特許 7492988 超伝導排他的論理和（ＸＯＲ）ゲートシステム

(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】2024-05-22

(45)【発行日】2024-05-30

(54)【発明の名称】超伝導排他的論理和（ＸＯＲ）ゲートシステム

(51)【国際特許分類】

   H03K 19/195 20060101AFI20240523BHJP

   H03K 19/21 20060101ALI20240523BHJP

【ＦＩ】

H03K19/195

H03K19/21

【請求項の数】 11

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022082942

(22)【出願日】2022-05-20

(65)【公開番号】P2023002458

(43)【公開日】2023-01-10

【審査請求日】2022-06-10

(31)【優先権主張番号】17/354,603

(32)【優先日】2021-06-22

(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】アレクサンダー ルイス ブラウン

(72)【発明者】

【氏名】ジョシュ ランス パケット

【審査官】竹内 亨

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－２６４４５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２２６９７４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第１０８９２７６１（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】米国特許第１０２４３５８２（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０３Ｋ １９／００－１９／２３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

超伝導ＸＯＲゲートシステムであって、
決定パルスを生成するように構成されたパルス発生器であって、前記パルス発生器は、前記決定パルスに対して遅延された遅延決定パルスを生成するための遅延線を含んでいる、前記パルス発生器と、
第１の超伝導論理入力信号および第２の超伝導論理入力信号を受信し、クロック信号の所与の位相で前記決定パルスに基づいて論理ＸＯＲ関数を実行して、中間超伝導論理出力信号を提供するように構成された入力超伝導ＸＯＲゲートと、
前記中間超伝導論理出力信号および第３の超伝導論理入力信号を受信し、前記クロック信号の所与の位相で前記遅延決定パルスに基づいて論理ＸＯＲ関数を実行して、超伝導論理出力信号を提供するように構成された出力超伝導ＸＯＲゲートと、を備えるシステム。

【請求項2】

前記遅延線は遅延バッファを含み、前記遅延バッファは少なくとも１つのジョセフソン伝送線を含む、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記入力超伝導ＸＯＲゲートは、前記第１の超伝導論理入力信号を受信する第１の入力段と、前記第２の超伝導論理入力信号を受信する第２の入力段とを含み、前記出力超伝導ＸＯＲゲートは、前記第３の超伝導論理入力信号を受信する第３の入力段と、前記中間超伝導論理出力信号を受信する第４の入力段とを含み、前記第１、第２、第３、および第４の入力段の各々は、前記クロック信号によってバイアスされないストレージジョセフソン接合を含む、請求項１に記載のシステム。

【請求項4】

前記入力超伝導ＸＯＲゲートは、第１のエスケープジョセフソン接合を含み、前記出力超伝導ＸＯＲゲートは、第２のエスケープジョセフソン接合を含み、前記第１のエスケープジョセフソン接合は、パルス信号として供給されている前記第１および第２の超伝導論理入力信号の両方に応答してトリガして、前記中間超伝導論理出力信号が無パルス信号として提供されるように構成され、第２のジョセフソン接合は、パルス信号として供給されている前記第３の超伝導論理入力信号および前記中間超伝導論理出力信号の両方に応答してトリガして、前記超伝導論理出力信号が無パルス信号として提供されるように構成される、請求項１に記載のシステム。

【請求項5】

前記第１、第２、および第３の超伝導論理入力信号がレシプロカル量子論理（ＲＱＬ）パルスとして供給され、ＸＯＲゲートシステムが前記超伝導論理出力信号をＲＱＬパルスとして提供するように構成される、請求項１に記載のシステム。

【請求項6】

前記入力超伝導ＸＯＲゲートは、前記決定パルスによってバイアスされる第１の決定ジョセフソン接合に結合された第１の接地インダクタを含み、前記出力超伝導ＸＯＲゲートは、前記遅延決定パルスによってバイアスされる第２の決定ジョセフソン接合に結合された第２の接地インダクタを含み、前記第１および第２の接地インダクタは、個々の第１および第２の決定ジョセフソン接合のリセットを可能にするために、第１および出力超伝導ＸＯＲゲートに関連付けられたジョセフソン伝送線（ＪＴＬ）よりも大きいインダクタンス値を有する、請求項５に記載のシステム。

【請求項7】

前記入力超伝導ＸＯＲゲートは、論理ＸＯＲ関数を実行して、第１の中間超伝導論理出力信号を提供する第１の入力超伝導ＸＯＲゲートとして構成され、前記出力超伝導ＸＯＲゲートは、前記第１の中間超伝導論理出力信号と、第２の中間超伝導論理出力信号に対応する前記第３の超伝導論理入力信号とを受信し、論理ＸＯＲ関数を実行して、前記超伝導論理出力信号を提供し、前記システムは、第４の超伝導論理入力信号および第５の超伝導論理入力信号を受信する第２の入力超伝導ＸＯＲゲートであって、前記クロック信号の所与の位相で別の決定パルスに基づいて論理ＸＯＲ関数を実行して、前記第２の中間超伝導論理出力信号を提供するように構成された前記第２の入力超伝導ＸＯＲゲートをさらに備える、請求項１に記載のシステム。

【請求項8】

前記パルス発生器は、前記クロック信号が供給される第１のジョセフソン接合と、前記クロック信号が供給される少なくとも１つの第２のジョセフソン接合を含む少なくとも１つのジョセフソン伝送線とを含み、前記第１のジョセフソン接合は、前記少なくとも１つの第２のジョセフソン接合よりも小さい臨界電流を有する、請求項１に記載のシステム。

