特許 7100202 反転位相モード論理フリップフロップ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-07-04

(45)【発行日】2022-07-12

(54)【発明の名称】反転位相モード論理フリップフロップ

(51)【国際特許分類】

   H03K 19/195 20060101AFI20220705BHJP

   G06F 7/38 20060101ALI20220705BHJP

   G11C 11/44 20060101ALI20220705BHJP

【ＦＩ】

H03K19/195

G06F7/38 610

G11C11/44

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2021531279

(86)(22)【出願日】2019-10-30

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-26

(86)【国際出願番号】 US2019058797

(87)【国際公開番号】W WO2020112294

(87)【国際公開日】2020-06-04

【審査請求日】2021-05-31

(31)【優先権主張番号】16/205,959

(32)【優先日】2018-11-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】520128820

【氏名又は名称】ノースロップ グラマン システムズ コーポレーション

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100142907

【弁理士】

【氏名又は名称】本田 淳

(72)【発明者】

【氏名】ブラウン、アレクサンダー ルイス

【審査官】橋本 和志

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－２８９５２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－００５９５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１４－５２９２１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０９５４３９５９（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０３Ｋ １９／１９５

Ｇ０６Ｆ ７／３８

Ｇ１１Ｃ １１／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

反転レシプロカル量子論理（ＲＱＬ）位相モードフリップフロップであって、
データ入力ライン上のデータ入力信号を正または負の単一磁束量子（ＳＦＱ）パルスとして受信し、前記データ入力信号に基づいて当該フリップフロップに流れるＤＣバイアス電流を反転するように構成された積層ジョセフソン接合と、
論理クロック入力信号を受信し、前記ＤＣバイアス電流の方向と当該フリップフロップの論理出力状態とに基づいて、出力ライン上の前記論理クロック入力信号を、前記データ入力信号を論理反転した当該フリップフロップの出力信号として送信するか、またはその送信を抑制するように構成された比較器と、
を備えた反転ＲＱＬ位相モードフリップフロップ。

【請求項2】

前記出力信号は、前記比較器内における出力ジョセフソン接合の０または２πラジアン超伝導位相に対応する負または正のＳＦＱパルスである、請求項１に記載の反転ＲＱＬ位相モードフリップフロップ。

【請求項3】

前記論理クロック入力信号は、正および負の単一磁束量子（ＳＦＱ）パルスの相互対として供給される、請求項１に記載の反転ＲＱＬ位相モードフリップフロップ。

【請求項4】

前記比較器内の出力ジョセフソン接合にＤＣバイアス電流を供給するように構成されたＤＣおよびＡＣバイアスネットワークをさらに備え、前記積層ジョセフソン接合は、前記データ入力信号に応答してトリガされることにより前記ＤＣバイアス電流を反転するように構成されている、請求項１に記載の反転ＲＱＬ位相モードフリップフロップ。

【請求項5】

前記比較器は、前記論理クロック入力信号が供給されるエスケープジョセフソン接合と、前記エスケープジョセフソン接合と回路接地との間に接続された出力ジョセフソン接合とを含む、請求項１に記載の反転ＲＱＬ位相モードフリップフロップ。

【請求項6】

当該フリップフロップが４つ以下のジョセフソン接合を含む、請求項５に記載の反転ＲＱＬ位相モードフリップフロップ。

【請求項7】

前記比較器は、前記論理クロック入力信号として受信したＳＦＱパルスに応答して前記エスケープジョセフソン接合および出力ジョセフソン接合のうちの１つのみがトリガされるように構成されている、請求項５に記載の反転ＲＱＬ位相モードフリップフロップ。

【請求項8】

前記比較器は、前記データ入力信号に応答して前記ＤＣバイアス電流を反転する前記積層ジョセフソン接合のトリガにより生じる前記出力ジョセフソン接合の負のバイアス条件に基づいて前記出力信号を生成するべく前記出力ジョセフソン接合が優先的にトリガされるように構成されている、請求項７に記載の反転ＲＱＬ位相モードフリップフロップ。

【請求項9】

ＤＣバイアスラインにトランス結合された接地インダクタを含むＤＣバイアス回路をさらに備え、前記ＤＣバイアス回路は、出力ジョセフソン接合をバイアスする前記ＤＣバイアス電流に寄与する、請求項１に記載の反転ＲＱＬ位相モードフリップフロップ。

【請求項10】

前記比較器は、前記論理クロック入力信号が供給される抵抗器と、前記抵抗器と回路接地との間に接続された出力ジョセフソン接合とを含み、前記抵抗器は、前記出力ジョセフソン接合をトリガしない論理クロック入力信号パルスを徐々に散逸させるように構成されている、請求項１に記載の反転ＲＱＬ位相モードフリップフロップ。

【請求項11】

当該フリップフロップが３つ以下のジョセフソン接合を含む、請求項１０に記載の反転ＲＱＬ位相モードフリップフロップ。

【請求項12】

方法であって、
反転レシプロカル量子論理（ＲＱＬ）フリップフロップを論理クロック相互パルス対で初期化して当該フリップフロップを論理「１」の値に対応する位相モードにセットすること、
当該フリップフロップのデータ入力に正の単一磁束量子（ＳＦＱ）パルスを供給すること、
当該フリップフロップの積層ジョセフソン接合をトリガして当該フリップフロップの出力ジョセフソン接合を流れるＤＣバイアス電流の方向を反転すること、
当該フリップフロップの論理クロック入力に追加の相互ＳＦＱパルス対を供給すること、
前記反転されたＤＣバイアス電流に基づいて前記追加のパルス対のうちの負のパルスのみを当該フリップフロップの出力に伝達し、前記追加のパルス対のうちの正のパルスをエスケープジョセフソン接合または散逸抵抗器のいずれかで吸収すること、
当該フリップフロップを論理「０」の値に対応する位相モードにリセットすること、
を備える方法。

【請求項13】

前記出力ジョセフソン接合にＡＣバイアス信号を供給することをさらに備え、前記散逸抵抗器が含まれる場合、論理クロック入力インダクタと、前記散逸抵抗器と、前記出力ジョセフソン接合と、論理クロック入力駆動ジョセフソン接合とを含むループのＬ／Ｒ時定数により、前記ループが、前記供給されたＡＣバイアス信号の１／２サイクル未満で１Φ_０相当の電流を散逸できるように前記散逸抵抗器のサイズが設定されている、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記追加のパルス対のうちの正のパルスはエスケープジョセフソン接合で吸収され、前記追加のパルス対のうちの負のパルスは、前記追加のパルス対のうちの負のパルスに応答して前記出力ジョセフソン接合をトリガすることにより前記出力に伝達される、請求項１２に記載の方法。

【請求項15】

前記反転ＲＱＬフリップフロップの前記データ入力に負のＳＦＱパルスを供給すること、
前記積層ジョセフソン接合のトリガを解除して、先の前記反転されたＤＣバイアス電流の方向を復元すること、
当該フリップフロップの前記論理クロック入力に後続の相互ＳＦＱパルス対を供給すること、
前記復元されたＤＣバイアス電流に基づいて前記後続のパルス対のうちの正のパルスのみを当該フリップフロップの前記出力に伝達し、前記後続のパルス対のうちの負のパルスをエスケープジョセフソン接合または抵抗器で吸収すること、
当該フリップフロップを論理「１」の値に対応する位相モードにセットすること、
をさらに備える請求項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、具体的には、反転位相モード論理（ＰＭＬ）Ｄフリップフロップに関する。本出願は、２０１９年１１月３０日に出願された米国特許出願第１６／２０５９５９号の優先権を主張し、その全体が明細書に組み込まれる。

