JPS6134986A - Josephson circuit element - Google Patents

Josephson circuit element

Info

Publication number
JPS6134986A
JPS6134986A JP15505784A JP15505784A JPS6134986A JP S6134986 A JPS6134986 A JP S6134986A JP 15505784 A JP15505784 A JP 15505784A JP 15505784 A JP15505784 A JP 15505784A JP S6134986 A JPS6134986 A JP S6134986A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
superconducting
input
loop
circuit
output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP15505784A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0515074B2 (en
Inventor
Hiroshi Oota
浩 太田
Hidekazu Goto
英一 後藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Original Assignee
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by RIKEN Institute of Physical and Chemical Research filed Critical RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority to JP15505784A priority Critical patent/JPS6134986A/en
Publication of JPS6134986A publication Critical patent/JPS6134986A/en
Publication of JPH0515074B2 publication Critical patent/JPH0515074B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Logic Circuits (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a Josephson circuit element which can be manufactured easily, by providing two input/output superconductive subloops in a symmetrical relation with respect to an exciting superconductive subloop. CONSTITUTION:Four points of a superconductive main loop SLM are paired connected by means of Josephson junctions J0 and J1, respectively, whereby there are formed two output/input superconductive subloop SL1 and SL2 each having a Josephson junction J1 or J2 and an exciting superconductive subloop SL3 having two Josephson junctions J1 and J2. An input/output line 10L is arranged close to at least one of the input/output superconductive subloops SL1 and SL2, so that it produces magnetic transformer couplings with the input/output superconductive subloops SL1 and SL2. Further, an exciting line EL is arranged close to the exciting subloop SL3, so that it produces a magnetic transformer coupling with the exciting superconductive subloop SL3.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はジョセフソン接合を有するジョセフソン回路素
子に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a Josephson circuit element having a Josephson junction.

(従来の技#f) 本発明をよりよく理解するために磁束量子φ。(Traditional technique #f) To better understand the invention, we use the magnetic flux quantum φ.

(= h/2e )を情報担体とするti7y期の論m
回路素子であるLlktlarev  のノぐラメトリ
ックカフトロ/(parametrlc quantr
on )をまずi1!明する。ツクラメトリックカント
ロンは第2図に示すようにインダクタンスLの超伝導体
のルーノSLOが、臨界電流IMのジョセフソン接合J
。t−含んだ構造を有している。これは単一ループのR
F−3QLIIOと呼ばれているものと同じ構造を有し
ており、動作を表わす方程式性次式によって記述される
(= h/2e ) as an information carrier m
Llktlarev circuit element
on ) first i1! I will clarify. As shown in Figure 2, the Tsukura metric cantron is a superconductor Luno SLO with an inductance L and a Josephson junction J with a critical current IM.
. It has a t-containing structure. This is a single loop R
It has the same structure as that called F-3QLIIO, and is described by the following equation expressing the operation.

、」し φ+LIMsln(2) =φ。  (1)φO ここで、φはルーfs・LO内の磁束である。この磁束
φは、一般には外部から印加される磁場φ、に等しくな
い。
,” then φ+LIMsln(2) =φ. (1) φO Here, φ is the magnetic flux in the loop fs·LO. This magnetic flux φ is generally not equal to the externally applied magnetic field φ.

第(1)式は、次のポテンシャルエネルギーをラグラン
シュの未定係数法によって導かれるOhン)r+7の基
本動作を第3図を用いて説明する。第3図は外部磁束φ
6と内部磁束φとの関係を示すグラフである。
The basic operation of Equation (1), in which the following potential energy is derived by Lagranche's undetermined coefficient method, will be explained with reference to FIG. Figure 3 shows the external magnetic flux φ
6 is a graph showing the relationship between 6 and internal magnetic flux φ.

外部磁束φ。としてφ。/2のバイアス磁束に人力信号
ψ。を印加した φ。=φo/2+ψ、(3) を用い、例えばレーザー光をジョセフソン接合j。
External magnetic flux φ. As φ. /2 bias magnetic flux with human power signal ψ. φ was applied. =φo/2+ψ, (3) For example, a laser beam is used to connect a Josephson junction j.

に当てて超伝導ルーfsLoを1開1状態とした後ル−
ザー光の照射を止めてルーフをもとの1i81状態にす
れば、ルーグSLO内の磁束φは、人力信号・ψ。〉O
の時φ。となり、入力信号ψ。く。
After putting the superconducting loop fsLo into the 1-open 1 state,
If the irradiation of laser light is stopped and the roof is returned to its original 1i81 state, the magnetic flux φ in the RUG SLO becomes the human input signal φ. 〉O
When φ. So, the input signal ψ. Ku.

の時にはOとなる。When , it becomes O.

