JPS6225290B2

JPS6225290B2 -

Info

Publication number: JPS6225290B2
Application number: JP55126452A
Authority: JP
Inventors: Michitada Morisue; Yasuo Komamya; Teruaki Katsube
Original assignee: SAITAMA DAIGAKUCHO
Current assignee: SAITAMA DAIGAKUCHO
Priority date: 1980-09-11
Filing date: 1980-09-11
Publication date: 1987-06-02
Also published as: JPS5752235A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、磁界により臨界電流値を変化せしめ
られることにより超伝導状態と超伝導状態との２
つの状態をとつて２値（「１」と「０」）を表わし
うるジヨセフソン素子のごとき超伝導材料素子を
用いた演算回路装置に関する。

従来のジヨセフソン素子論理演算回路として
は、第１図に示すようなものがあり、制御線１に
前段又は各入力端からの制御電流I₁（第２図参
照）を流すと、この制御電流I₁によつて制御線１
に磁界が生じ、ジヨセフソン素子２の臨界電流値
が第２図に示すように、I₂にまで下がるため、予
め流されているバイアス電流の値I₃がこの臨界電
流値I₂を越え、これによりジヨセフソン素子２は
超伝導状態から電圧状態（常伝導状態）に移行す
る。

したがつて、ジヨセフソン素子２の端子間に電
圧が発生して、伝送線路３を通じて負荷抵抗４に
電流が流れて、信号が次段又は各出力端へ伝送さ
れるようになつている。

なお、第２図中の符号I₄は制御電流を流さない
ときの臨界電流値を示しており、これにより制御
電流を流さないときは、臨界電流値がI₄まで上が
り、上記バイアス電流の値I₃が臨界電流値I₄より
も小さくなるため、ジヨセフソン素子２は超伝導
状態に保持される。

しかしながら、従来のこの種のジヨセフソン素
子論理演算回路では、ジヨセフソン素子２からの
信号に方向性をもたせるために、ジヨセフソン素
子２とその制御線１とを分離して設けることが行
なわれており、これにより演算速度が遅く、しか
も動作が不安定であるという問題点がある。

本発明は、これらの問題点を解決しようとする
もので、演算速度が速くしかも安定した動作を得
られるようにした超伝導材料素子を用いた演算回
路装置を提供することを目的とする。

このため、本発明の超伝導材料素子を用いた演
算回路装置は、超伝導状態と電圧状態との２つの
状態をとることにより２値を表しうる第１および
第２の超伝導材料素子をそなえるとともに、基準
端に上記第１の超伝導材料素子を介して接続され
た第１の入出力端を有する第１段と、基準端に上
記第２の超伝導材料素子を介して接続された第２
の入出力端を有する第２段と、上記第１の超伝導
材料素子の電圧状態において上記第１の入出力端
から上記第２の入出力端へ信号を出力すべくこれ
らの入出力端相互を接続する信号線とをそなえ、
上記第２の入出力端からの出力時に上記信号線を
通じて上記第１の入出力端へ逆方向に出力される
信号の上記第１の超伝導材料素子への影響を除去
すべく、上記信号線に、上記第１の超伝導材料素
子に磁界を発生させる磁界形成機構が介挿される
とともに、上記第１および第２の入出力端にそれ
ぞれ上記第１および第２の超伝導材料素子の臨界
電流値以下のバイアス電流を供給するバイアス回
路と、上記第１の入力端子に入力信号を加えるこ
とにより上記第１の超伝導素子を電圧状態にする
入力回路とが設けられて、上記磁界形成機構が、
上記第１の超伝導材料素子の電圧状態を保持しう
るように、上記第１の入出力端から上記第２の入
出力端への順方向の信号を受けて上記第１の超伝
導材料素子の臨界電流値を下げる磁界を発生させ
るように構成されるとともに、同第１の超伝導材
料素子の超伝導状態を保持しうるように、上記第
２の入出力端から上記第１の入出力端への逆方向
の信号を受けて上記第１の超伝導材料素子の臨界
電流値を上げる磁界を発生させるように構成され
て、上記の第１段から第２段への信号伝送の方向
性をもたせるように構成されたことを特徴してい
る。

