰還回路を介して再度、回路系の
初期状態を作る。 従って、時刻ｔ３においての第五売口の人力パルスに対
しては第−発註に対すると同様の動作が生起し、時刻ｔ
４における第四発［１の人力パルスに対しては第゛８発
註と同様の動作が生起し、以下、これが繰返されていく
ため、出力パルスＩｏの列は周１−期＋２７ｓとなって
、周波数的には′１分の−に分周されたことになる。 ・１この第９図示の実施例の構成からすれば、停止１−
１ 部の数を更に複数個ｎとし、各個に分流抵抗を介して入
力信号電流を割振れば、Ｉ／ｎの分周機能が満足される
ごとが分かる。 （１１シ、その場合、一つの停止１部から次の停止１一
部番、゛全るフラクソン走行時間より短い電流パルス幅
が必要となる。 が、相当短いパルス幅の電流パルスは既に研究されてい
るジョゼフソンパルス発振器にて得ることができるし、
更には後述するように線路途中にフラクンン走行時間制
御用の電流源を設けることにより、意図的にフラクソン
の走行時間を遅くすることもできるので（（ｉｌｌ、従
来の半導体素ｆ−等に比せば（−分に高速な範囲を守り
ながら）、人力信号電流の分流分を有意の値に保てる範
囲ならば相当に高い分周比まで（りることができる。 次に、ジョゼフソン線路ループ５中にこのように多数の
停止１一部９１．．．．．．を設けながら更に別の機’
Ｔ智を営ませる実施例を第１θ図に示す。 １第１０図（Ａ）に示すように、この場合、停止１・部
の診 回路装置系は例えば８ビツトの直列書込み一直列読出し
型の非破壊読出しメモリとして利用することができる。 この応用例の動作を第１０図（Ｂ）に即して説明する。 情報の書込みは次のようにして行なう。 ジョゼフソン線路ｌの入力端に接続している電波源１８
から先に（１）式で示したような直流八イアスミ流ｌｅ
ａを供給り、て置き、所定の時間幅を置いた時刻口から
Ｌ８に代っての各書込みタイミングにおいて、各停止部
９１〜９８に関連した各電流源８１〜８８から一斉にＩ
′１を流１８１−１８８を供給すや。 これに同期して、フラクソン発生用電流ａ１８を、１）
込み用論理信吟源とし、１．記直流バイアス成分に重畳
してυ）込むべきビットパターンに応じ、各ピントの書
込みタイミングにおいて選択的にフラクソン発生用電流
パルスＩｅを生じさせる。フラグら書込みパルスＩｅを
発生させ、時刻ｔ３．ｔ５．ｔ８では発生させないよう
にする。 このようにすると、時刻ｔ１で線路入力端に発生させら
れたフラクソンは、次の時刻ｔ２までの間の駆動電流１
８＋の体１Ｆ−期間中に第一停止り部９１に至って停止
ｌ−する。そして、第一番■のビット書込みタイミング
である時刻ｔ２において、第−停止部９１に他の停止部
同様、駆動型ｉＩＯ２がＦＴ度ケ−えられると、これに
より第一・停止部中のフラクソンは第゛−停止一部８２
に向かって走行し、次の時刻ｔ３までの駆動電流体重期
間中に当該第一停止１部９２に１≦って停止部する。一
方、この第一の時刻ｔ２において発生された論理“′ｌ
°′のヒント信号フラクソンは、同様に時刻ｔ３までに
第一・停止部９１に至って停止１−する。 このような所作が繰返されていくことにより。 時刻ｔ８経過後には入カビットパターンと全く回しビッ
トパターンが第八停止部９８から第一停止部９１に向か
い、最上位ビットから最ド位ピントにげ−っで格納され
る。 ・）−・情報。読出、は、１ｏ記、同様、電流源１８カ
、ら直流バイアス電流１ｅｏを加えた状態において、第
１Ｏ図（Ｂ）のｔ）込み時と全く同様に、各停止Ｆ部に
接続した電流源８１〜８８から一斉に駆動電流をｊｉ−
えることにより、時刻ｔ１では第八停止ト部９８に停止
していた論理信号情報をジョゼフソン線路ｌの出力端に
送って出力回路に出力させ（この場合、この最−１二位
ビットは論理“ｌ”であるので出力回路には第１０図（