【請求項9】

前記入力超伝導ＸＯＲゲートおよび前記出力超伝導ＸＯＲゲートの各々は、ＸＯＲ－２ゲートとして構成されている、請求項１に記載のシステム。

【請求項10】

超伝導回路システムにおいて論理ＸＯＲ関数を提供するための方法であって、
パルス発生器によりクロック信号の所与の位相に応答して決定パルスを生成するステップと、
前記決定パルスを第１の決定パルスと第２の決定パルスに分割するステップと、
前記第２の決定パルスを遅延させて、遅延決定パルスを生成するステップと、
入力超伝導ＸＯＲ－２ゲートに第１の超伝導論理入力信号、第２の超伝導論理入力信号、および前記第１の決定パルスを供給するステップと、前記入力超伝導ＸＯＲ－２ゲートは、前記クロック信号の所与の位相で前記第１の決定パルスに基づいて論理ＸＯＲ関数を実行して、中間超伝導論理出力信号を提供し、
出力超伝導ＸＯＲ－２ゲートに前記中間超伝導論理出力信号、第３の超伝導論理入力信号、および前記遅延決定パルスを供給するステップと、を含み、前記出力超伝導ＸＯＲ－２ゲートは、前記クロック信号の所与の位相で前記遅延決定パルスに基づいて論理ＸＯＲ関数を実行して、超伝導論理出力信号を提供する、方法。

【請求項11】

前記第１、第２、および第３の超伝導論理入力信号を供給することは、前記第１、第２、および第３の超伝導論理入力信号をレシプロカル量子論理（ＲＱＬ）パルスとして供給することを含み、前記超伝導論理出力信号は、ＲＱＬパルスとして提供される、請求項１０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、超伝導回路に関し、詳しくは、超伝導ＸＯＲゲートシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

論理ゲートは、コンピュータ処理には不可欠なものである。相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）を実装する従来のコンピュータ処理では、二値信号を使用して論理ゲートを実施する簡単な方法が提供される。しかしながら、超伝導技術は、論理ゲートの製造と論理演算の実行に新たな課題をもたらす。一例として、レシプロカル量子論理（ＲＱＬ：ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ ｑｕａｎｔｕｍ ｌｏｇｉｃ ）などのウェーブパイプライン（ＷＰＬ）超伝導技術では、排他的論理和（ＸＯＲ）ゲートは、最大入力サイズが２であり、各ＸＯＲゲートは、相互に関連する関連クロック信号の異なる位相境界上で実施される。その結果、３つ以上の論理入力を必要とする複数のＸＯＲゲートは、相互に位相がずれて動作する。しかしながら、ＸＯＲゲートは、乗算器などの演算装置で有用であるが、一般的な超伝導回路における大量の論理入力を必要とするＸＯＲ演算では、レイテンシが増加する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】米国特許第１０８９２７６１号明細書

【文献】米国特許第１０３７４６１０号明細書

【文献】米国特許第１０３２０３９４号明細書

【文献】米国特許出願公開第２００９／０３２２３７４号明細書

【文献】米国特許出願公開第２００９／０２０６８７１号明細書

【文献】米国特許出願公開第２００９／００３３３６９号明細書

【発明の概要】

【0004】

一例として、超伝導排他的論理和（ＸＯＲ）ゲートシステムが記載されている。システムは、決定パルスを生成するように構成されたパルス発生器を含む。また、システムは、第１の超伝導論理入力信号および第２の超伝導論理入力信号を受信し、クロック信号の所与の位相で決定パルスに基づいて論理ＸＯＲ関数を実行して、中間超伝導論理出力信号を提供するように構成された入力超伝導ＸＯＲゲートを含む。また、システムは、中間超伝導論理出力信号および第３の超伝導論理入力信号を受信し、クロック信号の所与の位相で決定パルスに基づいて論理ＸＯＲ関数を実行して、超伝導論理出力信号を提供するように構成された出力超伝導ＸＯＲゲートを含む。

【0005】

別の例は、超伝導回路システムにおいて論理排他的論理和（ＸＯＲ）関数を提供する方法を含む。方法は、入力超伝導ＸＯＲ－２ゲートに第１の超伝導論理入力信号および第２の超伝導論理入力信号を供給することを含む。また、方法は、パルス発生器によりクロック信号の所与の位相に応答して決定パルスを生成することを含む。入力超伝導ＸＯＲ－２ゲートは、クロック信号の所与の位相で決定パルスに基づいて論理ＸＯＲ関数を実行して、中間超伝導論理出力信号を提供することができる。方法は、出力超伝導ＸＯＲ－２ゲートに中間超伝導論理出力信号および第３の超伝導論理入力信号を供給することをさらに含む。出力超伝導ＸＯＲ－２ゲートは、クロック信号の所与の位相で決定パルスに基づいて論理ＸＯＲ関数を実行して、超伝導論理出力信号を提供することができる。

【0006】

別の例は、超伝導排他的論理和（ＸＯＲ）ゲートシステムを含む。システムは、決定パルスを生成するとともに、決定パルスを遅延させて遅延決定パルスを生成するように構成されたパルス発生器を含む。また、システムは、第１の超伝導論理入力信号および第２の超伝導論理入力信号を受信し、クロック信号の所与の位相で決定パルスに基づいて論理ＸＯＲ関数を実行して、中間超伝導論理出力信号を提供するように構成された入力超伝導ＸＯＲ－２ゲートを含む。システムは、中間超伝導論理出力信号および第３の超伝導論理入力信号を受信し、クロック信号の所与の位相で遅延決定パルスに基づいて論理ＸＯＲ関数を実行して、超伝導論理出力信号を提供するように構成された出力超伝導ＸＯＲ－２ゲートをも含む。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】超伝導排他的論理和（ＸＯＲ）－Ｎゲートシステムの例示的なブロック図である。