【背景技術】

【0002】

デジタル論理の分野において、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）技術は高度に開発された周知の技術であり、幅広く使用されている。ＣＭＯＳが技術として成熟しつつあるため、速度、消費電力計算密度、相互接続帯域幅などの点でより高い性能につながり得る代替技術に関心が向けられている。ＣＭＯＳ技術に代わるものとして、超伝導ジョセフソン接合（ＪＪ）を利用し、２０ギガビット／秒（Ｇｂ／ｓ）以上の典型的なデータ速度で約４ナノワット（ｎＷ）の典型的な信号電力を有し、約４ケルビンの動作温度を有する超伝導体ベースの単一磁束量子回路がある。

【0003】

フリップフロップは双安定マルチバイブレータであって、状態情報を保存し、１つ以上の制御入力に適用される信号によって状態を変更するために使用可能な２安定状態回路である。近年の演算および通信エレクトロニクスにおいて、フリップフロップは、シーケンシャルロジック論理の基本的なストレージ要素である。反転フリップフロップは反転論理状態を供給するものであって、その他の点については非反転フリップフロップから期待されるものとなり、出力はクロック入力を反転したものである。従来のＤフリップフロップ（例えば、ＣＭＯＳで実装されたもの）は、２つのバイナリ入力としてのデータ入力Ｄおよびクロック入力と、少なくとも１つの出力Ｑｂａｒ（「Ｑｂａｒ」はＱの上に直線のバーを付した符号）とを有する。Ｄフリップフロップは、Ｄ入力の値を入力クロックサイクルの特定の部分、例えば、キャプチャタイムとして知られる立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジで取り込む。その取り込み値がＱｂａｒ出力となる。出力Ｑｂａｒは、キャプチャタイム（またはその後の幾らかの小伝搬遅延）を除いて変化しない。実際の実装では、データ入力Ｄは、入力が確実にキャプチャされ反転され出力に伝搬されるために、キャプチャタイム前の或るセットアップタイムとキャプチャタイム後の或るホールドタイムの間は安定している必要がある。

【0004】

位相モード論理は、デジタル値を１つまたは複数のジョセフソン接合の超伝導位相として符号化し得る。例えば、論理「１」は高位相として符号化され、論理「０」は低位相として符号化され得る。例えば、値は、ゼロラジアンの超伝導位相（例えば、論理「０」を意味する）または２πラジアンの超伝導位相（例えば、論理「１」を意味する）として符号化され得る。ＡＣクロックサイクルごとにジョセフソン接合の位相をリセットするための相互パルスを必要としないため、これらの値はＲＱＬのＡＣクロックサイクルにわたって持続する。

【発明の概要】

【0005】

一実施例は、反転レシプロカル量子論理（ＲＱＬ）位相モードフリップフロップを含む。当該フリップフロップは、データ入力ライン上のデータ入力信号を正または負の単一磁束量子（ＳＦＱ）パルスとして受信し、前記データ入力信号に基づいて当該フリップフロップに流れるＤＣバイアス電流を反転するように構成された積層ジョセフソン接合（stacked Josephson junction）を有している。当該フリップフロップは、論理クロック入力信号を受信し、前記ＤＣバイアス電流の方向と当該フリップフロップの論理出力状態とに基づいて、出力ライン上の前記論理クロック入力信号を、前記データ入力信号を論理反転した当該フリップフロップの出力信号として送信するか、またはその送信を抑制するように構成された比較器をさらに有している。例えば、論理出力状態は、例えば論理「１」に対応する「位相モード１」の状態か、または例えば論理「０」に対応する「位相モード０」の状態であり得る。

【0006】

別の実施例は、反転レシプロカル量子論理（ＲＱＬ）フリップフロップを動作させる（例えば、論理値を反転ＲＱＬに書き込むおよび論理値を反転ＲＱＬから読み出す）方法を含む。当該方法は、反転レシプロカル量子論理（ＲＱＬ）フリップフロップを論理クロック相互パルス対で初期化して当該フリップフロップを論理「１」の値に対応する位相モードにセットすることを含む。当該方法は、当該フリップフロップのデータ入力に正の単一磁束量子（ＳＦＱ）パルスを供給すること、および当該フリップフロップの積層ジョセフソン接合をトリガして当該フリップフロップの出力ジョセフソン接合を流れるＤＣバイアス電流の方向を反転すること、によって継続する。当該方法は、当該フリップフロップの論理クロック入力に追加の相互ＳＦＱパルス対を供給すること、によって継続する。当該方法は、前記反転されたＤＣバイアス電流に基づいて前記追加のパルス対のうちの負のパルスのみを当該フリップフロップの出力に伝達し、前記追加のパルス対のうちの正のパルスをエスケープジョセフソン接合または散逸抵抗器のいずれかで吸収すること、によって継続する。以上の結果、当該フリップフロップは、論理「０」の値に対応する位相モードにリセットされる。当該方法は、前記反転ＲＱＬフリップフロップの前記データ入力に負のＳＦＱパルスを供給すること、前記積層ジョセフソン接合のトリガを解除して、先の前記反転されたＤＣバイアス電流の方向を復元すること、および当該フリップフロップの前記論理クロック入力に後続の相互ＳＦＱパルス対を供給すること、によって継続し得る。当該方法は、前記復元されたＤＣバイアス電流に基づいて前記後続のパルス対のうちの正のパルスのみを当該フリップフロップの前記出力に伝達し、前記後続のパルス対のうちの負のパルスをエスケープジョセフソン接合または抵抗器で吸収すること、によって継続し得る。この結果、当該フリップフロップは、論理「１」の値に対応する位相モードにセットされる。

【0007】

さらに別の実施例は、データ入力信号を単一磁束量子（ＳＦＱ）パルスとして受信するように構成されたデータ入力と、論理クロック入力信号を正および負のＳＦＱパルスの相互対として受信するように構成された論理クロック入力とを有する回路を含む。また、当該回路は、前記論理クロック入力と出力との間に接続された、エスケープジョセフソン接合または抵抗器のいずれかを含む。当該回路はさらに、前記出力と回路接地との間に接続された出力ジョセフソン接合と、前記データ入力と前記出力との間に接続された積層ジョセフソン接合とを有している。また、当該回路は、前記出力ジョセフソン接合にＤＣおよびＡＣバイアスを供給するように構成されたＤＣおよびＡＣバイアスネットワークを含み、ＤＣバイアスは前記積層ジョセフソン接合のトリガによって反転可能である。当該回路は、論理「１」または論理「０」の値に対応する出力信号を出力から供給するように構成されており、前記出力信号は、前記論理クロック入力信号によってクロッキングされる前記データ入力信号を反転したものとされる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】例示的な反転レシプロカル量子論理（ＲＱＬ）位相モードＤフリップフロップのブロック図である。

【図2】例示的な反転レシプロカル量子論理（ＲＱＬ）位相モードＤフリップフロップのブロック図である。

【図3】図３Ａは、例示的な反転ＲＱＬ位相モードＤフリップフロップの回路図であり、図３Ｂ～図３Ｒは、図３Ａのフリップフロップの例示的な機能を示す図である。

【図4】例示的な反転ＲＱＬ位相モードＤフリップフロップの回路図である。

【図5】例示的な反転ＲＱＬ位相モードＤフリップフロップの回路図である。

【図6】例示的な反転ＲＱＬ位相モードＤフリップフロップの回路図であり、ＤＣバイアス素子の一例の回路図である。

【図7A】反転ＲＱＬ位相モードＤフリップフロップを動作させる（例えば、反転ＲＱＬ位相モードＤフリップフロップに値を書き込むおよび値を読み出す）例示的方法のフロー図である。

【図7B】反転ＲＱＬ位相モードＤフリップフロップを動作させる（例えば、反転ＲＱＬ位相モードＤフリップフロップに値を書き込むおよび値を読み出す）例示的方法のフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本開示は、概して量子および古典的デジタル超伝導回路に関し、具体的には、レシプロカル量子論理（ＲＱＬ）位相モード論理（ＰＭＬ）回路で使用するための反転Ｄフリップフロップに関する。ＲＱＬ位相モード反転フリップフロップは、例えば、アドレス指定されたメモリセルの論理状態を記憶するメモリシステム（例えば、量子演算メモリシステム）に実装され得る。本開示は、参照によって本明細書に組み込まれる「RQL Phase-Mode Flip■Flop」（ＲＱＬ位相モードフリップフロップ）を名称とする米国特許出願第１５／８１０，８６０号に記載された反転型ＰＭＬフリップフロップを提供し、フリップフロップの出力にインバータを単に取り付けるよりも効率的なものである。入力および出力は各々、ＲＱＬ超伝導回路などのジョセフソン伝送線路（ＪＴＬ）を介して供給され得る。

