RU195646U1 - Quantum memory cell based on a superconducting nanostructure - Google Patents

Quantum memory cell based on a superconducting nanostructure Download PDF

Info

Publication number
RU195646U1
RU195646U1 RU2018145450U RU2018145450U RU195646U1 RU 195646 U1 RU195646 U1 RU 195646U1 RU 2018145450 U RU2018145450 U RU 2018145450U RU 2018145450 U RU2018145450 U RU 2018145450U RU 195646 U1 RU195646 U1 RU 195646U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
superconducting
nanostructure
magnetic field
strips
nanometers
Prior art date
Application number
RU2018145450U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Григорий Наумович Гольцман
Александр Александрович Корнеев
Евгений Олегович Смирнов
Галина Меркурьевна Чулкова
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Высшая школа экономики"
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 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Высшая школа экономики" filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Высшая школа экономики"
Priority to RU2018145450U priority Critical patent/RU195646U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU195646U1 publication Critical patent/RU195646U1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B1/00Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00Superconducting devices
    • H10N60/80Constructional details
    • H10N60/83Element shape

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

Использование: для создания памяти нанометровых размеров. Сущность полезной модели заключается в том, что ячейка квантовой памяти на основе сверхпроводниковой наноструктуры с источником магнитного поля на чипе включает сверхпроводниковую тонкопленочную наноструктуру на диэлектрической подложке в виде двух сверхпроводящих контактов для подключения к источнику тока, соединенных между собой двумя расположенными параллельно друг другу сверхпроводящими нанополосками разных размеров, которые образуют замкнутую петлю, параллельно сверхпроводящим нанополоскам сформированы две полоски с двумя токоподводами для подключения к источнику тока для создания в области замкнутой петли сверхпроводниковой наноструктуры магнитного поля. Технический результат: обеспечение возможности создания сверхпроводящей ячейки памяти с возможностью контроля магнитного поля для отдельной ячейки. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.Use: to create nanometer-sized memory. The essence of the utility model lies in the fact that a quantum memory cell based on a superconducting nanostructure with a magnetic field source on a chip includes a superconducting thin-film nanostructure on a dielectric substrate in the form of two superconducting contacts for connecting to a current source, interconnected by two superconducting nanostreams of different parallel strips of different sizes that form a closed loop, two strips with two current leads for connecting to a current source to create a magnetic field in the closed loop region of the superconducting nanostructure of the nanostructure. Effect: providing the possibility of creating a superconducting memory cell with the ability to control the magnetic field for an individual cell. 5 cp f-ly, 1 ill.

Description

Полезная модель относится к устройствам памяти нанометровых размеров, принцип работы которых основан на явлении сверхпроводимости тонких пленок. Охлаждение высокопроизводительных процессоров - это одно из основных препятствий для дальнейшего развития вычислительных устройств. Полезная модель может быть использована в криогенных компьютерах, как единица памяти, позволит увеличить производительность процессоров из-за отсутствия выделения тепла.The utility model relates to nanometer-sized memory devices whose operating principle is based on the phenomenon of superconductivity of thin films. Cooling high-performance processors is one of the main obstacles to the further development of computing devices. The utility model can be used in cryogenic computers as a unit of memory, which will increase processor performance due to the lack of heat generation.

Известно большое число конструкций сверхпроводящих квантовых приборов на основе эффекта Джозефсона, которые находят использование в различных устройствах быстрой одноквантовой логики, приемниках и магнитометрах.A large number of designs of superconducting quantum devices based on the Josephson effect are known, which are used in various devices of fast single-quantum logic, receivers and magnetometers.

С начала 2000 годов появились работы по созданию компактных сверхпроводящих элементов памяти, в которых прикладываемые поля и токи управляли свойствами токового транспорта через гетороструктуру со сверхпроводящими слоями (Патент США №6233171 В1, МПК G11C 11/15, опубл. 15.05.2001).From the beginning of 2000, work began on the creation of compact superconducting memory elements in which applied fields and currents controlled the properties of current transport through a heterostructure with superconducting layers (US Patent No. 6233171 B1, IPC G11C 11/15, published May 15, 2001).