【図2】ＸＯＲゲートシステムの例示的な回路図である。

【図3】超伝導ＸＯＲ－３ゲート回路の例示的な回路図である。

【図4】超伝導ＸＯＲ－４ゲート回路の例示的な回路図である。

【図5】論理ＸＯＲ演算を実行する方法の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本発明は、概して、超伝導回路に関し、詳しくは、超伝導排他的論理和（ＸＯＲ）ゲートシステムに関する。本明細書で説明するように、ＸＯＲゲートシステムは、２より大きい複数のＮ個の入力に対するＸＯＲ関数（すなわち、不等な論理入力に応答した論理１の出力）を提供する。超伝導ＸＯＲゲートシステムは、クロック信号の所与の１つの位相で論理ＸＯＲ関数を実行することができる多入力（例えば、３入力または４入力）超伝導ＸＯＲゲートを形成するための複数の２入力超伝導ＸＯＲゲートを含む。超伝導ＸＯＲゲートシステムは、決定パルスを生成するように構成されたパルス発生器を含むことができる。パルス発生器は、決定パルスを遅延させて、遅延決定パルスを生成することができる遅延線を含むことができる。また、超伝導ＸＯＲゲートシステムは、第１の超伝導論理入力信号および第２の超伝導論理入力信号を受信する入力超伝導ＸＯＲゲートを含む。本明細書で説明するように、「超伝導論理信号」（例えば、超伝導論理信号、超伝導論理入力信号、超伝導論理出力信号など）という用語は、超伝導パルス（例えば、レシプロカル量子論理（ＲＱＬ）パルスまたは単一磁束量子（ＳＦＱ：ｓｉｎｇｌｅ－ｆｌｕｘ ｑｕａｎｔｕｍ）パルス）に対応する第１の二値論理状態を有し、かつ超伝導パルスの不存在に対応する第２の二値論理状態を有する論理信号のこという。従って、以下に説明するように、「第１の論理状態」はパルスの存在に対応し、「第２の論理状態」はパルスの不存在に対応する。

【0009】

入力超伝導ＸＯＲゲートは、クロック信号の所与の位相で決定パルスに基づいて論理ＸＯＲ関数を実行して、中間超伝導論理出力信号を提供するように構成される。また、超伝導ＸＯＲゲートシステムは、中間超伝導論理出力信号および第３の超伝導論理入力信号を受信し、所与のクロック位相で遅延決定パルスに基づいて論理ＸＯＲ関数を実行して、超伝導論理出力信号を生成する出力超伝導ＸＯＲゲートを含む。３入力超伝導ＸＯＲゲートシステムの例では、第３の超伝導論理入力信号は、３入力超伝導ＸＯＲゲートシステムの第３の入力に対応し、３入力超伝導ＸＯＲゲートシステムは、第１、第２、および第３の超伝導論理入力信号に対して論理ＸＯＲ関数を実行する。４入力超伝導ＸＯＲゲートシステムの例では、第３の超伝導論理入力信号は、第２の中間超伝導論理出力信号に対応することができる。従って、４入力ＸＯＲゲートの例では、第２の中間超伝導論理出力信号は、第４の超伝導論理入力信号と第５の超伝導論理入力信号を入力として受信し、第２の中間超伝導論理出力信号を生成するために決定パルスに基づいて論理ＸＯＲ関数を実行する第２の入力超伝導ＸＯＲゲートによって生成することができる。

【0010】

図１は、超伝導排他的論理和（ＸＯＲ）－Ｎゲートシステム１００の例示的なブロック図を示す。「ＸＯＲ－Ｎ」という用語は、図１の例において信号ＩＮ_１～ＩＮ_Ｎとして示される超伝導論理入力信号の量Ｎを指し、ここで、Ｎは、２より大きい正の整数であり得る。一例として、Ｎは３または４であり、超伝導ＸＯＲゲートシステム１００は、３つまたは４つの超伝導論理入力信号ＩＮ_１～ＩＮ_Ｎに対して論理ＸＯＲ関数を実行して、単一の超伝導論理出力信号ＯＵＴ_Ｘを生成する３入力超伝導ＸＯＲゲートシステムまたは４入力超伝導ＸＯＲゲートシステムとすることができる。

【0011】

図１の例では、超伝導ＸＯＲゲートシステム１００は、超伝導論理入力信号ＩＮ_１～ＩＮ_Ｎを受信する少なくとも１つの入力超伝導ＸＯＲゲート（「入力ＸＯＲゲート（複数可）」）１０２を含む。第１の例として、超伝導ＸＯＲゲート（複数可）１０２は、ＸＯＲ－３ゲートの例において単一の超伝導ＸＯＲゲート１０２のみを含むことができ、超伝導ＸＯＲゲートシステム１００は、３つの超伝導論理入力信号ＩＮ_１～ＩＮ_３に対して論理ＸＯＲ関数を実行することができる。第２の例として、超伝導ＸＯＲゲート（複数可）１０２は、ＸＯＲ－４ゲートの例において２つの超伝導ＸＯＲゲート１０２を含むことができ、超伝導ＸＯＲゲートシステム１００は、４つの超伝導論理入力信号ＩＮ_１～ＩＮ_４に対して論理ＸＯＲ関数を実行することができる。本明細書でより詳細に説明するように、超伝導ＸＯＲゲート（複数可）１０２の各々は、個々の入力におけるストレージジョセフソン接合と、個々の入力間のパルス伝播を軽減するためのエスケープジョセフソン接合とを含むことができる。図１の例では、入力超伝導ＸＯＲゲート（複数可）１０２の各々は、クロック信号ＣＬＫを受信する。

【0012】

また、超伝導ＸＯＲゲートシステム１００は、入力超伝導ＸＯＲゲート（複数可）１０２の各々に供給される決定パルスＰＬＳを生成するように構成されたパルス発生器１０４を含む。従って、入力超伝導ＸＯＲゲート（複数可）１０２の各々は、本明細書でより詳細に説明されるように、決定パルスＰＬＳに基づいて、１組の入力ＩＮ_１～ＩＮ_Ｎに対して論理ＸＯＲ関数を実行する。一例として、パルス発生器１０４は、低い臨界電流を有するジョセフソン接合を含んでおり、そのジョセフソン接合はクロック信号ＣＬＫによってトリガすることができるようになっている。従って、決定パルスＰＬＳは、入力超伝導ＸＯＲゲート（複数可）１０２に供給される超伝導パルス（例えば、ＲＱＬパルス）に対応して、決定ジョセフソン接合をバイアスすることができる。結果として、入力超伝導ＸＯＲゲート１０２は、決定パルスＰＬＳに基づいて、１組の入力ＩＮ_１～ＩＮ_Ｎに対して論理ＸＯＲ関数を実行して、図１の例において信号ＩＯ_Ｘとして示されるような少なくとも１つの中間超伝導論理出力信号を生成することができる。例えば、パルス発生器１０４は、ＸＯＲ－４ゲートとして構成されている超伝導ＸＯＲゲートシステム１００に対して、第１の入力超伝導ＸＯＲゲート１０２に対する第１の決定パルスＰＬＳ＿１を生成し、第２の入力超伝導ＸＯＲゲート１０２に対する第２の決定パルスＰＬＳ＿２を生成することができる。