Ｂ）に仮想線で示すように出力電流パルス■０が得られ
る）、同時に次ビット以降の論理情報を次の停］１ｉ？
ｌｌに送り、１１つ、出力された論理情報を帰還回路を
介してジョゼフソン線路ｌの入力端に帰還することによ
り、直流バイアス電流ｌｅａに重畳させて１１Ｔび対応
する論理情報を発生させ、同様に次の時刻ｔ２では既に
第八停止１一部９８に送られてきている最Ｉ−位ビッＩ
・から二番［１のビ・ント論理情報を出力回路１７に出
力しながら帰還回路を介して角情報を更＋ｊ・つ先の停
止部に転送する、という縁取゛シで為すことができる。 □−−１即ち、このような転送、出力、帰還動作がそれ
以降の各読出し時刻タイミングｔ３〜ｔ８においても同
様に繰返されていくがために、時刻ｔ８経過後には、出
力回路１７に第１Ｏ図（Ｂ）に仮想線で示すように人力
ビットパターンと全く回しパターンのビ・ント列が得ら
れ、１１つ、全ヒント読出し後も、ジョゼフソン線路ル
ープ５内には全く回じビットパターンが４１破壊的に残
されることになるのである。 情報の消去は、１−記した読出し動作において。 電流源１８からの直流バイアスＩｅｏを供給しないよう
にし、帰還されてきた渦電流分だけでは線路入力端にフ
ラクソンを発生できないようにすることで為すことがで
きる。 また、先に既に述べたが、第１０図（Ａ）の構成でフラ
クソンを−・つだけ、ループ５内に入れた状！ハ、で、
駆動電流源８１〜８８を入力周波数倍′＋源と考−え１
、第１０図（Ｂ）に示すようなタイミングで各停止１―
、′１・（ 部１９１〜９８に−・斉にこの電流パルスをケえると、
この［周波数に対して１／８に分周された周ｌ出力をｉ
１’ｊ’力回路１７に得ることができ、従って１７８分
周器として機能させることもできる。 勿論、上記メモリや分周器は一般的にｎピント・に展開
して考えることができる。 ところで、これまで述べてきた実施例においては、出力
回路１７はジョセフソン線路ループ５のジョゼフソン線
路■の出力端、即ぢ帰還回路入力端からのみ出力電流を
取出すようになっていた。 然し、線路途中にもう−・っの出力回路を設けることも
でき、第１１図（Ａ）に示す実施例のデバイス１゜はそ
うした構成を採っている。 ジョセフソン線路ループ５を構成するジョセフソン線路
】の入力端（ｆｌ、７）と出力端（１１，１２）との間
に第一、第：、；４体（１３，１４）で構成された帰還
回路が設

【づられ、入力端には電流源１８、出力端には
第一の、乃全主たる出力回路１７が設けられると共に、
ジョゼフソン線路ｌの途中には−っのフラツフ・ｉン停
止１部９０とこれに接続した電流源８が設けられでいる
点では第２図に示す基本的な実施例と全く同様である。 異なるのは、ジョゼフソン線路ｌ−がｉ中で分断されて
入力端ジョゼフソン線路部分１ａと出力側ジョゼフソン
線路部分１ｂとから構成され、その対向端２０．２１相
ＩＬが上記第一、第二導体と同様で良い第一・、第二導
体１３ａ、１４ａで接続されていることである。 そして、入力端ジョセフソン線路部分１ａの出力端２０
には第一の出力回路１７ａが接続される一力、出力側ジ
ョセフソン線路部分１ｂの入力端２１にはフいる。出力
回路１７ａは一部たる出力回路１７と、第二′電流源１
８ａは第一・の、乃至主たる電流源１８と、夫々構成的
には同じで良い。尚また、先と同様、ジョゼフソン線路
部分間を接続する第一、第二導体は、図中、抵抗＋３ａ
で代表して示している。 このデバイス１０の基本的な動作に就き考えると、第２
図示実施例に就いて説明したと同様のメカニズＪ・によ
り発生されたフラクソンが停止１部９０当、該フラクソ
ンに（ｔわれできた渦電流の一部は、い噛、□１，７．
工□、ｌａ（７）Ｉｆｆカ、、。７．８□二の、乃全補
助的な出力回路１７ａに出力されていく。 が、同時に、フィート・フォワード回路となっている第