Известен сверхпроводниковый спиновый вентиль, включающий размещенную на подложке сверхпроводящую пленку и отделенную от последней слоем изолятора структуру, управляющую критической температурой сверхпроводящей пленки. Структура состоит из двух слоев ферромагнитных материалов, разделенных прослойкой из неферромагнитного материала (Патент США №6414870, МПК G11C 11/18, опубл. 02.07.2002). Для реализации вентиля необходимо обеспечить в ферромагнитных слоях большие значения величины магнитных моментов для того, чтобы созданное магнитное поле могло существенным образом изменять характеристики сверхпроводниковой пленки.A superconducting spin valve is known, including a superconducting film placed on a substrate and a structure separated from the last layer of the insulator that controls the critical temperature of the superconducting film. The structure consists of two layers of ferromagnetic materials separated by a layer of non-ferromagnetic material (US Patent No. 6414870, IPC G11C 11/18, publ. 02.07.2002). To realize the valve, it is necessary to ensure large values of the magnetic moments in the ferromagnetic layers so that the created magnetic field can significantly change the characteristics of the superconducting film.

Для управления протекающим током необходимо создавать большие магнитные поля перемагничивания, что является значительным недостатком данного решения.To control the flowing current, it is necessary to create large magnetic fields of magnetization reversal, which is a significant drawback of this solution.

Известен джозефсоновский фазовый доменный вентиль, который включает два расположенных на подложке друг под другом сверхпроводящих электрода с токоподводами и область слабой связи между ними в виде тонкопленочной слоистой структуры, содержащей: промежуточный слой сверхпроводящего материала с токоподводами, толщина которого лежит в диапазоне от 20 до 60 нм, отделенный от нижнего сверхпроводящего электрода слоем изолятора; нанесенный на часть тонкого промежуточного слоя сверхпроводящего материала слой нормального металла, толщина которого лежит в диапазоне от 1 до 20 нм; слой магнитного материала, нанесенный на оставшуюся не закрытой слоем нормального металла поверхность тонкого промежуточного слоя сверхпроводящего материала, толщина которого лежит в диапазоне от 1 до 20 нм. Технический результат: обеспечение возможности переключения между устойчивыми состояниями вентиля без изменения намагниченности в слое магнитного материала, что обеспечивает достаточно малое время на реализацию операции записи (Патент РФ №2620027, МПК H01L 39/22, опубл. 22.05.2017).Known Josephson phase domain valve, which includes two superconducting electrodes with current leads located on a substrate one below the other and an area of weak coupling between them in the form of a thin-film layered structure containing: an intermediate layer of superconducting material with current leads, the thickness of which lies in the range from 20 to 60 nm separated from the lower superconducting electrode by an insulator layer; a normal metal layer deposited on part of a thin intermediate layer of superconducting material, the thickness of which lies in the range from 1 to 20 nm; a layer of magnetic material deposited on the surface of a thin intermediate layer of a superconducting material that is not covered by a normal metal layer, the thickness of which lies in the range from 1 to 20 nm. EFFECT: provision of the possibility of switching between steady states of the valve without changing magnetization in the layer of magnetic material, which provides a sufficiently short time for the implementation of the write operation (RF Patent No. 2620027, IPC H01L 39/22, publ. 05.22.2017).

Общим недостатком известных реализаций магнитной сверхпроводящей памяти является ограниченная скорость записи информации. Для его устранения необходим процесс перемагничивания по крайней мере одной из имеющихся в структуре ферромагнитных пленок.A common disadvantage of known implementations of magnetic superconducting memory is the limited speed of recording information. To eliminate it, the process of magnetization reversal is necessary for at least one of the ferromagnetic films present in the structure.

Известен высокочастотный сверхпроводниковый элемент памяти, имеющий плоскую, торцевую поверхность (геометрию моста), состоит из двух сверхпроводниковых электродов и области слабой связи, которая включает в себя магнитные слои с прямой, туннельной или резонансной проводимостью и сверхпроводниковый слой между ними (Патент РФ №2554612, МПК H01L 39/22, опубл. 27.06.2015).Known high-frequency superconducting memory element having a flat, end surface (bridge geometry), consists of two superconducting electrodes and a weak coupling region, which includes magnetic layers with direct, tunneling or resonant conductivity and a superconducting layer between them (RF Patent No. 2554612, IPC H01L 39/22, publ. 06/27/2015).