【0013】

また、超伝導ＸＯＲゲートシステム１００は、中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘを受信する出力超伝導ＸＯＲゲート１０６を含む。ＸＯＲ－３ゲートとして構成された超伝導ＸＯＲゲートシステム１００の例では、出力超伝導ＸＯＲゲート１０６は、超伝導入力論理信号ＩＮ_１～ＩＮ_Ｎのうちの１つ（例えば、超伝導入力論理信号ＩＮ_３）を受信することもできる。従って、出力超伝導ＸＯＲゲート１０６は、超伝導論理入力信号ＩＮ_３および中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘに対して論理ＸＯＲ関数を実行することができる。ＸＯＲ－４ゲートとして構成された超伝導ＸＯＲゲートシステム１００の例では、出力超伝導ＸＯＲゲート１０６は、第１の入力超伝導ＸＯＲゲート１０２から第１の中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘ１を受信し、第２の入力超伝導ＸＯＲゲート１０２から第２の中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘ２を受信することができる。従って、出力超伝導ＸＯＲゲート１０６は、第１および第２の中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘ１およびＩＯ_Ｘ２に対して論理ＸＯＲ関数を実行することができる。出力超伝導ＸＯＲゲート１０６は、入力超伝導ＸＯＲゲート（複数可）１０２と実質的に同様に構成することができる。図１の例では、出力超伝導ＸＯＲゲート１０６は、クロック信号ＣＬＫを受信する。

【0014】

図１の例では、パルス発生器１０４は、信号ＤＰＬＳとして示される、決定パルスＰＬＳの遅延バージョンを生成するように構成された遅延線１０８を含む。遅延決定パルスＤＰＬＳは、出力超伝導ＸＯＲゲート１０６に供給される。従って、上記と同様に、遅延決定パルスＤＰＬＳは、出力超伝導ＸＯＲゲート１０６に供給される超伝導パルス（例えば、ＲＱＬパルス）に対応して、決定ジョセフソン接合をバイアスすることができる。その結果、出力超伝導ＸＯＲゲート１０６は、遅延決定パルスＤＰＬＳに基づいて、中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘおよび別の信号（例えば、入力信号ＩＮ_３または第２の中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘ２）に対して論理ＸＯＲ関数を実行して、超伝導出力論理信号ＯＵＴ_Ｘを生成することができる。

【0015】

一例として、遅延線１０８は、遅延決定パルスＤＰＬＳを生成するために、決定パルスＰＬＳが伝播する少なくとも１つのジョセフソン伝送線（ＪＴＬ）によって形成される遅延バッファを含むことができる。従って、遅延線１０８を介した決定パルスＰＬＳの伝播によって、決定パルスＰＬＳが入力超伝導ＸＯＲゲート（複数可）１０２に到達するよりもわずかに遅れて出力超伝導ＸＯＲゲート１０６に到達する遅延決定パルスＤＰＬＳが生成される。従って、入力超伝導ＸＯＲゲート（複数可）１０２は、遅延決定パルスＤＰＬＳが出力超伝導ＸＯＲゲート１０６に到達する前の時点で、個々の論理ＸＯＲ関数を実行することができる。

【0016】

結果として、出力超伝導ＸＯＲゲート１０６への超伝導論理入力は、遅延決定パルスＤＰＬＳの前に到達することができ、それによって、出力超伝導ＸＯＲゲート１０６の論理ＸＯＲ関数に関連するタイミングエラー（例えば、競合状態）を軽減するように、出力超伝導ＸＯＲゲート１０６による論理ＸＯＲ関数が可能となる。さらに、遅延決定パルスＤＰＬＳは、決定パルスＰＬＳに対して（例えば、少なくとも１つのＪＴＬを介した遅延パルスＰＬＳの伝播によって）ごくわずかに遅延されるだけであるため、入力超伝導ＸＯＲゲート（複数可）１０２および出力超伝導ＸＯＲゲート１０６は、クロック信号ＣＬＫの同じ位相で個々の論理ＸＯＲ関数を実行することができる。従って、２つを超える入力を有する典型的な超伝導ＸＯＲゲートとは異なり、超伝導ＸＯＲゲートシステム１００は、クロック信号の複数の位相にわたる（例えば、出力が入力の位相から９０°以上ずれている）のとは対照的に、単一のクロック位相において論理ＸＯＲ－Ｎ関数を実行することができる。従って、超伝導ＸＯＲゲートシステム１００は、典型的な超伝導ＸＯＲ－Ｎゲートよりも低いレイテンシで論理ＸＯＲ関数を実行することができる。

【0017】

図２は、ＸＯＲゲートシステムの例示的な回路図２００を示す。回路図２００は、第１の超伝導ＸＯＲゲートシステム２０２および第２の超伝導ＸＯＲゲートシステム２０４を含む。第１の超伝導ＸＯＲゲートシステム２０２は、ＩＮ_１～ＩＮ_３として示される１組の３つの入力に対して論理ＸＯＲ関数を実行するＸＯＲ－３論理ゲートシステムとして示されている。第２の超伝導ＸＯＲゲートシステム２０４は、ＩＮ_１～ＩＮ_４として示される１組の４つの入力に対して論理ＸＯＲ関数を実行するＸＯＲ－４論理ゲートシステムとして示されている。超伝導ＸＯＲゲートシステム２０２および２０４の各々は、図１の例における超伝導ＸＯＲゲートシステム１００に対応することができる。従って、図２の例の以下の説明では、図１の例が参照される。図２の例では、論理ＸＯＲゲートは、論理ＸＯＲゲートに関する従来の表記法で示されている。しかしながら、図２の例の論理ＸＯＲゲートは、本明細書でより詳細に説明するように、クロック信号ＣＬＫ（例えば、ＲＱＬクロック信号）で動作する超伝導ＸＯＲゲートに対応している。