一、第二導体＋３ａｊ４ａにより、当該渦電流の残りの
一部（Ｔｆ）は出力側ジョゼフソン線路部分１ｂの入力
端２１に送られ、従って第二電流源から既述の式（１）
を満たす直流バイアス電流１ｅｏをケーえて置けば、当
該入力端２１で再度、フラクソンを発生させることがで
きる。 そのため、このフラクソンが全体としてのジョゼフソン
線路ｌの出力端に至って消滅する際に。 その時に伴ってきた渦電流により、主たる出力回路１７
へ出力電流を供給することができるため、このデバイス
は、出力回路１７で見る限り、第２図示の実施例と全く
同様の動作を為すことができる。 Ｊ！！！！汀ずれば、このデバイスは、ｍ２図示実施例
−−−−の、デバイスと全く同様の各種の応用が効きな
がら・・１ も“独（ｒの、つの出力回路を備えたデバイスであると
“ｌ−１うことかできる。 ゛：同様に、第１１図（Ｒ）に示穆−デバイス１０は第
６図示の実施例の改変例であり、第６図及び第９図に小
した実施例と同様の分周機能に加えて更に〕つの出力を
取れるデバイスである。構成的には基本部分を第６図示
乃至ｉ９図示実施例と同じくし、ジョゼフソン線路ｌを
分断して入力側線路部分ｌξと出力側線路部分１ｂとに
したその間の接続部分に第１１図（Ａ）に示す構成を取
入れて成っている。 こうした第１１各図の実施例から想当てきるように、ジ
ョゼフソン線路１を更に数多くに分断し、その分断点に
上記のように各出力回路と直流バイアス厄源を接続すれ
ば、更に他出力型の回路とすることができる。特に、第
１０図示の実施例のようなデバイスにあって、隣接する
停止１一部の間に第１１図示の分断点構成を取入れれば
、各停止１一部にあるフラクソンが−・斉に動き出して
次の停止１一部に至る過程で当該各フラクソンの存否を
並列にモニタすそうした応用回路の−・例として、第１
２図に二進カウンタ１００の構成例を挙げ、説明する。 この応用例の場合は、第６図示乃奎第９図示実施例の構
成のデバイス！０に各相当する玉つのデバイス１０−１
、ｔｏ−２、１０７３をカスケードに接続して成ってお
り、被カウント信号は第一段目のジョゼフソン線路ルー
プ・デバイス１０−１の第一・、第二停ｆ１一部９１−
１．９２−１ヘ分Ｉ＆抵抗＋９ａ−１，１９ｂ−１を介
して電流沢（８から送られるパルス電流Ｉ８として′ｊ
えられる。即ち、この二進カウンタ１００では当該パル
スφｉｉ、ＩＱ、＋８の数をカウント・データとして経
時的にカウントする。 ジョゼフソン線路ループ・デバイス１０−１、ＩＱ−２
。 １０−３の各ジョゼフソン線路１−１．１−２ｊ−３の
入力端には、夫々、電流源＋８−１．１８−２．１８−
３が接続され、この電流源からは式（１）で示した直流
バイアス電の電流源において当該直流バイアス電流ｌｅ
ａに有、１ 意：の大きさのパルス電流ｒｅを重畳することにより生
成されたフラクソンが、先の各実施例と同様、各ループ
・デバイス１０−１．１Ｏ−２ｊＯ−３の各ジョゼフソ
ン線路の第停止り部９１−１．９１−２，９１３に一つ
づつ停止１−シている状態とする。 また、第一・段１１のループ−デバイス】Ｏ−１の出力
回路１７−１ヘノ出力電流１ｏ−１は第一゛８段ｌ」（
７）Ｊｌ／−プ・デフへイス！０−２の第一、第二停止
１一部９１−２．９２−２へも分流抵抗１９ａ−２、１
９ｂ−２を介してクーえられ、１１つ、第二段［１のル
ープ・デバイス１０−２の出力回路１７−２への出力電
流１ｏ−２は第三段目のループ・デフへイス１Ｏ−３の
第一、第二停止部９１−３．９２−３へも分流抵抗＋９
ａ−３、１９ｂ−３を介してケえられるようになってい
る・方で、各ループ−デバイス＋（＋−１，ＩＱ−２，
１（１−３の第二停止１一部９２−１．９２−２．９２
−３には、更に選枳的フラクソン駆動用電流源８２−１
