(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジョセフソン電流源システムであって、
磁束シャトルループであって、前記磁束シャトルループのまわりに間隔を隔てて配置された複数のジョセフソン接合を含み、かつ起動されると、誘導的に結合されるＡＣ入力信号に応答して、前記磁束シャトルループのまわりの前記複数のジョセフソン接合を連続的にトリガして、出力インダクタを介して供給されるＤＣ出力電流を生成するように構成される前記磁束シャトルループと、
前記磁束シャトルループを選択的に起動および停止して、前記ＤＣ出力電流の振幅を制御するように構成される磁束噴射器と
を備えるジョセフソン電流源システム。
【請求項２】
前記磁束噴射器が、前記磁束シャトルループを起動して、単一磁束量子（ＳＦＱ）パルスに応答して前記磁束シャトルループのまわりの前記複数のジョセフソン接合の連続的なトリガを開始するように構成され、かつレシプロカルＳＦＱパルスに応答して前記磁束シャトルループを停止するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
磁束シャトルループが、前記磁束シャトルループの起動および停止のうちの１つに対応する磁束状態を含む超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）を含み、前記磁束噴射器が、前記磁束シャトルループの起動および停止のうちの１つを行う入力信号に応答して前記磁束状態を変えるように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記ＳＱＵＩＤが、前記磁束シャトルループの一部を形成するＳＱＵＩＤジョセフソン接合を含み、前記磁束噴射器が、ＤＣバイアス電流を伝播するように構成される第１のインダクタと、前記第１のインダクタと磁気的に結合され、かつ前記入力信号を伝播するように構成される第２のインダクタと、前記第１のインダクタおよび前記第２のインダクタと磁気的に結合され、かつ前記ＳＱＵＩＤの一部を形成する第３のインダクタとを含む変圧器をさらに含み、それにより、前記ＳＱＵＩＤジョセフソン接合が、前記入力信号に応答して前記磁束シャトルループを起動および停止するようにトリガする、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記磁束シャトルループが、前記ＡＣ入力信号の個々の位相とそれぞれ関連付けられる複数の段を含み、前記複数の段のそれぞれが、前記複数の段の個々の１つを前記出力インダクタと相互に接続する蓄積インダクタを含み、かつ電圧パルスを前記出力インダクタに供給して、前記複数のジョセフソン接合の前記連続的なトリガに応じて、前記ＤＣ出力電流を増大させるように構成され、前記複数の段の１つが前記磁束噴射器を含み、それにより、前記第３のインダクタが、前記複数の段の個々の１つと関連付けられた前記蓄積インダクタとして構成される、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記ＡＣ入力信号が、同相ＡＣ入力信号と、直角位相ＡＣ入力信号とを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記磁束シャトルループが、前記磁束シャトルループを前記同相ＡＣ入力信号および前記直角位相ＡＣ入力信号のそれぞれと誘導的に結合するように構成される複数の変圧器をさらに含み、前記同相ＡＣ入力信号が、前記複数の変圧器の第１の部分の一次巻線を通して供給されて、バイアス電流を前記複数の変圧器の前記第１の部分の二次巻線に誘導し、前記直角位相ＡＣ入力信号が、前記複数の変圧器の第２の部分の一次巻線を通して供給されて、バイアス電流を前記複数の変圧器の前記第２の部分の二次巻線に誘導して、前記複数のジョセフソン接合の前記連続的なトリガを可能にする、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記磁束シャトルループが複数の段を含み、前記磁束噴射器が前記複数の段の１つとして構成され、前記複数の段のそれぞれが、
前記ＡＣ入力信号の誘導結合に基づいてバイアス電流を生成するように構成される変圧器と、
前記バイアス電流に応じて電圧パルスを生成するようにトリガするように構成されるジョセフソン接合と、
前記複数の段の個々の１つを前記出力インダクタと相互に接続し、かつ前記電圧パルスを前記出力インダクタに供給するように構成される蓄積インダクタと
を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記磁束噴射器が第１の磁束噴射器であり、該第１の磁束噴射器は、第１の入力信号に応答して前記磁束シャトルループを選択的に起動および停止して、前記磁束シャトルループが前記第１の磁束噴射器によって起動されると、前記磁束シャトルループのまわりの前記複数のジョセフソン接合の連続的なトリガに基づいて前記ＤＣ出力電流の振幅を選択的に増大させるように構成され、前記システムが、第２の磁束噴射器をさらに備え、該第２の磁束噴射器は、第２の入力信号に応答して前記磁束シャトルループを選択的に起動および停止して、前記磁束シャトルループが前記第２の磁束噴射器によって起動されると、前記磁束シャトルループのまわりの前記複数のジョセフソン接合の連続的なトリガに基づいて前記ＤＣ出力電流の振幅を選択的に減少させるように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
請求項１に記載のジョセフソン電流源システムを備える超伝導電流源であって、前記ジョセフソン電流源システムが、前記磁束シャトルループの起動に応じて前記ＤＣ出力電流の振幅を増大させるように構成され、前記超伝導電流源が、
プログラム可能な電流レジスタに応じて前記ＤＣ出力電流の振幅を設定し、かつ前記磁束シャトルループを起動するために前記磁束噴射器に供給される第１の入力信号および第２の入力信号を生成するように構成されるコントローラと、
第２のジョセフソン電流源システムであって、
第２の磁束シャトルループであって、前記第２の磁束シャトルループのまわりに間隔を隔てて配置された第２の複数のジョセフソン接合を含み、かつ起動されると、前記誘導的に結合されるＡＣ入力信号に応答して、前記第２の磁束シャトルループのまわりの前記第２の複数のジョセフソン接合を連続的にトリガして、前記出力インダクタを介して供給される前記ＤＣ出力電流を減少させるように構成される前記第２の磁束シャトルループと、
前記第２の入力信号に応答して前記第２の磁束シャトルループを選択的に起動および停止するように構成される第２の磁束噴射器とを含む前記第２のジョセフソン電流源システムと
をさらに備える超伝導電流源。
【請求項１１】
請求項１に記載の複数のジョセフソン電流源システムを備え、前記複数のジョセフソン電流源システムが、個々の複数のＤＣ出力電流を生成するように構成されている、超伝導回路システム。
【請求項１２】
ＤＣ出力電流の振幅を制御するための方法であって、
第１の単一磁束量子（ＳＦＱ）パルスを第１の磁束噴射器に供給して、ＡＣ入力信号に基づいた複数のジョセフソン接合の連続的なトリガを介して、少なくとも１つの磁束シャトルループのまわりに伝播する第１のフラクソン要素を生成して、出力インダクタの前記ＤＣ出力電流の振幅を増大させるステップと、
第１のレシプロカルＳＦＱパルスを前記第１の磁束噴射器に供給して、前記第１のフラクソン要素を実質的に打ち消す第１の反フラクソン要素を生成して、前記ＤＣ出力電流の振幅を維持するステップと、
第２のＳＦＱパルスを第２の磁束噴射器に供給して、前記ＡＣ入力信号に基づいた前記複数のジョセフソン接合の連続的なトリガを介して、前記少なくとも１つの磁束シャトルループのまわりに伝播する第２のフラクソン要素を生成して、前記出力インダクタの前記ＤＣ出力電流の振幅を減少させるステップと、
第２のレシプロカルＳＦＱパルスを前記第２の磁束噴射器に供給して、前記第２のフラクソン要素を実質的に打ち消す第２の反フラクソン要素を生成して、前記ＤＣ出力電流の振幅を維持するステップと
を含む方法。
【請求項１３】
前記ＤＣ出力電流の所望の振幅に対応するデジタル信号を受信するステップと、
前記第１のＳＦＱパルスおよび前記第２のＳＦＱパルスのうちの１つを供給して、前記第１のフラクソン要素および前記第２のフラクソン要素の個々の１つを生成して、それぞれ前記ＤＣ出力電流の振幅の増大および減少の１つを行うステップと、
前記ＡＣ入力信号の周期をカウントするステップであって、前記ＡＣ入力信号のそれぞれの周期が、前記ＤＣ出力電流の振幅の増分に対応する、前記カウントするステップと、
前記ＤＣ出力電流が、前記ＤＣ出力電流の前記所望の振幅とほぼ等しくなるのに十分な前記ＡＣ入力信号の周期量に応じて、前記第１のレシプロカルＳＦＱパルスおよび前記第２のレシプロカルＳＦＱパルスの１つを供給して、前記第１の反フラクソン要素および前記第２の反フラクソン要素の個々の１つを生成して、前記ＤＣ出力電流の振幅を維持するステップと
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１のＳＦＱパルスを供給するステップが、前記第１のＳＦＱパルスを前記第１の磁束噴射器に供給して、磁束シャトルループのまわりに伝播するフラクソンとして前記第１のフラクソン要素を生成することを含み、前記第２のＳＦＱパルスを供給するステップが、前記第２のＳＦＱパルスを前記第２の磁束噴射器に供給して、前記磁束シャトルループのまわりに伝播する反フラクソンとして前記第２のフラクソン要素を生成することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１のＳＦＱパルスを供給するステップが、前記第１のＳＦＱパルスを前記第１の磁束噴射器に供給して、第１の磁束シャトルループのまわりに伝播するフラクソンとして前記第１のフラクソン要素を生成することを含み、前記第２のＳＦＱパルスを供給するステップが、前記第２のＳＦＱパルスを前記第２の磁束噴射器に供給して、第２の磁束シャトルループのまわりに伝播するフラクソンとして前記第２のフラクソン要素を生成することを含み、前記第１の磁束シャトルループおよび前記第２の磁束シャトルループが、前記出力インダクタの両側で前記出力インダクタに結合されている、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、量子および古典的デジタル超伝導回路に関し、特にジョセフソン電流源システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超伝導デジタル技術は、かつてないほどの高速、低電力損失、および低動作温度の恩恵を受けるコンピューティングリソースおよび／または通信リソースを提供してきた。超伝導デジタル技術は、ＣＭＯＳ技術の代替として開発され、典型的には、超伝導ジョセフソン接合を用いる超伝導体ベースの単一磁束量子超伝導回路を含み、２０Ｇｂ／ｓ（ギガバイト／秒）以上の典型的なデータ速度で起動デバイス１つにつき１ｎＷ（ナノワット）未満の典型的な電力損失を示すことが可能であり、かつ約４ケルビンの温度で動作することが可能である。ジョセフソン接合が起動デバイスである特定の超伝導回路は、ジョセフソン接合のＤＣ電流バイアスを必要とする。典型的なシステムは、バイアス抵抗器ネットワークを用いてＤＣバイアス電流を直接供給することができるが、その結果、スプリアス磁界が発生するとともに、高電力損失に起因する熱が発生する可能性がある。このような回路での電力バジェットは、起動デバイスのスイッチが入っていてもいなくても、バイアス抵抗器ネットワークで損失され得る静止電力消費量によって支配される可能性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
