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大規模単一磁束量子論理回路 コモンズ

国内特許コード P110004955
掲載日 2011年8月18日
出願番号 特願2005-291605
公開番号 特開2007-104332
登録番号 特許第4769938号
出願日 平成17年10月4日(2005.10.4)
公開日 平成19年4月19日(2007.4.19)
登録日 平成23年7月1日(2011.7.1)
発明者
  • 吉川 信行
出願人
  • 学校法人横浜国立大学
発明の名称 大規模単一磁束量子論理回路 コモンズ
発明の概要

【課題】大規模単一磁束量子論理回路を正常動作させる。また、大規模単一磁束量子論理回路において、磁気シールドや差動電流供給によっても解決されない外部磁場の影響を低減する。
【解決手段】本発明の大規模単一磁束量子論理回路は、単一磁束量子(SFQ)を情報担体とする単一磁束量子論理回路において、ジョセフソン接合の接合数が例えば1万接合を超える回路規模とする。大規模な回路を小規模な回路ブロックに分割し、各回路ブロック間において超伝導電流を分断することによって、外部磁界により各回路ブロックがSQUIDとしての作用を制限し、これによって、外部磁界による回路動作への影響を低減させる。単一磁束量子(SFQ)を用いた論理回路を複数有する回路ブロックを複数備えた構成とし、これら回路ブロック間のみを抵抗接続する。
【選択図】図5

従来技術、競合技術の概要


超伝導ループ中の単一磁束量子(Single Flux Quantum: SFQ)を情報担体とするSFQ論理回路は、半導体COMS集積回路等の半導体論理回路に比べてきわめて高速(例えば約10倍以上)、かつ低消費電力(例えば約千分の1以下)で動作可能であり、次世代の集積回路技術として期待されている。



このSFQ論理回路を、例えばジョセフソン接合の総接合数が1万接合以上の大規模な回路で実現するには様々な問題がある。このSFQ論理回路の大規模化に際して考慮すべき問題として、DCバイアス電流の影響である。SFQ論理回路は、その特性から磁界に対して非常に敏感な回路であり、また、SFQ論理回路を動作させるためには、原理上DCバイアス電流を供給する必要である。



SFQ論理回路の大規模化に伴ってDCバイアス電流の供給量が増大すると、このDCバイアス電流が発生する磁界が回路に大きな影響を与え、回路のバイアスマージン(動作バイアス範囲)が顕著に減少するなどによって大規模回路が正常動作しないという問題がある。



このようなDCバイアス電流によって発生する磁場が顔路動作に及ぼす影響を防止する回路構成として、例えば特許文献1が提案されている。



この特許文献1で提案される構成では、回路を駆動するバイアス電流か供給される線路を、絶縁層を介して超伝導グランド層に上部に形成し、この絶縁層の厚さを絶縁性を確保できる範囲内で薄く構成し、バイアス電流供給線路と超伝導グランド層との距離を微小とするものである。




【特許文献1】特開2004-64004号公報

【特許文献2】特開2001-251179号公報

【非特許文献1】N. Yoshikawa, K. Yoda and J. Koshiyama, "A Resistively-Coupled-Cell-Based Design Approach for RSFQ Logic Circuits", Extended Abstract of 8th International Superconductive Electronics Conference (ISEC'01), Osaka, Japan, June, 2001, pp. 465-466.

産業上の利用分野


本発明は、大規模単一磁束量子論理回路に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
複数の単一磁束量子(SFQ)を情報担体とする大規模単一磁束量子論理回路において、
当該大規模単一磁束量子論理回路は、
分割された複数の回路ブロックと、前記回路ブロック間を接続する接続ブロックとを備え、
前記各回路ブロックは、単一磁束量子(SFQ)を用いた論理回路を複数有すると共に、回路ブロック内の電流を超伝導電流とし、
前記接続ブロックは、前記回路ブロック間を抵抗接続して各回路ブロックの超伝導電流を分断し、
前記回路ブロックを単位とする超伝導ループを形成することを特徴とする、大規模単一磁束量子論理回路。

【請求項2】
前記接続ブロックの抵抗接続を形成する抵抗の抵抗値は、当該抵抗によるSFQパルスの減衰を、通過後の回路ブロック内での動作を有効とする範囲内とする値であることを特徴とする、請求項に記載の大規模単一磁束量子論理回路。

【請求項3】
前記回路ブロックは、当該回路ブロック内に含まれるジョセフソン接合の総接合数Nを5000以下とすることを特徴とする、請求項1又は2に記載の大規模単一磁束量子論理回路。

【請求項4】
前記回路ブロックは、外部磁束密度Bに、その外部磁束が回路ブロック内の超伝導ループと鎖交する面積Sを乗じたB・Sを、その回路ブロックに含まれるジョセフソン接合の接合数Nで除した値B・S/Nが所定磁束ΦA以上とする接合数Nを備えることを特徴とする、請求項1から請求項3の何れか一つに記載の大規模単一磁束量子論理回路

【請求項5】
前記所定磁束ΦAは、単一磁束量子Φの磁束のN分の1の十分に一のオーダーであることを特徴とする請求項に記載の大規模単一磁束量子論理回路。

【請求項6】
前記抵抗は、当該抵抗をループ内に持つジョセフソン線路、及び/又は当該抵抗をループ内に持つ超伝導受動線路により構成されることを特徴とする請求項1から請求項5の何れか一つに記載の大規模単一磁束量子論理回路。

【請求項7】
前記論理回路は、複数の論理ゲートを備えることを特徴とする、請求項1から請求項6の何れか一つに記載の大規模単一磁束量子論理回路。
産業区分
  • 基本電子回路
  • 固体素子
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2005291605thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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