以下、図面により本発明の実施例について説明
すると、第３図はその第１実施例としての超伝導
材料素子を用いた演算回路装置を示す電気回路図
であり、それぞれ超伝導状態と電圧状態との２つ
の状態をとることにより２値を表わしうる超伝導
材料素子としてのジヨセフソン素子５，６が基準
端Ｅに接続しており、このジヨセフソン素子５，
６には、それぞれ第１および第２の入出力端
N₁，N₂およびバイアス電流調整用の抵抗７，８
を介してバイアス電流を供給するための電源９，
１０が接続されている。

これらのバイアス電源９と抵抗７とで、バイア
ス回路Ｃ_Bが構成されており、バイアス電源１０
と抵抗８とで、バイアス回路Ｃ_Bが構成されてい
て、これらのバイアス回路Ｃ_Bにより、各ジヨセ
フソン素子５，６には、第２図に符号I₃で示す値
のバイアス電流が流れていることになる。

ところで、前段からの信号S₁を伝送する信号線
１１がジヨセフソン素子５の第１の入出力端N₁
に直接接続されており、この信号線１１は入力回
路Ｃ_Iを構成していて、この信号線１１からの信
号S₁がジヨセフソン素子５に入力されると、この
ジヨセフソン素子５に流れる電流が第２図に示す
臨界電流値I₄を超えるので、ジヨセフソン素子５
は超伝導状態から電圧状態へ移行し、その端子間
から電圧が発生するようになつている。

また、ジヨセフソン素子５には、磁界形成機構
Ｍを構成する制御線１２が直結されており、この
制御線１２は次段のジヨセフソン素子６に信号を
伝送する信号線１３を介して次段のジヨセフソン
素子６にも接続されている。

この信号線１３は、ジヨセフソン素子５の出力
回路Ｃ_pを構成するとともに、ジヨセフソン素子
６の入力回路Ｃ_Iを構成している。

この制御線１２の設け方は次のとおりである。
すなわち、信号線１１からの信号S₁がジヨセフソ
ン素子５に入力されて、その両端から電圧が発生
することにより、次段のジヨセフソン素子６へ向
けて順方向の電流が流れると、この制御線１２を
流れる電流により磁界が発生して、ジヨセフソン
素子５の臨界電流値をバイアス電流値I₃よりも小
さい値I₂にまで下げて、ジヨセフソン素子５を
益々電圧状態に保持し、又ジヨセフソン素子６が
外部信号等で電圧状態へ移行することによりその
端子間に電圧が発生して、信号S₂が信号線１３お
よび制御線１２を介してジヨセフソン素子５に向
かつて逆方向に流れると、この制御線１２を流れ
る電流により、逆の磁界が発生して、ジヨセフソ
ン素子５の臨界電流の値をバイアス電流値I₃より
も大きい値（第２図のI₄よりも大きい値）にまで
上げて、ジヨセフソン素子５を益々超伝導状態に
保持するように、この制御線１２を設けているの
である。

このように、ジヨセフソン素子５に制御線１２
を直結しながら、順方向には信号を円滑に伝送す
るが逆方向には信号を伝送しないようにして、信
号伝送に方向性をもたせることができたのであ
る。

なお、符号１４はジヨセフソン素子６用の磁界
形成機構Ｍを構成する制御線を示しており、この
制御線１４も前述の制御線１２と同じ作用を行な
うようになつていて、出力回路Ｃ_pを構成する信
号線１３′が接続している。