１つの実施形態は、ジョセフソン電流源システムを説明する。このシステムは、磁束シャトルループであって、磁束シャトルループのまわりに間隔を隔てて配置された複数のジョセフソン接合を含み、かつ起動されると、誘導的に結合されるＡＣ入力信号に応答して、磁束シャトルループのまわりの複数のジョセフソン接合を連続的にトリガして、出力インダクタを介して供給されるＤＣ出力電流を生成するように構成される磁束シャトルループを含む。このシステムは、磁束シャトルループを選択的に起動および停止して、ＤＣ出力電流の振幅を制御するように構成される磁束噴射器（ｆｌｕｘ  ｉｎｊｅｃｔｏｒ）も含む。
【０００４】
別の実施形態は、ＤＣ出力電流の振幅を制御するための方法を含む。この方法は、第１の単一磁束量子（ＳＦＱ：ｓｉｎｇｌｅ−ｆｌｕｘ  ｑｕａｎｔｕｍ）パルスを第１の磁束噴射器に供給して、ＡＣ入力信号に基づいた複数のジョセフソン接合の連続的なトリガを介して、少なくとも１つの磁束シャトルループのまわりに伝播する第１のフラクソン要素を生成して、出力インダクタのＤＣ出力電流の振幅を増大させるステップを含む。この方法は、第１のレシプロカルＳＦＱパルスを第１の磁束噴射器に供給して、第１のフラクソン要素を実質的に打ち消す第１の反フラクソン要素を生成して、ＤＣ出力電流の振幅を維持するステップも含む。この方法は、第２のＳＦＱパルスを第２の磁束噴射器に供給して、ＡＣ入力信号に基づいた複数のジョセフソン接合の連続的なトリガを介して、少なくとも１つの磁束シャトルループのまわりに伝播する第２のフラクソン要素を生成して、出力インダクタのＤＣ出力電流の振幅を減少させるステップも含む。この方法は、第２のレシプロカルＳＦＱパルスを第２の磁束噴射器に供給して、第２のフラクソン要素を実質的に打ち消す第２の反フラクソン要素を生成して、ＤＣ出力電流の振幅を維持するステップをさらに含む。
【０００５】
別の実施形態は、ジョセフソン電流源システムを説明する。このシステムは、磁束シャトルループであって、磁束シャトルループのまわりに間隔を隔てて配置された複数のジョセフソン接合を含み、かつ起動されると、誘導的に結合されるＡＣ入力信号に応答して、磁束シャトルループのまわりの複数のジョセフソン接合を連続的にトリガして、出力インダクタを介して供給されるＤＣ出力電流を生成するように構成される磁束シャトルループを含む。このシステムは、第１の磁束状態および第２の磁束状態のうちの１つを有する超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ：ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ｄｅｖｉｃｅ）を含む磁束噴射器であって、単一磁束量子（ＳＦＱ）パルスに応答して第１の磁束状態から第２の磁束状態に変わり、磁束シャトルループを起動して、ＤＣ出力電流の振幅を増大させるように構成される磁束噴射器をさらに含む。磁束噴射器は、レシプロカルＳＦＱパルスに応答して第２の磁束状態から第１の磁束状態に変わり、磁束シャトルループを停止して、ＤＣ出力電流の振幅を維持するようにさらに構成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】一例の超伝導回路システムを示す図。
【図２】一例のジョセフソン電流源回路を示す図。
【図３】一例のタイミング図を示す図。
【図４】一例の磁束噴射器を示す図。
【図５】別の例のタイミング図を示す図。
【図６】別の例のジョセフソン電流源回路を示す図。
【図７】一例のジョセフソン電流源システムを示す図。
【図８】別の例のジョセフソン電流源システムを示す図。
【図９】一例の超伝導回路システムを示す図。
【図１０】ＤＣ出力電流の振幅を制御するための一例の方法を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明は、概して、量子および古典的デジタル超伝導回路に関し、特にジョセフソン電流源システムおよび方法に関する。ジョセフソン電流源は、複数の段（ｓｔａｇｅ）を含む磁束シャトルループを含む。複数の段は、それぞれ変圧器と、少なくとも１つのジョセフソン接合と、蓄積インダクタとを含む。変圧器は、ＡＣ入力信号を磁束シャトルループに誘導的に結合するように構成され、それにより、ＡＣ入力信号が磁束シャトルループにおいてバイアス電流を供給する。ジョセフソン電流源は、磁束シャトルループを選択的に起動および停止するように構成される磁束噴射器も含む。例えば、磁束噴射器は、単一磁束量子（ＳＦＱ）パルスを受信して磁束シャトルループを起動し、かつレシプロカルＳＦＱパルス（ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ  ＳＦＱ  ｐｕｌｓｅ）を受信して磁束シャトルループを停止するように構成することができる。このように、磁束シャトルが起動されると、それぞれの段のジョセフソン接合は、ＡＣ入力信号の周波数に基づいて磁束シャトルループのまわりにフラクソン（ｆｌｕｘｏｎ）（例えば、ＳＦＱパルス）を伝播するようにトリガする。一例として、フラクソンは、ＡＣ入力信号の各正のサイクルおよび負のサイクルで所与の段を通して伝播することができる。フラクソンは、複数の段のそれぞれの蓄積インダクタに供給されて、電圧パルスを出力インダクタに供給し、それにより、出力インダクタが上昇するＤＣ出力電流ランプを供給する。
【０００８】
一例として、ＡＣ入力信号は、同相ＡＣ入力信号および直角位相ＡＣ入力信号を含むことができ、また、磁束シャトルループは、４つの段を含むことができる。段のうちの２つの変圧器の一次巻線は、段のうちの他の２つの変圧器の一次巻線に対して逆の極性を有することができる。したがって、同相ＡＣ入力信号および直角位相ＡＣ入力信号のそれぞれの正のサイクルでは、段のうちの２つにおける変圧器の二次巻線に誘導されたバイアス電流は、磁束シャトルループのまわりの所与の方向に供給することが可能であり、同相ＡＣ入力信号および直角位相ＡＣ入力信号のそれぞれの負のサイクルでは、段のうちの他の２つにおける変圧器の二次巻線に誘導されたバイアス電流は、磁束シャトルループのまわりの同じ所与の方向に供給することが可能である。したがって、段のそれぞれにおけるジョセフソン接合は、ＡＣ入力信号の９０ｏごとに連続的にトリガして、磁束シャトルループのまわりにフラクソンを回転させて、電圧パルスを出力インダクタに供給して、上昇するＤＣ出力電流を生成することができる。
【０００９】
磁束噴射器を介した磁束シャトルループの選択的な起動および停止に基づいて、ＤＣ出力電流の振幅は、磁束シャトルループのまわりに伝播しているフラクソン要素に基づいて選択的に制御することが可能である。本明細書に記載される場合、「フラクソン要素」という用語は、フラクソンまたは反フラクソンを指し、「反フラクソン要素」という用語は、フラクソン要素のそれぞれの反対を指す。したがって、反フラクソンまたはフラクソンをそれぞれ指す。一例として、ＤＣ出力電流は、少なくとも１つの磁束シャトルループのまわりのフラクソン要素（例えば、フラクソン）の伝播中に増大させることができ、ＤＣ出力電流の振幅は、磁束噴射器で受信したレシプロカルＳＦＱパルスに基づいた少なくとも１つの磁束シャトルループの停止に応じて維持（例えば、無負荷状態において一定の振幅で保持）することができる。維持されるＤＣ出力電流の振幅は、例えば、出力インダクタの最大対応振幅未満とすることができる。同様に、ＤＣ出力電流は、少なくとも１つの磁束シャトルループのまわりのフラクソン要素の伝播中に減少させることができ、ＤＣ出力電流の振幅は、磁束噴射器で受信したレシプロカルＳＦＱパルスに基づいた少なくとも１つの磁束シャトルループの停止に応じて維持（例えば、無負荷状態において一定の振幅で保持）することができる。
【００１０】
例えば、２つの磁束噴射器を所与のＤＣ出力電流源で実施することが可能である。磁束噴射器は、単一磁束シャトルループで実施することが可能であるだけでなく、２つのそれぞれの磁束シャトルループで実施してＤＣ出力電流の振幅を選択的に増減させることも可能である。例えば、単一磁束シャトルループにおいて、磁束シャトルループのまわりに第１のフラクソン要素（例えば、フラクソン）を伝播してＤＣ出力電流の振幅を増大させるように、また反フラクソン要素（例えば、反フラクソン）を導入してＤＣ出力電流の振幅の増大を止めるように、第１の磁束噴射器を構成することが可能である。同様に、第２の磁束噴射器は、磁束シャトルループのまわりに第２のフラクソン要素（例えば、反フラクソン）を伝播してＤＣ出力電流の振幅を減少させるように構成することが可能であり、反フラクソン要素（例えば、フラクソン）を導入してＤＣ出力電流の振幅の減少を止めることが可能である。別の例として、２つの磁束シャトルループは、出力インダクタの両側に結合させることが可能であり、それにより、第１の磁束シャトルループのまわりに伝播している第１のフラクソン要素（例えば、フラクソン）が、ＤＣ出力電流の振幅を増大させ、第１の磁束シャトルループに導入された反フラクソン要素（例えば、反フラクソン）が、ＤＣ出力電流の振幅の増大を止めることができる。同様に、第２の磁束シャトルループのまわりに伝播している第２のフラクソン要素（例えば、フラクソン）が、ＤＣ出力電流の振幅を減少させることができ、第２の磁束シャトルループに導入された反フラクソン要素（例えば、反フラクソン）が、ＤＣ出力電流の振幅の減少を止めることができる。
【００１１】
図１は、一例の超伝導回路システム１０を図示する。一例として、超伝導回路システム１０は、メモリまたは処理システムなど、様々な古典的コンピューティング用途および量子コンピューティング用途のいずれでも実施することが可能である。超伝導回路システム１０は、図１の例では、ＤＣ出力電流ＩＤＣとして表示されているＤＣ出力電流を受け取るデバイス１２を含む。一例として、ＤＣ出力電流ＩＤＣは、デバイス１２を駆動する電力信号またはドライバ信号として供給することが可能である。例えば、デバイス１２は、読み出し電流または書き込み電流をメモリセルに供給するようなメモリドライバに対応し得る。