しかしながら、このカントロンは雑音特性の点からほと
んど実用に供さない。
However, this kantron is hardly of practical use due to its noise characteristics.

次に、パイセクトロン(blsectron )を説f
’Afる。バイセフ)oyは第3図に示す、ようにイン
ダクタンスLの2つの超伝導体のルーフ’SL1゜SL
2が、臨界電流IMの−っのノヨセ7ソン接合J。を共
有する構造を有している。このパイセクトロンにおいて
は、全体が一つの超伝導ルーフSLMによって囲まれた
形になっており、この超伝導ルーフ’SLMに磁束量子
φ。が含まれている。
Next, we will explain the pisectron (blsectron).
'Afru. oy is the roof of two superconductors with inductance L as shown in Figure 3.
2 is a junction J with critical current IM. It has a shared structure. In this pisectron, the entire structure is surrounded by one superconducting roof SLM, and this superconducting roof 'SLM has a magnetic flux quantum φ. It is included.

従って、2つの超伝導ルーフ”SLI、SL2中の磁束
φ0.φ2は次の式を満足する。
Therefore, the magnetic fluxes φ0.φ2 in the two superconducting roofs ``SLI and SL2'' satisfy the following equation.

φ、+φ2=φ。= const    (4)パイセ
クトロンの動作を表わす方程式は次式によって記述され
る。
φ, +φ2=φ. = const (4) The equation representing the operation of the pisectron is described by the following equation.

第(5)式は、第(4)式の拘束条件と次のポテンシャ
ルエネルギー からラグランシュの未定係数法によって導かれる。
Equation (5) is derived from the constraint condition of Equation (4) and the following potential energy by Lagranche's undetermined coefficient method.

このポテンシャルエネルギーをφ□のみで表現すると次
のようになる。
If this potential energy is expressed only by φ□, it will be as follows.

である。It is.

次に、パイセクトロンの基本動作を第5図を用いて説明
する。第5図は第(7)式で与えられたポテンシャルエ
ネルギーUと超伝導ルーフ″SL1の内部磁束φ、との
関係を示すグラフである。
Next, the basic operation of the pisectron will be explained using FIG. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the potential energy U given by equation (7) and the internal magnetic flux φ of the superconducting roof SL1.

超伝導スイッチとして機能するジョセフソン接合J。に
例えばレーザー光を照射してジョセフソン接合を1閉1
状態(1M二〇)とした後レーデ−光の照射を止めてジ
ョセフソン接合を再び1閉1状態とすると、超伝導ルー
プSL1.SL2に近接する入出力!li[lOLによ
って各超伝導ループSLI、SL2に与えられる外部磁
束φ。0.φ62の関係がφ6□−φ82〉00時磁束
量子φ。は第7の超伝導ルーfSL1に移行しく第5図
の8点)、φ。、−φ。2くOの時磁束量子φ。は第2
の超伝導副ループSL2に移行する(第5図のA点)。
Josephson junction J functioning as a superconducting switch. For example, by irradiating laser light on the
After reaching the state (1M20), the radiation of Radical light is stopped and the Josephson junction is brought into the 1-closed 1 state again, and the superconducting loop SL1. Input/output close to SL2! External magnetic flux φ given to each superconducting loop SLI, SL2 by li[lOL. 0. When the relationship of φ62 is φ6□−φ82〉00, the magnetic flux quantum φ. is transferred to the seventh superconducting loop fSL1 (point 8 in Fig. 5), φ. , −φ. When 2kuO, the magnetic flux quantum φ. is the second
(point A in FIG. 5).

ジョセフソン接合J。が閉じる時、磁束量子φ。が第1
の超伝導ルーフ’SL1と第2の超伝導ルーフSL2に
φ。/2ずつ分割されて配されるということが決してな
いため上記の動作が生じる。この意味で/4イセクトa
7は本質点に量子力学的効果に基マいていると言える。
Josephson junction J. When , the magnetic flux quantum φ. is the first
φ to the superconducting roof 'SL1 and the second superconducting roof SL2. The above operation occurs because the data is never divided and arranged by /2. In this sense/4 isect a
7 can be said to be essentially based on quantum mechanical effects.

