JPS62183192A

JPS62183192A - ソリトン・カツプラ

Info

Publication number: JPS62183192A
Application number: JP61025136A
Authority: JP
Inventors: Toshishige Yamada; 山田　俊茂
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1986-02-06
Filing date: 1986-02-06
Publication date: 1987-08-11

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】〔産業上の利用分野〕本発明は超伝導ソリトン・デバイスにおいてソリトンと
結合し、アンタイソリトンとは結合しないソリトン・カ
ップラに関する。

〔従来の技術〕

ジョセフソン接合伝送線路におけるソリトン（単一磁束
量子）を情報媒体として情報処理を行なわせる試みがな
されている。ソリトンとは、当技術分野で公知の孤立し
た磁束量子であって、特公昭５９−１７９８２、及びこ
の特許に引用されている文献に説明されている。これら
の文献に説明されている様に、ジョセフソン線路（即ち
１次元方向にジョセフソン侵入長λＪより十分に長いジ
ョセフソン接合）はソリトンを伝播させ得る。このソリ
トンはジョセフソン線路中に、例えばパルスを入力させ
るような公知の方法によって発生させることができ、且
つジョセフソン線路中のバイアス電流によるローレンツ
力の影響下に、ジョセフソン線路中を伝播及び加速させ
る事ができる６第５図はジョセフソン線路を伝播するソ
リトンを説明する斜視図である。図中、３４はジョセフ
ソン線路の上部電極、３５はバリア、３６はジョセフソ
ン線路の下部電極、３７は単一磁束量子（ソリトン）、
３８は単一磁束に子を形成する巡回電流を表わす。図に
矢印で示された方向にできたソリトンは、その磁束の方
向を変えることなく、一定方向に伝播する。

第６図（ａ）、（ｂ）はソリトンとアンタイソリトンの
運動を直観的に理解するために、ジョセフソン線路の等
価回路を示したものである９図において、３９はジョセ
フソン接合のシンボル、４０は接合容量、４１は非線形
抵抗、４２はジョセフソン電流を示し、また４３〜４７
はジョセフソン接合、４８〜５５はインダクタンス、５
６．５７は入力端子を示す。まず、入力端子から実線で
表わされる方向にパルス電流が入力されたと仮定する。

接合４７がスイッチして該接合４７の両端に電圧が生じ
るので、インダクタンス５１、接合４６、インダクタン
ス５５に実線方向に電流が流れる。すると、接合４７は
超伝導状態に戻り、今度は接合４６が電圧状態となる。

接合４６がスイ・ソチして、該接合４６の両端に電圧が
生じる。この動作を繰り返して、巡回電流が接合４７か
ら接合４３へ移動する。次に、破線で表わされる方向に
パルス電流が入力されたと仮定する。今度は破線方向の
巡回電流が接合４７から接合４３へと移動する。実線方
向の巡回電流と破線方向の巡回電流とは互いに反対向き
の磁束を形成する。一方がソリトン、他方がアンタイソ
リ）・ンと呼ばれる。

どちらをソリトンと呼ぶかは任意に選択してよい。

このソリトンを情報媒体として情報処理を行なうために
は、バイアス電流が印加されたジョセフソン線路中を走
行するソリトンとアンタイソリトンとを区別し、一方と
選択的に結合するソリＩ・ン・カップラが必要である。

このカップラにより、ソリトンとアンタイソリトンを分
離し情報の流れを制御できる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来、この種のジョセフソン線路回路において、ソリト
ンとのみ選択的に結合し、アンタイソリトンとは結合し
ないソリトン・カップラは提案されていなかった。

本発明の目的は、このようにソリトンとのみ選択的に結
合するソリトン・カップラを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のソリトン・カップラの構成は、第１のジョセフ
ソン線路と第２のジョセフソン線路との間を接続するイ
ンダクタンスと、このインダクタンスに磁気的に結合し
て設けられた量子干渉ゲートと、この量子干渉ゲートの
出力線と出力線路である第３のジョセフソン線路との間
を接続するパルス発生回路とを備えることを特徴とする
。

〔作用〕

本発明では、ジョセフソン線路中を走行するソリトンま
たはアンタイソリトンを区別して認識するために、非対
称な特性をもつ量子干渉ゲートを用い、ソリトンの走行
時にのみ出力がなされる構成をとっている。

〔実施例〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例を説明する構成図、第２図は
第１図の等価回路、第３図は量子干渉ゲ−１・（、（／
〕’Ｊ：ｉ１’ｌＥ図である。図において、１〜３は各
々第１〜３のジョセフソン線路、４，５はインダクタン
ス、６は量子干渉ゲート、７はパルス発生回路を表わす
０本実施例の回路で、ソリトンまたはアンタイソリ）・
ンをジョセフソン線路１，２に走行させた場合、一方が
選択的にカップルすることを、第２及び第３図により説
明する。

第２図において、８．９．１１〜１４．１６゜１７はイ
ンダクタンス、１８〜２１はジョセフソン接合、６は量
子干渉ゲート、２３はパルス発生回路７への出力線を表
わす、第１図のジョセフソン線路１が、インダクタンス
８．９．１３．１４及びジョセフソン接合１８．１９よ
り構成される回路に対応し、ジョセフソン線路２がイン
ダクタンス１１．１２．１６．１７及びジョセフソン接
合２０．２１より構成される回路に対応する。また、第
２図の実線の巡回電流をソリトン、破線のそれをアンタ
イソリトンと呼ぶことにする。

この第２図に示されている様に、第１．第２のジョセフ
ソン線路１．２中をソリトンが走行する場合、インダク
タンス５に流れる電流の向きは、ソリトンの進行方向に
拘らず実線方向となり、アンタイソリトンが走行する場
合、インダクタンス５に流れる電流の向きは、やはりア
ンタイソリトンとの進行方向に拘らず破線方向となり、
この両者はその絶対値が等しく、符号が反対である。