【００１２】
超伝導回路システム１０は、ジョセフソン電流源１４も含む。ジョセフソン電流源１４は、クロック信号ＡＣに応答してＤＣ出力電流ＩＤＣを生成するように構成されている。クロック信号ＡＣは、ジョセフソン電流源１４と関連付けられたクロック信号に対応し得る。一例として、クロック信号ＡＣは、実質的に一定の周波数（例えば、およそ１０ＧＨｚ）、および例えばレシプロカル量子論理（ＲＱＬ：ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｌｏｇｉｃ）超伝導回路に適用可能な、低振幅（例えば、ＲＭＳでおよそ２ｍＡ）のＡＣ電流を有する正弦波形とすることができる。ジョセフソン電流源１４は、入力信号ＲＱＬＩＮを受信するように表示されている。入力信号ＲＱＬＩＮをジョセフソン電流源１４に供給して、ジョセフソン電流源１４の動作を選択的に起動および停止してＤＣ出力電流ＩＤＣを生成することができる。例えば、入力信号ＲＱＬＩＮは、レシプロカル量子論理（ＲＱＬ）回路を介して供給することができる。一例として、入力信号ＲＱＬＩＮは、ＤＣ出力電流の振幅を制御する単一磁束量子（ＳＦＱ）パルスおよびレシプロカルＳＦＱパルスの１つとすることができる。
【００１３】
図１の例では、ジョセフソン電流源１４は、磁束シャトルループ１６を含む。磁束シャトルループ１６は、クロック信号ＡＣの周波数に基づいて、磁束シャトルループ１６のまわりにフラクソンを伝播するように構成される複数の段を含むことができる。本明細書に記載される場合、磁束シャトルループ１６に関する「ループ」という用語は、磁束シャトルループ１６の段の、第１の段が最後の段に結合可能であるような実質的に連続したループ（例えば、環状の）構成を記述するものである。したがって、フラクソンは、入力信号ＲＱＬＩＮの第１の状態（例えば、ＳＦＱパルス）に応じて磁束シャトルループ１６のまわりに実質的に連続して伝播することが可能であり、入力信号ＲＱＬＩＮの第２の状態（例えば、レシプロカルＳＦＱパルス）に応じて磁束シャトルループ１６のまわりの伝播を止めることが同様に可能である。一例として、入力信号ＲＱＬＩＮの第２の状態は、反フラクソンを（例えば、フラクソンから位相を半クロックサイクルずらして）磁束シャトルループ１６に導入することができ、それにより、フラクソンと反フラクソンとの間の引力が相互に作用して、フラクソンを実質的に消滅させることができる。その結果、ＤＣ出力電流ＩＤＣの振幅は、特定の振幅で（例えば、デバイス１２に関連して無負荷状態で）維持することができる。
【００１４】
一例として、磁束シャトルループ１６は、分路抵抗器とともに、あるいは分路抵抗器なしで配置することができる。一例として、磁束シャトルループ１６の段は、それぞれ変圧器と、少なくとも１つのジョセフソン接合と、蓄積インダクタとを含むことができる。変圧器は、クロック信号ＡＣを磁束シャトルループ１６に誘導的に結合するように構成され、それにより、クロック信号ＡＣが磁束シャトルループ１６においてバイアス電流を供給することができる。これにより、ＡＣバイアス電流に応じて、磁束シャトルループ１６の段のそれぞれにおけるジョセフソン接合は、クロック信号ＡＣの周波数に基づいて、磁束シャトルループ１６のまわりにフラクソンを伝播するようにトリガする。一例として、フラクソンは、クロック信号ＡＣの各正のサイクルおよび負のサイクルで段のうちの所与の１つを通して伝播することが可能である。フラクソンは、磁束シャトルループ１６のまわりに伝播するため、磁束シャトルループ１６の段のそれぞれの蓄積インダクタに供給されて、例えば、ジョセフソン電流源１４の出力インダクタ（図示せず）に電圧パルスを供給することが可能である。したがって、クロック信号ＡＣの周波数に基づいて出力インダクタに連続的に供給される電圧パルスに基づいて、より多くのＤＣ出力電流ＩＤＣが出力インダクタを通って流れることができる。例えば、蓄積インダクタのそれぞれに低電圧（例えば、およそ２μＶ／ＧＨｚ）を供給するフラクソンに基づいて電圧パルスを生成し、それにより、生じた電圧パルスが出力インダクタにまとめられ、より多くのＤＣ出力電流ＩＤＣを供給することができる。
【００１５】
加えて、ジョセフソン電流源１４は、入力信号ＲＱＬＩＮに応答して磁束シャトルループ１６を選択的に起動および停止するように構成される磁束噴射器１８を含む。一例として、磁束噴射器１８は、磁束シャトルループ１６（の例えば、一部）に結合される超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）であって、磁束シャトルループ１６の起動または停止に対応する磁束状態を有し、かつ入力信号ＲＱＬＩＮに応答して状態を変えることが可能な超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）を含むことができる。例えば、ＳＦＱパルスとして供給されている入力信号ＲＱＬＩＮに応答して、磁束状態を逆転させて、フラクソンを磁束シャトルループ１６に導入してＤＣ出力電流ＩＤＣの振幅を増大させることが可能である。同様に、レシプロカルＳＦＱパルスとして供給されている入力信号ＲＱＬＩＮに応答して、磁束状態を再び逆転させて、反フラクソンを磁束シャトルループ１６に導入してＤＣ出力電流ＩＤＣの振幅を（例えば、出力インダクタによって定義された最大対応振幅未満の振幅で）維持することが可能である。したがって、磁束噴射器１８を実施して、ＤＣ出力電流ＩＤＣの振幅を制御することが可能である。
【００１６】
したがって、ジョセフソン電流源１４は、ＤＣ出力電流ＩＤＣを電力効率良く生成するように動作させることができる。一例として、ジョセフソン電流源１４は、典型的な抵抗に基づいたＤＣ電流源とは対照的に、静止電力損失から実質的に熱を発生することがない。それに応じて、ジョセフソン電流源１４は、特に量子コンピューティングおよび省エネルギー型の高性能コンピューティング環境では、典型的な電流源よりも効率的かつ効果的に動作することができる。加えて、磁束シャトルループ１６を選択的に起動および停止するように磁束噴射器１８を構成することが可能であるため、ＤＣ出力電流ＩＤＣの振幅を選択的に制御することが可能である。したがって、ＤＣ出力電流ＩＤＣの振幅は、関連した出力インダクタによって定義された最大対応限度未満の振幅で維持することが可能であり、したがって、磁束シャトルループ１６は、ＤＣ出力電流ＩＤＣの振幅を最大限にせずに停止することが可能である。それに応じて、ここでさらに詳細に説明するように、ＤＣ出力電流ＩＤＣの振幅は、選択的に増分および減分することが可能である。
【００１７】
図２は、一例のジョセフソン電流源回路５０を図示する。ジョセフソン電流源回路５０は、超伝導回路システム１０のジョセフソン電流源１４に対応し得る。したがって、ジョセフソン電流源回路５０は、第１の段５４、第２の段５６、第３の段５８、および第４の段６０として、図２の例に表示されている複数の段を含む磁束シャトルループ５２を含む。段５４、５６、５８、および６０は、連続的に結合されてループ構成を形成している。ジョセフソン電流源回路５０は、ＡＣ入力信号に基づいてＤＣ出力電流を生成するように構成されている。図２の例では、ＡＣ入力信号は、同相クロック信号ＡＣＩおよび直角位相クロック信号ＡＣＱを含むように表示されている。一例として、同相クロック信号ＡＣＩおよび直角位相クロック信号ＡＣＱは、まとめて、ＲＱＬ回路用に実施されるＡＣ直交信号に対応し得る。ＤＣ出力電流は、出力インダクタＬＯＵＴを通って流れる電流ＩＤＣとして表示されている。
【００１８】
段５４、５６、５８、および６０は、それぞれ互いに実質的に同様に構成されている。第１の段５４は、変圧器Ｔ１と、第１のジョセフソン接合Ｊ１＿１と、第２のジョセフソン接合Ｊ２＿１とを含む。第２の段５６は、変圧器Ｔ２と、第１のジョセフソン接合Ｊ１＿２と、第２のジョセフソン接合Ｊ２＿２とを含む。第３の段５８は、変圧器Ｔ３と、第１のジョセフソン接合Ｊ１＿３と、第２のジョセフソン接合Ｊ２＿３とを含む。第４の段６０は、変圧器Ｔ４と、第１のジョセフソン接合Ｊ１＿４と、第２のジョセフソン接合Ｊ２＿４とを含む。第１の段５４および第２の段５６は、磁束噴射器６２によって相互に接続されており、第２の段５６および第３の段５８は、インダクタＬＸ＿１によって相互に接続されており、第３の段５８および第４の段６０は、インダクタＬＸ＿２によって相互に接続されており、第４の段６０および第１の段５４は、インダクタＬＸ＿３によって相互に接続されている。
【００１９】
変圧器Ｔ１およびＴ３は、一次巻線Ｌ１＿１およびＬ１＿３をそれぞれ含み、それらの一次巻線を通って同相クロック信号ＡＣＩが流れ、変圧器Ｔ２およびＴ４は、一次巻線Ｌ１＿２およびＬ１＿４をそれぞれ含み、それらの一次巻線を通って直角位相クロック信号ＡＣＱが流れる。変圧器Ｔ１およびＴ３は、同相クロック信号ＡＣＩの磁束シャトルループ５２への誘導結合を提供し、変圧器Ｔ２およびＴ４は、直角位相クロック信号ＡＣＱの磁束シャトルループ５２への誘導結合を提供する。したがって、同相クロック信号ＡＣＩに応答して第１の変圧器Ｔ１は、二次巻線Ｌ２＿１を介してバイアス電流ＩＢ１を生成し、第３の変圧器Ｔ３は、二次巻線Ｌ２＿３を介してバイアス電流ＩＢ３を生成することができる。同様に、直角位相クロック信号ＡＣＱに応答して第２の変圧器Ｔ２は、二次巻線Ｌ２＿２を介してバイアス電流ＩＢ２を生成し、第４の変圧器Ｔ４は、二次巻線Ｌ２＿４を介してバイアス電流ＩＢ４を生成することができる。一例として、インダクタＬＸ＿１、ＬＸ＿２、ＬＸ＿３、および磁束噴射器６２のインダクタ（ここでさらに詳細に説明するように）のインダクタンスと同様に、二次巻線Ｌ２＿１、Ｌ２＿２、Ｌ２＿３、およびＬ２＿４もループインダクタンスを有するように選択することにより、ジョセフソン接合Ｊ１＿１、Ｊ２＿１、Ｊ１＿２、Ｊ２＿２、Ｊ１＿３、Ｊ２＿３、Ｊ１＿４、およびＪ２＿４のジョセフソンインダクタンスの比率がループインダクタンスの比率に対して１よりも大きくなるようにして、長い接合レジームで磁束シャトルループ５２の動作を提供することが可能である。したがって、ジョセフソン接合Ｊ１＿１、Ｊ２＿１、Ｊ１＿２、Ｊ２＿２、Ｊ１＿３、Ｊ２＿３、Ｊ１＿４、およびＪ２＿４は、分路抵抗器がなくても減衰可能である。代わりに、ジョセフソン接合Ｊ１＿１、Ｊ２＿１、Ｊ１＿２、Ｊ２＿２、Ｊ１＿３、Ｊ２＿３、Ｊ１＿４、およびＪ２＿４は、分路抵抗器を含むことができる。
【００２０】