【0010】

反転ＲＱＬ位相モードフリップフロップは、積層ジョセフソン接合と比較器とを含み得る。例えば、このようなフリップフロップは、比較器の一部を形成する出力ジョセフソン接合と直列に積層ジョセフソン接合を含み得る。本明細書で使用される「積層ジョセフソン接合」とは、別のジョセフソン接合とそのバイアスソースとの間にあるジョセフソン接合を意味し、それら２つの接合が直列にバイアスされ、一方の接合をトリガすることによって他方の接合のＤＣバイアスを変化させることができる。フリップフロップの出力は、例えば、出力信号をＲＱＬシステムの他のゲートまたはＲＱＬ回路の他の部分に伝搬するように出力増幅ジョセフソン伝送線路（ＪＴＬ）に接続され得る。正または負の単一磁束量子（ＳＦＱ）パルスとして供給され得るデータ入力により積層ジョセフソン接合をトリガまたはトリガ解除してフリップフロップのバイアス条件を変更、例えば、出力ジョセフソン接合に印加されるＤＣバイアスを反転することにより、出力ジョセフソン接合を事前準備（priming）して、例えばＤＣバイアスの方向に基づき論理クロック入力信号から出力にパルスを伝達したりまたはそのようなパルスを抑制したりすることができる。このように、例えば、積層ジョセフソン接合のトリガによって出力ジョセフソン接合が適切にバイアスされていることにより、論理クロックＳＦＱ相互パルス対のうちの一方のパルスによって出力ジョセフソン接合を比較器内のエスケープジョセフソン接合よりも優先的にトリガすることができる場合、比較器への論理クロックＳＦＱ相互パルス対の受信時に、データ入力を反転したものを出力に取り込むことができる。

【0011】

図１は、データ入力Ｄと、論理クロック入力ＬＣＬＫと、出力Ｑｂａｒとを有する反転ＲＱＬ位相モードフリップフロップ１００の例示的なブロック図である。１つまたは複数のバイアスネットワークは、ＤＣおよびＡＣバイアス、またはＤＣバイアス（のみ）をフリップフロップに供給し得る。フリップフロップ１００は、積層ジョセフソン接合１０２および比較器１０４を含む。積層ジョセフソン接合１０２は、データ入力ラインＤ上のデータ入力信号を正または負のＳＦＱパルスとして受信し、データ入力信号に基づいてフリップフロップに流れるＤＣバイアス電流を反転するように構成され得る。比較器１０４は、論理クロック入力ラインＬＣＬＫに供給された論理クロック入力信号を受信し、ＤＣバイアスの方向とフリップフロップの論理出力状態とに基づいて、出力ライン上の論理クロック入力信号を、データ入力信号を論理反転したフリップフロップの出力信号として送信するか、またはそのような送信を抑制するように構成され得る。Ｄ入力、ＬＣＬＫ入力、およびＱｂａｒ出力は、従来の反転フリップフロップの命名法に従うものであり、論理クロック入力ＬＣＬＫは、ＣＭＯＳフリップフロップのクロックＣＬＫと同等である。論理クロック入力ＬＣＬＫは、ＳＦＱ信号を例えば正および負の相互パルス対として供給し得るものであるが、ＲＱＬのＡＣクロックと混同すべきではない。

【0012】

図２は、図１に示されたフリップフロップ１００と同様、他の例示的な反転ＲＱＬ位相モードフリップフロップ２００のブロック図である。同様にフリップフロップ２００も、上記のようにデータ入力Ｄ、論理クロック入力ＬＣＬＫ、および出力Ｑｂａｒとともに、１つまたは複数のバイアスネットワークを有している。また、フリップフロップ２００は、上記のように機能し得る積層ジョセフソン接合２０２と、エスケープジョセフソン接合２０６または小さな散逸抵抗器２０６のいずれかで構成され得る比較器２０４と、出力ジョセフソン接合２０８とを含む。図示されるように、論理クロック信号は、エスケープジョセフソン接合２０６または散逸抵抗器２０６を介して供給され得る。出力ジョセフソン接合２０８は、フリップフロップの出力に接続されている。比較器２０４は、論理クロック入力ＬＣＬＫで受信されたＳＦＱパルスに応答してエスケープジョセフソン接合２０６および出力ジョセフソン接合２０８のうちの１つのみがトリガされるように構成され得る。特に、比較器２０４は、データ入力Ｄに供給されたデータ入力信号に応答してＤＣバイアス電流を反転する積層ジョセフソン接合２０２のトリガにより生じる出力ジョセフソン接合２０８の負のバイアス条件に基づいて出力信号を生成するべく出力ジョセフソン接合２０８が優先的にトリガされるように構成され得る。反転フリップフロップ２００は、出力ジョセフソン接合２０８へのＤＣバイアスの方向を反転させる積層ジョセフソン接合２０２を比較器２０４と組み合わせて使用することで、反転フリップフロップ２００を提供する。

【0013】

例えば、入力Ｄに到達するＳＦＱパルスは、ＲＱＬ位相モードデータ符号化と一致する正および負のＳＦＱパルスを交互に繰り返すことで構成され得る。フリップフロップ１００，２００は各々、例えば、回路の初期化によって、負のデータ入力パルスがデータ入力Ｄに受信された場合には、論理クロック入力ＬＣＬＫに受信された次の論理クロック入力信号で、その論理「１」の値が出力Ｑｂａｒにアサートされ、反対に、正のデータ入力パルスがデータ入力Ｄに受信された場合には、論理クロック入力ＬＣＬＫに受信された次の論理クロック入力信号で、その論理「０」の値が出力Ｑｂａｒにデアサートされるように構成され得る。この例において、他の信号の組み合わせは出力Ｑｂａｒの論理状態に影響を与えない。したがって、例えば、論理クロック入力ＬＣＬＫで受信されたパルスは、正であるか負であるかに関係なく、最後に受信されたデータ入力パルスとは極性が異なるデータ入力パルスが入力Ｄで受信されなければ、出力Ｑｂａｒの論理状態を変更しない。上記の初期化は、論理クロック入力ＬＣＬＫへの相互パルス対の供給を含み得る。

【0014】

これらの構成により、フリップフロップ１００，２００はいずれも第２の信号反転段を省略しているため、構成要素の数の点で非常に効率的とすることができるとともに、出力伝搬速度の点で非常に高速とすることができる。例として、これらのフリップフロップは３つまたは４つのジョセフソン接合のみで構成することができ、バイアスネットワークによって供給される１つのＡＣサイクル内で出力を供給することができる。いくつかの例では、本明細書において説明される反転フリップフロップは、論理クロック入力ＬＣＬＫにパルスを印加してから新たな出力が生成されるまでの遅延は１０ピコ秒未満であり、すべての可能な遷移を評価するためにＬＣＬＫに適用される相互対がＡＣサイクルの約半サイクル分離れている場合に新たな出力を完全に評価するのに、ＡＣサイクルの半分強しかかからない。

【0015】

フリップフロップ１００またはフリップフロップ２００の論理値は、例えば、ジョセフソン接合の超伝導位相として記憶され得る。例えば、フリップフロップ２００の論理値は、出力ジョセフソン接合２０８の位相として記憶され得る。例として、出力ジョセフソン接合２０８の０ラジアン超伝導位相は論理「０」値を符号化し、出力ジョセフソン接合２０８の２πラジアン超伝導位相は論理「１」値を符号化し得るが、周囲の論理に依存して他の組み合わせも同様に機能し得る。