磁束量子φ。が、ジョセフソン接合J。が閉じた場合第
1および第2の超伝導ルーフSLI、SL2のどちら側
に存在するかでλ値論理(/あるいはO)を実現するこ
とができる。なお、上記説明したペイセクトロンは特願
昭jざ一777j号において特許出願した本発明者によ
る発明であるが、上記特願昭明細書に記載されるように
超伝導上ルーフSMLを2つの超伝導副ルーfSLl、
SL2に分割プる超伝導スイッチとして第6図に示され
るようにDC−3QU I Dを用いることが可能であ
り、DC−SQUIDを超伝導スイッチとして用いるこ
とにより、原理的に杖超伝導スイッチにレーザー光を照
射して超伝導スイッチを開閉するという手段を用いるよ
りも高速であるいう利点が生ずる。、しかしながら単に
DC−3QUIDを超伝導スイッチとして用いるという
考えのみでは、素子製造上難かしい問題(量産の際の歩
留りが十分得られない〕があった。なお、ジョセフソン
回路素子としては第1Oず図に示されるように2つのジ
ョセフソン接合を有する超伝導ループを超伝導線で分割
したような形態を有するもの(DCFP)も存在するが
、この回路素子については本発明との対比関係において
説明する。
Magnetic flux quantum φ. However, the Josephson junction J. When closed, λ value logic (or O) can be realized depending on which side of the first and second superconducting roofs SLI and SL2 they are present on. Note that the paysectron described above is an invention by the present inventor who filed a patent application in Japanese Patent Application No. 777J, but as described in the specification of the patent application Sho. Deputy Lou fSLl,
As shown in Figure 6, it is possible to use DC-3QUID as a superconducting switch that splits into SL2, and by using DC-SQUID as a superconducting switch, it can in principle be used as a cane superconducting switch. This has the advantage of being faster than using a method of opening and closing a superconducting switch by irradiating a laser beam. However, with the idea of simply using DC-3QUID as a superconducting switch, there was a difficult problem in manufacturing the device (inability to obtain a sufficient yield during mass production). As shown in the figure, there is also a type (DCFP) in which a superconducting loop having two Josephson junctions is divided by a superconducting wire, but this circuit element will be explained in comparison with the present invention. do.

(発明が解決しようとする問題点) 第6図に示されるようなりC−3QUIDを超伝導スイ
ッチとして用いるジョセフソン回路素子は本質的には高
速、低電力動作可能であるという特性を有するが、実際
には以下の囚、 1m)に示されるλつの製造に係る厳
しい問題が存在する。
(Problems to be Solved by the Invention) As shown in FIG. 6, the Josephson circuit element using C-3QUID as a superconducting switch essentially has the characteristics of being able to operate at high speed and with low power. In reality, there are severe manufacturing problems shown in (1m) below.

(2)第1番目の問題点は、作製されるジョセフソン接
合の特性の不揃い、より具体的には各ジョセフソン接合
の臨界電流値1あるいはDC−5QυIDにおける実効
的な臨界電流値IMのばらつきの問題である。
(2) The first problem is the unevenness of the characteristics of the Josephson junctions that are fabricated, more specifically, the variation in the critical current value 1 of each Josephson junction or the effective critical current value IM in DC-5QυID. This is a problem.

(8)  第2番目の問題点は、超伝導体薄膜の74タ
ー/を微細加工技術が許すかぎり小さくしてこれによっ
て超伝導回路素子の設計ノ4ラメータであるインダクタ
ンスの値が最小になるように作る必要があるという問題
である。換言すると、リグラフイ技術、ドライエツチン
グ技術を含む微細加工技術における分解能(ファイン・
母ターン)の問題である。
(8) The second problem is to minimize the inductance value, which is one of the four design parameters of superconducting circuit elements, by making the 74 tera of the superconductor thin film as small as possible using microfabrication technology. The problem is that it needs to be created. In other words, the resolution (fine
It is a matter of the mother turn).

上記に)および(B)の問題点はともに、磁束量子単位
φ。(= hC/ 2e= 2.07X/ 0−’ G
 −ca”=2.07X10−  Wb)が非常に小さ
いことから由来する。なお、上記問題点は上述したDC
−3QU IDを超伝導スイッチとして用いるバイ七り
トロン固有の問題ではなく、磁束量子φ。を情報相体と
する回路素子に共通して言える問題である。
The problem with both of the above) and (B) is that the magnetic flux quantum unit φ. (=hC/2e=2.07X/0-'G
-ca"=2.07X10-Wb) is very small.The above problem is caused by the DC
-3QU ID is not a problem specific to biseventrons using ID as a superconducting switch, but a magnetic flux quantum φ. This is a common problem for circuit elements that have information as an information component.

以下、上記問題点を更に具体的に述べる。論理回路ある
いは記憶回路に、おけるジョセフソン接合の臨界電流値
1rnの下限は/ 00 pA程度である。
The above problems will be described in more detail below. The lower limit of the critical current value 1rn of a Josephson junction in a logic circuit or a memory circuit is about /00 pA.