．８２−２．８２−３が接続され、この電流源は後述の
ようにデータ入力を終えた後第１２図（Ｂ）中、左端の
数字は入力データ内容、即ちデータ入力期間中に人力し
たパルス電流Ｉ８の数を示し、中央の模式的な図形は各
ループ−デバイス１０−１、１０−２、１０−３にあっ
て人力データの取込み後の各データ内容に応じた各ルー
プ内でのフラクソンが占める位置を表している。即ち、
円弧状の図形の中で小さな丸印が１−に記しである時に
は各ループ・デバイス１０−１．１０−２．１０−３に
あって各フラクソンが各対応する第一停止（一部３■−
１〜９Ｉ−３にあることを示し、ドに示しである時には
各フラクソンが各対応ローる第一停止１部９２−１〜９
２−３にあることを示している。 そｌｌ、て、第１２図（Ｂ）＋ｌ＋、右端の数字群は、
後述Ｖるように、入力データの取込み後、カウント結果
出力動作により各出力回路１７−１〜１７−３に表され
るカウント結果を示しており、出力回路１７−１が最下
位桁、出力回路１７ー３が最上桁を示すものとなる。 巾、先づ第−発１１の人カバルス゛准流Ｉ８が第・ルー
プ・デバイス１０−１の両停止１一部９１−１．９２−
１へ人力してくると、第・停止１一部９１−１中にあっ
たフラクソンが第、停止１部９２−１に移動し、そこで
停止する。 人Ｊノテータが十進法で“１゛′以りの数であると、次
の９．１−１の入力端子パルスＩ８が印加されるにイ゛
ｒい、第−デバイス１０−１中で第二停止１一部８２−
１に移っていたフラクンンは第１２図（Ｂ）中で円弧状
の仮想線矢印で示すように４ジヨゼフソン線［１−１の
出力端に至って消滅し、これによって出力電流ｌ０−１
が出力されると共に、帰還回路を介して当該ジョゼフソ
ン線路１１の入力端に電流ｌ１ｉ１８−１の直流バイア
ス電流の助けを借りて新たにフラクソンが−・つ、発生
し、当該ジョゼフソン線路１−１（７）第一停止１７部
９１−１に至って停止）−する。これと同時に、第１２
図（Ｂ）中で仮想線の直線状矢印Ｃで示すようパ日−と
“−−（７）、ＦｔＴ＃ｋＦｌ（ｔＮｒ′ｂ−ｉ°７パ
Ｚ（１）ｌｌｔ力、電流Ｔｏ−１の一部が第一ユループ
・デバイス１０−２の両；停止１一部９１−２．９２−
２にクーえられることによって当該第二ループ・デバイ
スの第一停止１一部９１−２中にあったフラクソンが第
二停止１一部９２−２に向かって走行し、停止１−する
。 このように、最ド位桁のループ・デバイス１０−１中の
フラクソンは、入力端子パルス■８が印加される度に第
−停■ト部９１−１から第一停止１９２−１へ、そして
第二停止１一部９２−１から第一停止１一部９ト１へ、
というように、交１ｊ二に走行１７ては停止する動作を
繰返し、１１つ、最下位桁及び第二桁のループ・デバイ
ス１０−１．１０−２にあって第二停止部９２−１．９
２−２にあったフラクソンが帰ρ回路を介して第−停止
部ｉこ戻る１１′？には、矢印Ｃで示すように、その一
つトの桁のループ−デバイス中のフラクンンを他の停止
１部に動かしていく。 そのため、人力データをカウントし終わった時の各ルー
プ・デ、＜イスにおけるフラクソンの占める位置は第１
２図（Ｂ）図示のようになる。 、人力データの取込みを終えたならば、次にカラ）１ 従って、カウントを終えた時点でフラクソンが第′、停
止１部に停止ｔｙ、Ｌ、ているループ・デバイスの４１
Ｓ力回路＋７−ｉ（ｉ＝１，２．３のいづれか）にのみ
、当該電流源８２−１〜８２−３からのカウント内容読
出し電流の供給に伴って出力電流Ｉｏ−ｉが流れる。 このようにして、出力電流が流れたことを論理”ｉ”に
対応させれば、当該カウント結果出力はｆｐｊ１２図（
Ｂ）中、右端に示す数字群のようになり、出力回路１７
−１側を最下位桁として所期の二つ進法カウント結果が
満足されていることが分かる。 然して、この読出しを終えたならば、更に次のカウント