【0016】

図３Ａは、フリップフロップ１００またはフリップフロップ２００のいずれかに対応し得る例示的なＲＱＬ位相モード反転Ｄフリップフロップ回路３００の回路概略図である。フリップフロップ３００は、２つの論理入力ＤＩ，ＬＣＬＫＩと１つの出力ＱＮＯとを有し、各々、ＳＦＱパルスを入力または出力として受信または送信するように構成されている。正および負のＳＦＱパルスで構成されるデータ信号は、データ入力インダクタＬ６ｂを介してデータ入力ＤＩに供給され、相互ＳＦＱパルス対で構成される論理クロック信号は、論理クロック入力インダクタＬ６ａを介して論理クロック入力ＬＣＬＫＩに供給され得る。

【0017】

ｂｉａｓ_１と表記されたＡＣおよびＤＣバイアスは、ＡＣおよびＤＣバイアスインダクタＬ２を介して回路に供給され得る。また、ＤＣバイアスは、接地インダクタＬ８を結合するトランスを介して印加され得る。例として、ＡＣおよびＤＣバイアスｂｉａｓ_１は、Φ_０／２相当の直流電流とＡＣ波形信号（例えば、正弦波信号）とを供給し、インダクタＬ８を介して供給されるＤＣバイアスは、Φ_０／２相当の直流電流を供給し得る。本明細書において使用されるΦ_０は、約２．０７ｍＡ-ｐＨに等しい単一の磁束量子である。論理クロック入力ＬＣＬＫＩに相互パルス対が印加されると、出力ＱＮＯは、データ入力ＤＩに最後に印加されたデータ入力信号の反転値を取る。フリップフロップ３００は、４つのジョセフソン接合Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５と、５つのインダクタＬ２，Ｌ６ａ，Ｌ６ｂ，Ｌ７，Ｌ８を含み得る。これらのうち後者はトランス結合インダクタである。本明細書において説明される代替例は、１つ少ない数でインダクタを含む（インダクタＬ８を省略する）ことができる、および／または抵抗器を含めることによって１つのジョセフソン接合を省略することができる。

【0018】

反転Ｄフリップフロップ３００は、フリップフロップ３００の論理値が出力ジョセフソン接合Ｊ４の超伝導位相として０または２πラジアンのいずれかとして記憶される限り「位相モード」フリップフロップであり、ここで、ジョセフソン接合の超伝導位相は、すべてのノードでの電圧の時間積分として定義される。「位相モード」フリップフロップであるフリップフロップ３００によれば、論理クロックＬＣＬＫＩに供給される任意の単一の相互パルス対について、最大で単一のパルスのみが反転出力ＱＮＯで観察される。回路３００の動作マージンを改善するために、データ入力ジョセフソン接合Ｊ２は、データ入力インダクタＬ６ｂおよびインダクタＬ７とともに、データ入力ＤＩを駆動するＪＴＬ（図示略）と論理演算を実行する回路３００の残りの部分（図示されるもの）との間に幾らかの絶縁をもたらす。そのため、いくつかの例では、データ入力インダクタＬ６ｂ、データ入力ジョセフソン接合Ｊ２、およびインダクタＬ７は、回路３００の一部ではなく上記したデータ入力駆動ＪＴＬの一部と見なすことができる。したがって、Ｄフリップフロップ３００は、入力信号の競合状態回避フェーズに使用されるデバイスを除いて、特に別個の専用の信号反転回路段を必要とすることなく、３つまたは４つのみのジョセフソン接合と３つ～５つのみのインダクタとを必要とするものであり、デバイスの使用の点で非常に効率的である。

【0019】

図４および図６に関して以下で説明するように、ＤＣおよびＡＣバイアスｂｉａｓ_１によって供給されるＤＣおよびＡＣミックスを適切に調整できる場合、いくつかの実装では、ＤＣトランスおよびそれに関連する接地インダクタＬ８を省略することができる。典型的なＲＱＬ回路は、接地バイアスインダクタにトランス結合を介して特定のＤＣおよびＡＣバイアスミックスを供給するＤＣおよびＡＣバイアスラインを備えて設計される。フリップフロップ３００は、ＲＱＬ回路で通常見られるものとは異なるミックスを使用するため、インダクタＬ８を含むＤＣバイアストランスを含めることは、ＤＣおよびＡＣバイアスソースｂｉａｓ_１からのより容易に利用可能なバイアスを利用しながら、異なるミックスを供給する上で有利である。

【0020】

以下に回路機能のより詳細な説明を行うが、反転フリップフロップ３００の機能の要約は以下のとおりである。例えば、図３Ｌ～図３Ｑに示されるように、フリップフロップ３００の積層ジョセフソン接合Ｊ３をトリガすると、２つのバイアスネットワークに、すなわちインダクタＬ２，Ｌ８を介して１Φ_０相当の電流がすべての方向に駆動され、この電流のリターンパスは接地よりも上に出力ジョセフソン接合Ｊ４を介して存在する。したがって、例えば、ＤＣおよびＡＣバイアスｂｉａｓ_１とＤＣバイアスインダクタＬ８がともに、インダクタＬ２とジョセフソン接合Ｊ３，Ｊ４とを介して回路３００の底の接地に向けて回路３００内を下方に流れるΦ_０／２の正のＤＣバイアス電流を供給する場合、ジョセフソン接合Ｊ３がトリガされて、ループ全体を反転させる反対方向にΦ_０の電流が流れ、－Φ_０／２相当のバイアス電流が出力ジョセフソン接合Ｊ４に見られるようになる。

【0021】

回路３００内のエスケープジョセフソン接合Ｊ５と出力ジョセフソン接合Ｊ４とはともに比較器を形成し、出力ジョセフソン接合Ｊ４を介したＤＣバイアスの方向に依存して、論理クロック入力ＬＣＬＫＩに相互パルス対が導入されたときに、エスケープジョセフソン接合Ｊ５はその論理クロックパルスにおける正のパルスを拒否して負のパルスを出力ＱＮＯに伝達することができる（逆も同様である）。ただし、パルスは、出力ＱＮＯがそのようなパルスによって示唆される状態になっていない場合に限り、出力ＱＮＯに伝達される。出力ＱＮＯが、伝達されたパルスによって示唆される状態にすでにある場合、エスケープジョセフソン接合Ｊ５は、論理クロックの相互パルス対の両方のパルスを拒否する。ジョセフソン接合Ｊ３が出力ジョセフソン接合Ｊ４に積層されており、かつ出力ジョセフソン接合Ｊ４から見たバイアス電流を反転するようにトリガされるため、データ入力ＤＩは、出力ジョセフソン接合Ｊ４に反対のバイアスを効果的に適用し、データ入力ＤＩに印加された正のパルスによって積層ジョセフソン接合Ｊ３が正にトリガされ、出力ジョセフソン接合Ｊ４が負にバイアスされる。したがって、ＤＩにおける正の入力により、負のパルスを論理クロック入力ＬＣＬＫＩから出力ＱＮＯに遷移させることができる。

【0022】

図３Ａに示されるように、ｂｉａｓ_１およびトランス結合インダクタＬ８から供給されるＤＣバイアスに関する回路３００のデフォルト状態では、ＤＣバイアス電流は、ソースのｂｉａｓ_１から、インダクタＬ２、積層ジョセフソン接合Ｊ３、および出力ジョセフソン接合Ｊ４を介して下に流れる正の方向に供給される。図３Ａに示される回路のデフォルト状態であって以下に説明する回路初期化の前には、回路３００は、図３Ａに示されるような「位相モードゼロ」にあり、出力ＱＮＯに接続されているすべてのジョセフソン接合（Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５）は出力側にドットを有しておらず、出力ＱＮＯの位相は０ラジアンである。