液体ヘリクム温度T=4A、2にであるので、熱雑音に
係る雑音電流IN=弘e kBT /h =0.3 A
 /JAであるが、回路素子を駆動するために配された
線によって与えられる雑音によって実効的な雑音温度T
Nは1lAjK以上になり雑音電流INごlμAとなる
。従って、臨界電流値1mが10OIIAだとすると雑
音の影響は/チであるということになる。
Since the liquid helium temperature T = 4A, 2, the noise current related to thermal noise IN = Hiroe kBT /h = 0.3 A
/JA, but the effective noise temperature T is due to the noise given by the lines arranged to drive the circuit elements.
N becomes 1lAjK or more, and the noise current becomes IN equal to 1μA. Therefore, if the critical current value 1m is 10OIIA, the influence of noise is /chi.

一方、インダクタンスLの超伝導ループが磁束量子φ。On the other hand, the superconducting loop with inductance L is the magnetic flux quantum φ.

を7個含みうるためにはLは以下の値の数倍程度でなく
てはない。
In order to include seven items, L must be several times as large as the following values.

φ。φ.

この値が極めて小さいことが問題点(2)および0)が
発生する原因である。
The fact that this value is extremely small is the cause of problems (2) and 0).

例えば、超伝導体ニオブ薄膜に7オトグラフイの限界に
近いd=2μmの穴を開けられたとしてもその超伝導体
のループがすでに L=μ。d:ユj、2ビュヘンリ     (2)とい
う大きな値を持っている。一般にフォトリングラフィの
抜きノ臂メーンの分解能はラインアンドスペースノやタ
ーンの分解能よりも5倍ぐらい低いので、実際の超伝導
体のループは第(ト)式の数倍程度であり、臨界電流値
1mの下限を実現できない。
For example, even if a hole with d = 2 μm, which is close to the limit of 7 otography, is drilled in a superconductor niobium thin film, the loop of the superconductor is already L = μ. d: Yuj, 2buhenri (2) It has a large value. In general, the resolution of the main hole in photolithography is about 5 times lower than that of line and space or turn, so the loop of an actual superconductor is several times the size of equation (G), and the critical current The lower limit of 1m cannot be achieved.

本発明の目的は上記問題点を解決し、製造が容易なジョ
セフソン回路素子を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above problems and provide a Josephson circuit element that is easy to manufacture.

(問題点を解決するための手段) 本発明のジョセフソン回路素子は、第1図に示されるよ
うに超伝導主ループSLMLI)≠箇所が一対づつジョ
セフソン接合J。、J□ を介して接続されており、こ
れによって各々1つのジョセフソン接合J工またはJ2
を有する2つの入出力用超伝導副ループSLIおよびS
L2と、一つの前記ジョセフソン接合J およびJ2を
有する7つの励磁用超伝導副ルー!SL3とが形成され
ている。入出力用超伝導副ループSLIおよびSL2の
少なくとも一方に近接して入出力$I OLが配されて
おり、この入出力MI OLが入出力用超伝導副ルーf
SL1#SL2と磁気トラン2結合を生ずる。
(Means for Solving the Problems) The Josephson circuit element of the present invention, as shown in FIG. , J□, thereby each connecting one Josephson junction J or J2
Two input/output superconducting sub-loops SLI and S
L2 and seven excitation superconducting subroutes with one Josephson junction J and J2! SL3 is formed. An input/output $I OL is arranged close to at least one of the input/output superconducting sub loops SLI and SL2, and this input/output MI OL is connected to the input/output superconducting sub loop f.
SL1#SL2 and magnetic trans 2 coupling occurs.

また、励磁用副ループ、S L 3には励磁線ELが近
接して配されており、この励磁線εLが励磁用超伝導副
ループSL3と磁気トランス結合を生ずる。
Further, an excitation line EL is disposed close to the excitation sub-loop SL3, and this excitation line εL causes magnetic transformer coupling with the excitation superconducting sub-loop SL3.

ここで磁気トランス結合とは励磁用超伝導副ルーグSL
3と励磁線ELおよび入出力用超伝導側ルーフ”SLI
、SL2と入出力IalOLが磁束を介して磁気的に結
合することを意味する。
Here, magnetic transformer coupling is superconducting sub-Lug SL for excitation.
3 and excitation line EL and input/output superconducting side roof “SLI”
, SL2 and the input/output IalOL are magnetically coupled via magnetic flux.

次に、第1図に示される本発明の回路素子が最も基本的
な回路であり、上記問題点囚および(8)を解決する最
良の回路になっていることを説明する。
Next, it will be explained that the circuit element of the present invention shown in FIG. 1 is the most basic circuit and is the best circuit for solving the above problems and (8).