動作に備えるべく、カウンタ１００を全体として−１−
記した初期状態にリセットする必要がある。然しこれは
、読出しに用いた電流源８２−１〜８２−３から読出し
とは逆の方向の電流を供給することで簡単に行なえる。 即ち、読出し後、フラクソー、−ンＪンは図中、左回り
に走行し、もって次の桁のループ−デバイス中のフラク
ソンに影響をグ・えることなく第−停止部に戻れるから
である。 また、１；記メカニズムから顕かなように、木カウンタ
１００は、電流パルスが二発、入力する毎にフラクソン
の位置を一巡させ、且つ、二発毎に出力電流パルス乃至
キャリー・パルスを次の桁のループ−デバイスへ入力電
流パルスとして送給するため、ループ・デバイスをｎ段
にμって継続接続すれば２１−１までの入力端子パルス
数をカウントすることができる。 第１３図示の実施例乃至応用例は、ｗＳ１２図示応用例
と略Ｃ同様の構成で、イ１し人力の印加態様を変更する
ことにより、−進全加ｒ１器＋０１を実現したものであ
る。この場合は、被加算数を上の桁から”ＡＢ”、加算
数を同様に１−の桁から’ＣＤ”と１７て、共に二進二
指の数とし、これらの加算結果゛、進数で“１”である
時には、対応する電流源から電流１八、ＩＢｊＣ，Ｉｎ
をｆｆｔ−ｔものと約束する。 筒中のため、各分流抵抗の存在を省略して説明すると、
被加算数”ＡＢ”の各桁に対応する各電流ＩＡ、Ｉｌｌ
は、１．の桁の電流１八か−２桁ｒ＋のループ・デバイ
スｌ０−２の両停止１１部９１−２．９２−２に、ドの
桁の’Ｒ１；ＬＩＢが最Ｆ位桁のループ・デバイス１０
１の両件止部９１−１，１３２−１に夫々ケーえられる
。 同様に、加算数”ＣＤ”の各桁に対応する各電流ＩＣ２
ＩＯは、上の桁の電流ＩＣが上記電流ＩＡとは異なるタ
イミングで二桁目のループ・デバイスｌ０−２の両件止
部９１−２．９２−２に、下の桁の電流ＩＤがト記゛電
流ＩＢとは異なるタイミングで最ド位桁のループ・デバ
イス１０−１の両停止１一部９１−１．９２−１に夫々
ケ、えられる。 水加算器ｌθ１においても、その演算の初期状態７□″
ラクンンが各一つ宛、各ループ・デバイスの第一７停止
１一部８１−１〜９１−３中に停止している状態である
。 第１３図（Ｂ）図示のタイム・チャートを参照して説明
すると、先づ、被加算数の一１１位、Ｆ位の各桁の各二
進数値は、夫々時刻ｔ１において、１−記のように対応
させた二桁１１と一桁■のループ・デバイス１０−２．
１０−１の両件止部９１−２．９２−２．９］−１，９
２−１に電流ＩＡ、ＩＢとして与えられる。勿論、対応
する桁の他値が一、イＬ数′″ｏ″である場合には、対
応する電流ＩＡまたはＩｎはこれを流されない。 −ノ】、加ｒｆ数のドｆ７１桁の二進数値は：時刻ｔ２
において電流１０を流すか流さないかに化体して最ド位
桁ルーズ・子バイス１０−１ノＤｌｉ停止ｆ部９１１，
１３２−１にＩＪえられ、１１位桁の°進数イ〆（は時
刻ｔ３において、同様に電流ＩＣを流すか流さないかに
化体して、゛−一桁１のループ・デバイス１０−２の両
件止部Ｑｌ−２，９２・２ｉ、１１−えらねる。 お］いて被加算数の１位、Ｆ位の各桁の各、値情報が１
対応するループ・デバイスＩ’０−２．１０−１の両停
止１一部９１．−２．９２−２．９１１．９２−１に′
ｊ、えもれる。この場合、当該被加算数のＦ位桁は“ｏ
゛′であるので、般ド位桁用のループ・デバイス１ｏ−
１の両件止部９１−１．９２−１にｌ」右、ギ８．のｉ
ｌｔ流■口が流されず、−７桁］］ツルーブー７’／＜
イス１０−２ノ両停止］一部９１−２．９２−２＋、：
のみ、Ｌ、４＜１桁数値“ｔ”に対応して有意の電流Ｉ
Ａが流される。 その結果、当初、第１３図（Ｃ）中、最１一段に示した
状態にあった各ループ−デバイス中のフラクソンは、ニ