また、ジヨセフソン素子５よりも前段のジヨセ
フソン素子やジヨセフソン素子６よりも後段のジ
ヨセフソン素子にも、同様の制御線が直結されて
いる。

このように、基準端Ｅに第１の超伝導材料素子
５を介して接続された第１の入出力端N₁を有す
る第１段と、基準端Ｅに第２の超伝導材料素子６
を介して接続された第２の入出力端N₂を有する
第２段と、第１の超伝導材料素子５の電圧状態に
おいて第１の入出力端N₁から上記第２の入出力
N₂端へ信号を出力すべくこれらの入出力端N₁，
N₂相互を接続する信号線１３とが設けられてい
る。

上述の構成により、信号線１１から信号S₁が入
力されない状態では、ジヨセフソン素子５と６と
は、バイアス電源９と１０とにより、超伝導状態
を保つ範囲のバイアス電流が加えられているの
で、超伝導状態にある。

この値を制御電流Ｉ_cと臨界電流Ｉ_pの特性図で
示せば、例えば第２図のI₃の点に各ジヨセフソン
素子５，６の動作状態はある。

この状態において前段からの信号S₁がジヨセフ
ソン素子５に加えられると、この素子５に流れる
電流は第２図にI₄で示す臨界電流値を超えるの
で、このジヨセフソン素子５は超伝導状態から電
圧状態に移行し、これにより素子５の第１の入出
力端N₁と基準端Ｅとの間には電圧が発生する。

この電圧により、次段のジヨセフソン素子６に
向かつて電流が流れるが、この電流は、第２図に
示すごとく、ジヨセフソン素子５の臨界電流値を
I₂の値にまで下げる作用をし、益々この素子５を
電圧状態に保持する。

したがつて、信号S₁はジヨセフソン素子５によ
つて増幅されて、次段のジヨセフソン素子６に安
定よく伝送される。

ところで、ジヨセフソン素子６が外部信号など
で超伝導状態から電圧状態に推移して、この素子
６の第２の入出力端N₂と基準端Ｅとの間に電圧
が発生し、信号S₂がジヨセフソン素子５に向かつ
て逆方向に伝送される場合を考えると、この信号
S₂はジヨセフソン素子５の制御線１２に逆方向に
流れるので、第２図の特性曲線からわかるように
臨界電流はI₄の値より大きな値となる。

したがつて信号電流がジヨセフソン素子５に流
れても、この素子５は超伝導状態を保持し、信号
S₂の電流はジヨセフソン素子５に流れて吸収さ
れ、このジヨセフソン素子５の前段に信号は伝送
されない。

また、ジヨセフソン素子６の制御線１４も、ジ
ヨセフソン素子５よりも前段のジヨセフソン素子
の制御線やジヨセフソン素子６よりも後段のジヨ
セフソン素子の制御線も前述の制御線１２と同様
の作用を行なつて、順方向にのみ安定して信号を
伝送できるようになつている。

このように、信号線１３が第１段の第１の入出
力端N₁と第２段の第２の入出力端N₂とを直結す
る構造で制御線１２，１４を各素子５，６に設け
ることにより、順方向には信号を安定して伝送さ
せることができるが、逆方向には信号を伝送させ
ることができない、すなわち信号伝送に方向性を
持たせることができるのである。

第４図は本発明の第２実施例としての超伝導材
料素子を用いた演算回路装置を示す電気回路図で
ある。

この第２実施例は、本発明を桁上げ演算回路装
置に応用した例を示すもので、いまバイアス回路
Ｃ_Bを構成するバイアス電源１５，１６，１７か
ら抵抗１８，１９，２０を介し、超伝導材料素子
としてのジヨセフソン素子２１，２２，２３にバ
イアス電流を流して、各素子２１〜２３を超伝導
状態にしておく。

この状態において、最下位の桁（第０桁）用信
号線に２つの信号x₀，y₀が同時に加えられたとす
ると、その信号電流はジヨセフソン素子２１の入
力回路Ｃ_Iを構成する制御線２４，２５に流れ
る。