【0018】

第１の超伝導ＸＯＲゲートシステム２０２は、パルス発生器２０６、入力ＸＯＲゲート２０８、および出力ＸＯＲゲート２１０を含む。パルス発生器２０６は、入力ＸＯＲゲート２０８に供給される決定パルスＰＬＳと、出力ＸＯＲゲート２１０に供給される遅延決定パルスＤＰＬＳとを生成するものとして示されている。入力ＸＯＲゲート２０８は、第１の超伝導論理入力信号ＩＮ_１および第２の超伝導論理入力信号ＩＮ_２を受信することで、入力ＸＯＲゲート２０８は、決定パルスＰＬＳに基づいて、第１および第２の超伝導論理入力信号ＩＮ_１およびＩＮ_２に対して論理ＸＯＲ関数を実行して、中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘを生成する。出力ＸＯＲゲート２０８は、中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘおよび第３の超伝導論理入力信号ＩＮ_３を受信することで、出力ＸＯＲゲート２１０は、遅延決定パルスＤＰＬＳに基づいて、第３の超伝導論理入力信号ＩＮ_３および中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘに対して論理ＸＯＲ関数を実行して、超伝導論理出力信号ＯＵＴ_Ｘを生成する。

【0019】

上記で説明したように、遅延決定パルスＤＰＬＳは、決定パルスＰＬＳが入力ＸＯＲゲート２０８に供給されるのに続いて、出力ＸＯＲゲート２１０に供給され得る。結果として、入力ＸＯＲゲート２０８は、出力ＸＯＲゲート２１０の前に論理ＸＯＲ関数を実行することができるため、中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘの論理状態は、出力ＸＯＲゲート２１０によって実行される論理ＸＯＲ関数の前に設定することができる。従って、超伝導ＸＯＲゲートシステム２０２は、クロック信号ＣＬＫの単一位相で論理ＸＯＲ－３関数を実行することができる。

【0020】

第２の超伝導ＸＯＲゲートシステム２０４は、パルス発生器２１２、第１の入力ＸＯＲゲート２１４、第２の入力ＸＯＲゲート２１６、および出力ＸＯＲゲート２１８を含む。パルス発生器２１２は、第１の入力ＸＯＲゲート２１４に供給される第１の決定パルスＰＬＳ＿１、第２の入力ＸＯＲゲート２１６に供給される第２の決定パルスＰＬＳ＿２、および出力ＸＯＲゲート２１８に供給される遅延決定パルスＤＰＬＳを生成するものとして示される。第１の入力ＸＯＲゲート２１４は、第１の超伝導論理入力信号ＩＮ_１および第２の超伝導論理入力信号ＩＮ_２を受信することで、第１の入力ＸＯＲゲート２１４は、第１の決定パルスＰＬＳ＿１に基づいて、第１および第２の超伝導論理入力信号ＩＮ_１およびＩＮ_２に対して論理ＸＯＲ関数を実行して、第１の中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘ１を生成する。第２の入力ＸＯＲゲート２１６は、第３の超伝導論理入力信号ＩＮ_３および第４の超伝導論理入力信号ＩＮ_４を受信することで、第２の入力ＸＯＲゲート２１６は、第２の決定パルスＰＬＳ＿２に基づいて、第３および第４の超伝導論理入力信号ＩＮ_３およびＩＮ_４に対して論理ＸＯＲ関数を実行して、第２の中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘ１を生成する。出力ＸＯＲゲート２１８は、第１および第２の中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘ１およびＩＯ_Ｘ２を受信することで、出力ＸＯＲゲート２１０は、遅延決定パルスＤＰＬＳに基づいて、第１および第２の中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘ１およびＩＯ_Ｘ２に対して論理ＸＯＲ関数を実行して、超伝導論理出力信号ＯＵＴ_Ｘを生成する。

【0021】

上記で説明したように、遅延決定パルスＤＰＬＳは、第１および第２の決定パルスＰＬＳ＿１およびＰＬＳ＿２が個々の第１および第２の入力ＸＯＲゲート２１４および２１６に供給されるのに続いて、出力ＸＯＲゲート２１８に供給され得る。結果として、第１および第２の入力ＸＯＲゲート２１４および２１６は、出力ＸＯＲゲート２１８の前に個々の論理ＸＯＲ関数を実行することができるため、個々の第１および第２の中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘ１およびＩＯ_Ｘ２の論理状態は、出力ＸＯＲゲート２１８によって実行される論理ＸＯＲ関数の前に設定することができる。従って、超伝導ＸＯＲゲートシステム２０４は、クロック信号ＣＬＫの単一位相で論理ＸＯＲ－４関数を実行することができる。

【0022】

図３は、超伝導ＸＯＲ－３ゲート回路３００の一例を示す。超伝導ＸＯＲ－３ゲート回路３００は、図１および図２の個々の例における超伝導ＸＯＲゲートシステム１００または超伝導ＸＯＲゲートシステム２０２に対応することができる。従って、以下の図３の例の説明では、図１および図２の例が参照される。

【0023】

超伝導ＸＯＲ－３ゲート回路３００は、パルス発生器３０２、入力超伝導ＸＯＲゲート３０４、および出力超伝導ＸＯＲゲート３０６を含む。パルス発生器３０６は、クロック信号ＣＬＫに結合され、かつクロック信号ＣＬＫによってバイアスされる他のジョセフソン接合よりも比較的低い臨界電流を有するように製造されたジョセフソン接合Ｊ_ＰＬＳを含む。従って、ジョセフソン接合Ｊ_ＰＬＳは、クロック信号ＣＬＫの所与の位相（例えば、クロック信号ＣＬＫによって供給されるバイアス）に応答してトリガして、決定パルスＰＬＳを生成する。決定パルスＰＬＳは、インダクタＬ_１、ジョセフソン接合Ｊ_１、およびインダクタＬ_２によって形成されるＪＴＬ段と、インダクタＬ_３、ジョセフソン接合Ｊ_２、およびインダクタＬ_４によって形成される別のＪＴＬ段とを介して伝播する。ＪＴＬ段は、クロック信号ＣＬＫによってバイアスされる。ジョセフソン接合Ｊ_２のトリガに応答して、決定パルスＰＬＳが分割されて、第１の決定パルスＰＬＳがインダクタＬ_４を介してエスケープジョセフソン接合Ｊ_ＥＳＣ１に提供され、第２の決定パルスＰＬＳ＿Ｄが遅延線３０８に提供される。