Отличие от ранее известных джозефсоновских структур состоит в том, что при изменении направления намагничивания одного из магнитных слоев в сверхпроводящей пленке, локализованных в области слабой связи между магнитными слоями, происходит переход из нормального состояния в сверхпроводящее состояние или происходит из сверхпроводящего состояния в нормальное состояние. Увеличение вариации амплитуды критического переходного тока под действием малого магнитного потока по сравнению с предыдущими геометриями обеспечивает возможности миниатюризации сверхпроводниковых элементов памяти при сохранении свойств джозефсоновской гетероструктуры, что приводит к увеличению быстродействия элемента памяти на его основе.The difference from the previously known Josephson structures is that when the direction of magnetization of one of the magnetic layers in the superconducting film is changed, localized in the region of weak coupling between the magnetic layers, a transition occurs from the normal state to the superconducting state or occurs from the superconducting state to the normal state. An increase in the variation in the amplitude of the critical transient current under the action of a small magnetic flux compared with previous geometries provides the possibility of miniaturization of superconducting memory elements while maintaining the properties of the Josephson heterostructure, which leads to an increase in the speed of the memory element based on it.

Известен сверхпроводниковый пленочный трансформатор магнитного потока, содержащий диэлектрическую подложку, сверхпроводниковое квадратообразное кольцо с узкой активной полосой, изолирующую пленку, помещенную между активной полосой трансформатора магнитного потока и магниточувствительным элементом, активная полоса сформирована с помощью прорезей в виде параллельных ветвей. Техническим результатом изобретения является повышение фактора умножения трансформатора магнитного потока (Патент РФ №2455732, МПК H01L 39/16, опубл. 10.07.2012).Known is a superconducting film magnetic flux transformer containing a dielectric substrate, a superconducting squared ring with a narrow active strip, an insulating film placed between the active strip of the magnetic flux transformer and the magnetically sensitive element, the active strip is formed using slots in the form of parallel branches. The technical result of the invention is to increase the multiplication factor of the magnetic flux transformer (RF Patent No. 2455732, IPC H01L 39/16, publ. 10.07.2012).

Общими недостатками указанных выше технических решений являются необходимость в процессе изготовления устройства реализовывать джозефсоновские переходы, что является сложной технологической операцией. Кроме того, использование джозефсоновских переходов ограничивает возможность миниатюризации устройства.Common disadvantages of the above technical solutions are the need to implement Josephson junctions in the manufacturing process of the device, which is a complex technological operation. In addition, the use of Josephson junctions limits the possibility of miniaturization of the device.

В открытой печати (A. Murphy, D. V. Averin, andA.Bezryadin "Nanoscalesuperconductingmemorybasedonthekineticinductanceofasyirmietri owireloops" NewJ. Phys. 19 (2017) 063015/ А. Мерфи, Д.В. Аверин, A. Безрядин "Сверхпроводниковая квантовая память нанометровых размеров на основе кинетической индуктивности асимметричной петли из нанопроводов" NewJ. Phys. 19 (2017) 063015) описана возможность создания магнитной ячейки памяти нанометровых размеров на основе кинетической индуктивности сверхпроводящих нанопроволок, которые уже показали много замечательных свойств. Это позволяет использовать гораздо меньшие устройства и, естественно, устраняет перекрестные помехи магнитного поля. Авторы показали, что спиральность, т.е. число витков параметра порядка в комплексном пространстве при обходе замкнутой сверхпроводящей петли, может быть использована для реализации наноразмерного энергонезависимого запоминающего устройства. Показано, как изменить спиральность под контролем калиброванных импульсов тока. Продемонстрировано надежное считывание памяти. Авторы приводят аргументы о том, что такая память может функционировать без диссипации энергии.In the open press (A. Murphy, DV Averin, and A. Bezryadin "Nanoscalesuperconductingmemorybasedonthekineticinductanceofasyirmietri owireloops" NewJ. Phys. 19 (2017) 063015 / A. Murphy, D.V. Averin, A. Bezryadin "Nanometer-sized superconducting quantum memory the asymmetric inductance loop of nanowires "NewJ. Phys. 19 (2017) 063015) describes the possibility of creating a nanometer-sized magnetic memory cell based on the kinetic inductance of superconducting nanowires, which have already shown many remarkable properties. This allows the use of much smaller devices and, naturally, eliminates crosstalk of the magnetic field. The authors showed that helicity, i.e. the number of turns of the order parameter in the complex space when bypassing a closed superconducting loop can be used to implement a nanoscale non-volatile memory device. It is shown how to change the helicity under the control of calibrated current pulses. Demonstrated reliable memory reading. The authors argue that such a memory can function without energy dissipation.