一例として、第１の同相クロック信号ＡＣＩおよび直角位相クロック信号ＡＣＱは、それぞれ（例えば、それぞれの周期の前半に）正の部分、および（例えば、それぞれの周期の後半に）負の部分を含むことができる。図２の例に表示されているように、第３の変圧器Ｔ３の一次巻線Ｌ１＿３は、第１の変圧器Ｔ１の一次巻線Ｌ１＿１の極性の逆の極性を有する。同様に、第４の変圧器Ｔ４の一次巻線Ｌ１＿４は、第２の変圧器Ｔ２の一次巻線Ｌ１＿２の極性の逆の極性を有する。したがって、バイアス電流ＩＢ１は同相クロック信号ＡＣＩの負の部分の間、第１の変圧器Ｔ１の二次巻線Ｌ２＿１を介して第１の方向に誘導されている。しかしながら、第１の変圧器Ｔ１および第３の変圧器Ｔ３のそれぞれの一次巻線Ｌ１＿１およびＬ１＿３は、逆の極性を有しているため、バイアス電流ＩＢ３も、同相クロック信号ＡＣＩの正の部分の間、第３の変圧器Ｔ３の二次巻線Ｌ２＿３を介して第１の方向に誘導されている。同様に、バイアス電流ＩＢ２は、直角位相クロック信号ＡＣＱの負の部分の間、第１の方向に誘導されており、バイアス電流ＩＢ４も直角位相クロック信号ＡＣＱの正の部分の間、第１の方向に誘導されている。したがって、図４の例でさらに詳細に説明するように、バイアス電流ＩＢ１、ＩＢ２、ＩＢ３、およびＩＢ４は、ＡＣ入力信号ＡＣＩおよびＡＣＱの９０ｏごとの間隔で連続的に供給される。図２の例では、「第１の方向」は、それぞれの二次巻線Ｌ２＿１、Ｌ２＿２、Ｌ２＿３、およびＬ２＿４から、左から右であるとして表示されている。
【００２１】
磁束噴射器６２は、バイアス電流ＩＢＩＡＳおよび入力信号ＲＱＬＩＮを受け取るように表示されており、このバイアス電流ＩＢＩＡＳおよび入力信号ＲＱＬＩＮを（例えば、ＲＱＬ回路から）ジョセフソン電流源回路５０に供給して、磁束シャトルループ５２を起動して、このようにジョセフソン電流源回路５０の動作を初期化することができる。一例として、入力信号ＲＱＬＩＮは、磁束シャトルループ５２を起動することが可能なＳＦＱパルス、または停止することが可能なレシプロカルＳＦＱパルスとすることができる。一例として、磁束噴射器６２は、変圧器Ｔ１およびＴ２を相互に接続するＳＱＵＩＤであって、磁束シャトルループ５２の起動または停止に対応する磁束状態を有し、かつ入力信号ＲＱＬＩＮに応答して状態を変えることが可能なＳＱＵＩＤを含むことができる。例えば、ＳＦＱパルスとして供給されている入力信号ＲＱＬＩＮに応答して、磁束状態を逆転させて、フラクソンを電流ＩＢ１、ＩＢ２、ＩＢ３、およびＩＢ４の流れの方向の磁束シャトルループ５２に導入して、磁束シャトルループ５２を起動して、このように、ジョセフソン接合Ｊ１＿１、Ｊ２＿１、Ｊ１＿２、Ｊ２＿２、Ｊ１＿３、Ｊ２＿３、Ｊ１＿４、およびＪ２＿４を連続的にトリガすることができる。同様に、レシプロカルＳＦＱパルスとして供給されている入力信号ＲＱＬＩＮに応答して、磁束状態を再び逆転させて、反フラクソンをフラクソンと同じ方向に（例えば、フラクソンから位相を半クロックサイクルずらして）磁束シャトルループ５２に導入することができる。したがって、フラクソンと反フラクソンとの間の引力により、フラクソンおよび反フラクソンがともに引き合い、フラクソンを消滅させ、このように磁束シャトルループ５２を停止することができる。
【００２２】
フラクソンおよびバイアス電流ＩＢ２を加えることは、ジョセフソン接合Ｊ１＿２の臨界電流を超過するのに十分なものになり得る。例えば、直角位相クロック信号ＡＣＱの負の部分の間、ジョセフソン接合Ｊ１＿２のトリガにより生じたバイアス電流ＩＢ２およびフラクソンは１つになってジョセフソン接合Ｊ２＿２を通って流れることができる。これを受けて、バイアス電流ＩＢ２およびフラクソンの大きさは、ジョセフソン接合Ｊ２＿２の臨界電流を超過するため、ジョセフソン接合Ｊ２＿２は、インダクタＬＸ＿１を通して第２の段５６から第３の段５８までフラクソンを伝播するようにトリガして、第１のジョセフソン接合Ｊ１＿３をトリガする。同相クロック信号ＡＣＩの正の部分の間、フラクソンは、バイアス電流ＩＢ３と１つになってジョセフソン接合Ｊ２＿３をトリガすることができる。その結果、ジョセフソン接合Ｊ２＿３は、フラクソンを第４の段６０に伝播する。段５４、５６、５８、および６０のそれぞれにおけるジョセフソン接合Ｊ１およびＪ２は、このように同相クロック信号ＡＣＩおよび直角位相クロック信号ＡＣＱの周波数に基づいて、連続的にトリガし続けることが可能である。それに応じて、フラクソンは、段５４、５６、５８、および６０のそれぞれを通して、ＡＣ入力信号ＡＣＩおよびＡＣＱの各９０ｏの間隔で連続的に伝播される。
【００２３】
段５４、５６、５８、および６０のそれぞれにおけるジョセフソン接合Ｊ２を通して連続的に伝播されたフラクソンに応じて電圧パルスが生成され、この電圧パルスが、段５４、５６、５８、および６０を相互に接続する蓄積インダクタの電流を増分する。図２の例では、（磁束噴射器６２と関連付けられた）蓄積インダクタＬＳ＿１が、第１の段５４および第２の段５６を相互に接続し、（インダクタＬＸ＿１と関連付けられた）蓄積インダクタＬＳ＿２が、第２の段５６および第３の段５８を相互に接続し、（インダクタＬＸ＿２と関連付けられた）蓄積インダクタＬＳ＿３が、第３の段５８および第４の段６０を相互に接続し、（インダクタＬＸ＿３と関連付けられた）蓄積インダクタＬＳ＿４が、第４の段６０および第１の段５４を相互に接続している。これにより、ジョセフソン接合Ｊ２＿１のトリガに応じて、フラクソンは、蓄積インダクタＬＳ＿１に派生電流増分ＩＰ１を生じる。ジョセフソン接合Ｊ２＿２のトリガに応じて、フラクソンは、蓄積インダクタＬＳ＿２に派生電流増分ＩＰ２を生じる。ジョセフソン接合Ｊ２＿３のトリガに応じて、フラクソンは、蓄積インダクタＬＳ＿３に派生電流増分ＩＰ３を生じる。ジョセフソン接合Ｊ２＿４のトリガに応じて、フラクソンは、蓄積インダクタＬＳ＿４に派生電流増分ＩＰ４を生じる。蓄積インダクタＬＳ＿１、ＬＳ＿２、ＬＳ＿３、およびＬＳ＿４は、それぞれ出力インダクタＬＯＵＴに結合されている。その結果、出力インダクタＬＯＵＴは、電流増分ＩＰ１、ＩＰ２、ＩＰ３、およびＩＰ４をそれぞれまとめて、振幅が増大したＤＣ出力電流ＩＤＣを供給する。その結果、同相クロック信号ＡＣＩおよび直角位相クロック信号ＡＣＱ、ならびに磁束シャトルループ５２が停止される前にフラクソンが磁束シャトルループ５２のまわりに伝播した回数に基づいて、ＤＣ出力電流ＩＤＣをデバイス（例えば、図１の例でのデバイス１２）に供給することができる。
【００２４】
図３は、タイミング図１００の一例を図示する。タイミング図１００は、時間の関数として凡例１０２で示されているように、同相クロック信号ＡＣＩおよび直角位相クロック信号ＡＣＱを含む。同相クロック信号ＡＣＩおよび直角位相クロック信号ＡＣＱは、それぞれゼロを中心とする大きさを有する正弦波信号として表示されている。図３の例での同相クロック信号ＡＣＩおよび直角位相クロック信号ＡＣＱは、図２の例での同相クロック信号ＡＣＩおよび直角位相クロック信号ＡＣＱに対応し得る。したがって、図３の例についての以下の説明では、図２の例を参照する。
【００２５】
磁束シャトルループ５２は、ここでさらに詳細に説明するように、磁束噴射器６２を介して起動することができる。起動後、時間ｔ０において、同相クロック信号ＡＣＩの負の部分が始まっており、同相クロック信号ＡＣＩの正のピークが時間ｔ１で生じている。したがって、同相クロック信号ＡＣＩは、一次巻線Ｌ１＿１との誘導結合に基づいて、二次巻線Ｌ２＿１を介してバイアス電流ＩＢ１を第１の方向に誘導し始める。（例えば、変圧器Ｔ１のインダクタンスに基づいた）時間ｔ１の直後に続く時間において、ジョセフソン接合Ｊ１＿１によって供給されたフラクソンと１つになったバイアス電流ＩＢ１の大きさは、以前にトリガしたジョセフソン接合Ｊ２＿１の臨界電流を超過し、したがって、ジョセフソン接合Ｊ２＿１をトリガするのに十分になる。その結果、ジョセフソン接合Ｊ２＿１はフラクソンを伝播し、これにより、磁束噴射器６２を介して蓄積インダクタＬＳ＿１に電流増分ＩＰ１が生じ、ここでさらに詳細に説明するように、この電流増分ＩＰ１が出力インダクタＬＯＵＴによってまとめられて、ＤＣ出力電流ＩＤＣの振幅を増大させる。次いで、フラクソンは第２の段に伝播して、ジョセフソン接合Ｊ１＿２をトリガする。
【００２６】
同じく、時間ｔ１において、直角位相クロック信号ＡＣＱの負の部分が始まっており、直角位相クロック信号ＡＣＱの正のピークが時間ｔ２で生じている。したがって、直角位相クロック信号ＡＣＱは、一次巻線Ｌ１＿２との誘導結合に基づいて、二次巻線Ｌ２＿２を介してバイアス電流ＩＢ２を第１の方向に誘導し始める。（例えば、変圧器Ｔ２のインダクタンスに基づいた）時間ｔ２の直後に続く時間において、ジョセフソン接合Ｊ１＿２によって供給されたフラクソンと１つになったバイアス電流ＩＢ２の大きさは、ジョセフソン接合Ｊ２＿２の臨界電流を超過し、したがって、ジョセフソン接合Ｊ２＿２をトリガするのに十分になる。その結果、ジョセフソン接合Ｊ２＿２はフラクソンを伝播し、これにより、蓄積インダクタＬＳ＿２に電流増分ＩＰ２が生じ、この電流増分ＩＰ２が出力インダクタＬＯＵＴによってまとめられて、ＤＣ出力電流ＩＤＣの振幅を増大させ、第３の段に伝播して、ジョセフソン接合Ｊ１＿３をトリガする。
【００２７】
同じく、時間ｔ２において、同相クロック信号ＡＣＩの正の部分が始まっており、同相クロック信号ＡＣＩの負のピークが時間ｔ３で生じている。したがって、同相クロック信号ＡＣＩは、（例えば、一次巻線Ｌ１＿１の逆の極性の）一次巻線Ｌ１＿３との誘導結合に基づいて、二次巻線Ｌ２＿３を介してバイアス電流ＩＢ３を第１の方向に誘導し始める。（例えば、変圧器Ｔ３のインダクタンスに基づいた）時間ｔ３の直後に続く時間において、ジョセフソン接合Ｊ１＿３によって伝播されたフラクソンと１つになったバイアス電流ＩＢ３の大きさは、ジョセフソン接合Ｊ２＿３の臨界電流を超過し、したがって、ジョセフソン接合Ｊ２＿３をトリガするのに十分になる。その結果、ジョセフソン接合Ｊ２＿３はフラクソンを伝播し、これにより、蓄積インダクタＬＳ＿３に電流増分ＩＰ３が生じ、この電流増分ＩＰ３が出力インダクタＬＯＵＴによってまとめられて、ＤＣ出力電流ＩＤＣの振幅を増大させ、第４の段に伝播して、ジョセフソン接合Ｊ１＿４をトリガする。
【００２８】
同じく、時間ｔ３において、直角位相クロック信号ＡＣＱの正の部分が始まっており、直角位相クロック信号ＡＣＱの負のピークが時間ｔ４で生じている。したがって、直角位相クロック信号ＡＣＱは、（例えば、一次巻線Ｌ１＿２の逆の極性の）一次巻線Ｌ１＿４との誘導結合に基づいて、二次巻線Ｌ２＿４を介してバイアス電流ＩＢ４を第１の方向に誘導し始める。（例えば、変圧器Ｔ４のインダクタンスに基づいた）時間ｔ４の直後に続く時間において、ジョセフソン接合Ｊ１＿４によって伝播されたフラクソンと１つになったバイアス電流ＩＢ４の大きさは、ジョセフソン接合Ｊ２＿４の臨界電流を超過し、したがって、ジョセフソン接合Ｊ２＿４をトリガするのに十分になる。その結果、ジョセフソン接合Ｊ２＿４はフラクソンを伝播し、これにより、蓄積インダクタＬＳ＿４に電流増分ＩＰ４が生じ、この電流増分ＩＰ４が出力インダクタＬＯＵＴによってまとめられて、ＤＣ出力電流ＩＤＣの振幅を増大させ、第１の段に伝播して、ジョセフソン接合Ｊ１＿１をトリガする。