【0024】

入力超伝導ＸＯＲゲート３０４は、第１の入力３１０において第１の超伝導論理入力信号ＩＮ_１を受信し、第２の入力３１２において第２の超伝導論理入力信号ＩＮ_２を受信する。第１の入力３１０は、インダクタＬ_５、ストレージジョセフソン接合Ｊ_Ｓ１、およびインダクタＬ_６によって形成されるＪＴＬ段を含む。同様に、第２の入力３１２は、インダクタＬ_７、ストレージジョセフソン接合Ｊ_Ｓ２、およびインダクタＬ_８によって形成されるＪＴＬ段を含む。ストレージジョセフソン接合Ｊ_Ｓ１およびＪ_Ｓ２はバイアスされない。従って、ストレージジョセフソン接合Ｊ_Ｓ１およびＪ_Ｓ２はそれぞれ、超伝導論理入力信号ＩＮ_１およびＩＮ_２の個々の一方の第１の論理状態（例えば、パルス）に応答してトリガするが、超伝導論理入力信号ＩＮ_１およびＩＮ_２の他方の第１の論理状態に応答してトリガしないように構成される。

【0025】

超伝導論理入力信号ＩＮ_１およびＩＮ_２は、接地インダクタＬ_ＲＳＴ１および決定ジョセフソン接合Ｊ_Ｄ１に結合されたエスケープジョセフソン接合Ｊ_ＥＳＣ２に供給される。第１の論理状態を有する超伝導論理入力信号ＩＮ_１およびＩＮ_２の単一の１つに応答して、個々のパルスは、決定ジョセフソン接合Ｊ_Ｄ１およびストレージジョセフソン接合Ｊ_Ｓ１およびＪ_Ｓ２の個々の１つによって形成される決定ループに磁束量子を導入する。磁束量子は、エスケープジョセフソン接合Ｊ_ＥＳＣ２をトリガするには不十分であっても、決定パルスＰＬＳと組み合わせて決定ジョセフソン接合Ｊ_Ｄ１をトリガするには十分である。その結果、中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘは、決定ジョセフソン接合Ｊ_Ｄ１からインダクタＬ_９およびインダクタＬ_１０を介してパルス（例えば、第１の論理状態）として伝播して、クロック信号ＣＬＫの個々の位相からのバイアスによりジョセフソン接合Ｊ_３をトリガすることができる。従って、入力超伝導ＸＯＲゲート３０４のＪＴＬ段の残りのインダクタよりも著しく高いインダクタンスを有する接地インダクタＬ_ＲＳＴ１は、決定ループ内の磁束量子をリセットするように動作することができる。

【0026】

第１の論理状態を有する超伝導論理入力信号ＩＮ_１およびＩＮ_２の両方に応答して、エスケープジョセフソン接合Ｊ_ＥＳＣ２の臨界電流を超えることで、エスケープジョセフソン接合Ｊ_ＥＳＣ２がトリガされる。その結果、エスケープジョセフソン接合Ｊ_ＥＳＣ２は、決定ループ内の磁束量子を消滅させる。代わりに、第２の論理状態（例えば、無パルス）を有する超伝導論理入力信号ＩＮ_１およびＩＮ_２の両方に応答して、磁束量子は決定ループに導入されない。同じ論理状態の例のいずれにおいても、決定パルスＰＬＳは、パルス発生器３０２内のエスケープジョセフソン接合Ｊ_ＥＳＣ１をトリガし、従って、決定パルスＰＬＳを消滅させる。結果として、第２の論理状態を有する中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘに基づいて、決定ジョセフソン接合Ｊ_Ｄ１からインダクタＬ_９およびインダクタＬ_１０を介してパルスは伝播しない（そして、ジョセフソン接合Ｊ_３はトリガしない）。従って、上記したように、入力超伝導ＸＯＲゲート３０４は、決定パルスＰＬＳに基づいて、第１および第２の超伝導論理入力信号ＩＮ_１およびＩＮ_２に対して論理ＸＯＲ関数を実行して、第１の論理状態または第２の論理状態のいずれかを有する中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘを生成する。

【0027】

パルス発生器３０２に関して上記で説明したように、第２の決定パルスＰＬＳ＿Ｄが遅延線３０８に供給される。遅延線３０８は、第２の決定パルスＰＬＳ＿Ｄの伝播遅延を提供するように構成される遅延バッファ３１４を含む。例えば、遅延バッファ３１４は、一連のＪＴＬ段によって形成することができる。また、遅延線３０８は、インダクタＬ_１１、ジョセフソン接合Ｊ_４、およびインダクタＬ_１２によって形成されるＪＴＬ段と、インダクタＬ_１３、ジョセフソン接合Ｊ_５、およびインダクタＬ_１４によって形成される別のＪＴＬ段とを含む。ＪＴＬ段は、遅延バッファ３１４の一部であり得るか、または遅延バッファ３１４に関連するＪＴＬ段から分離され得る。従って、遅延線３０８は、第２の決定パルスＰＬＳ＿Ｄに基づいて遅延決定パルスＤＰＬＳを生成することができる。従って、遅延決定パルスＤＰＬＳは、入力超伝導ＸＯＲゲート３０４に供給される決定パルスＰＬＳに対して遅延されるようにして、エスケープジョセフソン接合Ｊ_ＥＳＣ３を介して出力超伝導ＸＯＲゲート３０６に供給される。一例として、遅延バッファ３１４のＪＴＬ段の量は、入力超伝導ＸＯＲゲート３０４が論理ＸＯＲ関数を実行し、結果として生じる中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘを供給する時間の十分後に発生するように遅延決定パルスＤＰＬＳの到達を遅延させるのに十分となるようにすることができる。