【0023】

図３Ｂ～図３Ｒは、図３Ａのデフォルトのバイアス状態から始まる回路３００の機能を示している。これらの図において、ジョセフソン接合の隣に配置されたドットは、ジョセフソン接合がトリガされたことを示しており、このドットが配置されている側は、トリガの方向を示している。これらの図において使用される規則において、ジョセフソン接合の両側に配置されたドットは、ジョセフソン接合の連続的なトリガおよびトリガ解除（すなわち、一方向にトリガされた後、反対方向にトリガされること）を示しており、これは、ドットを有していないことと等価である。

【0024】

フリップフロップ回路３００の動作は、論理クロック入力ＬＣＬＫＩに初期相互パルス対を含むことにより、回路を初期化し得る。この初期パルス対は、例えば、図３Ｂ～図３Ｅに示されるように、正のＳＦＱパルスとそれに続く負のＳＦＱパルスとで構成され得るが、パルス対が負のＳＦＱパルスとそれに続く正のＳＦＱとで構成されている場合にも、回路は同等に機能する。図３Ｂでは、正のＳＦＱパルス３０２が論理クロック入力ＬＣＬＫＩに印加される。この正のクロックパルスは、図３Ｃにおいてそれらの接合の隣のドットで示されるように、出力ジョセフソン接合Ｊ４を正にトリガし、積層ジョセフソン接合Ｊ３を負にトリガする。このトリガは、図３Ｃに示される正の出力パルス３０４を出力ＱＮＯに送り、それにより出力をアサートして、論理「ハイ」の状態に初期化する。これは、例えば、メモリなどのより大きなデジタル論理デバイスまたはスキームにおける論理「１」に対応し得る。

【0025】

積層ジョセフソン接合Ｊ３の負のトリガは、他のほとんどのＲＱＬ回路の場合のように、ジョセフソン接合Ｊ４のトリガが、接地およびバイアス間ネットワークループのバイアスを反転させないことを意味する。典型的なＲＱＬ回路では、単一のバイアスされたジョセフソン接合は、ＤＣおよびＡＣを適用した結合トランスを介して最終的には接地に到達し、誘導ループを形成する。単一のジョセフソン接合をトリガすると、１Φ_０相当の電流がそのループに流れ込み、単一のジョセフソン接合で見られるバイアスが＋Φ_０／２から－Φ_０／２に反転される。回路３００の場合、バイアスループ内に２つのジョセフソン接合Ｊ３，Ｊ４が存在し、Ｊ４のトリガ時にＪ３がトリガされることは、電流がループ内で反転されないことを意味する。したがって、フリップフロップ３００において、出力ジョセフソン接合Ｊ４によって見られるＤＣバイアスはこの時点では、すなわち、図３Ｃにおいては反転されず、これは、積層ジョセフソン接合Ｊ３が同時にトリガされており、接地およびバイアス間ネットワークループではこれらのジョセフソン接合の両方がトリガされることでバイアス反転効果がキャンセルされるためである。位相に関して示すと、ジョセフソン接合Ｊ３，Ｊ４間のノードは２πラジアンにあり、これらのジョセフソン接合の反対側のノードは両方とも０ラジアンにある。

【0026】

図３Ｄでは、論理クロック相互パルス対の負のＳＦＱパルス３０６が論理クロック入力ＬＣＬＫＩに印加されている。出力ジョセフソン接合Ｊ４のＤＣバイアスは依然として正であり、出力ジョセフソン接合Ｊ４での負のトリガを抑制しているため、負のパルス３０６は出力ジョセフソン接合Ｊ４をトリガできず、代わりに、図３Ｅにおいてエスケープジョセフソン接合Ｊ５の右側のドットで示されるように、エスケープジョセフソン接合Ｊ５を負にトリガする。結果として、負のパルス３０６を導入しても、出力は変化しない。したがって、図３Ｅに示されるように、出力ＱＮＯからパルスは伝搬されない。言い換えれば、図３Ｅは、エスケープジョセフソン接合Ｊ５のトリガによって負の論理クロックパルス３０６が拒否されたことを示している。論理クロック入力ＬＣＫＬＩに供給された初期化パルス３０２，３０６の双方から、１つのパルス３０４のみが出力ＱＮＯから伝搬されている。論理クロック入力ＬＣＬＫＩに最初の相互パルス対の両方のパルスを供給することで初期化が完了し、回路３００は、図３Ｅに示されるような「位相モード１」に配置され、出力ＱＮＯに接続されているすべてのジョセフソン接合（Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５）は出力側に１つのドットを有し、出力ＱＮＯの位相は２πラジアンとなる。

【0027】

図３Ｆ～図３Ｉに示されるように、データ入力ＤＩに入力パルスが適用されていない場合、論理クロック入力ＬＣＫＬＩに到達する後続の論理クロック相互パルス対は、エスケープジョセフソン接合Ｊ５のみをトリガし、出力ＱＮＯに影響を与えない。したがって、例えば、図３Ｆは、データ入力ＤＩに入力がない場合に、論理クロック入力ＬＣＬＫＩに２番目以降の論理クロックパルス対の正のパルス３０８が到着することを示している。図３Ｇは、エスケープジョセフソン接合Ｊ５の両側のドットによって示されるように、パルス３０８によってエスケープジョセフソン接合Ｊ５が反対方向にトリガされる（すなわち、エスケープジョセフソン接合Ｊ５がトリガ解除される）ことを示している。エスケープジョセフソン接合Ｊ５の両側のドットは、次の図３Ｈではともに削除されており、ジョセフソン接合の両側のドットは、ドットが全くないものと同等であるという表記規則と一致している。

【0028】

図３Ｈでは、データ入力ＤＩに入力がないまま、２番目以降の論理クロックパルス対の負のパルス３１０が論理クロック入力ＬＣＬＫＩに到達する。図３Ｉは、出力ジョセフソン接合Ｊ４のＤＣバイアスが依然として正であるため、このパルス３１０がエスケープジョセフソン接合Ｊ５を負にトリガしており、負のパルス３１０が出力ジョセフソン接合Ｊ４をトリガできないことを示している。したがって、回路３００において、２番目以降の負の論理クロックパルス３１０の到着後の図３Ｉの状態は、最初の負の論理クロックパルス３０６の到着後の図３Ｅの場合と同じ状態である。データ入力がＤＩにない状態で論理クロックが相互パルス対によりクロッキングを継続する限り、回路３００は同じ位相モード値を保持し、反転出力ＱＮＯから出力パルスを発行しない。

【0029】

図３Ｊは、正のＳＦＱパルス３１２がデータ入力ＤＩに印加されていることを示している。図３Ｋに示されるように、正のデータ入力パルス３１２は、入力ジョセフソン接合Ｊ２を正にトリガし、パルス３１４を伝播し、これにより、図３Ｌに示されるように、積層ジョセフソン接合Ｊ３が正にトリガされる。上記したように、積層ジョセフソン接合Ｊ３をトリガすると、１Φ_０相当の電流が２つのバイアスネットワークに（すなわち、インダクタＬ２を介してＤＣおよびＡＣソースｂｉａｓ_１に向かって、またＬ８に向かって）駆動され、これにより、これらのループの両方のリターンパスが出力ジョセフソン接合Ｊ４を経由するため、出力ジョセフソン接合Ｊ４に見られるＤＣバイアスが反転する。このように、積層ジョセフソン接合Ｊ３のトリガは出力ジョセフソン接合Ｊ４に負のバイアスをかけることになり、それによって、回路３００の反転効果が得られる。