【００２９】
同じく、時間ｔ４において、同相クロック信号ＡＣＩの負の部分が始まっている。したがって、同相クロック信号ＡＣＩおよび直角位相クロック信号ＡＣＱを変換するプロセスが繰り返され、それにより、前述したように時間ｔ４が時間ｔ０と均等となる。それに応じて、ジョセフソン接合Ｊ１＿１、Ｊ２＿１、Ｊ１＿２、Ｊ２＿２、Ｊ１＿３、Ｊ２＿３、Ｊ１＿４、およびＪ２＿４は、磁束噴射器６２を介して磁束シャトルループ５２が起動されると、磁束シャトルループ５２のまわりにフラクソンを伝播するように連続的にトリガして、Ｊ２＿１、Ｊ２＿２、Ｊ２＿３、およびＪ２＿４のトリガにそれぞれ応じて、電流増分ＩＰ１、ＩＰ２、ＩＰ３、およびＩＰ４を、同相クロック信号ＡＣＩおよび直角位相クロック信号ＡＣＱの周波数に基づいて、出力インダクタＬＯＵＴに継続的に供給することができる。その結果、出力インダクタＬＯＵＴは、電流増分ＩＰ１、ＩＰ２、ＩＰ３、およびＩＰ４をまとめて、ＤＣ出力電流ＩＤＣの振幅を増大させることができる。
【００３０】
図４は、一例の磁束噴射器１５０を図示する。磁束噴射器１５０は、入力信号ＲＱＬＩＮに応答してフラクソンおよび反フラクソンを生成して、関連した磁束シャトルループをそれぞれ起動および停止するように構成されている。磁束噴射器１５０は、図１の例での磁束噴射器１８、および／または図２の例での磁束噴射器６２に対応し得る。したがって、図４の例についての以下の説明では、図１〜図３の例を参照する。
【００３１】
磁束噴射器１５０は、バイアス電流ＩＢＩＡＳおよび入力信号ＲＱＬＩＮを受け取る。入力信号ＲＱＬＩＮは、ＳＦＱパルスおよびレシプロカルＳＦＱパルスの１つに対応し得る。バイアス電流ＩＢＩＡＳは、変圧器ＴＦの一次巻線に対応し得るインダクタＬＴＦ＿１を通して供給される。インダクタＬＴＦ＿１は、変圧器ＴＦのそれぞれの二次巻線に対応するインダクタＬＴＦ＿２およびインダクタＬＴＦ＿３に、磁気的に結合させることができる。したがって、バイアス電流ＩＢＩＡＳは、インダクタＬＴＦ＿２およびＬＴＦ＿３を通って流れるように誘導される。磁束噴射器１５０はＳＱＵＩＤ１５２を含み、ＳＱＵＩＤ１５２は、インダクタＬＴＦ＿３およびジョセフソン接合ＪＦを含む。磁束噴射器１５０は、ＳＱＵＩＤ１５２の両側に配置されたインダクタＬＦ＿１およびＬＦ＿２も含み、それらのインダクタを通って電流ＩＢ１が流れる。したがって、ＳＱＵＩＤ１５２は結合されて、磁束シャトルループ５２の一部分（例えば、変圧器Ｔ１およびＴ２の間ならびにジョセフソン接合Ｊ２＿１およびＪ１＿２の間）を形成している。ここで説明するように、ＳＱＵＩＤ１５２は、磁束Φ０／２の磁束方向（例えば、右回りまたは左回り）に対応する磁束状態±Φ０／２を有する。したがって、ＳＱＵＩＤ１５２は、それぞれ逆の方向のΦ０／２である磁束方向に対応する第１の磁束状態＋Φ０／２、および第２の磁束状態−Φ０／２を有する。ＳＱＵＩＤ１５２の磁束状態は、磁束シャトルループ５２の起動および停止に対応する。
【００３２】
入力信号ＲＱＬＩＮは、第１の入力インダクタＬＩＮ１を通して第２の入力インダクタＬＩＮ２に供給されている。第２の入力インダクタＬＩＮ２は、変圧器ＴＦのインダクタＬＴＦ＿２に結合されている。図４の例では、第１の入力インダクタＬＩＮ１および第２の入力インダクタＬＩＮ２は、入力ジョセフソン接合ＪＩＮによって分離されている。一例として、ＳＱＵＩＤ１５２は、磁束シャトルループ５２の停止された状態に対応する＋Φ０／２の初期の磁束状態を有することができる。これにより、ＳＦＱパルスとして供給されている入力信号ＲＱＬＩＮに応答して、ＳＦＱパルスが第１の入力インダクタＬＩＮ１を通して供給されて、入力ジョセフソン接合ＪＩＮをトリガして、ジョセフソン接合ＪＩＮの超伝導位相を第１の超伝導位相に設定する。次いで、入力ジョセフソン接合ＪＩＮは、第２の入力インダクタＬＩＮ２を通して、またインダクタＬＴＦ＿２を通してＳＦＱパルスを伝播する。このように、ＳＦＱパルスは、インダクタＬＴＦ＿３に誘導され、インダクタＬＴＦ＿３に同様に誘導されたバイアス電流ＩＢＩＡＳと１つになってジョセフソン接合ＪＦをトリガする。その結果、ＳＱＵＩＤ１５２の磁束状態は、＋Φ０／２から−Φ０／２に切り換わり、フラクソン（例えば、ＳＦＱパルス）がジョセフソン接合ＪＦから放射されて、図３の例で前述したように、インダクタＬＦ＿２を通って磁束シャトルループ５２のまわりに伝播する。したがって、ＳＦＱパルスとして供給される入力信号ＲＱＬＩＮは、磁束シャトルループ５２を起動して、出力インダクタＬＯＵＴのＤＣ出力電流ＩＤＣの振幅を増大させることが可能である。
【００３３】
入力信号ＲＱＬＩＮをレシプロカルＳＦＱパルスとして供給して、磁束シャトルループ５２を停止することも可能である。一例として、レシプロカルＳＦＱパルスとして、（例えば、磁束シャトルループ５２のまわりに伝播しているフラクソンから位相を半クロックサイクルずらして）供給されている入力信号ＲＱＬＩＮに応答して、レシプロカルＳＦＱパルスが第１の入力インダクタＬＩＮ１を通して供給されて、入力ジョセフソン接合ＪＩＮの「トリガを解除」し、したがって、ジョセフソン接合ＪＩＮの超伝導位相を第２の超伝導位相（例えば、初期の超伝導位相）に設定する。次いで、入力ジョセフソン接合ＪＩＮは、第２の入力インダクタＬＩＮ２を通して、またインダクタＬＴＦ＿２を通してレシプロカルＳＦＱパルスを伝播する。このように、レシプロカルＳＦＱパルスは、インダクタＬＴＦ＿３に誘導され、インダクタＬＴＦ＿３に同様に誘導されたバイアス電流ＩＢＩＡＳと１つになり、入力ジョセフソン接合ＪＩＮに関して説明した場合と同様にジョセフソン接合ＪＦの「トリガを解除」する。その結果、ＳＱＵＩＤ１５２の磁束状態は、−Φ０／２から＋Φ０／２に切り換わり、フラクソンに関して前述した場合と同様に、反フラクソン（例えば、レシプロカルＳＦＱパルス）が、ジョセフソン接合ＪＦから放射されて、インダクタＬＦ＿２を通して磁束シャトルループ５２のまわりに伝播する。この時点ではいずれも磁束シャトルループ５２に存在するフラクソンと反フラクソンとの間の引力は、ＡＣ信号ＡＣＩおよびＡＣＱによって供給された駆動力を克服するのに十分なものになり、その結果、フラクソンおよび反フラクソンが１つになってフラクソンを実質的に瞬時に消滅させることができる。したがって、電流増分ＩＰ１、ＩＰ２、ＩＰ３、およびＩＰ４が、それぞれの蓄積インダクタＬＳ＿１、ＬＳ＿２、ＬＳ＿３、およびＬＳ＿４を通して供給されなくなり、したがって、ＤＣ出力電流ＩＤＣの振幅は、電流振幅（例えば、デバイス１２の負荷がない状態）で維持される。それに応じて、レシプロカルＳＦＱパルスとして供給される入力信号ＲＱＬＩＮは、磁束シャトルループ５２を停止して、出力インダクタＬＯＵＴのＤＣ出力電流ＩＤＣの振幅を維持することが可能である。
【００３４】
図５は、別の例のタイミング図２００を図示する。タイミング図２００は、同相クロック信号ＡＣＩ、入力信号ＲＱＬＩＮ、ＳＱＵＩＤ１５２の磁束状態±Φ０／２、および変化している振幅を有するように表示されたＤＣ出力電流ＩＤＣを表示しており、これらはすべて時間の関数としてグラフで表示されている。図５の例についての以下の説明では、図１〜図４の例を参照する。
【００３５】
図５の例では、ＳＱＵＩＤ１５２は、＋Φ０／２の初期の磁束状態（図示せず）を有する。この初期の磁束状態は、磁束シャトルループ５２の停止に対応する。したがって、ＤＣ出力電流ＩＤＣは、実質的に一定の振幅（例えば、デバイス１２の負荷条件のない状態）で維持されている。同相クロック信号ＡＣＩのピークで起こっているものとして表示されている時間ｔ０において、入力信号ＲＱＬＩＮがＳＦＱパルスとして供給されている。時間ｔ０は同相クロック信号ＡＣＩのピークで表示されているが、時間ｔ０は、同相クロック信号ＡＣＩの周期の他のいずれの部分でも（例えば、ゼロ交差において）起こり得ることを理解されたい。これを受けて、ＳＦＱパルスは、入力ジョセフソン接合ＪＩＮをトリガして、第２の入力インダクタＬＩＮ２を通して、またインダクタＬＴＦ＿２を通してＳＦＱパルスを伝播する。その結果、ジョセフソン接合ＪＦは、時間ｔ０で図式的に表示されているように、＋Φ０／２から−Φ０／２にＳＱＵＩＤ１５２のスイッチの磁束状態を切り換えるようにトリガする。したがって、図３の例で前述したように、フラクソン（例えば、ＳＦＱパルス）がジョセフソン接合ＪＦから放射されて、インダクタＬＦ＿２を通して磁束シャトルループ５２のまわりに伝播する。それに応じて、時間ｔ０で始まって、磁束シャトルループ５２が起動されて、ジョセフソン接合Ｊ１＿１、Ｊ２＿１、Ｊ１＿２、Ｊ２＿２、Ｊ１＿３、Ｊ２＿３、Ｊ１＿４、およびＪ２＿４の連続的なトリガに応じてそれぞれの蓄積インダクタＬＳ＿１、ＬＳ＿２、ＬＳ＿３、およびＬＳ＿４を通して連続的に供給されている電流増分ＩＰ１、ＩＰ２、ＩＰ３、およびＩＰ４に基づいて、出力インダクタＬＯＵＴのＤＣ出力電流ＩＤＣの振幅を増大させる。
【００３６】
時間ｔ１において、入力信号ＲＱＬＩＮはレシプロカルＳＦＱパルスとして供給されている。一例として、また、ここでさらに詳細に説明するように、同相クロック信号ＡＣＩの周期の数をカウントするようにカウンタ（図示せず）を構成して、所定の数の電流増分ＩＰ１、ＩＰ２、ＩＰ３、およびＩＰ４に基づいた所定の振幅分だけ、ＤＣ出力電流ＩＤＣを増大させることが可能である。これを受けて、レシプロカルＳＦＱパルスは、入力ジョセフソン接合ＪＩＮをトリガして、第２の入力インダクタＬＩＮ２を通して、またインダクタＬＴＦ＿２を通してレシプロカルＳＦＱパルスを伝播する。その結果、ジョセフソン接合ＪＦはトリガを解除して、時間ｔ１で図式的に表示されているように、−Φ０／２から＋Φ０２にＳＱＵＩＤ１５２のスイッチの磁束状態を切り換えるようにする。したがって、図３の例で前述したように、反フラクソン（例えば、レシプロカルＳＦＱパルス）がジョセフソン接合ＪＦから放射されて、インダクタＬＦ＿２を通して磁束シャトルループ５２のまわりに伝播する。図５の例では、入力信号ＲＱＬＩＮは、レシプロカルＳＦＱパルスを供給するように、したがって同相クロック信号ＡＣＩの谷において、したがってフラクソンに対して位相を半クロックサイクルずらして、反フラクソンを導入するように表示されている。フラクソンと反フラクソンとの間の引力により、フラクソンおよび反フラクソンが実質的に瞬時に１つになってフラクソンを消滅させる。したがって、時間ｔ１で始まって、磁束シャトルループ５２が停止されて、電流増分ＩＰ１、ＩＰ２、ＩＰ３およびＩＰ４を止め、したがって、ＤＣ出力電流ＩＤＣの一定の振幅（例えば、デバイス１２の負荷がない状態）を維持する。
【００３７】