【0028】

出力超伝導ＸＯＲゲート３０８は、第１の入力３１６において中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘを受信し、第２の入力３１８において第３の超伝導論理入力信号ＩＮ_３を受信する。第１の入力３１６は、インダクタＬ_１５、ストレージジョセフソン接合Ｊ_Ｓ３、およびインダクタＬ_１６によって形成されるＪＴＬ段を含む。同様に、第２の入力３１８は、インダクタＬ_１７、ストレージジョセフソン接合Ｊ_Ｓ４、およびインダクタＬ_１８によって形成されるＪＴＬ段を含む。ストレージジョセフソン接合Ｊ_Ｓ３およびＪ_Ｓ４はバイアスされず、従って、（例えば、パルス発生器３０６および／または超伝導ＸＯＲゲート３０４および３０６に関連するＪＴＬ段と比較して）比較的低い臨界電流を有するように製造される。従って、ストレージジョセフソン接合Ｊ_Ｓ３およびＪ_Ｓ４はそれぞれ、中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘおよび超伝導論理入力信号ＩＮ_３の個々の一方の第１の論理状態（例えば、パルス）に応答してトリガするが、中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘおよび超伝導論理入力信号ＩＮ_３の他方の第１の論理状態に応答してトリガしないように構成される。

【0029】

中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘおよび超伝導論理入力信号ＩＮ_３は、接地インダクタＬ_ＲＳＴ２および決定ジョセフソン接合Ｊ_Ｄ２に結合されたエスケープジョセフソン接合Ｊ_ＥＳＣ４に供給される。第１の論理状態を有する中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘおよび超伝導論理入力信号ＩＮ_３の単一の１つに応答して、個々のパルスは、決定ジョセフソン接合Ｊ_Ｄ２およびストレージジョセフソン接合Ｊ_Ｓ３およびＪ_Ｓ４の個々の１つによって形成される決定ループに磁束量子を導入する。磁束量子は、エスケープジョセフソン接合Ｊ_ＥＳＣ４をトリガするには不十分であっても、遅延決定パルスＤＰＬＳと組み合わせて決定ジョセフソン接合Ｊ_Ｄ２をトリガするには十分である。その結果、超伝導論理出力信号ＯＵＴ_Ｘは、決定ジョセフソン接合Ｊ_Ｄ２からインダクタＬ_１９およびインダクタＬ_２０を介してパルス（例えば、第１の論理状態）として伝播して、クロック信号ＣＬＫの個々の位相からのバイアスによりジョセフソン接合Ｊ_６をトリガすることができる。従って、出力超伝導ＸＯＲゲート３０８のＪＴＬ段の残りのインダクタよりも著しく高いインダクタンスを有する接地インダクタＬ_ＲＳＴ２は、決定ループ内の磁束量子をリセットするように動作することができる。

【0030】

第１の論理状態を有する中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘおよび超伝導論理入力信号ＩＮ_３の両方に応答して、エスケープジョセフソン接合Ｊ_ＥＳＣ４の臨界電流を超えることで、エスケープジョセフソン接合Ｊ_ＥＳＣ４がトリガされる。その結果、エスケープジョセフソン接合Ｊ_ＥＳＣ４は、決定ループ内の磁束量子を消滅させる。代わりに、第２の論理状態（例えば、無パルス）を有する中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘおよび超伝導論理入力信号ＩＮ_３の両方に応答して、磁束量子は決定ループに導入されない。同じ論理状態の例のいずれにおいても、遅延決定パルスＤＰＬＳは、遅延線３０８におけるエスケープジョセフソン接合Ｊ_ＥＳＣ３をトリガし、従って、遅延決定パルスＤＰＬＳを消滅させる。結果として、第２の論理状態を有する超伝導論理出力信号ＯＵＴ_Ｘに基づいて、決定ジョセフソン接合Ｊ_Ｄ２からインダクタＬ_１９およびインダクタＬ_２０を介してパルスは伝播しない（そして、ジョセフソン接合Ｊ_６はトリガしない）。従って、上記したように、出力超伝導ＸＯＲゲート３０６は、遅延決定パルスＤＰＬＳに基づいて、中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘおよび超伝導論理入力信号ＩＮ_３に対して論理ＸＯＲ関数を実行して、第１の論理状態または第２の論理状態のいずれかを有する超伝導論理出力信号ＯＵＴ_Ｘを生成する。

【0031】

結果として、上記したように、出力超伝導ＸＯＲゲート３０６への超伝導論理入力は、遅延決定パルスＤＰＬＳの前に到達することができ、それによって、出力超伝導ＸＯＲゲート３０６の論理ＸＯＲ関数に関連するタイミングエラー（例えば、競合状態）を軽減するように、出力超伝導ＸＯＲゲート３０６による論理ＸＯＲ関数が可能となる。さらに、遅延決定パルスＤＰＬＳは、決定パルスＰＬＳに対して（例えば、遅延バッファ３１４を介した第２の遅延パルスＰＬＳ＿Ｄの伝播によって）ごくわずかに遅延されるだけであるため、入力超伝導ＸＯＲゲート３０４および出力超伝導ＸＯＲゲート３０６は、クロック信号ＣＬＫの同じ位相で個々の論理ＸＯＲ関数を実行することができる。

【0032】

図４は、超伝導ＸＯＲ－４ゲート回路４００の一例を示す。超伝導ＸＯＲ－４ゲート回路４００は、図１および図２の個々の例における超伝導ＸＯＲゲートシステム１００または超伝導ＸＯＲゲートシステム２０２に対応することができる。従って、以下の図４の例の説明では、図１および図２の例が参照される。