回路の良否を判断するためには次式 を用いることができる。第01式は第(9)式と第00
式とを結合してできたものであるが、この式はソヨセ7
ソン接合の臨界電流値1mをある値に設定した際にどの
程度の分解能dが要求されるかを示す式である。Kは回
路定数(インダクタンス)の大きさに比例して決まる変
数であり本発明に対してはに=lとなり、従ってKの値
を評価することにより回路の良否を判断することができ
る。Kの値は大きい方がよいことは明瞭である。
The following equation can be used to judge whether the circuit is good or bad. The 01st formula is the formula (9) and the 00th formula
This formula is created by combining the formula
This is an equation showing how much resolution d is required when the critical current value 1 m of the Son junction is set to a certain value. K is a variable that is determined in proportion to the size of the circuit constant (inductance), and for the present invention, =l. Therefore, by evaluating the value of K, the quality of the circuit can be determined. It is clear that the larger the value of K, the better.

Kの値は等価回路変換を行なって回路定数値を求めるこ
とによって得ることができるが、この際注意すべき超伝
導体回路における等価回路変換についての固有の問題を
直列−並列変換(第7図)およびY−Δ変換(第g図)
を用いて述べる。等価回路変換によって閉ループが形成
される場合、超伝導閉ループに磁束量子がトラップされ
ることによりあるいは超伝導ルーノの完全反磁性のため
に常伝導金属のインダクタンスの場合と異なって完全に
等価な変換は達成されない。例えば、第1図に示される
本発明の回路はW、9a図の回路とは等価であるが、第
り6図の回路とは等価ではない。
The value of K can be obtained by performing an equivalent circuit transformation and finding the circuit constant value, but at this time, it is important to note that the problems inherent in equivalent circuit transformation in superconductor circuits can be solved by serial-parallel transformation (Fig. 7). ) and Y-Δ transformation (Figure g)
Explain using. When a closed loop is formed by an equivalent circuit transformation, unlike the case of the inductance of a normal metal, a completely equivalent transformation is not achieved. For example, the circuit of the present invention shown in FIG. 1 is equivalent to the circuit of FIG. 9a, but not the circuit of FIG.

第り8図では外周がすべて超伝導体の盤で出来ていて超
伝導体ループを形成しているために、φ、十φ2+φ、
 = nl’o = cons t   %という磁束
の量子化の条件が成立している。これに対し第り6図の
11!回路では外周がジョセフソン接合を含んでいるた
めに第(ロ)式の磁束の量子化の条件は成立しない。こ
の、ように外周がジョセフソン接合を含んでいて第(6
)式の条件が成立していない回路はD CF P (D
 CF lux Parametron 、)と呼ばれ
るが、この0CFPは第2C図から第7f図に示される
ようにL′とLの比率によって回路定数のされている。
In Figure 8, the outer periphery is entirely made of superconductor disks and forms a superconductor loop, so φ, 1φ2 + φ,
= nl'o = cons t % The condition for magnetic flux quantization is satisfied. In contrast, 11 in Figure 6! Since the outer periphery of the circuit includes a Josephson junction, the condition for magnetic flux quantization in equation (b) does not hold. As shown in this figure, the outer periphery includes the Josephson junction and the (6th)
) for which the condition of formula is not satisfied is D CF P (D
The circuit constant of this 0CFP is determined by the ratio of L' and L as shown in FIGS. 2C to 7F.

即ちにの値は4下となる。即ち微λ 線加工の分解能限界で回路を作成した場合本発明の方が
DCFPよりλ倍以上小さい回路定Wk(ジョセフソン
接合力みるインダクタンス) t−必要トすることが第
り)式から理解される。このような結果が出たのは、第
り8図に示される本発明は並列接続的であり、第り6図
に示されるDCFPは直列接続的であることによる。
In other words, the value of is 4 below. In other words, when a circuit is created at the resolution limit of fine λ wire processing, the circuit constant of the present invention is more than λ times smaller than that of DCFP. Ru. This result was obtained because the present invention shown in FIG. 8 is connected in parallel, and the DCFP shown in FIG. 6 is connected in series.

第り8図の本発明と第り6図のDCFPから第7図の直
列・並列変換および第1図のY−Δ変換を用いて移行で
きる回路の数はほとんど無数にあるが、その中で代表的
なものを第1o図に示す。
There are an almost infinite number of circuits that can be transitioned from the present invention in Figure 8 and the DCFP in Figure 6 to the serial/parallel conversion in Figure 7 and the Y-Δ conversion in Figure 1. A typical example is shown in Figure 1o.

第10c図は上記本発明の回路であり、ji / O8
図および第1Ob図は第(ロ)式を満足する回路であり
本発明と類似する回路である。第101図はDCFPで
あり、第1Og図および第1Oe図は外周上にジョセフ
ソン接合があって第(2)式が成立しないDCFPと類
似する回路である。
FIG. 10c shows the circuit of the present invention, where ji/O8
1 and 1B are circuits that satisfy equation (b) and are similar to the present invention. FIG. 101 is a DCFP, and FIGS. 1Og and 1Oe are circuits similar to DCFPs in which there is a Josephson junction on the outer periphery and the equation (2) does not hold.