【0030】

この新たなバイアス状態では、図３Ｍ～図３Ｏに示されるように、論理クロック入力ＬＣＬＫＩに相互パルス対が印加されると、図３Ｍに示される正の論理クロックパルス３１６が、図３Ｎにおいてエスケープジョセフソン接合Ｊ５の隣の追加ドットによって示されるようにエスケープジョセフソン接合Ｊ５をトリガするが、出力ＱＮＯに変化はない。ただし、図３Ｎに示されている後続の負の論理クロックパルス３１８が、図３Ｏに示されるように、出力ジョセフソン接合Ｊ４を負にトリガし、これにより負の出力パルス３２０を伝搬し、出力ＱＮＯをデアサートして論理「ロー」状態（「位相モードゼロ」）にリセットする。これは、例えば、メモリなどのより大きなデジタル論理デバイスまたはスキームにおける論理「０」に対応し得る。図３Ｏにおける負の出力パルス３２０は、負の論理クロック入力パルス３１８によってクロックされるときの図３Ｊにおける正のデータ入力パルス３１２に対応する。正の入力パルス３１２から負の出力パルス３２０への変換は、フリップフロップ回路３００の反転機能を示している。この反転は、インバータ回路段にパルスを伝達させる必要なしに実現されている。

【0031】

なお、図３Ｏは、積層ジョセフソン接合Ｊ３上にドットを含み、図３Ｎと比較した場合のそのジョセフソン接合の相変化を示したものである。出力ジョセフソン接合Ｊ４がトリガされるたびに、積層ジョセフソン接合Ｊ３も反対方向にトリガされるので、ＤＣバイアスは反転しない。出力ジョセフソン接合Ｊ４が先に正に（すなわち、パルス３０２の結果として）トリガされた場合、出力ジョセフソン接合Ｊ４は上部にドットを受け取り（図３Ｃ参照）、積層ジョセフソン接合Ｊ３は同時に負にトリガされて下部にドットを受け取る（同じく図３Ｃ参照）。ここで、図３Ｏでは、出力ジョセフソン接合Ｊ４が負にトリガされて下部にドットを受け取ると（出力ジョセフソン接合Ｊ４の上部における先のドットを効果的にキャンセルすると）、積層ジョセフソン接合Ｊ３が正にトリガされて上部にドットを受け取る。

【0032】

図３Ｐおよび図３Ｑは、データ入力ＤＩに印加された後続の負のデータ入力パルス３２２が、入力ジョセフソン接合Ｊ２を負にトリガすることに続いて、積層ジョセフソン接合Ｊ３を負にトリガする方法を示している。これは、データ入力ＤＩに対する正のパルス３１２の影響を取り消し、図３Ｒに示されるように、出力ジョセフソン接合Ｊ４から見たＤＣバイアスが初期状態、すなわち、図３Ａに示された状態と同じ状態に戻ることを示しており、出力ジョセフソン接合Ｊ４は正にバイアスされ、バイアス電流が回路３００の上側および右側のバイアスネットワークから下部のグランドに流れる。したがって、次に受信される論理クロックパルス対は、図３Ｂ～図３Ｅに示されるのと同じ方法で回路を「位相モード１」に復元し、図３Ｐに示された負のデータ入力パルス３２２に対応する図３Ｃのパルス３０４のような正のＳＦＱパルスを出力する。

【0033】

正のパルス３１２をデータ入力ＤＩに導入して（図３Ｊ～図３Ｏに示されるように）負の出力パルス３２０を生成した後、データ入力ＤＩにパルスがない状態で論理クロック入力ＬＣＬＫＩに追加の相互パルス対を供給することによって回路のさらなるクロッキングが行われたとき、回路３００に対する位相モード変更は得られず、出力ＱＮＯからパルスは発行されない。このような追加のクロッキングの唯一の結果は、エスケープジョセフソン接合Ｊ５の追加のトリガおよびトリガ解除（図３Ｆ～図３Ｉに示される動作と同様であるが、その逆の動作）である。回路の初期化後、データ入力ＤＩに適切なパルスを供給することによって新たな状態を出力に設定するように回路が指示された場合にのみ出力ジョセフソン接合Ｊ４がトリガされる。

【0034】

反転フリップフロップ３００は、論理クロック入力に相互パルス対を使用することでその出力へのそのデータ入力を完全に評価する。データ入力が変化すると、次の論理クロックパルス対について、回路の先の論理状態とデータ入力とによって要求される論理状態変化に依存して、一方または他方の論理クロックパルスが出力に伝達できるようになる。他の多くのＲＺデータ符号化ＲＱＬ回路の機能とは対照的に、パルス対の２つの論理クロックパルスは、両方がバイアスネットワークｂｉａｓ_１の１つのＡＣサイクル内に入る必要はないが、一般的に言えば、それらを時間的にさらに分離することは回路３００の動作をより遅くするだけであるため、相互対の両方のパルスが１つのＡＣサイクル内に来ることは有利である。事実上、論理クロック入力ＬＣＬＫＩに供給されるパルス対の両方のパルスはデータ入力ＤＩに供給されるデータ値をサンプリングするため、データ入力は、有利には、任意の論理クロック相互パルス対の２つのパルス間で変化しないようにＤＩに供給され得る。データおよび論理クロックパルスの相対的なタイミングは、反転フリップフロップ３００の外部の論理によって、すなわち、フリップフロップ３００がその一部であるシステムの他の場所で実施され得る。

【0035】

図４は、ＲＱＬ_ＰＭＬ反転Ｄフリップフロップ回路の別の例示的な実装４００の回路図であり、その構造は回路３００と類似しているが、トランス結合接地インダクタＬ８が排除されている。ＲＱＬバイアスは通常、接地インダクタへのトランス結合を介して実装される。したがって、回路３００のインダクタＬ２と比較して回路４００のバイアスインダクタＬ２_{ＲＥＤＵＣＥＤ}のサイズを縮小するとともに、回路３００のＤＣおよびＡＣバイアスｂｉａｓ_１のＡＣ成分と比較して回路４００のＤＣおよびＡＣバイアスｂｉａｓ_１_ａｃ_ｒｅｄｕｃｅｄのＡＣ成分を縮小することによって、このＤＣおよびＡＣバイアスソースは、ＤＣバイアスソースと並列に効果的に組み合わせることができ、ここでは削除されている接地インダクタＬ８によってＤＣバイアスソースが供給される場合と比べて、回路が小さくなる。回路３００においてｂｉａｓ_１と表記されたＤＣおよびＡＣバイアスソースには、直流および交流電流を注入する変圧器の一部である追加のインダクタンスＬ_{ＳＯＵＲＣＥ}（図示略）がある。この追加のインダクタンスＬ_{ＳＯＵＲＣＥ}は、接地へのインダクタンスである。除去されるインダクタＬ８も、接地へのインダクタンスである。したがって、Ｌ２_{ＲＥＤＵＣＥＤ}のサイズは、式Ｌ８||（Ｌ２＋Ｌ_{ＳＯＵＲＣＥ}）＝Ｌ２_{ＲＥＤＵＣＥＤ}＋Ｌ_{ＳＯＵＲＣＥ}、または等価的に、Ｌ２_{ＲＥＤＵＣＥＤ}＝Ｌ８||Ｌ２＋Ｌ８||Ｌ_{ＳＯＵＲＣＥ}－Ｌ_{ＳＯＵＲＣＥ}によって設定される。回路３００と比較した回路４００では、ＤＣおよびＡＣバイアスソースｂｉａｓ_１がΦ_０／２ＤＣおよび低減振幅ＡＣを供給できるように、ｂｉａｓ_１_ａｃ_ｒｅｄｕｃｅｄに関連付けられたＡＣ変圧器（図示略）に結合されるＡＣ電力の量が変更されることで、ジョセフソン接合Ｊ３，Ｊ４に供給される合計ＡＣバイアスレベルが回路４００でも回路３００と依然として同じとされる。回路４００の動作は、それ以外は回路３００について上記したものと同じである。したがって、Ｄフリップフロップ４００は、入力信号の競合状態回避フェーズに使用されるデバイスを除いて、特に別個の専用の信号反転回路段を必要とすることなく、３つまたは４つのみのジョセフソン接合と２つ～４つのみのインダクタとを必要とするものであり、デバイスの使用の点で非常に効率的である。