同相クロック信号ＡＣＩのピーク（例えば、時間ｔ０と一致している）で起こっているものとして再び表示されている時間ｔ２において、入力信号ＲＱＬＩＮは、ＳＦＱパルスとして供給されている。これを受けて、ＳＦＱパルスは、入力ジョセフソン接合ＪＩＮをトリガして、第２の入力インダクタＬＩＮ２を通して、またインダクタＬＴＦ＿２を通してＳＦＱパルスを伝播する。その結果、ジョセフソン接合ＪＦは、ＳＱＵＩＤ１５２のスイッチの磁束状態を＋Φ０／２から−Φ０／２に切り換えるようにトリガする。したがって、図３の例で前述したように、フラクソンがジョセフソン接合ＪＦから放射されて、インダクタＬＦ＿２を通して磁束シャトルループ５２のまわりに伝播する。それに応じて、時間ｔ２で始まって、磁束シャトルループ５２が起動されて、ジョセフソン接合Ｊ１＿１、Ｊ２＿１、Ｊ１＿２、Ｊ２＿２、Ｊ１＿３、Ｊ２＿３、Ｊ１＿４、およびＪ２＿４の連続的なトリガに応じて、それぞれの蓄積インダクタＬＳ＿１、ＬＳ＿２、ＬＳ＿３、およびＬＳ＿４を通して連続的に供給されている電流パルスＩＰ１、ＩＰ２、ＩＰ３、およびＩＰ４に基づいて、出力インダクタＬＯＵＴのＤＣ出力電流ＩＤＣの振幅をもう一度増大させる。一例として、磁束シャトルループ５２を周期的に起動して、例えばデバイス１２によるＤＣ出力電流ＩＤＣの消費量などに応じて、ＤＣ出力電流ＩＤＣの振幅を回復させることができる。
【００３８】
ジョセフソン電流源回路５０は、図２の例に限定されるようには意図されておらず、磁束噴射器１５０は、図４の例に限定されるようには意図されておらず、またジョセフソン電流源回路５０の動作は、図３および図５の例に限定されるようには意図されていないことを理解されたい。一例として、ＡＣ入力信号は、同相クロック信号ＡＣＩおよび直角位相クロック信号ＡＣＱとして実施されるように限定されているのではなく、これらの代わりに、単一正弦波信号とすることも可能であろう。別の例として、磁束シャトルループ５２は、４つの段５４、５６、５８、および６０よりも多い数の段、または少ない数の段を含むこと、例えば、ＡＣ入力信号の正の部分および負の部分に対応するように、任意の２の倍数の段を含むことも可能であろう。加えて、図２の例は、同相ＡＣ入力信号ＡＣＩおよび直角位相ＡＣ入力信号ＡＣＱが、それぞれの極性と逆の極性で供給されて、９０ｏごとの間隔でバイアス電流ＩＢ１、ＩＢ２、ＩＢ３、およびＩＢ４を連続的に供給することを表示しているが、他の構成のＡＣ入力信号を実施して、９０ｏごとの間隔でバイアス電流ＩＢ１、ＩＢ２、ＩＢ３、およびＩＢ４を供給することが可能である。例えば、ジョセフソン電流源回路５０は、互いに位相を９０ｏずつずらした、変圧器Ｔ１〜Ｔ４がすべて同じ極性を有する４つの別々のＡＣ入力信号を実施することが可能である。さらに、ＤＣ出力電流ＩＤＣを供給するために、例えば方形波信号および／または互いに別々の周波数を有する信号などの他の型のＡＣ信号を実施することが可能である。さらにまた別の例として、段５４、５６、５８、および６０は、図２の例で提供されている構成に限定されるのではなく、代わりに、ジョセフソン接合Ｊ１およびＪ２、インダクタＬｘ、変圧器Ｔ１〜Ｔ４、および／または蓄積インダクタＬＳに対して異なる物理的構成を有することも可能であろう。さらに、磁束噴射器１５０は、様々な異なる方法で、フラクソンおよび反フラクソンを磁束シャトルループ５２に噴射して、磁束シャトルループ５２を選択的にそれぞれ起動および停止するように構成することが可能である。それに応じて、ジョセフソン電流源回路５０は、様々な方法で構成することが可能である。
【００３９】
図６は、一例のジョセフソン電流源回路２５０を図示する。ジョセフソン電流源回路２５０は、超伝導回路システム１０のジョセフソン電流源１４に対応し得る。したがって、ジョセフソン電流源回路２５０は、図２の例に関して前述した場合と同様に、複数の段を含む磁束シャトルループ２５２を含む。図６の例では、段は、連続的に結合されてループ構成を形成する第１の段２５４、第２の段２５６、第３の段２５８、および第４の段２６０として表示されている。ジョセフソン電流源回路２５０は、同相クロック信号ＡＣＩおよび直角位相クロック信号ＡＣＱに基づいて、出力インダクタＬＯＵＴを通してＤＣ出力電流ＩＤＣを生成するように構成されている。
【００４０】
段２５４、２５６、２５８、および２６０は、それぞれ互いに実質的に同様に、かつ図２の例でのジョセフソン電流源回路５０の段５４、５６、５８、および６０と実質的に同様に構成されている。したがって、ジョセフソン電流源回路２５０の回路構成要素は、図２の例でのジョセフソン電流源回路５０の回路構成要素と同じ符号名称を有するように表示されている。しかしながら、図２の例でのジョセフソン電流源回路５０とは対照的に、ジョセフソン電流源回路２５０は、第１の磁束噴射器２６２および第２の磁束噴射器２６４を含む。第１の段２５４および第２の段２５６は、第１の磁束噴射器２６２によって相互に接続されており、第２の段２５６および第３の段２５８は、インダクタＬＸ＿１によって相互に接続されており、第３の段２５８および第４の段２６０は、第２の磁束噴射器２６４によって相互に接続されており、第４の段２６０および第１の段２５４は、インダクタＬＸ＿３によって相互に接続されている。ここで説明するように、第１の磁束噴射器２６２および第２の磁束噴射器２６４の動作に基づいて、ジョセフソン電流源回路２５０は、バイポーラジョセフソン電流源として動作して、ＤＣ出力電流ＩＤＣの振幅を選択的に増減させることが可能である。
【００４１】
第１の磁束噴射器２６２および第２の磁束噴射器２６４は、それぞれ図４の例での磁束噴射器１５０と実質的に同様に構成することが可能であり、バイアス電流ＩＢＩＡＳを受け取るように、それぞれ表示されている。第１の磁束噴射器２６２は、入力信号ＲＱＬＩＮ１を受信し、第２の磁束噴射器２６４は、入力信号ＲＱＬＩＮ２を受信する。入力信号ＲＱＬＩＮ１およびＲＱＬＩＮ２をそれぞれ供給して、磁束シャトルループ２５２を選択的に起動および停止することが可能である。一例として、入力信号ＲＱＬＩＮ１およびＲＱＬＩＮ２は、それぞれ磁束シャトルループ２５２を起動することが可能なＳＦＱパルスとして、または停止することが可能なレシプロカルＳＦＱパルスとして、供給することが可能である。しかしながら、磁束噴射器２６４は、関連したＳＱＵＩＤ（例えば、ＳＱＵＩＤ１５２）の初期の磁束状態を有するように配置することが可能である。この磁束状態は、磁束噴射器２６２の関連したＳＱＵＩＤの磁束状態と逆である。
【００４２】
したがって、ＳＦＱパルスとして供給されている入力信号ＲＱＬＩＮ１に応答して、第１の磁束噴射器２６２の磁束状態を逆転して、フラクソンを磁束シャトルループ２５２に導入して、磁束シャトルループ２５２を起動させて、ＤＣ出力電流ＩＤＣの振幅を増大させることが可能である。同様に、レシプロカルＳＦＱパルスとして供給されている入力信号ＲＱＬＩＮ１に応答して、磁束状態を再び逆転させて、反フラクソンをフラクソンと同じ方向に磁束シャトルループ２５２に導入して、磁束シャトルループを停止して、ＤＣ出力電流ＩＤＣの振幅を維持することが可能である。しかしながら、第２の磁束噴射器２６４が第１の磁束噴射器２６２に対して逆の構成であることに基づいて、第２の磁束噴射器２６４は、磁束シャトルループ２５２を起動して、ＤＣ出力電流ＩＤＣの振幅を減少させるように構成することが可能である。例えば、磁束シャトルループ２５２が停止されている間、ＳＦＱパルスとして供給されている入力信号ＲＱＬＩＮ２に応答して、第２の磁束噴射器２６４の磁束状態を（例えば、磁束状態−Φ０／２から磁束状態＋Φ０／２に）逆転させて、反フラクソンを磁束シャトルループ２５２に導入して、磁束シャトルループ２５２を起動して、ＤＣ出力電流ＩＤＣの振幅を減少させることが可能である。同様に、（例えば、反フラクソンから位相を半クロックサイクルずらして）レシプロカルＳＦＱパルスとして供給されている入力信号ＲＱＬＩＮ２に応答して、磁束状態を（例えば、磁束状態＋Φ０／２から磁束状態−Φ０／２に）再び逆転させて、フラクソンを反フラクソンと同じ方向に磁束シャトルループ２５２に導入することにより、フラクソンと反フラクソンとの間の引力によりフラクソンおよび反フラクソンを互いに消滅させるようにして、磁束シャトルループを停止して、ＤＣ出力電流ＩＤＣの振幅を維持することが可能である。
【００４３】
図７は、一例のジョセフソン電流源システム３００を図示する。一例として、超伝導回路システム３００は、メモリまたは処理システムなど、様々な量子コンピューティング用途または古典的コンピューティング用途のいずれでも実施することが可能である。超伝導回路システム３００は、図７の例では、出力インダクタＬＯＵＴを介して供給されるＤＣ出力電流ＩＤＣとして表示された、ＤＣ出力電流を生成するように構成されている。一例として、ＤＣ出力電流ＩＤＣは、例えば出力インダクタＬＯＵＴへの誘導結合に基づいて、デバイス（例えば、デバイス１２）を駆動するような電力信号として、またはドライバ信号として供給することが可能である。
【００４４】
ジョセフソン電流源システム３００は、ジョセフソン電流源３０２を含む。ジョセフソン電流源３０２は、クロック信号ＡＣに応答してＤＣ出力電流ＩＤＣを生成するように構成されている。クロック信号ＡＣは、ジョセフソン電流源システム３００と関連付けられたクロック信号に対応し得る。一例として、クロック信号ＡＣは、実質的に一定の周波数（例えば、およそ１０ＧＨｚ）および低振幅のＡＣ電流を有する、ＲＱＬ超伝導回路に適用可能であるような正弦波形とすることができる。ジョセフソン電流源３０２は、磁束シャトルループ３０４と、第１の磁束噴射器３０６と、第２の磁束噴射器３０８とを含む。したがって、ジョセフソン電流源３０２は、図６の例でのジョセフソン電流源２５０と実質的に同様に構成することが可能である。それに応じて、図６の例で前述した場合と同様に、ジョセフソン電流源３０２を実施して、ＤＣ出力電流ＩＤＣの振幅を選択的に増減させることにより、ＤＣ出力電流ＩＤＣの振幅を制御することが可能である。
【００４５】
図７の例では、ジョセフソン電流源システム３００は、コントローラ３１０も含む。コントローラ３１０は、第１の入力信号ＲＱＬＩＮ１および第２の入力信号ＲＱＬＩＮ２を生成して、磁束シャトルループ３０４を選択的に起動および停止して、ＤＣ出力電流ＩＤＣの振幅を制御するように構成されている。コントローラ３１０は、ＤＣ出力電流ＩＤＣの所望の振幅に対応する値を有するデジタル信号ＤＣを受信するように構成された電流レジスタ３１２を含む。電流レジスタ３１２は、このようにデジタル信号ＤＣの値を蓄積することが可能である。一例として、電流レジスタ３１２は、ＤＣ出力電流ＩＤＣの現在の振幅と、デジタル信号ＤＣによって示された所望の振幅との間の差異を識別するように構成することが可能であり、それにより、ＤＣ出力電流ＩＤＣの振幅を増減させて、デジタル信号ＤＣの値と等しくなるようにすることが必要かどうかを識別するように電流レジスタ３１２を構成することができる。電流レジスタ３１２は、このように、差異信号ＤＩＦＦをカウンタ３１４に供給することが可能である。なおこの差異信号ＤＩＦＦは、ＤＣ出力電流ＩＤＣの現在の振幅と、デジタル信号ＤＣによって示された所望の振幅との間の差異に対応する。加えて、電流レジスタ３１２は、スイッチ信号ＳＷをスイッチ３１６に供給することが可能である。スイッチ３１６は、第１のＲＱＬラッチ３１８と第２のＲＱＬラッチ３２０との間で選択を行うように構成され、第１のＲＱＬラッチ３１８は第１の入力信号ＲＱＬＩＮ１を、および第２のＲＱＬラッチ３２０は第２の入力信号ＲＱＬＩＮ２を生成するようにそれぞれ構成されている。