このとき、ジヨセフソン素子２１は２つの信号
x₀，y₀が同時に入力されたときのみ、ジヨセフソ
ン素子２１の臨界電流の大きさがバイアス電流値
より小さくなるように設定されているので、この
ジヨセフソン素子２１は超伝導状態から電圧状態
にスイツチする。

これにより、第１段のジヨセフソン素子２１の
第１の入出力端N₁と基準端Ｅとの間には電圧が
生じて、次段（第２段）のジヨセフソン素子２２
の第２の入出力端N₂に向けて電流が流れる。こ
れは次段への桁上げ信号C₁となる。この電流
は、素子２１に設けられて信号伝送の方向性を有
する磁界形成機構Ｍとしての制御線２６を流れる
ので、この制御線２６からの磁界の作用により、
ますますジヨセフソン素子２１の臨界電流の値は
下がり、これにより素子２１は安定に電圧状態を
保持する。

ところで、この信号が、ジヨセフソン素子２１
の出力回路Ｃ_pおよびジヨセフソン素子２２の入
力回路Ｃ_Iを構成する信号線５４を介して、次の
桁のジヨセフソン素子２２の第２の入出力端N₂
に到達した場合、その桁（第１桁）の入力信号
x₁，y₁が共に「０」の場合には、この素子２２に
信号電流が流れてもその臨界電流を超すことがで
きないように設定されているので、このジヨセフ
ソン素子２２は超伝導状態を依然として保ち、次
の段への桁上げ信号は生じない。

しかしながら、この第１桁の入力回路Ｃ_Iを構
成する制御線２７，２８に入力信号x₁，y₁のどち
らか１つの入力信号があれば、ジヨセフソン素子
２２の臨界電流値は下がつているので、前段から
の桁上げ信号C₁の電流とバイアス電流との和が
臨界電流値を超え、ジヨセフソン素子２２は電圧
状態にスイツチして、次の桁への桁上げ信号C₂
を生じさせる。

また、前段からの桁上げ信号C₁が生じない場
合でも、x₁，y₁の２つの信号が制御線２７，２８
へ同時に加えられると、このジヨセフソン素子２
２はジヨセフソン素子２１の場合と同様の原理に
より、電圧状態にスイツチして、次段への桁上げ
信号C₂を生じさせる。この桁上げ信号は前段か
らの信号を待たず直ちに生ずるので、高速桁上げ
を達成できるのである。

このとき、次段への桁上げ信号を生じさせると
共に、前段にも信号が伝送されるが、この電流は
制御線２６に逆方向に電流を流してジヨセフソン
素子２１の臨界電流値を磁界によつて大きくし、
これによりその信号による電流がジヨセフソン素
子２１に流れても、この素子２１は超伝導状態を
保ち、方向性が保たれるのである。

したがつて桁上げ信号C₂は次の式であらわさ
れる。

C₂＝x₁y₁〜C₁Vx₁〜y₁C₁V〜x₁y₁C₁ さらに、第ｎ桁のジヨセフソン素子２３におい
ても、同様の動作により次段への桁上げ信号Ｃ_o+
_１が生じ、このようにして高速の桁上げ回路が実
現できるのである。

なお、第４図の符号２９，３０は第ｎ桁の入力
信号ｘ_o，ｙ_oが入力される入力回路Ｃ_Iを構成す
る制御線、３１，３２はそれぞれジヨセフソン素
子２２，２３に設けられて信号伝送の方向性を有
する磁界形成機構Ｍとしての制御線、５５はジヨ
セフソン素子２２の出力回路Ｃ_Oおよびジヨセフ
ソン素子２３の入力回路Ｃ_Iを構成する信号線、
５６はジヨセフソン素子２３の出力回路Ｃ_Oを構
成する信号線、Ｎ_o+1は入出力端を示している。