ー桁目のループ・デノヘイス１０−２中においてのみ、
その停止Ｌ−位置が変更され、第、停止Ｆ一部５２−２
に移るようになる。この状態が時刻ｔｌ＜ｔ、＜ｔ２の
状態として第１３図（Ｃ）中に示されている。 次の時刻ｔ２においては、加算数のド位桁の二進数値“
’Ｄ＝１”が有意の電流１０としで二指＋１のループ・
デバイス１０−１の両停止１一部９１−１．９２−１に
り−λられるが、その結果、当該・桁１１のループ・デ
１１゜ バｊ・イス１０−１中においてのフラクソンの移動が生
じ、第３図（Ｃ）中、時刻ｔ２＜ｔ＜ｔ３の状！出で示
１−主′うに、全体としてみると、−桁Ｉ」及び−桁１
１のループ・デバイス中のフラクソンが大々対応する第
二停止１ユ部９２−１．９２−２に位置し、酸１−位桁
のルーブーデバイス中のフラクソンは未だ第−停＋、を
一部８１−３に留まっている状態が生ずる。 更に次の時刻ｔ３において、加′ｆｆ数の１１位桁の一
２進数値“ｃ＝ｉ”が二桁Ｈのループ・デバイス１０−
２の両件止部９１−２．９２−２への電流ＩＣとして学
えられると、当該−桁［Ｉのループ・デ／＜イス１０−
２ではフラクソンの移動が生じ、対応するジョゼフソン
線路１−２の出力端に金って消滅するに伴い、直線状の
矢印Ｃで、バされるように、出力された出力電流１ｏ−
２の・部は玉桁ｌ］乃至最Ｉ−位桁のループ−デバイス
１０−３の両件止部９１−３．９２−３に！ｊ、えられ
、第−停（１一部９１−３にあった一ミ桁１ヨ１のフラ
クソンを第一停止１一部９２−３に送る。 これが第３図（Ｃ）中、時刻ｔ３＜ｔ＜ｔ４の状態と裏
ある。 Ｈ＋ ］ｊこの加ｑ器内容を読出すには、大・のループ・デバ
イス１０−１〜１０−３の第一、停止１部８２−１〜８
２−３に接続しでいる１１を流源８２−１〜８２−３か
ら、読出し電流としての電流＋８２−１−１８２−３を
時刻ｔ４において一斉に印加する。 すると、時刻ｔ３＜ｔ＜ｔ４の状態において第二°、停
止１一部【こフラクソンが存イーしていたループ・デバ
イス１０−１．！０−３からのみ、対応する夫々の出力
回路＋７−１．１７−３ヘ有意の出力電流１ｏ−１ｊｏ
−３が出力され、二指ＩＸ１のループ・デバイス１０−
２からは出力電流が流れ出ない。 従って、加算器内容を読出した結果は、最上位桁から”
１０１’″となり、被加算数”１０”と加鐘数”ｌｌ”
との所期の二進加算演算結果としての“’ｉｏ＋１ｔ＝
ｉｏｉ”が満足されていることが分かる。 このように出力電流に化体して加算器内容が読出される
時を時刻ｔ４＜ｔ＜ｔ５の状態として示して元るが、同
時に、この時のフラクンンの移動に伴い、読出し終ｒ後
、第二停止１一部にフラクソンが残−ｉループ・デ／へ
イスが生ずることがある。例えばこの場合、それは二指
目のループ・デバイス１Ｏ−２に見られる。従って、次
の加算演算に備えるためには、こうしたループ・デバイ
スのフラクソンを第一停止に部に戻し、本加算器１０１
を全体として初期状態に戻してやる必要がある。 然しこれは既述のカウンタと同様、簡単に行なえ、時刻
ｔ５で示すように、読出しに用いた電流源８２−１〜８
２−３から読出し時とは逆方向の電流を各第一停止１一
部に一斉に供給し、第ニー停止１一部に停止ｌ−シてい
るフラグソノがあったならこれを図中、左回りに第一停
止１部に戻すようにすれば良い。従って、第３図（Ｃ）
中、回路初期状態を表す時刻ｔ＜ｔｌの状態はまた、時
刻ｔ５＜ｔの状態であるとも言える。 ここでは加算例として１；記の一例しか示さないが、他
の場合に就いても本加算器は有効に作動す−ること、容
易に確かめることができる。尚また、肉様の構成のルー
プ−デバイスをｎ４−１段に暇っ桁に汀る被加算、加ｒ
ｉ数の加算演算をキャリー付きで行うことができる。 以１．述べてきた各実施例は、介いに適当に組合せたり