Недостатком известной реализации является отсутствие возможности создавать магнитное поле для каждой ячейки памяти, т.е. при объединении нескольких ячеек в регистр создавать свое отдельное поле для каждой из ячеек регистра.A disadvantage of the known implementation is the inability to create a magnetic field for each memory cell, i.e. when combining several cells into a register, create a separate field for each of the cells in the register.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемой полезной модели является техническое решение, описанное в статье А. Мерфи, Д.В. Аверин, А. Безрядин "Сверхпроводниковая квантовая память нанометровых размеров на основе кинетической индуктивности асимметричной петли из нанопроводов" NewJ. Phys. 19 (2017) 063015. Однако в известном устройстве отсутствует локальный источник магнитного поля. В известном устройстве магнитное поле вводится внешним магнитом и поэтому не может быть приложено отдельно к каждой ячейки памяти.The closest in technical essence and the achieved technical result to the claimed utility model is the technical solution described in the article by A. Murphy, D.V. Averin, A. Bezryadin "Superconducting quantum memory of nanometer sizes based on the kinetic inductance of an asymmetric loop of nanowires" NewJ. Phys. 19 (2017) 063015. However, in the known device there is no local source of magnetic field. In the known device, a magnetic field is introduced by an external magnet and therefore cannot be applied separately to each memory cell.

Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание сверхпроводящей ячейки памяти с возможностью контроля магнитного поля для отдельной ячейки, что позволит объединять подобные сверхпроводящие ячейки памяти в регистр. The technical problem to which the claimed utility model is directed is to create a superconducting memory cell with the ability to control the magnetic field for an individual cell, which will allow combining such superconducting memory cells into a register.

Поставленная техническая задача решается тем, что в ячейке квантовой памяти на основе сверхпроводниковой наноструктуры с источником магнитного поля на чипе, включающей сверхпроводниковую тонкопленочную наноструктуру на диэлектрической подложке в виде двух сверхпроводящих контактов для подключения к источнику тока, соединенных между собой двумя расположенными параллельно друг другу сверхпроводящими нанополосками разных размеров, которые образуют замкнутую петлю, согласно предложенной полезной модели, параллельно сверхпроводящим нанополоскам сформированы две полоски с двумя токоподводами для подключения к источнику тока для создания в области замкнутой петли сверхпроводниковой наноструктуры магнитного поля.The stated technical problem is solved in that in a quantum memory cell based on a superconducting nanostructure with a magnetic field source on a chip, including a superconducting thin-film nanostructure on a dielectric substrate in the form of two superconducting contacts for connecting to a current source, interconnected by two superconducting nanostreams parallel to each other different sizes that form a closed loop, according to the proposed utility model, parallel to superconducting two strips with two current leads are formed for the nano-strips to be connected to a current source to create a magnetic field in the closed loop region of the superconducting nanostructure of the nanostructure.

Кроме того, сверхпроводящие нанополоски, контакты к ним и полоски, создающие магнитное поле, выполнены из нитрида ниобия.In addition, superconducting nanostrips, contacts to them and strips that create a magnetic field are made of niobium nitride.

Кроме того, сверхпроводящие контакты к нанополоскам имеют длину 2600 микрометров и ширину 800 микрометров при толщине менее 4-6 нанометровIn addition, superconducting contacts to nanobands have a length of 2600 micrometers and a width of 800 micrometers with a thickness of less than 4-6 nanometers

Кроме того, сверхпроводящие нанополоски имеют длину 200 нанометров и ширину 50 и 65 нанометров при толщине от 4 до 6 нанометров.In addition, superconducting nanobands have a length of 200 nanometers and a width of 50 and 65 nanometers with a thickness of 4 to 6 nanometers.