このように隣接する段の前段側を第１段とし、
後段側を第２段として、第１段および第２段との
間に、磁界形成機構Ｍをそなえた制御線がそれぞ
れ介挿されている。

第５図は本発明の第３実施例としての超伝導材
料素子を用いた演算回路装置を示す電気回路図で
ある。

この第３実施例は、本発明を全加算器に応用し
た例を示すもので、第５図では、加算器の第ｎ桁
における全加算器の例を示している。

この第３実施例では、予め各ジヨセフソン素子
３３，３４，３５，３６に、超伝導状態を保持す
るが、制御線３７〜４５に適宜制御電流が加えら
れれば、電圧状態にスイツチできるように、バイ
アス回路Ｃ_Bを構成するバイアス電源４６および
バイアス電源４７，４８，４９から抵抗５０，５
１，５２，５３を介してバイアス電流が加えられ
ている。

ところで、第５図中の符号ｘ_o，ｙ_oは第ｎ桁に
入る入力信号、Ｃ_o-1は前段からの桁上げ信号、
Ｃ_oは、出力回路Ｃ_pを構成する信号線５７を通じ
て次段（ｎ＋１桁）への桁上げ信号を示してい
る。また符号Ｓ_oは第ｎ桁の和信号を示してい
る。

ジヨセフソン素子３３は、超伝導状態と電圧状
態との２つの状態をとることにより次段への桁上
げ信号Ｃ_oを出力しうる超伝導材料素子で、第１
の入出力端Ｎ_oと基準端Ｅとの間に介装されてお
り、このジヨセフソン素子３３には、次段への桁
上げ信号Ｃ_oが伝送された場合には臨界電流値を
磁界によつて下げることによりジヨセフソン素子
３３を電圧状態に保持し、逆に次段からの桁上げ
信号が伝送された場合には臨界電流値を磁界によ
つて上げることによりジヨセフソン素子３３を超
伝導状態に保持して、桁上げ信号伝送の方向性を
もたせるように、磁界形成機構Ｍを構成する制御
線３８が直結されている。

また、他の超電導材料素子としてのジヨセフソ
ン素子３４は、超伝導状態と電圧状態との２つの
状態をとることによりジヨセフソン素子３３から
の桁上げ信号Ｃ_oの発生を制御しうるもので、こ
のジヨセフソン素子３４には、これに近接して他
の一対の制御線４０，４１が並設されている。

ところで、制御線４０にハイレベル信号又はロ
ーレベル信号を入力するとともに、制御線４１に
ローレベル信号又はハイレベル信号を入力した場
合、即ちこれらの一対の制御線４０，４１に異な
つたレベルの制御信号を流した場合には、ジヨセ
フソン素子３４の臨界電流値を磁界によつて下げ
ることにより、この素子３４を電圧状態に移行さ
せ、更に両制御線４０，４１にハイレベル信号又
はローレベル信号が同時に入力した場合、即ちこ
れら一対の制御線４０，４１に同レベルの制御信
号を流した場合には、各制御信号の作る磁界が相
殺されて、ジヨセフソン素子３４を超伝導状態に
保持できるようになつており、これにより排他論
理和（Exclusively OR）動作を行なわせること
ができるようになつている。

また、ジヨセフソン素子３５には、制御線４
２，４３の両方に電流が流れた場合にのみ、この
素子３５が超伝導状態から電圧状態へ移行して
AND動作を行なうようにバイアス電流が流され
ており、このジヨセフソン素子３５が電圧状態に
移行すると、入力回路Ｃ_Iを構成する制御線３９
に電流が流れて、ジヨセフソン素子３３が電圧状
態に移行して次段への桁上げ信号Ｃ_oを発生する
ようになつている。

さらに、ジヨセフソン素子３６には制御線４
４，４５が近接して並設されており、制御線４４
は制御線３７を介してジヨセフソン素子３４に接
続されていて、制御線４５は前段からの信号Ｎ_o-
_１をジヨセフソン素子３３へ伝送すべく素子３３
の第１の入出力端Ｎ_oに接続されている。