第1Oc図と第1of図の回路はこれ以上簡単にできな
いという意味で最も基本的である。
The circuits in Figures 1Oc and 1OF are the most basic in the sense that they cannot be made any simpler.

第1Oc図と第1図の回路とは等価であるがこの回路は
並列接続という点で最も徹底した回路ということができ
る。
Although the circuit of FIG. 1Oc and the circuit of FIG. 1 are equivalent, this circuit can be said to be the most thorough circuit in terms of parallel connection.

第1Oa図、第1Ob図、第7Qd図および第10e図
の回路においてにの値は全てlである。
In the circuits of FIG. 1 Oa, FIG. 1 Ob, FIG. 7 Qd, and FIG. 10 e, the values of are all l.

≠ 上述の記述は第1/図に一括して表わすことができる。≠ The above description can be collectively represented in FIG.

第1/図はKの値と第Ql)式から得られたものである
が、本発明が池のジョセフソン回路よりも優れたもので
あることが一見でわかるであろう。
FIG. 1 is obtained from the value of K and the equation (Ql), and it can be seen at a glance that the present invention is superior to Ike's Josephson circuit.

(作 用) 第1図に示される本発明の回路は第2図のパラメトリッ
クカントコンと第3図のパイセクトロンの最もずなおな
拡張になっている。このことはIテ/クヤルエネルギー と、全磁束の量子化の条件 φ、十φ2+φ3=φ。        Q4をRF−
3QUl’Dの第(4)式と第(6)式と比較しても明
らかである。
(Operation) The circuit of the present invention shown in FIG. 1 is the most natural extension of the parametric cantocon shown in FIG. 2 and the pisectron shown in FIG. This means that the Ite/kuyal energy and the condition for quantization of the total magnetic flux φ, 1φ2+φ3=φ. Q4 to RF-
This is clear even when comparing equations (4) and (6) of 3QUl'D.

第01式と第α◆式よりラグ2/シユの未定係数法、6 でありL’(Lと仮定している。この式は先の第(5)
式と非常によく似ている。第一(2)式では第(5)式
の1,4が次式で置きかわっていることがわかる。
From the 01st equation and the α◆ equation, the lag 2/shun undetermined coefficient method is 6, which is assumed to be L' (L. This equation is based on the previous equation (5).
It is very similar to the formula. It can be seen that in the first equation (2), 1 and 4 of the equation (5) are replaced by the following equation.

第7≠図に第に)式が第1j図にIa(2)式がφ63
をパラメータとして図示されている。
The formula Ia (2) in Figure 1j is φ63.
is shown as a parameter.

第3図の力/トロンでも第5図のパイセクトロンでも超
伝導スイッチを開閉するにはレーデ−光を当てる々どの
統計力学的非平衡現象を用いているので切換速度が非常
に遅い。
Both the force/tron shown in FIG. 3 and the pisectron shown in FIG. 5 use statistical mechanical non-equilibrium phenomena, such as applying radar light, to open and close the superconducting switch, so the switching speed is very slow.

第72図と第73図とはループSL3に印加する磁場φ
1!3を変えるだけで超伝導スイッチが開閉することを
示している。このことは第α→式からもわかる。(その
他の動作は上述したパイセクトロンと同じであム)つま
り第1図の本発明の論理回路では統計力学的な平衡現象
のスイッチになってイルノテ、コノような論理回路をS
uperconductlrlg。
Figures 72 and 73 show the magnetic field φ applied to loop SL3.
This shows that the superconducting switch can be opened and closed simply by changing 1!3. This can also be seen from the α→ equation. (Other operations are the same as the above-mentioned pisectron.) In other words, the logic circuit of the present invention shown in Fig. 1 acts as a switch for the statistical mechanical equilibrium phenomenon, causing logic circuits such as Ilnote and Kono to S
upperconductlrlg.

Thermal EquIllbrium Param
etron (S T E P )と名付けることにす
る。
Thermal EquIllbrium Param
It will be named etron (STEP).

(実施例) 以下1本発明の詳細な説明する。(Example) Hereinafter, one aspect of the present invention will be explained in detail.

第1弘図は本発明の第1実施例を示す平面図である。本
実施例におい・ではジョセフソン回路素子が1それぞれ
所定のノやターンに成形されたニオブ等からなる下部超
伝導体層/と子が、ニオブ等からなる下部超伝導体層1
と上部超伝導体層2および下部超伝導体層1と上部超伝
導体層2との間に在合されるシリコン簿からなる絶縁体
層3が積層されて製造されていもジョセフソン接−合J
L、J2は弱結合部4,5によって形成されている。
The first diagram is a plan view showing a first embodiment of the present invention. In this embodiment, the Josephson circuit elements are formed into a lower superconductor layer made of niobium or the like formed into predetermined grooves or turns.
Josephson junction is produced by laminating an upper superconductor layer 2 and an insulator layer 3 made of silicon between the lower superconductor layer 1 and the upper superconductor layer 2. J
L and J2 are formed by weak coupling parts 4 and 5.