Кроме того, полоски для создания в области сверхпроводниковой наноструктуры магнитного поля имеют толщину 500 нанометров, ширину 44 микрона и длину 440 микрометров.In addition, strips for creating a magnetic field in the region of a superconducting nanostructure have a thickness of 500 nanometers, a width of 44 microns and a length of 440 micrometers.

Кроме того, полоски для создания в области сверхпроводниковой наноструктуры магнитного поля расположены на расстоянии, не превышающем 35 микрометров от наноструктуры.In addition, strips for creating a magnetic field in the region of a superconducting nanostructure are located at a distance not exceeding 35 micrometers from the nanostructure.

Кроме того, ширина контактных площадок линии, создающей магнитное поле 800 микрометров, а длина 2600 микрометров.In addition, the width of the contact pads of the line creating the magnetic field is 800 micrometers, and the length is 2600 micrometers.

Технический результат, достижение которого обеспечивается реализацией всей заявляемой совокупности существенных признаков полезной модели, состоит в обеспечении возможности управления количеством квантов магнитного потока, пронизывающего петлю, благодаря наличию локального источника магнитного поля в непосредственной близости от петли. Это достигается благодаря реализации сверхпроводящих наномостиков, образующих сверхпроводящее квантовое устройство вместе со структурой, создающей магнитное поле на одном чипе в едином технологическом процессе.The technical result, the achievement of which is ensured by the implementation of the entire claimed combination of essential features of the utility model, consists in providing the ability to control the number of quanta of magnetic flux penetrating the loop due to the presence of a local source of magnetic field in the immediate vicinity of the loop. This is achieved through the implementation of superconducting nanobridges, forming a superconducting quantum device together with a structure that creates a magnetic field on a single chip in a single technological process.

Сущность полезной модели поясняется рисунком, где на фиг. 1 показана структура ячейки с расположением контактных площадок к нанополоскам и полосок, создающих магнитное поле в области петли.The essence of the utility model is illustrated in the figure, where in FIG. Figure 1 shows the structure of the cell with the location of the contact pads to the nanobands and strips creating a magnetic field in the loop region.

Рисунок содержит следующие позиции:The figure contains the following positions:

1 - диэлектрическая подложка;1 - dielectric substrate;

2 - сверхпроводящие контакты для подключения к источнику тока;2 - superconducting contacts for connection to a current source;

3 - сверхпроводящие нанополоски;3 - superconducting nanobands;

4 - полоски, создающие магнитное поле;4 - strips creating a magnetic field;

5 - токопроводы.5 - conductors.

Ячейка квантовой памяти (фиг. 1) образована на диэлектрической подложке (1) в виде двух сверхпроводящих контактов (2) для подключения к источнику тока, соединенных между собой двумя расположенными параллельно друг другу сверхпроводящими нанополосками разных размеровThe quantum memory cell (Fig. 1) is formed on a dielectric substrate (1) in the form of two superconducting contacts (2) for connecting to a current source, interconnected by two superconducting nanostrips of different sizes parallel to each other

(3), которые формируют замкнутую петлю. Для создания магнитного поля в области петли на данном планарном устройстве сформированы две полоски(3) which form a closed loop. To create a magnetic field in the loop area on this planar device, two strips are formed

(4) с двумя токоподводами (5) каждая для подключения к источнику тока. Сверхпроводящие нанополоски, контакты к ним и полоски, создающие магнитное поле, выполнены из нитрида ниобия. Выбор нитрида ниобия обусловлен тем, что из этого материала можно изготавливать тонкопленочные наноструктуры с высокой кинетической индуктивностью.(4) with two current leads (5) each for connection to a current source. Superconducting nanobands, contacts to them and strips creating a magnetic field are made of niobium nitride. The choice of niobium nitride is due to the fact that thin-film nanostructures with high kinetic inductance can be made from this material.