そして、制御線４４，４５のいずれか一方に
「１」信号即ちハイレベル信号が流れると、信号
Ｓ_oが生じるようになつている。

なお、ジヨセフソン素子３３に信号Ｃ_o-1が、
入力回路Ｃ_Iを構成する信号線５８を通じて加わ
つていない状態では、制御線３７に電流が流れて
も、ジヨセフソン素子３３は電圧状態に移行しな
いが、信号Ｃ_o-1が加わつている状態で、制御線
３７に電流が流れると、ジヨセフソン素子３３が
電圧状態に移行し、更に信号Ｃ_o-1の有無にかか
わりなく、制御線３９に電流が流れると、ジヨセ
フソン素子３３が電圧状態に移行するようにジヨ
セフソン素子３３のバイアス電流が設定されてい
る。

ところで、信号Ｃ_o-1がない場合において、信
号ｘ_oおよびｙ_oが共に「１」となるハイレベル信
号が加えられた場合を考えると、この場合、ジヨ
セフソン素子３４の制御線４０と４１とには逆方
向の電流が流れるので、これらの電流の作る磁界
が相殺され、素子３４は超伝導状態のままであ
り、制御線３７，４４には電流は流れない。

しかしながら、入力信号ｘ_o，ｙ_oが共に「１」
であると、制御線４２，４３に同方向の電流が流
れ、ジヨセフソン素子３５は、前述のごとく、２
つの制御線４２，４３に共に電流が流れた場合
に、超伝導状態から電圧状態になるAND動作を
行なうようにバイアス電流が設定されているか
ら、この素子３５は電圧状態となつて、その出力
電流が制御線３９に流れる。

この制御線３９を流れる電流は、ジヨセフソン
素子３３を超伝導状態から電圧状態にスイツチさ
せ、次段への桁上げ信号Ｃ_oを生じさせる。

このように信号Ｃ_oによる電流は制御線３８に
流れるが、この電流による磁界は、ジヨセフソン
素子３３を更に電圧状態に保持させるように作用
し、信号Ｃ_oは安定よく次段へ伝送される。

また、制御線４０，４１に入力信号ｘ_o，ｙ_oの
うちいずれか一方が「１」である信号が加わる
と、この入力信号の作る磁界によつてジヨセフソ
ン素子３４の臨海電流値が下がつて、ジヨセフソ
ン素子３４は超伝導状態から電圧状態にスイツチ
し、その出力電流は制御線３７，４４に流れる。

いま信号Ｃ_o-1の電流は「０」であるから、ジ
ヨセフソン素子３３には、制御線３７による磁界
が生じても、その素子３３の臨界電流値を超える
ことができず、これによつてジヨセフソン素子３
３は超伝導状態のままであり、桁上げ信号Ｃ_oは
生じない。

また信号Ｃ_o-1がないので、制御線４４による
磁界はジヨセフソン素子３６を超伝導状態から電
圧状態にスイツチさせて、和信号Ｓ_oを生じさせ
ている。

またｘ_oかｙ_oのいずれか１つの入力信号が加わ
つている場合は、ジヨセフソン素子３５を電圧状
態にスイツチさせることができないため、制御線
３９には、電流が流れず、ジヨセフソン素子３３
は超伝導状態のままであり、したがつて桁上げ信
号Ｃ_oは生じない。

ついで前段からの桁上げ信号Ｃ_o-1がある場合
について考える。ハイレベル入力信号ｘ_oおよび
ｙ_oのいずれか一方が加われば、ジヨセフソン素
子３４は電圧状態にスイツチして制御線３７，４
４に電流を流す。

このとき、ジヨセフソン素子３３には、信号Ｃ
_o-1の電流が流れているので、さらに制御線３７
の磁界によりその臨界値を下げて、この素子３３
を超伝導状態から電圧状態にスイツチして、次段
への桁上げ信号Ｃ_oを生じさせる。