、信は印加電流のシーケンスを適当にすることにより、
更に他の各種の応用が可能であるが、こＣで、以−１−
の実施例のいづれにも適用できるやや細かな改変例に就
き述べることにする。 先にも少し述べたが、例えば第１４図（Ａ）に示すよう
に、停止Ｆ部９０の設けられている以外のジョゼフソン
線路部分に、補助的な電流源２２を接続することも考え
られる。このようにすると、例えば当該ジョゼフソン線
路中を走行するフラグソノの走行速度を調整することが
でき、回路設計の自由度を増したりすることができる。 また第１４図（Ｂ）に示すように、ジョゼフソン線路途
中から出力を引出す補助的な出力回路２３を設い、・影
響をす、えないためには、当該出力回路２３のイソピー
ダンスの抵抗部は、ジョゼフソン線路の特性インピーダ
ンス（ＬＺＣ声の−、〜玉倍程度以トにすることが望ま
しい。逆に言えば、このような出力回路２３に取出し得
る出力電流は、ジョゼフソン線路出力端に設けた出力回
路１７に比ぜばどうしても小さなものとなるので、その
点、考慮に入れる必要はある。 また、に記した各実施例においては、フラグソノを停止
１−さぜる停止１一部９０は、・対の超伝導体間をｌｉ
ｔ抗部材で接続して構成されていたが、これに限ること
はなく、要はフラグソノを停止１−できる部分がジョゼ
フソン線路中の所定個所に形成されていれば良い。回し
抵抗部材を用いるにしても、例えば第１５図示のような
構成でも停＋１１部分９０を作ることはできる。 即ち、こうしたジョゼフソン線路１の長さ方向の少なく
とも・部位において、少なく共・方の超イ４ミ導体（こ
の場合は１−側の超伝導体２）に抵抗部材９を伺すので
ある。 ）このような構造体の分布定数的等価回路においては、
（、トの両超伝導体２、３１ＪＩＪの複数のジョゼフソ
：・接合を結ぶ線路長さ方向のインタフタンス成分に対
し、並列に抵抗成分「０を抱かせた形で抵抗部材９を表
ゼるものどなる。 このような構成でも、フラグソノが抵抗部オＡ９の伺さ
れている抵抗体部分８０に入ると、当該抵抗体部分９０
に跨るインダクタンスに加わる電圧が既述の抵抗成分子
ｏにも加わる。そのためこの抵抗成分、により、エネル
ギが消費されて、当該フラクソ文−はその運動エネルギ
が低減し、この抵抗体部分９０を越え１−（れ以」−先
には進むことができなくなり、結局、この抵＼体部分９
０を停止１部分９０として利用できるのである。 尚また、こうした構成に＼おいて効率良くフラグソノを
停止１−させるためには、Ｐ路長さ方向に見て抵抗部材
９の両端に亘り有効に電圧が掛かる必要があり、従って
抵抗部材９を伺した停止１部分乃奎−、−７１’！抗体
部分９０における超伝導体２の膜Ｊ″Ｖｔオ・厚くと５
もロンドンの磁場侵入距＃〜のぜいぜい°２倍程度まで
に抑えるのが望ましい。 ｌ−１ｔｕＬ、。。よ５、ヶ、つ４．え３ケいい。 は１例えば第１５図中、仮想線９′で示すように、超伝
導体の内部にこの抵抗部材を埋設することが考えられる
。逆に言えば、特に膜厚には限定がない場合にあっても
、このようにして抵抗部材の位置を、９図的に接合部４
に近ずけると、フラグソノを停止させる機能を増すこと
ができる。 また、抵抗部材は仮想線９″で示すように双方の超伝導
体２．３に沿って設けられていても良い。この場合にも
、方或いは双方の抵抗部材に対１２．１．記埋設構成を
採り入れて良い。 尚、いづれの場合にも、抵抗体部分９０にフラクソン駆
動電流を′ｉえる既述の電流＠８．８１〜８８は、必ず
抵抗部材９に接続されていなｔｊればならないものでは
なく、抵抗部材９が設けられている停止部分９０中であ
ればｉｔ丁接に超伝導体に対して接続されていて良い。 以１．訂述した本発明ジョゼフソン線路デバイス゛−４ では、・方の超伝導体をＰｂ−Ａｕ合金で、他力の超伝
導体をＰｂ−Ｉｎ−Ａｕ合金で、接合部をＰｂ−Ｉｎ−