Сверхпроводящие контакты (2) к нанополоскам имеют длину 2600 микрометров и ширину 800 микрометров при толщине менее 6 нанометров. Сверхпроводящие нанополоски (3) имеют длину 200 нанометров и ширину 50 и 65 нанометров при толщине от 4 до 6 нанометров. Полоски (4) для создания в области сверхпроводниковой наноструктуры магнитного поля расположены параллельно сверхпроводящим нанополоскам и имеют толщину 500 нанометров, ширину 44 микрона и длину 440 микрометров. Они расположены на расстоянии, не превышающем 35 микрометров от наноструктуры. Ширина контактных площадок(5) линии, создающей магнитное поле 800 микрометров, а длина 2600 микрометров.The superconducting contacts (2) to the nanobands have a length of 2600 micrometers and a width of 800 micrometers with a thickness of less than 6 nanometers. Superconducting nanobands (3) have a length of 200 nanometers and a width of 50 and 65 nanometers with a thickness of 4 to 6 nanometers. The strips (4) for creating a magnetic field in the region of a superconducting nanostructure are parallel to the superconducting nanobands and have a thickness of 500 nanometers, a width of 44 microns and a length of 440 micrometers. They are located at a distance not exceeding 35 micrometers from the nanostructure. The width of the contact pads (5) of the line creating the magnetic field is 800 micrometers, and the length is 2600 micrometers.

Выбор размеров нанополосок (3) и расстояния между ними обусловлены необходимостью реализовать сверхпроводящую петлю, в которой в относительно малых магнитных полях можно создать магнитный поток кратный нескольким квантам магнитного потока. Размеры полосок (4) оптимальны для реализации магнитных полей от 12 до 32 мТл, достаточных для создания нескольких квантов магнитного потока в области петли. Размеры контактных площадок (2) и (5) оптимальны для реализации электрического соединения, как с помощью пружинных контактов, так и методом ультразвуковой сварки.The choice of nanoband sizes (3) and the distance between them is due to the need to realize a superconducting loop in which a magnetic flux multiple of several quanta of the magnetic flux can be created in relatively small magnetic fields. The sizes of the strips (4) are optimal for the implementation of magnetic fields from 12 to 32 mT, sufficient to create several quanta of magnetic flux in the loop region. The dimensions of the contact pads (2) and (5) are optimal for the implementation of electrical connections, both with the help of spring contacts, and by ultrasonic welding.

Физический механизм работы устройства основан на следующем. Информация, записанная в ячейку памяти, зашифрована в различных квантовых состояниях сверхпроводящей петли, каждое из которых определяется числом квантов магнитного потока n, находящихся "внутри" петли, между двумя полосками. При определенном значении тока, проходящего через нанополоски, устройство переходит из сверхпроводящего состояния в резистивное. Такой ток называется критическим. В резистивном состоянии кванты магнитного потока способны проникать внутрь петли и выходить из нее случайным образом. Для считывания и записи квантовых состояний петли необходимо прикладывать магнитное поле в пределах от 12 мТл до 32 мТл. Такое поле создается током проводящей линии от 7.2 мА до 19.1 мА.The physical mechanism of the device is based on the following. The information recorded in the memory cell is encrypted in various quantum states of the superconducting loop, each of which is determined by the number of magnetic flux quanta n located “inside” the loop between the two strips. At a certain value of the current passing through the nanobands, the device switches from a superconducting state to a resistive one. Such a current is called critical. In the resistive state, magnetic flux quanta are able to penetrate into the loop and exit from it randomly. To read and write the quantum states of the loop, it is necessary to apply a magnetic field in the range from 12 mT to 32 mT. Such a field is created by the conductive line current from 7.2 mA to 19.1 mA.