他方、制御線４４に流れる電流と、信号Ｃ_o-1
による電流とは逆方向であるから、ジヨセフソン
素子３６には磁界が加わらず、素子３６は超伝導
状態のままであり、和信号Ｓ_oは生じない。

なお次段への桁上げ信号Ｃ_oが生じた場合、そ
の電流は入出力端Ｎ_oから制御線３８に流れて、
この電流はジヨセフソン素子３３には逆方向の電
流となり、この素子３３の臨界電流を磁界によつ
て上げるため、ジヨセフソン素子３３は電圧状態
を確実に保持する。

このようにして、演算速度の向上と安定動作の
保持とをはかりながら、排他論理和回路を少ない
素子で簡単に構成することができ、したがつて、
少ない素子数で、次に示す全加算器の論理動作を
行なうことができるのである。

Ｃ_o＝ｘ_oｙ_o＋ｘ_o ｙ_o Ｃ_o-1＋ｘ_o ｙ_oＣ_o-1 Ｓ_o＝ｘ_o ｙ_o Ｃ_o-1 ＋ｘ_o ｙ_o Ｃ_o-1 ＋ｘ_o ｙ_o Ｃ_o-1＋ｘ_oｙ_oＣ_o-1 以上詳述したように、本発明の超伝導材料素子
を用いた演算回路装置によれば、超伝導状態と電
圧状態との２つの状態をとることにより２値を表
しうる第１および第２の超伝導材料素子をそなえ
るとともに、基準端に上記第１の超伝導材料素子
を介して接続された第１の入出力端を有する第１
段と、基準端に上記第２の超伝導材料素子を介し
て接続された第２の入出力端を有する第２段と、
上記第１の超伝導材料素子の電圧状態において上
記第１の入出力端から上記第２の入出力端へ信号
を出力すべくこれらの入出力端相互を接続する信
号線とをそなえ、上記第２の入出力端からの出力
時に上記信号線を通じて上記第１の入出力端へ逆
方向に出力される信号の上記第１の超伝導材料素
子への影響を除去すべく、上記信号線に、上記第
１の超伝導材料素子に磁界を発生させる磁界形成
機構が介挿されるとともに、上記第１および第２
の入出力端にそれぞれ上記第１および第２の超伝
導材料素子の臨界電流値以下のバイアス電流を供
給するバイアス回路と、上記第１の入力端子に入
力信号を加えることにより上記第１の超伝導素子
を電圧状態にする入力回路とが設けられて、上記
磁界形成機構が、上記第１の超伝導材料素子の電
圧状態を保持しうるように、上記第１の入出力端
から上記第２の入出力端への順方向の信号を受け
て上記第１の超伝導材料素子の臨界電流値を下げ
る磁界を発生させるように構成されるとともに、
同第１の超伝導材料素子の超伝導状態を保持しう
るように、上記第２の入出力端から上記第１の入
出力端への逆方向の信号を受けて上記第１の超伝
導材料素子の臨界電流値を上げる磁界を発生させ
るように構成されて、上記の第１段から第２段へ
の信号伝送の方向性をもたせるように構成される
という簡素な構成で、信号伝送の方向性をもたせ
ながら、制御線を超伝導材料素子に直結すること
ができるので、演算速度のスピードアツプ化をも
たらすことができるほか、順方向にだけ信号を安
定して伝送することができ、動作の安定性および
信頼性が大幅に向上する利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のジヨセフソン素子論理演算回路
を示す等価電気回路図であり、第２図はジヨセフ
ソン素子における制御電流と臨界電流との一般的
な関係を示す特性図であり、第３図は本発明の第
１実施例としての超伝導材料素子を用いた演算回
路装置を示す電気回路図であり、第４図は本発明
の第２実施例としての超伝導材料素子を用いた演
算回路装置を示す電気回路図であり、第５図は本
発明の第３実施例としての超伝導材料素子を用い
た演算回路装置を示す電気回路図である。５，６……第１および第２の超伝導材料素子と
してのジヨセフソン素子、７，８……抵抗、９，
１０……バイアス電源、１１……信号線、１２…
…信号伝送の方向性を有する制御線、１３，１
３′……信号線、１４……信号伝送の方向性を有
する制御線、１５〜１７……バイアス電源、１８
〜２０……抵抗、２１〜２３……超伝導材料素子
としてのジヨセフソン素子、２４，２５……第０
桁用制御線、２６……信号伝送の方向性を有する
制御線、２７，２８……第１桁用制御線、２９，
３０……第ｎ桁用制御線、３１，３２……信号伝
送の方向性を有する制御線、３３〜３６……第１
および第２の超伝導材料素子としてのジヨセフソ
ン素子、３７……制御線、３８……信号伝送の方
向性を有する制御線、３９……制御線、４０，４
１……排他論理和動作を行なわせうる一対の制御
線、４２〜４５……制御線、４６，４９……バイ
アス電源、５０〜５３……抵抗、５４〜５８……
信号線、Ｃ_B……バイアス回路、Ｃ_I……入力回
路、Ｃ_p……出力回路、Ｅ……基準端、Ｍ……磁
界形成機構、S₁，S₂……信号、Ｓ_o……和信号、
C₁，C₂，Ｃ_o-1，Ｃ_o，Ｃ_o+1……桁上げ信号、
N₁，N₂，Ｎ_o，Ｎ_o+1……第１および第２の入出力
端。