【0036】

図５は、ＲＱＬ_ＰＭＬ反転Ｄフリップフロップ回路の別の例示的な実装５００の回路図であり、その構造は回路３００と類似しているが、エスケープジョセフソン接合Ｊ５の代わりに抵抗器Ｒ１を使用している。回路３００では、動作マージンは、回路内の他の構成要素のサイズの変動よりも、エスケープジョセフソン接合Ｊ５のサイズの変動によって大きな影響を受ける。したがって、回路５００では、エスケープジョセフソン接合Ｊ５が小さな受動抵抗器Ｒ１に置き換えられている。回路５００の動作は、以下の点を除いては、回路３００について上述したものと実質的に同じである。回路３００では、出力ジョセフソン接合Ｊ４のトリガに失敗した論理クロック入力パルスは、例えば、図３Ｅ、図３Ｇ、および図３Ｉに示される（それぞれ消費パルス３０６，３０８，３１０に対応する）ように、エスケープジョセフソン接合Ｊ５をトリガすることによって消費される。対照的に、回路５００では、そのようなパルスは抵抗器Ｒ１内で徐々に（例えば、熱に）散逸される。抵抗器Ｒ１のサイズは、論理クロック入力インダクタＬ６ａと、散逸抵抗器Ｒ１と、出力ジョセフソン接合Ｊ４と、論理クロック入力駆動ジョセフソン接合（図示されていないが、図５においてＬＣＬＫＩと接地との間に配置される）とを含むループのＬ／Ｒ時定数により、このループが、ＤＣおよびＡＣバイアスｂｉａｓ_１によって供給されるＡＣサイクルの１／２周期未満で１Φ_０相当の電流を散逸できるように設定されており、これにより、散逸されるパルスが次の論理クロックパルスの到着に干渉しないようにされている。例えば、抵抗器Ｒ１の値は、約１オーム～約１０オームの間、例えば、約２オーム～約５オームの間であり得る。回路３００と同様に、回路５００では、ＡＣおよびＤＣバイアスソースｂｉａｓ_１はΦ_０／２相当の直流電流とＡＣ波形信号（例えば、正弦波信号）とを供給し得る一方、インダクタＬ８を介して供給されるＤＣバイアスはΦ_０／２相当の直流電流を供給し得る。したがって、Ｄフリップフロップ５００は、入力信号の競合状態回避フェーズに使用されるデバイスを除いて、特に別個の専用の信号反転回路段を必要とすることなく、２つまたは３つのみのジョセフソン接合と、１つの抵抗器と、３つ～５つのみのインダクタとを必要とするものであり、デバイスの使用の点で非常に効率的である。

【0037】

図６は、ＲＱＬ_ＰＭＬ反転Ｄフリップフロップ回路の別の例示的な実装６００の回路図であり、その構造は回路３００と類似しているが、回路４００のようにトランス結合接地インダクタＬ８が排除されるとともに、回路５００のようにエスケープジョセフソン接合Ｊ５が抵抗器Ｒ１に置き換えられている。したがって、回路４００に関して上述したように、バイアスインダクタＬ２のサイズは、回路３００と比較して回路６００では低減され、ＡＣおよびＤＣバイアスｂｉａｓ_１のＡＣ成分は、回路３００と比較して回路６００では減少する。回路６００の動作は、それ以外は回路３００について上述したものと同じである。したがって、Ｄフリップフロップ６００は、入力信号の競合状態回避フェーズに使用されるデバイスを除いて、特に別個の専用の信号反転回路段を必要とすることなく、２つまたは３つのみのジョセフソン接合と、１つの抵抗器と、２つ～４つのみのインダクタとを必要とするものであり、デバイスの使用の点で非常に効率的である。

【0038】

図７Ａは、反転ＲＱＬ位相モードＤフリップフロップを動作させる（例えば、論理値を読み書きする）方法７００を示すフローチャートである。フリップフロップは、図１、図２、図３Ａ、図４、図５、または図６を参照して説明したものと同様とすることができる。反転ＲＱＬフリップフロップは、論理クロック相互パルス対により初期化（７０２）されてフリップフロップ（すなわち、その出力）を論理「１」の値に対応する位相モードにセットする。次に、正のＳＦＱパルスが反転ＲＱＬフリップフロップのデータ入力に供給（７０４）される。フリップフロップ内の積層ジョセフソン接合がトリガ（７０６）されてフリップフロップ内の出力ジョセフソン接合に流れるＤＣバイアス電流の方向が反転される。次に、別の相互ＳＦＱパルス対がフリップフロップの論理クロック入力に供給（７０８）される。論理クロックパルス対の負のパルスのみが反転ＤＣバイアスに基づいてフリップフロップ出力に伝達（７１０）される。論理クロックパルス対の正のパルスは、そのパルスを吸収するためのエスケープジョセフソン接合または抵抗器のいずれかを使用して吸収（７１０）される。したがって、フリップフロップは、論理「０」の値に対応する位相モードにリセット（７１２）される。この方法は、例えば、図３Ｂ～図３Ｅおよび図３Ｊ～図３Ｏに示される機能に対応し得る。

【0039】

図７Ｂは、反転ＲＱＬ位相モードＤフリップフロップを動作させる（例えば、論理値を読み書きする）方法７１４を示すフローチャートであり、図７Ａの方法７００から継続し得る。負のＳＦＱパルスが反転ＲＱＬフリップフロップのデータ入力に供給（７１６）され得る。これにより、フリップフロップの積層ジョセフソン接合がトリガ解除（７１８）されてフリップフロップの出力ジョセフソン接合に流れるＤＣバイアス電流の（例えば、先に反転された）方向が復元される。次に、さらに別の相互ＳＦＱパルス対がフリップフロップの論理クロック入力に供給（７２０）され得る。ここでは、相互パルス対の正のパルスのみが、復元されたＤＣバイアスに基づいてフリップフロップ出力に伝達（７２２）され、パルス対の負のパルスは、エスケープジョセフソン接合または抵抗器のいずれかで吸収（７２２）される。これにより、フリップフロップは、論理「１」の値に対応する位相モードにセット（７２４）される。この方法は、例えば、図３Ｐ～図３Ｒおよび図３Ｂ～図３Ｅに示されている機能に対応し得る。

【0040】

本開示は、別個のインバータの必要性を削減することによって設計効率を改善する反転出力を備えたフリップフロップを供給する。本明細書において説明される反転フリップフロップは、フリップフロップとインバータとを組み合わせた実装よりも（実装に必要な部品数とチップ面積の点で）小さく、また（信号伝搬時間の点で）高速である。これらの効率の改善により、ダイ面積が小さくなり、ダイ当たりのコストが低くなる。