Ａｕス金の放電酸化膜で各形成し、ジョゼフソン線路の
最大ジョゼフソン電流密度を例えばＩＫ＾／ｃｌ１２と
すると、ジョゼフソン線路中のフラクソンの空間釣人が
りを約２ＯＮＲ程度に、またフラクンンの移動速度の１
−限ｄをｉｏｐｍ／ｐｓ程度にすることができ、出力回
路に取出すパルス電流をその時間半値幅が２〜３ｐｓ程
度の急峻なものにすることができる。 従ってデバイス・Ｊ法を適切に選択すれば、−１−記各
実施例の動作説明における各パルス間隔が１ｏｐｓを！
、７Ｊる程度にまで高速化でき、応用デバイスとしても
極めて高速なものが期待できる。 また、ジョゼフソン線路を窒化ニオブ等のロンドン侵入
長にの大きい超伝導体で構成すると、次式（５）から顕
かなように、ジョゼフソン侵入長λＩを小さくすること
ができる（窒化ニオブのロンドン侵入長〜は（Ｌ５〜０
．６障）。 入ｙ＝（４／［２ｅ−Ｉｏ−ＪＬ［ｌ−（ｄ＋：υＪｌ
）”ｄ：接合部のＪソみ、ｐ、ｏ：真空の透磁率。 ｅ：素電荷、玉：（ブランクの定数）／２π。 ＩＯ＝最大ジョゼフソン電流密度。 、、、、、、、（５） 従ってまた、このようなジョゼフソン線路デバイスを用
いると、上記各応用例に示されるような各装置を作成す
るに際し、全体′−Ｊ法を微小面積内に収めることがで
き、高集積化を達成することができる。 尚、−に記実施例はいづれもデジタル機能デバイスとし
ての応用であるが、アナログ的な応用も１：記からして
大いに考えられる所である。 いづれにしても、本発明によれば、従来の半導体皮ｒ−
はもとより、従来のジョゼフソン・デバイスに比しても
低消費電力で極めて高速のデバイスが提供でき、然もそ
の応用範囲は既述した所でさえほんの・部であることか
ら理解されるように極めで広く、若し将来にげって本発
明の当業界へ寄′ｊする所、比だ大なるものである。

【図面の簡単な説明】

−第１図は・般的なジョゼフソン線路の説明図、脇２図
は本発明によるジョゼフソン線路デバイスの基本的実施
例の概略搭成図、第３図、第４図、及び第５図は第２図
示デバイスの各動作例の説明図、ｗＳ６図から第１３図
までの各図は夫々、更に別の本発明実施例乃至１も用例
の構成及び動作の説ＩＪ図、第１４図は補助的電流票（
とル１１助的出力回路の伺し方の説明図、第１５図はフ
ラクソン停止１一部の別な形成方法の説明図、である。 図中、ｌ、ｌ−１，、、、、、，１３はジョゼフソン線
路、２．３は超伝導体層、４は接合部、５はジョゼフソ
ン線路を含むループ、８，８１．、、、、、、、．８８
はフラクソン駆動用電流源、１０．１０−１．、、、、
、、、．１０−３＋１全体としての本発明実施例のジョ
ゼフソン線路デバイス、１３．１３−１．、、、、、、
、、．１３−３は帰還回路を構成する第一・導体乃至抵
抗、１４は帰還回路を構成する第二導体、１７，１？−
１，、、、、、、、、、，１７−３は出方回路。 １８．１８−１．、、、、、、、、、．１８−３はフラ
クソン発生用電流源、９０．、、、、、、、、、、．９
Ｑはフラクソン停止１一部、＋００は二進カウンタ、１
０１は二進二指全加算器、である。 指定代理人下業技術院電ｆ技術総合研究所長１゛ １ｚ 第７図 ｏＬ １８１０エ ロ ＼＼ γ−一方一一一＼

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 対の超伝導体とその間の接合部とから成るジョセフソン
   線路の長さ方向両端を互いに電気的に接続することによ
   り帰還回路を形成して成るジョゼフソン線路ループと； づ 褌し、ト記フラクソンの挙動を制御する電流源と； 同じく該ループを形成する１−記ジョゼフソン線路に接
   続し、Ｌ記フラクソンから出力電流を受取ることのでき
   る出力回路と； から成ることを特徴とするジョセフソン線路デバイス。