Claims

【特許請求の範囲】１超伝導状態と電圧状態との２つの状態をとる
ことにより２値を表しうる第１および第２の超伝
導材料素子をそなえるとともに、基準端に上記第
１の超伝導材料素子を介して接続された第１の入
出力端を有する第１段と、基準端に上記第２の超
伝導材料素子を介して接続された第２の入出力端
を有する第２段と、上記第１の超伝導材料素子の
電圧状態において上記第１の入出力端から上記第
２の入出力端へ信号を出力すべくこれらの入出力
端相互を接続する信号線とをそなえ、上記第２の
入出力端からの出力時に上記信号線を通じて上記
第１の入出力端へ逆方向に出力される信号の上記
第１の超伝導材料素子への影響を除去すべく、上
記信号線に、上記第１の超伝導材料素子に磁界を
発生させる磁界形成機構が介挿されるとともに、
上記第１および第２の入出力端にそれぞれ上記第
１および第２の超伝導材料素子の臨界電流値以下
のバイアス電流を供給するバイアス回路と、上記
第１の入力端子に入力信号を加えることにより上
記第１の超伝導素子を電圧状態にする入力回路と
が設けられて、上記磁界形成機構が、上記第１の
超伝導材料素子の電圧状態を保持しうるように、
上記第１の入出力端から上記第２の入出力端への
順方向の信号を受けて上記第１の超伝導材料素子
の臨界電流値を下げる磁界を発生させるように構
成されるとともに、同第１の超伝導材料素子の超
伝導状態を保持しうるように、上記第２の入出力
端から上記第１の入出力端への逆方向の信号を受
けて上記第１の超伝導材料素子の臨界電流値を上
げる磁界を発生させるように構成されて、上記の
第１段から第２段への信号伝送の方向性をもたせ
るように構成されたことを特徴とする、超伝導材
料素子を用いた演算回路装置。２上記第１および第２の入力回路が、上記第１
および第２の入出力端にそれぞれ直接接続され
た、特許請求の範囲第１項に記載の超伝導材料素
子を用いた演算回路装置。３上記第１および第２の入力回路が、上記第１
および第２の超伝導材料素子における臨界電流値
をそれぞれ小さくしうる、特許請求の範囲第１項
に記載の超伝導材料素子を用いた演算回路装置。