【００４６】
したがって、図２の例でジョセフソン電流源２５２に関して前述した場合と同様に、電流レジスタ３１２は、スイッチ信号ＳＷを介してスイッチ３１６を有効にして、ジョセフソン電流源３０２の磁束シャトルループ３０４を選択的に起動して、ＤＣ出力電流ＩＤＣを増減させるように構成することが可能である。例えば、スイッチ信号ＳＷを介して、スイッチ３１６は、第１のＲＱＬラッチ３１８を有効にして、第１の入力信号ＲＱＬＩＮ１をＳＦＱパルスとして供給して、第１の磁束噴射器３０６を介して磁束シャトルループ３０４を起動して、ＤＣ出力電流ＩＤＣを増大させることが可能である。スイッチ３１６は、第１のＲＱＬラッチ３１８を有効にして、第１の入力信号ＲＱＬＩＮ１をレシプロカルＳＦＱパルスとして供給して、第１の磁束噴射器３０６を介して磁束シャトルループ３０４を停止して、スイッチ信号ＳＷを介してＤＣ出力電流ＩＤＣを静止した振幅で維持することも可能である。同様に、スイッチ信号ＳＷを介して、スイッチ３１６は、第２のＲＱＬラッチ３２０を有効にして、第２の入力信号ＲＱＬＩＮ２をＳＦＱパルスとして供給して、第２の磁束噴射器３０８を介して磁束シャトルループ３０４を起動して、ＤＣ出力電流ＩＤＣを減少させることが可能である。スイッチ３１６は、第２のＲＱＬラッチ３２０を有効にして、第２の入力信号ＲＱＬＩＮ２をレシプロカルＳＦＱパルスとして供給して、第２の磁束噴射器３０８を介して磁束シャトルループ３０４を停止して、スイッチ信号ＳＷを介してＤＣ出力電流ＩＤＣを静止した振幅で維持することも可能である。
【００４７】
カウンタ３１４は、クロック信号ＡＣのクロックサイクルをカウントし、かつ第１のＲＱＬラッチ３１８および第２のＲＱＬラッチ３２０を起動して、差異信号ＤＩＦＦに基づいて、ＤＣ出力電流ＩＤＣの振幅の増減を制御するように構成することが可能である。図７の例では、カウンタ３１４は、トリガ信号ＴＲＧをスイッチ３１６に供給して、第１のＲＱＬラッチ３１８および第２のＲＱＬラッチ３２０を起動して、クロック信号ＡＣのクロックサイクルごとに、クロック信号ＡＣのサイクルのカウントに基づき、かつ出力インダクタＬＯＵＴに、または出力インダクタＬＯＵＴから供給される電流増分の所定の振幅に基づいて適切な時間にわたり、それぞれの第１の入力信号ＲＱＬＩＮ１および第２の入力信号ＲＱＬＩＮ２を供給するように構成されている。したがって、カウンタ３１４は、第１の入力信号ＲＱＬＩＮ１および第２の入力信号ＲＱＬＩＮ２を介して供給されるＳＦＱパルスおよびレシプロカルＳＦＱパルスを開始するタイミングを制御して、磁束シャトルループ３０４を選択的に起動および停止して、差異信号ＤＩＦＦに基づいて、ＤＣ出力電流ＩＤＣの振幅をデジタル信号ＤＣの値とほぼ等しくなるように設定することが可能である。
【００４８】
それに応じて、ジョセフソン電流源回路２５０およびジョセフソン電流源システム３００は、プログラム可能な電流源をそれぞれ示しており、それらは、単一磁束シャトルループ（例えば、磁束シャトルループ２５２および３０４）を用いて、ＤＣ出力電流ＩＤＣの振幅を増大させるために、フラクソンを磁束シャトルループ２５２および３０４に、また、ＤＣ出力電流ＩＤＣの振幅を減少させるために、反フラクソンを磁束シャトルループ２５２および３０４に、選択的に供給することにより、ＤＣ出力電流ＩＤＣの振幅を増大させること、および減少させることの両方の能力を提供することによって、ＤＣ出力電流ＩＤＣの完全な振幅制御を可能にしている。ここでさらに詳細に説明するように、ジョセフソン電流源システムは、別々の磁束シャトルループをそれぞれ実施して、ＤＣ出力電流ＩＤＣの完全な振幅制御を実施し、それにより、別々の磁束噴射器（例えば、磁束噴射器２６２および２６４）間で起こり得るクロストークを軽減することなどができる。
【００４９】
図８は、一例のジョセフソン電流源システム３５０を図示する。一例として、超伝導回路システム３５０は、メモリまたは処理システムなど、様々な量子コンピューティング用途および古典的コンピューティング用途のいずれでも実施することが可能である。超伝導回路システム３５０は、図８の例では、出力インダクタＬＯＵＴを介して供給されるＤＣ出力電流ＩＤＣとして表示されたＤＣ出力電流を生成するように構成されている。一例として、ＤＣ出力電流ＩＤＣは、例えば出力インダクタＬＯＵＴへの誘導結合に基づいて、デバイス（例えば、デバイス１２）を駆動するような電力信号として、またはドライバ信号として供給することが可能である。
【００５０】
ジョセフソン電流源システム３５０は、第１のジョセフソン電流源３５２および第２のジョセフソン電流源３５４を含み、それらは、出力インダクタＬＯＵＴの両側にそれぞれ結合されている。このため、第１のジョセフソン電流源３５２および第２のジョセフソン電流源３５４は、クロック信号ＡＣに応答して、ＤＣ出力電流ＩＤＣを生成するように構成されている。クロック信号ＡＣは、ジョセフソン電流源システム３５０と関連付けられたクロック信号に対応し得る。一例として、クロック信号ＡＣは、実質的に一定の周波数（例えば、およそ１０ＧＨｚ）および低振幅のＡＣ電流を有する、ＲＱＬ超伝導回路に適用可能であるような正弦波形とすることができる。第１のジョセフソン電流源３５２は、磁束シャトルループ３５６および磁束噴射器３５８を含む。また、第２のジョセフソン電流源３５４は、磁束シャトルループ３６０および磁束噴射器３６２を含む。したがって、第１のジョセフソン電流源３５２および第２のジョセフソン電流源３５４は、それぞれ図２の例でのジョセフソン電流源５０と実質的に同様に構成することが可能である。それに応じて、ジョセフソン電流源３５２および３５４をそれぞれ実施して、ＤＣ出力電流ＩＤＣの振幅を単一方向に制御することが可能である。しかしながら、出力インダクタＬＯＵＴに対する第１のジョセフソン電流源３５２および第２のジョセフソン電流源３５４の構成に基づいて、図２の例で前述した場合と同様に、第１のジョセフソン電流源３５２は、ＤＣ出力電流ＩＤＣの振幅を増大させるように構成することが可能であり、第２のジョセフソン電流源３５４は、ＤＣ出力電流ＩＤＣの振幅を減少させるように構成することが可能である。
【００５１】
図８の例では、ジョセフソン電流源システム３５０は、図７の例でのコントローラ３１０と実質的に同様に構成されたコントローラ３６４も含む。図７の例で前述した場合と同様に、コントローラ３６４は、電流レジスタ３６６と、カウンタ３６８と、スイッチ３７０と、第１のＲＱＬラッチ３７２と、第２のＲＱＬラッチ３７４とを含む。電流レジスタ３６６は、デジタル信号ＤＣの値を蓄積し、差異信号ＤＩＦＦをカウンタ３６８に供給する。加えて、電流レジスタ３６６は、スイッチ信号ＳＷをスイッチ３７０に供給して、第１のＲＱＬラッチ３７２を有効にするか、第２のＲＱＬラッチ３７４を有効にするかの間で選択を行う。例えば、スイッチ信号ＳＷおよびトリガ信号ＴＲＧに応答して、スイッチ３７０は、磁束噴射器３５８を介して磁束シャトルループ３５６を起動して、第１のＲＱＬラッチ３７２からＳＦＱパルスとして供給される第１の入力信号ＲＱＬＩＮ１を介して、ＤＣ出力電流ＩＤＣを増大させることが可能である。同様に、スイッチ３７０は、磁束噴射器３５８を介して磁束シャトルループ３５６を停止して、第１のＲＱＬラッチ３７２からレシプロカルＳＦＱパルスとして供給される第１の入力信号ＲＱＬＩＮ１を介して、ＤＣ出力電流ＩＤＣを維持することが可能である。加えて、スイッチ信号ＳＷおよびトリガ信号ＴＲＧに応答して、スイッチ３７０は、磁束噴射器３６２を介して磁束シャトルループ３６０を起動して、第２のＲＱＬラッチ３７４からＳＦＱパルスとして供給される第２の入力信号ＲＱＬＩＮ２を介して、ＤＣ出力電流ＩＤＣを減少させることが可能である。同様に、スイッチ３７０は、磁束噴射器３６２を介して磁束シャトルループ３６０を停止して、第１のＲＱＬラッチ３７２からレシプロカルＳＦＱパルスとして供給される第２の入力信号ＲＱＬＩＮ２を介して、ＤＣ出力電流ＩＤＣを維持することが可能である。
【００５２】
それに応じて、ジョセフソン電流源システム３５０で実施されているジョセフソン電流源回路５０の対は、プログラム可能な電流源を供給しており、それらは、複数の磁束シャトルループ（例えば、磁束シャトルループ５２の対）を用いて、ＤＣ出力電流ＩＤＣの振幅をそれぞれ増減させるために、フラクソンをそれぞれの磁束シャトルループ５２に、また、ＤＣ出力電流ＩＤＣの振幅を維持するために、反フラクソンを磁束シャトルループ５２に、選択的に供給することにより、ＤＣ出力電流ＩＤＣの振幅を増大させること、および減少させることの両方の能力を提供にすることによって、ＤＣ出力電流ＩＤＣの完全な振幅制御を可能にしている。その結果、別々の磁束噴射器間のクロストークを大幅に軽減することが可能である。
【００５３】
図２および図６の例で表示されているように、同相クロック信号ＡＣＩおよび直角位相クロック信号ＡＣＱは、変圧器Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、およびＴ４の一次巻線Ｌ１＿１、Ｌ１＿２、Ｌ１＿３、およびＬ１＿４をそれぞれ通過するように、表示されている。しかしながら、例えば、同相クロック信号ＡＣＩおよび直角位相クロック信号ＡＣＱを複数のジョセフソン電流源用に供給して、複数のデバイス用にＤＣ出力電流を生成することなどが可能である。図９は、一例の超伝導回路システム４００を図示する。一例として、超伝導回路システム４００は、メモリまたは処理システムなど、様々な量子コンピューティング用途および古典的コンピューティング用途のいずれでも実施することが可能である。超伝導回路システム４００は、複数のＮ個のデバイス４０２を含む。この場合、Ｎは正の整数である。デバイス４０２は、それぞれＡＣ入力信号に基づいて、図９の例では、それぞれのＤＣ出力電流ＩＤＣ＿１〜ＩＤＣ＿Ｎとして表示されている、それぞれのＤＣ出力電流を受け取る。一例として、ＤＣ出力電流ＩＤＣ＿１〜ＩＤＣ＿Ｎは、デバイス４０２を駆動する電力信号またはドライバ信号として供給することが可能である。例えば、デバイス４０２は、それぞれメモリセルのアレイに書き込み電流および読み出し電流を供給するようなそれぞれのメモリドライバに対応し得る。
【００５４】