Для того чтобы записать состояние, необходимо подать переменный ток при одном из двух значений магнитного поля (в зависимости от состояния, которое нужно записать). При фиксированном магнитном поле критический ток устройства с разными квантовыми состояниями петли различен. Поэтому, подавая переменный ток, который выше критического тока состояния n-1, но ниже критического тока состояния n при определенном значении магнитного поля, можно создать внутри петли состояние с числом вихрей, которое соответствует состоянию n. Для этого следует совершить около 200 итераций с частотой -100 Гц.In order to record the state, it is necessary to apply alternating current at one of two values of the magnetic field (depending on the state that needs to be recorded). For a fixed magnetic field, the critical current of a device with different quantum states of the loop is different. Therefore, by supplying an alternating current that is higher than the critical current of state n-1, but below the critical current of state n at a certain value of the magnetic field, it is possible to create a state with the number of vortices inside the loop that corresponds to state n. To do this, about 200 iterations should be performed with a frequency of -100 Hz.

Использование в криогенных компьютерах созданной ячейка квантовой памяти на основе сверхпроводниковой наноструктуры с источником магнитного поля на чипе, как единицы памяти, позволит увеличить производительность процессоров из-за отсутствия выделения тепла.The use of a created quantum memory cell in cryogenic computers based on a superconducting nanostructure with a magnetic field source on a chip as a memory unit will increase processor performance due to the lack of heat generation.

Claims (6)

1. Ячейка квантовой памяти на основе сверхпроводниковой наноструктуры с источником магнитного поля на чипе, включающая сверхпроводниковую тонкопленочную наноструктуру на диэлектрической подложке в виде двух сверхпроводящих контактов для подключения к источнику тока, соединенных между собой двумя расположенными параллельно друг другу сверхпроводящими нанополосками разных размеров, которые образуют замкнутую петлю, отличающаяся тем, что параллельно сверхпроводящим нанополоскам сформированы две полоски с двумя токоподводами для подключения к источнику тока для создания в области замкнутой петли сверхпроводниковой наноструктуры магнитного поля.1. A quantum memory cell based on a superconducting nanostructure with a magnetic field source on a chip, including a superconducting thin-film nanostructure on a dielectric substrate in the form of two superconducting contacts for connecting to a current source, interconnected by two superconducting nanostrips of different sizes parallel to each other, which form a closed a loop, characterized in that two strips with two current leads are formed parallel to the superconducting nanostrips for Turning to the current source to create a closed loop in the nanostructure of the superconductor magnetic field. 2. Ячейка по п. 1, отличающаяся тем, что сверхпроводящие нанополоски, контакты к ним и полоски, создающие магнитное поле, выполнены из нитрида ниобия.2. The cell according to claim 1, characterized in that the superconducting nanostrips, contacts to them and strips that create a magnetic field are made of niobium nitride. 3. Ячейка по п. 1, отличающаяся тем, что сверхпроводящие контакты к нанополоскам имеют длину 2600 микрометров и ширину 800 микрометров при толщине менее 4-6 нанометров.3. The cell according to claim 1, characterized in that the superconducting contacts to the nanobands have a length of 2600 micrometers and a width of 800 micrometers with a thickness of less than 4-6 nanometers. 4. Ячейка по п. 1, отличающаяся тем, что сверхпроводящие нанополоски имеют длину 200 нанометров и ширину 50 и 65 нанометров при толщине от 4 до 6 нанометров.4. The cell according to claim 1, characterized in that the superconducting nanobands have a length of 200 nanometers and a width of 50 and 65 nanometers with a thickness of 4 to 6 nanometers. 5. Ячейка по п. 1, отличающаяся тем, что полоски для создания в области сверхпроводниковой наноструктуры магнитного поля имеют толщину 500 нанометров, ширину 44 микрона и длину 440 микрометров.5. The cell according to claim 1, characterized in that the strips for creating a magnetic field in the region of the superconducting nanostructure have a thickness of 500 nanometers, a width of 44 microns and a length of 440 micrometers. 6. Ячейка по п. 1, отличающаяся тем, что полоски для создания в области сверхпроводниковой наноструктуры магнитного поля расположены на расстоянии не превышающем 35 микрометров от наноструктуры.6. The cell according to claim 1, characterized in that the strips for creating a magnetic field in the region of the superconducting nanostructure of the nanostructure are located at a distance not exceeding 35 micrometers from the nanostructure.
RU2018145450U 2018-12-20 2018-12-20 Quantum memory cell based on a superconducting nanostructure RU195646U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018145450U RU195646U1 (en) 2018-12-20 2018-12-20 Quantum memory cell based on a superconducting nanostructure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018145450U RU195646U1 (en) 2018-12-20 2018-12-20 Quantum memory cell based on a superconducting nanostructure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU195646U1 true RU195646U1 (en) 2020-02-03