【0041】

以上の説明は本発明の例示である。本発明を説明する目的のために構成要素または方法のあらゆる考えられる組み合わせを記載することは勿論不可能であるが、当業者は本発明のさらなる多くの組み合わせおよび置換が可能であることを認識し得る。したがって、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代替、変形、および変更を包含することが意図される。また、本開示または請求項が「１つの」、「第１の」、または「別の」という要素を列挙するかまたはそれらの同等物を列挙する場合には、１つまたは２つ以上のそのような要素を含むと解釈されるべきであり、２つ以上のそのような要素を必須とするものでも、２つ以上のそのような要素を除外するものでもない。本明細書で使用される「含む」という用語は、含むがそれに限定されないことを意味する。「に基づく」という用語は、少なくとも部分的に基づくことを意味する。
本開示に含まれる技術的思想を以下に記載する。
（付記１）
反転レシプロカル量子論理（ＲＱＬ）位相モードフリップフロップであって、
データ入力ライン上のデータ入力信号を正または負の単一磁束量子（ＳＦＱ）パルスとして受信し、前記データ入力信号に基づいて当該フリップフロップに流れるＤＣバイアス電流を反転するように構成された積層ジョセフソン接合と、
論理クロック入力信号を受信し、前記ＤＣバイアス電流の方向と当該フリップフロップの論理出力状態とに基づいて、出力ライン上の前記論理クロック入力信号を、前記データ入力信号を論理反転した当該フリップフロップの出力信号として送信するか、またはその送信を抑制するように構成された比較器と、
を備えた反転ＲＱＬ位相モードフリップフロップ。
（付記２）
前記出力信号は、前記比較器内における出力ジョセフソン接合の０または２πラジアン超伝導位相に対応する負または正のＳＦＱパルスである、付記１に記載の反転ＲＱＬ位相モードフリップフロップ。
（付記３）
前記論理クロック入力信号は、正および負の単一磁束量子（ＳＦＱ）パルスの相互対として供給される、付記１に記載の反転ＲＱＬ位相モードフリップフロップ。
（付記４）
前記比較器内の出力ジョセフソン接合にＤＣバイアス電流を供給するように構成されたＤＣおよびＡＣバイアスネットワークをさらに備え、前記積層ジョセフソン接合は、前記データ入力信号に応答してトリガされることにより前記ＤＣバイアス電流を反転するように構成されている、付記１に記載の反転ＲＱＬ位相モードフリップフロップ。
（付記５）
前記比較器は、前記論理クロック入力信号が供給されるエスケープジョセフソン接合と、前記エスケープジョセフソン接合と回路接地との間に接続された出力ジョセフソン接合とを含む、付記１に記載の反転ＲＱＬ位相モードフリップフロップ。
（付記６）
当該フリップフロップが４つ以下のジョセフソン接合を含む、付記５に記載の反転ＲＱＬ位相モードフリップフロップ。
（付記７）
前記比較器は、前記論理クロック入力信号として受信したＳＦＱパルスに応答して前記エスケープジョセフソン接合および出力ジョセフソン接合のうちの１つのみがトリガされるように構成されている、付記５に記載の反転ＲＱＬ位相モードフリップフロップ。
（付記８）
前記比較器は、前記データ入力信号に応答して前記ＤＣバイアス電流を反転する前記積層ジョセフソン接合のトリガにより生じる前記出力ジョセフソン接合の負のバイアス条件に基づいて前記出力信号を生成するべく前記出力ジョセフソン接合が優先的にトリガされるように構成されている、付記７に記載の反転ＲＱＬ位相モードフリップフロップ。
（付記９）
ＤＣバイアスラインにトランス結合された接地インダクタを含むＤＣバイアス回路をさらに備え、前記ＤＣバイアス回路は、出力ジョセフソン接合をバイアスする前記ＤＣバイアス電流に寄与する、付記１に記載の反転ＲＱＬ位相モードフリップフロップ。
（付記１０）
前記比較器は、前記論理クロック入力信号が供給される抵抗器と、前記抵抗器と回路接地との間に接続された出力ジョセフソン接合とを含み、前記抵抗器は、前記出力ジョセフソン接合をトリガしない論理クロック入力信号パルスを徐々に散逸させるように構成されている、付記１に記載の反転ＲＱＬ位相モードフリップフロップ。
（付記１１）
当該フリップフロップが３つ以下のジョセフソン接合を含む、付記１０に記載の反転ＲＱＬ位相モードフリップフロップ。
（付記１２）
方法であって、
反転レシプロカル量子論理（ＲＱＬ）フリップフロップを論理クロック相互パルス対で初期化して当該フリップフロップを論理「１」の値に対応する位相モードにセットすること、
当該フリップフロップのデータ入力に正の単一磁束量子（ＳＦＱ）パルスを供給すること、
当該フリップフロップの積層ジョセフソン接合をトリガして当該フリップフロップの出力ジョセフソン接合を流れるＤＣバイアス電流の方向を反転すること、
当該フリップフロップの論理クロック入力に追加の相互ＳＦＱパルス対を供給すること、
前記反転されたＤＣバイアス電流に基づいて前記追加のパルス対のうちの負のパルスのみを当該フリップフロップの出力に伝達し、前記追加のパルス対のうちの正のパルスをエスケープジョセフソン接合または散逸抵抗器のいずれかで吸収すること、
当該フリップフロップを論理「０」の値に対応する位相モードにリセットすること、
を備える方法。
（付記１３）
前記出力ジョセフソン接合にＡＣバイアス信号を供給することをさらに備え、前記散逸抵抗器が含まれる場合、論理クロック入力インダクタと、前記散逸抵抗器と、前記出力ジョセフソン接合と、論理クロック入力駆動ジョセフソン接合とを含むループのＬ／Ｒ時定数により、前記ループが、前記供給されたＡＣバイアス信号の１／２サイクル未満で１Φ _０ 相当の電流を散逸できるように前記散逸抵抗器のサイズが設定されている、付記１２に記載の方法。
（付記１４）
前記追加のパルス対のうちの正のパルスはエスケープジョセフソン接合で吸収され、前記追加のパルス対のうちの負のパルスは、前記追加のパルス対のうちの負のパルスに応答して前記出力ジョセフソン接合をトリガすることにより前記出力に伝達される、付記１２に記載の方法。
（付記１５）
前記反転ＲＱＬフリップフロップの前記データ入力に負のＳＦＱパルスを供給すること、
前記積層ジョセフソン接合のトリガを解除して、先の前記反転されたＤＣバイアス電流の方向を復元すること、
当該フリップフロップの前記論理クロック入力に後続の相互ＳＦＱパルス対を供給すること、
前記復元されたＤＣバイアス電流に基づいて前記後続のパルス対のうちの正のパルスのみを当該フリップフロップの前記出力に伝達し、前記後続のパルス対のうちの負のパルスをエスケープジョセフソン接合または抵抗器で吸収すること、
当該フリップフロップを論理「１」の値に対応する位相モードにセットすること、
をさらに備える付記１２に記載の方法。
（付記１６）
前記後続のパルス対のうちの負のパルスはエスケープジョセフソン接合で吸収され、前記後続のパルス対のうちの正のパルスは、前記後続のパルス対のうちの正のパルスに応答して前記出力ジョセフソン接合をトリガすることにより前記出力に伝達される、付記１５に記載の方法。
（付記１７）
回路であって、
データ入力信号を単一磁束量子（ＳＦＱ）パルスとして受信するように構成されたデータ入力と、
論理クロック入力信号を正および負のＳＦＱパルスの相互対として受信するように構成された論理クロック入力と、
前記論理クロック入力と出力との間に接続された、エスケープジョセフソン接合または抵抗器のいずれかと、
前記出力と回路接地との間に接続された出力ジョセフソン接合と、
前記データ入力と前記出力との間に接続された積層ジョセフソン接合と、
前記出力ジョセフソン接合にＤＣおよびＡＣバイアスを供給するように構成されたＤＣおよびＡＣバイアスネットワークと、を備え、
前記積層ジョセフソン接合のトリガによってＤＣバイアスが反転可能であり、
当該回路は、論理「１」または論理「０」の値に対応する出力信号を前記出力から供給するように構成されており、前記出力信号は、前記論理クロック入力信号によってクロッキングされる前記データ入力信号を反転したものである、回路。
（付記１８）
ＤＣバイアスラインにトランス結合された接地インダクタを含むＤＣバイアス回路をさらに備え、前記ＤＣバイアス回路は、前記出力ジョセフソン接合をバイアスするＤＣバイアス電流に寄与する、付記１７に記載の回路。
（付記１９）
当該回路は、当該回路内のエスケープジョセフソン接合を除いて、３つ以下のジョセフソン接合を含む、付記１７に記載の回路。
（付記２０）
前記出力ジョセフソン接合は、前記データ入力信号に応答してＤＣバイアス電流を反転する前記積層ジョセフソン接合のトリガにより生じる前記出力ジョセフソン接合の負のバイアス条件に基づいて前記出力信号を生成するべく優先的にトリガされるように構成されている、付記１７に記載の回路。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図3E】

【図3F】

【図3G】

【図3H】

【図3I】

【図3J】

【図3K】

【図3L】

【図3M】

【図3N】

【図3O】

【図3P】

【図3Q】

【図3R】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】