超伝導回路システム４００は、ＤＣ出力電流ＩＤＣ＿１〜ＩＤＣ＿Ｎを生成するように構成されたそれぞれの複数のジョセフソン電流源４０４も含む。図９の例では、ＡＣ入力信号は、図２、図３および図６の例で表示されているように、同相クロック信号ＡＣＩおよび直角位相クロック信号ＡＣＱとして表示されている。一例として、ジョセフソン電流源４０４は、それぞれ図２の例でのジョセフソン電流源回路５０、もしくは図６の例でのジョセフソン電流源回路２５０と実質的に同様に構成するか、または図７および図８のそれぞれの例でのジョセフソン電流源システム３００および３５０の１つとして構成することが可能である。したがって、ジョセフソン電流源４０４は、それぞれ４つの段を含む少なくとも１つの磁束シャトルループを含むことが可能である。４つの段は、それぞれ実質的に同一に構成され、ループのまわりにフラクソンを伝播して、それぞれの出力インダクタを介して、それぞれのＤＣ出力電流ＩＤＣ＿１〜ＩＤＣ＿Ｎにまとめられる電圧パルスを生成する。
【００５５】
ジョセフソン電流源４０４は、それぞれ少なくとも１つの入力信号ＲＱＬＩＮ＿１〜ＲＱＬＩＮ＿Ｎを受け取る（例えば、それぞれ第１の入力信号ＲＱＬＩＮ１および第２の入力信号ＲＱＬＩＮ２を含んでいる）ようにも表示されており、それらをジョセフソン電流源４０４に供給して、ジョセフソン電流源４０４の動作を制御して、同相クロック信号ＡＣＩおよび直角位相クロック信号ＡＣＱをＤＣ出力電流ＩＤＣ＿１〜ＩＤＣ＿Ｎに変換することが可能である。したがって、ジョセフソン電流源４０４は、それぞれ別々に起動および停止することが可能であり、それにより、ジョセフソン電流源４０４が独立して制御されて、別々の振幅のＤＣ出力電流ＩＤＣ＿１〜ＩＤＣ＿Ｎを供給することができる。加えて、ジョセフソン電流源４０４は、図９の例では並列に配置されているが、代わりに、ジョセフソン電流源４０４を直列に配置して、スルーレート（ｓｌｅｗ  ｒａｔｅ）が向上した単一ＤＣ出力電流をまとめて生成することなどが可能であることを理解されたい。
【００５６】
したがって、前述した場合と同様に、ジョセフソン電流源４０４を動作させて、同相クロック信号ＡＣＩおよび直角位相クロック信号ＡＣＱに基づいて、ＤＣ出力電流ＩＤＣ＿１〜ＩＤＣ＿Ｎを電力効率良く、かつ独立した制御で生成することが可能である。ジョセフソン電流源４０４は、それぞれのＤＣ出力電流ＩＤＣ＿１〜ＩＤＣ＿Ｎをデバイス４０２に供給するために、電圧パルスを介して電力を損失するのみであり、その結果、ジョセフソン電流源４０４のそれぞれにおいて、磁束シャトルループのまわりに伝播しているフラクソンを維持するために追加の電力を損失することがない。加えて、ジョセフソン電流源４０４は、典型的な抵抗に基づいたＤＣ電源とは対照的に、静止電力損失から実質的に熱を発生する可能性がない。それに応じて、ジョセフソン電流源４０４は、超伝導回路システム４００で効率的かつ効果的に動作することが可能である。
【００５７】
上記で説明した前述の構造的および機能的特徴を考慮して、本発明の様々な態様に従う方法が、図１０を参照して、より良く認識されるであろう。説明を簡単にするために、図１０の方法は順次に実行されるものとして示され記載されるが、本発明は図示された順序によって限定されるのではなく、いくつかの態様は、本発明に従って、異なる順序で、かつ／または本明細書に示され記載されるのとは別の態様と同時に起こり得ることを理解および認識されたい。さらに、図示された特徴のすべてが、本発明の一態様に従う方法を実施するために必要とされるわけではないことがあり得る。
【００５８】
図１０は、ＤＣ出力電流（例えば、ＤＣ出力電流ＩＤＣ）の振幅を制御するための一例の方法４５０を図示する。４５２において、第１のＳＦＱパルスが、（例えば、入力信号ＲＱＬＩＮを介して）第１の磁束噴射器（例えば、磁束噴射器３０６および３５８の１つ）に供給されて、ＡＣ入力信号（例えば、クロック信号ＡＣ）に基づいた複数のジョセフソン接合（例えば、ジョセフソン接合Ｊ１＿１、Ｊ２＿１、Ｊ１＿２、Ｊ２＿２、Ｊ１＿３、Ｊ２＿３、Ｊ１＿４、およびＪ２＿４）の連続的なトリガを介して、少なくとも１つの磁束シャトルループ（例えば、磁束シャトルループ２５２または磁束シャトルループ５２）のまわりに伝播する第１のフラクソンを生成して、出力インダクタ（例えば、出力インダクタＬＯＵＴ）のＤＣ出力電流の振幅を増大させる。４５４において、第１のレシプロカルＳＦＱパルスが、（例えば、入力信号ＲＱＬＩＮを介して）第１の磁束噴射器に供給されて、第１のフラクソンを実質的に打ち消す第１の反フラクソンを生成して、ＤＣ出力電流の振幅を維持する。４５６において、第２のＳＦＱパルスが、（例えば、入力信号ＲＱＬＩＮを介して）第２の磁束噴射器（例えば、磁束噴射器３０８および３６２の１つ）に供給されて、ＡＣ入力信号に基づいた複数のジョセフソン接合の連続的なトリガを介して、少なくとも１つの磁束シャトルループのまわりに伝播する第２のフラクソンを生成して、出力インダクタのＤＣ出力電流の振幅を減少させる。４５８において、第２のレシプロカルＳＦＱパルスが、（例えば、入力信号ＲＱＬＩＮを介して）第２の磁束噴射器に供給されて、第２のフラクソンを実質的に打ち消す第２の反フラクソンを生成して、ＤＣ出力電流の振幅を維持する。
【００５９】
上記で説明されたものは、本発明の例である。当然ながら、本発明を説明するために構成要素または方法のすべての考えられる組み合わせを記載することは不可能であるが、当業者であれば、本発明の多くのさらなる組み合わせおよび置換が可能であることがわかるであろう。それに応じて、本発明は、添付の特許請求の範囲を含む本出願の範囲内に含まれるすべてのそのような変更形態、修正形態、および変形形態を包含するように意図されている。
以下に、上記実施形態から把握できる技術思想を付記として記載する。
［付記１］
ジョセフソン電流源システムであって、
磁束シャトルループであって、前記磁束シャトルループのまわりに間隔を隔てて配置された複数のジョセフソン接合を含み、かつ起動されると、誘導的に結合されるＡＣ入力信号に応答して、前記磁束シャトルループまわりの前記複数のジョセフソン接合を連続的にトリガして、出力インダクタを介して供給されるＤＣ出力電流を生成するように構成される前記磁束シャトルループと、
第１の磁束状態および第２の磁束状態のうちの１つを有する超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）を含む磁束噴射器であって、単一磁束量子（ＳＦＱ）パルスに応答して前記第１の磁束状態から前記第２の磁束状態に変わり、前記磁束シャトルループを起動して、前記ＤＣ出力電流の振幅を増大させるように構成され、レシプロカルＳＦＱパルスに応答して前記第２の磁束状態から前記第１の磁束状態に変わり、前記磁束シャトルループを停止して、前記ＤＣ出力電流の振幅を維持するようにさらに構成される磁束噴射器と
を含むジョセフソン電流源システム。
［付記２］
前記ＳＱＵＩＤが、前記磁束シャトルループの一部を形成するＳＱＵＩＤジョセフソン接合を含み、前記磁束噴射器が、ＤＣバイアス電流を伝播するように構成される第１のインダクタと、前記第１のインダクタと磁気的に結合され、かつ前記ＳＦＱパルスおよび前記レシプロカルＳＦＱパルスを伝播するように構成される第２のインダクタと、前記第１のインダクタおよび前記第２のインダクタと磁気的に結合され、かつ前記ＳＱＵＩＤの一部を形成する第３のインダクタとを含む変圧器をさらに含み、それにより、前記ＳＱＵＩＤジョセフソン接合が、前記ＳＦＱパルスおよび前記レシプロカルＳＦＱパルスに応答して、それぞれ前記磁束シャトルループを起動および停止するようにトリガする、付記１に記載のシステム。
［付記３］
前記磁束シャトルループが、前記ＡＣ入力信号の個々の位相とそれぞれ関連付けられた複数の段を含み、前記複数の段のそれぞれが、前記複数の段の個々の１つを前記出力インダクタと相互に接続する蓄積インダクタを含み、かつ電流増分を前記出力インダクタに供給して、前記複数のジョセフソン接合の前記連続的なトリガに応じて、前記ＤＣ出力電流を増大させるように構成され、前記複数の段の１つが前記磁束噴射器を含み、それにより、前記第３のインダクタが、前記複数の段の個々の１つと関連付けられた前記蓄積インダクタとして構成される、付記２に記載のシステム。
［付記４］
前記磁束噴射器が第１の磁束噴射器であり、該第１の磁束噴射器は、それぞれ第１のＳＦＱパルスおよび第１のレシプロカルＳＦＱパルスに応答して前記磁束シャトルループを選択的に起動および停止して、前記磁束シャトルループが前記第１の磁束噴射器によって起動されると、前記磁束シャトルループのまわりの前記複数のジョセフソン接合の連続的なトリガに基づいて前記ＤＣ出力電流の振幅を選択的に増大させるように構成され、前記システムが、第２の磁束噴射器をさらに備え、該第２の磁束噴射器は、それぞれ第２のＳＦＱパルスおよび第２のレシプロカルＳＦＱパルスに応答して前記磁束シャトルループを選択的に起動および停止して、前記磁束シャトルループが前記第２の磁束噴射器によって起動されると、前記磁束シャトルループのまわりの前記複数のジョセフソン接合の連続的なトリガに基づいて前記ＤＣ出力電流の振幅を選択的に減少させるように構成される、付記１に記載のシステム。
［付記５］
付記１に記載のジョセフソン電流源システムを備える超伝導電流源であって、前記ジョセフソン電流源システムが、前記磁束シャトルループの起動に応じて、前記ＤＣ出力電流の振幅を増大させるように構成され、前記超伝導電流源が、
プログラム可能な電流レジスタに応じて前記ＤＣ出力電流の振幅を設定し、かつ前記ジョセフソン電流源システムと関連付けられた第１のＳＦＱパルスおよび第１のレシプロカルＳＦＱパルス、ならびに第２のＳＦＱパルスおよび第２のレシプロカルＳＦＱパルスを生成するように構成されるコントローラと、
第２のジョセフソン電流源システムであって、
前記ＡＣ入力信号と誘導的に結合される第２の磁束シャトルループであって、前記第２の磁束シャトルループのまわりに間隔を隔てて配置された第２の複数のジョセフソン接合を含み、かつ起動されると、前記ＡＣ入力信号に応答して、前記第２の磁束シャトルループのまわりの前記第２の複数のジョセフソン接合を連続的にトリガして、前記出力インダクタを介して供給される前記ＤＣ出力電流を減少させるように構成される第２の磁束シャトルループと、
第２のＳＱＵＩＤを含む第２の磁束噴射器であって、前記第２のＳＦＱパルスおよび前記第２のレシプロカルＳＦＱパルスに応答して、前記第２の磁束シャトルループを選択的に起動および停止するように構成される第２の磁束噴射器とを含む第２のジョセフソン電流源システムと
をさらに備える超伝導電流源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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