第３図はゲート６の特性曲線であり、横軸はインダクタ
ンス５に流れる電流Ｉｃ　　（第２図に示された実線矢
印方向を正とする）、縦軸はゲート６に加えられるバイ
アス電流Ｉ５を示し、Ａ〜Ｅは　−その動作点を示す。

これら電流（■ｃ、ｒ、）の組み合わせが、ハツチング
された領域にあると、ゲート６はスイッチし、端子２３
に出力電流を生じるが、ハツチングされていない領域で
は、ゲート６は超伝導状態にあり出力電流は流れていな
い。

第４図は第３図の特性図に示された非対称なゲート６を
実現する手段の一例を示した回路図である、図中、２９
．３０はインダクタンス値が各々ＬＬ、Ｌｒｃのインダ
クタンス、３１は電流Ｉ。が流れるインダクタンス、３
２．３３は臨界電流値が各々ＩＬ、ＩＮであるジョセフ
ソン接合を表わす。

今、回路パラメーターをＬＬ　＞　ＬＦＬ　、　　Ｉｔ
　＝ＩＮと選んでおくと、■。−〇の場合、電流Ｉ５は
ジョセフソン接合３２よりもジョセフソン接合３３の方
により多く分流される。従って、電流Ｉｃが入力されて
、反磁性電流がインダクタンス２９．３０及びジョセフ
ソン接合３２．３３より構成されるループに生じた場合
、その反磁性電流が時計回り（Ｉｃが正）である方が、
反時計回り（Ｉｃが負）である方よりも小さい電流Ｉ８
でゲートをスイッチさせることができる。この効果は、
より一般的にはＬＬ　ＩＬ　＞　ＬＲＩＲを満たすゲー
ト一般について見い出すことができる。この様にして、
特性曲線が第３図に示されている様な非対称性を有する
ゲートを構成することが可能である。

また、ループのインダクタンスＬＬ＋ＬＲに反磁性電流
を掛けた値が磁束量子Φ（２，０７ｍＡｐＨ）の１／２
に等しい場合に特性曲線の谷が実現されることから、Ｌ
Ｌ＋Ｌλの値をうまく選ぶことにより、第３図に示され
た特性曲線の谷の位置を任意に設計することができる。

ここで、ソリトンが走行する場合の電流Ｉｃを動作点Ｅ
に対応する値、アンタイソリトンが走行する場合の電流
ＩＣを動作点りに対応する値とし、ゲート６のバイアス
電流工、を動作点Ｂで示される値に設計しておくとする
。この場合、ソリトンが通過すると動作点がＢからＣに
移動し、ゲート６はスイッチングする。また、アンタイ
ソリトンが通過すると、動作点がＢからＡに移動するが
、ゲート６は超伝導状態のままである。この様にしてソ
リトンが通過した際にのみゲート６がスイッチすること
が可能となる。

第１図におけるゲート６がスイッチすると、パルス発生
回路７への入力が行なわれ、この回路からジョセフソン
線路３ヘパルスが出力される。このパルス発生回路とし
ては、例えば文献［アプライド・フィジックス・レター
ズ（Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ
）１．１９８０年３６巻１００５頁に掲載されたＳ、Ｍ
、フェルスによる論文「ジェネレーイション・アンド・
メジャーメント・オブ・アルトラショート・カレント・
パルスイズ・ウィ、ズ・ジョセフソン・デバイスイズ（
Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎ
Ｌ　ｏｒυＩｔｒａｓｂｏｒｔ　Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｐｕ
１ｓｅｓ　ｗｉｔｈＪｏｓｅｐｈｓｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅ
ｓ　）Ｊに示されている様な回路が利用できる。

このようにしてジョセフソン線路にパルスが加えられる
と、そこにソリトンが形成される。また、ジョフソン線
路１．２と３とは、ゲート６を介して結合されているた
め、ジョセフソン線路３よりソリトンまたはアンタイソ
リトンが入力されても、ジョセフソン線路１．２にソリ
トンまたはアンタイソリトンは誘導されない。尚、ジョ
セフソン線路１〜３にソリトンを加速するため、バイア
ス電流端子を設けて、バイアス電流を印加してもよい。

〔発明の効果〕

以上説明した様に、本発明によれば、ジョセフソン線路
を走行するソリトンと結合し、アンタイソリトンとは結
合しないソリトン・カップラが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示した構成図、第２図は実
施例の動作原理を説明する等価回路図、第３図は第１図
の量子干渉ゲートの特性図、第４図は非対称な特性を有
する量子干渉ゲー１〜の一例の等価回路図、第５図は従
来のジョセフソン線路中のソリトンの運動を説明する斜
視図、第６図（ａ）、（ｂ）はそのソリトンの運動を説
明するための等価回路図である。１〜３・・・ジョセフソン線路、４．５．８〜１７゜２
９．３０．４８〜５５・・・インダクタンス、１８〜２
１．３２．３３．４３〜４７・・・ジョセフソン接合、
６・・・量子干渉ゲート、７・・・パルス発生回路、Ａ
〜Ｅ・・・動作点。（−３７単一“１狙゛／°）１＞）＄５　図竿ろ図

Claims

【特許請求の範囲】

第１のジョセフソン線路と第２のジョセフソン線路との
間を接続するインダクタンスと、このインダクタンスに
磁気的に結合するよう設けられた量子干渉ゲートと、こ
の量子干渉ゲートの出力線と出力線路である第３のジョ
セフソン線路との間を接続するパルス発生回路とを備え
ることを特徴とするソリトン・カップラ。