第1j図は本発明の第2実施例を示す平面図であり、本
実施例においては励磁用ルーフ’ELが絶縁体のスペー
サ3を挾んだ上部および下部超伝導体層1および2によ
って形成された立体的なものである。
FIG. 1j is a plan view showing a second embodiment of the present invention, in which the excitation roof 'EL is formed by upper and lower superconductor layers 1 and 2 sandwiching an insulating spacer 3. It is a three-dimensional object.

第76図は本発明の第3実施例を示す平面図であり、本
実施例においてはクロック信号が印加される励磁用ルー
プELが入出力量ルー!SLI。
FIG. 76 is a plan view showing a third embodiment of the present invention. In this embodiment, the excitation loop EL to which the clock signal is applied is connected to the input/output amount R! S.L.I.

SL2がら空間的にへたたった構造となっている。It has a spatially collapsed structure compared to SL2.

なお、上記説明においては入出方縁が第1および第2の
入出力用超伝導ルー!SLI、SL2に近接されていた
が、一方のみのループSLIあるいはSL2に近接して
配置しても動作可能である。
In the above explanation, the input and output edges are the first and second input/output superconducting loops! Although the loop is placed close to SLI and SL2, it is possible to operate even if it is placed close to only one loop SLI or SL2.

また励磁MELに与えられる信号は通常のクロック信号
の池不規則な信号でも動作可能である。
Further, the signal applied to the excitation MEL can be an irregular signal such as a normal clock signal.

(発明の効果) 本発明の回路、図/a並列接続という意味で最も徹底し
た基本的な回路であるが故に、同一の微細加工分解能で
最小の回路・やラメータ(ジョセフソン接合が見るイン
ダクタンス)ヲ与え、図/3かられかるとつくり、ジョ
セフソン接合の臨界電流を充分大きくしても動作する。
(Effect of the invention) The circuit of the present invention is the most thorough and basic circuit in terms of parallel connection, so it is the smallest circuit with the same microfabrication resolution. It will work even if the critical current of the Josephson junction is made sufficiently large, and it is made as shown in Fig. 3.

臨界電流が大きい程素子作製のプロセスで臨界電流を例
えば5%以内で揃えることが楽である。このことは論理
回路試作のグロジエクトの成否を決定するぐらい大切な
装置となりつる。
The larger the critical current is, the easier it is to adjust the critical current within, for example, 5% during the device fabrication process. This makes it an important device that determines the success or failure of logic circuit prototype production.

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

第1図は、本発明のジョセフソン回路素子(STEP)
の回路図、 第2図はノやラメトリックカントロンの回路図、第3図
はカントロンの動作説明図、 第≠図はパイセクトロンの回路図、 第5図はパイセクトロンの動作説明図、第6図はパイセ
クトロンの超伝導スイッチとしてDC−5QUIDを用
いた回路図、 第7図および第g図はそれぞれ直列−並列変換およびY
−△変換を説明する。 第り8図ないし第り1図は本発明とDCFPの回路定数
の比較を説明する図、 第1Oa図ないし第1Of図社等価回路を示す図、 σ第1/図は本発明の回路が他の回路と比較して作製プ
ロセス上擾位であることを説明する図、第72図および
第13図は本発明の動作説明図、第14’図ないし第1
6図線本発明の実施例の平面図である□ SLM・・・超伝導主ループ、 SLI、SL2・・・入出力用超伝導副ルー!、SL3
・・・制御用超伝導副ループ、 10し・・・大田力線、 EL・・・励磁線。 第3図 第4図 第5図 0    監   Φ。 第6図 第7図 第12図 第13図 第14図 第15図 &+     5      コ 第16図 手続補正帯(方式) 1、事件の表示    昭和59年特許願第15505
7号2、発明の名称    ジョセフソン回路素子3、
補正をする者 事件との関係  出願人 名称(679)理化学研究所 4、代理人
FIG. 1 shows the Josephson circuit element (STEP) of the present invention.
Figure 2 is a circuit diagram of a lametric cantron, Figure 3 is a diagram explaining the operation of a cantron, Figure ≠ is a circuit diagram of a pisectron, Figure 5 is a diagram explaining the operation of a pisectron, Figure 6 is a diagram explaining the operation of a pisectron. is a circuit diagram using DC-5QUID as a superconducting switch for a pisectron, and Figures 7 and g are for series-parallel conversion and Y
- Explain the △ transformation. Figures 8 to 1 are diagrams explaining the comparison of circuit constants of the present invention and DCFP, Figures 1 Oa to 1 Of are diagrams showing equivalent circuits, and Figure σ1 is a diagram explaining the comparison of the circuit constants of the present invention and DCFP. Figures 72 and 13 are diagrams explaining the operation of the present invention, and Figures 14' to 1
Figure 6 is a plan view of an embodiment of the present invention. □ SLM... superconducting main loop, SLI, SL2... superconducting sub-loop for input/output! , SL3
...Superconducting sub-loop for control, 10...Ota line of force, EL...excitation line. Figure 3 Figure 4 Figure 5 Figure 0 Supervision Φ. Figure 6 Figure 7 Figure 12 Figure 13 Figure 14 Figure 15 &+ 5 Figure 16 Procedure amendment band (method) 1. Indication of case Patent application No. 15505 of 1982
No. 7 No. 2, Title of the invention Josephson circuit element 3,
Relationship with the case of the person making the amendment Applicant name (679) RIKEN 4, Agent