Family

ID=69415998

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018145450U RU195646U1 (en) 2018-12-20 2018-12-20 Quantum memory cell based on a superconducting nanostructure

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU195646U1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5663571A (en) * 1994-04-21 1997-09-02 Sony Corporation Quantum memory
US6414870B1 (en) * 2000-10-18 2002-07-02 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Magnetoquenched superconductor valve with bilayer ferromagnetic film for uniaxial switching
WO2011033438A2 (en) * 2009-09-17 2011-03-24 Dr Ohnesorge Frank Room temperature quantum field effect transistor comprising a 2-dimensional quantum wire array based on ideally conducting molecules
RU2455732C1 (en) * 2011-04-05 2012-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" (МИЭТ) Superconducting film-type magnetic flux transformer
RU2554612C2 (en) * 2013-06-17 2015-06-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) High-frequency superconducting memory element
US9520180B1 (en) * 2014-03-11 2016-12-13 Hypres, Inc. System and method for cryogenic hybrid technology computing and memory
RU2620027C1 (en) * 2016-04-22 2017-05-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) Josephson phase blast valve (versions)

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5663571A (en) * 1994-04-21 1997-09-02 Sony Corporation Quantum memory
US6414870B1 (en) * 2000-10-18 2002-07-02 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Magnetoquenched superconductor valve with bilayer ferromagnetic film for uniaxial switching
WO2011033438A2 (en) * 2009-09-17 2011-03-24 Dr Ohnesorge Frank Room temperature quantum field effect transistor comprising a 2-dimensional quantum wire array based on ideally conducting molecules
RU2455732C1 (en) * 2011-04-05 2012-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" (МИЭТ) Superconducting film-type magnetic flux transformer
RU2554612C2 (en) * 2013-06-17 2015-06-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) High-frequency superconducting memory element
US9520180B1 (en) * 2014-03-11 2016-12-13 Hypres, Inc. System and method for cryogenic hybrid technology computing and memory
RU2620027C1 (en) * 2016-04-22 2017-05-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) Josephson phase blast valve (versions)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2585578C2 (en) Magnetic memory element
RU2580378C2 (en) Recordable magnetic element
Murphy et al. Nanoscale superconducting memory based on the kinetic inductance of asymmetric nanowire loops
RU2595588C2 (en) Magnetic recording element
US8003410B2 (en) Method of operating quantum-mechanical memory and computational devices
US9825218B2 (en) Transistor that employs collective magnetic effects thereby providing improved energy efficiency
JPH10162326A (en) Magnetic tunnel junction element, junction memory- cell and junction magnetic field sensor
WO2012173750A2 (en) Magnetic memory system and methods in various modes of operation
Brückl et al. Enhanced magnetoresistance of permalloy/Al-oxide/cobalt tunnel junctions in the Coulomb blockade regime
US9882118B2 (en) Spin control mechanism and spin device
RU2620027C1 (en) Josephson phase blast valve (versions)
EP0882289B1 (en) Lateral magneto-electronic device exploiting a quasi-two-dimensional electron gas
KR100780131B1 (en) Magnetic memory, and method for writing the same
RU195646U1 (en) Quantum memory cell based on a superconducting nanostructure
RU2554612C2 (en) High-frequency superconducting memory element
JPS5935117B2 (en) Superconducting bistable device
JPH10284765A (en) Voltage drive type spin switch
Pagano et al. Proposal for a nanoscale superconductive memory
US11145361B2 (en) Superconducting switch
KR100574729B1 (en) Spin-tunnel transistor and magnetic reproducing head
RU2601775C2 (en) Josephson magnetic rotary valve
JP3593463B2 (en) Ferromagnetic tunnel effect element and magnetic device using the same
Yamashita et al. Recent progress in ferromagnet/superconductor hybrid structure and its applications to cryogenic computing
US11800814B1 (en) Memory cells based on superconducting and magnetic materials and methods of their control in arrays
JP2797443B2 (en) Magnetic storage element