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  超伝導主ループの4箇所が一対づつジョセフソン接合
を介して接続されており、これによつて2つのジョセフ
ソン接合を有する1つの制御用超伝導副ループと、1つ
のジョセフソン接合を有する2つの入出力用超伝導副ル
ープとが形成されており、前記励磁用超伝導副ループに
近接して配され、この励磁用超伝導ループと磁気トラン
ス結合する励磁線と、前記2つの入出力用超伝導副ルー
プの少なくとも一方に近接して配され、この入出力用超
伝導副ループと磁気トランス結合する入出力線とが備え
られ、前記2つの入出力用超伝導副ループが互いに前記
励磁用超伝導副ループに関して対称であることを特徴と
するジョセフソン回路素子。
The four points of the main superconducting loop are connected via pairs of Josephson junctions, thereby creating one control superconducting subloop with two Josephson junctions and two superconducting loops with one Josephson junction. an excitation line disposed close to the excitation superconducting sub-loop and coupled to the excitation superconducting loop by a magnetic transformer; An input/output line is provided that is disposed close to at least one of the superconducting sub loops and is coupled to the superconducting sub loop for input/output by a magnetic transformer, and the two superconducting sub loops for input/output are mutually connected to the superconducting sub loop for excitation. A Josephson circuit element characterized by symmetry with respect to a superconducting sub-loop.
JP15505784A 1984-07-25 1984-07-25 Josephson circuit element Granted JPS6134986A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP15505784A JPS6134986A (en) 1984-07-25 1984-07-25 Josephson circuit element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP15505784A JPS6134986A (en) 1984-07-25 1984-07-25 Josephson circuit element

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6134986A true JPS6134986A (en) 1986-02-19
JPH0515074B2 JPH0515074B2 (en) 1993-02-26

Family

ID=15597726

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP15505784A Granted JPS6134986A (en) 1984-07-25 1984-07-25 Josephson circuit element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS6134986A (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9768771B2 (en) * 2015-02-06 2017-09-19 Northrop Grumman Systems Corporation Superconducting single-pole double-throw switch system

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0515074B2 (en) 1993-02-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2019203536B2 (en) Magnetic flux control in superconducting devices
Bunyk et al. Architectural considerations in the design of a superconducting quantum annealing processor
US4371796A (en) Josephson logic gate device
JP5152549B2 (en) Josephson junction and Josephson device
US4837604A (en) Femtosecond three-terminal switch and vertical tunnel junction
JP2009194646A (en) Microwave switch circuit
Nordman Superconductive amplifying devices using fluxon dynamics
JPS6134986A (en) Josephson circuit element
Kiviranta et al. Multilayer fabrication process for josephson junction circuits cross-compatible over two foundries
JPS59139728A (en) Quantum logical circuit of superconductive magnetic flux
US3275843A (en) Thin film superconducting transformers and circuits
JP2674680B2 (en) Superconducting superlattice crystal device
US3521133A (en) Superconductive tunneling gate
Nakagawa et al. Josephson 4-bit digital counter circuit made by Nb/Al-oxide/Nb junctions
JPH01273370A (en) Manufacture of dc type superconductive quantum interference element
Smith et al. Magnetically coupled Josephson D/A converter
Harnisch et al. Modeling of an ADC based on high-T/sub c/QOJS comparators
JP2768276B2 (en) Oxide superconducting junction element
Gamo et al. Fabrication of Nb variable-thickness-and point-contact-type bridges by means of microfabrication technology
JP2909455B1 (en) Superconducting element
JPH01260868A (en) Dc type superconducting quantum interference element using oxide superconductor
Tsubone et al. Logic operation of hts sfq logic family
JPH0260175A (en) 10-15-second three-terminal switch and vertical tunnel junction
JPH0936447A (en) Superconducting logic element, superconducting logic element network and fabrication thereof
Hayakawa Josephson LSI Technology and Circuits