【0033】

超伝導ＸＯＲ－４ゲート回路４００は、パルス発生器４０２、第１の入力超伝導ＸＯＲゲート４０４、第２の入力超伝導ＸＯＲゲート４０６、および出力超伝導ＸＯＲゲート４０８を含む。パルス発生器４０８は、（例えば、パルス発生器４０８および／または超伝導ＸＯＲゲート４０４および４０８に関連するＪＴＬ段と比較して）比較的低い臨界電流を有するように製造されたジョセフソン接合Ｊ_ＰＬＳを含む。ジョセフソン接合Ｊ_ＰＬＳは、クロック信号ＣＬＫに結合されており、クロック信号の所与の位相（例えば、クロック信号ＣＬＫによって供給されるバイアス）に応答して、ジョセフソン接合Ｊ_ＰＬＳはトリガして、決定パルスＰＬＳを生成する。決定パルスＰＬＳは、インダクタＬ_１、ジョセフソン接合Ｊ_１、およびインダクタＬ_２によって形成されるＪＴＬ段と、インダクタＬ_３、ジョセフソン接合Ｊ_２、およびインダクタＬ_４によって形成される別のＪＴＬ段とを介して伝播する。ＪＴＬ段は、クロック信号ＣＬＫによってバイアスされる。ジョセフソン接合Ｊ_２のトリガに応答して、決定パルスＰＬＳが分割されて、第１の決定パルスＰＬＳ＿１がエスケープジョセフソン接合Ｊ_ＥＳＣ１を介して第１の超伝導ＸＯＲゲート３０４に供給され、第２の決定パルスＰＬＳ＿２がエスケープジョセフソン接合Ｊ_ＥＳＣ２を介して第２の超伝導ＸＯＲゲート３０６に供給され、第３の決定パルスＰＬＳ＿Ｄが遅延線４１０に供給される。

【0034】

第１の入力超伝導ＸＯＲゲート４０４は、第１の入力４１２において第１の超伝導論理入力信号ＩＮ_１を受信し、第２の入力４１４において第２の超伝導論理入力信号ＩＮ_２を受信する。第１の入力４１２は、インダクタＬ_５、ストレージジョセフソン接合Ｊ_Ｓ１、およびインダクタＬ_６によって形成されるＪＴＬ段を含む。同様に、第２の入力４１４は、インダクタＬ_７、ストレージジョセフソン接合Ｊ_Ｓ２、およびインダクタＬ_８によって形成されるＪＴＬ段を含む。ストレージジョセフソン接合Ｊ_Ｓ１およびＪ_Ｓ２はバイアスされず、従って、（例えば、パルス発生器４０８および／または超伝導ＸＯＲゲート４０４および４０８に関連するＪＴＬ段と比較して）比較的低い臨界電流を有するように製造される。従って、ストレージジョセフソン接合Ｊ_Ｓ１およびＪ_Ｓ２はそれぞれ、超伝導論理入力信号ＩＮ_１およびＩＮ_２の個々の一方の第１の論理状態（例えば、パルス）に応答してトリガするが、超伝導論理入力信号ＩＮ_１およびＩＮ_２の他方の第１の論理状態に応答してトリガしないように構成される。

【0035】

超伝導論理入力信号ＩＮ_１およびＩＮ_２は、接地インダクタＬ_ＲＳＴ１および決定ジョセフソン接合Ｊ_Ｄ１に結合されたエスケープジョセフソン接合Ｊ_ＥＳＣ３に供給される。第１の論理状態を有する超伝導論理入力信号ＩＮ_１およびＩＮ_２の単一の１つに応答して、個々のパルスは、決定ジョセフソン接合Ｊ_Ｄ１およびストレージジョセフソン接合Ｊ_Ｓ１およびＪ_Ｓ２の個々の１つによって形成される決定ループに磁束量子を導入する。磁束量子は、エスケープジョセフソン接合Ｊ_ＥＳＣ２をトリガするには不十分であっても、第１の決定パルスＰＬＳ＿１と組み合わせて決定ジョセフソン接合Ｊ_Ｄ１をトリガするには十分である。その結果、第１の中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘ１は、決定ジョセフソン接合Ｊ_Ｄ１からインダクタＬ_９およびインダクタＬ_１０を介してパルス（例えば、第１の論理状態）として伝播して、クロック信号ＣＬＫの個々の位相からのバイアスによりジョセフソン接合Ｊ_３をトリガすることができる。従って、第１の入力超伝導ＸＯＲゲート４０４のＪＴＬ段の残りのインダクタよりも著しく高いインダクタンスを有する接地インダクタＬ_ＲＳＴ１は、決定ループ内の磁束量子をリセットするように動作することができる。

【0036】

第１の論理状態を有する超伝導論理入力信号ＩＮ_１およびＩＮ_２の両方に応答して、エスケープジョセフソン接合Ｊ_ＥＳＣ３の臨界電流を超えることで、エスケープジョセフソン接合Ｊ_ＥＳＣ３がトリガされる。その結果、エスケープジョセフソン接合Ｊ_ＥＳＣ３は、決定ループ内の磁束量子を消滅させる。代わりに、第２の論理状態（例えば、無パルス）を有する超伝導論理入力信号ＩＮ_１およびＩＮ_２の両方に応答して、磁束量子は決定ループに導入されない。同じ論理状態の例のいずれにおいても、第１の決定パルスＰＬＳ＿１は、パルス発生器４０２内のエスケープジョセフソン接合Ｊ_ＥＳＣ１をトリガし、従って、第１の決定パルスＰＬＳ＿１を消滅させる。結果として、第２の論理状態を有する第１の中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘ１に基づいて、決定ジョセフソン接合Ｊ_Ｄ１からインダクタＬ_９およびインダクタＬ_１０を介してパルスは伝播しない（そして、ジョセフソン接合Ｊ_３はトリガしない）。従って、上記したように、第１の入力超伝導ＸＯＲゲート４０４は、第１の決定パルスＰＬＳ＿１に基づいて、第１および第２の超伝導論理入力信号ＩＮ_１およびＩＮ_２に対して論理ＸＯＲ関数を実行して、第１の論理状態または第２の論理状態を有する第１の中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘ１を生成する。

【0037】

第２の入力超伝導ＸＯＲゲート４０６は、第１の入力４１６において第３の超伝導論理入力信号ＩＮ_３を受信し、第２の入力４１８において第２の超伝導論理入力信号ＩＮ_２を受信する。第１の入力４１６は、インダクタＬ_１１、ストレージジョセフソン接合Ｊ_Ｓ３、およびインダクタＬ_１２によって形成されるＪＴＬ段を含む。同様に、第２の入力４１８は、インダクタＬ_１３、ストレージジョセフソン接合Ｊ_Ｓ４、およびインダクタＬ_１４によって形成されるＪＴＬ段を含む。ストレージジョセフソン接合Ｊ_Ｓ３およびＪ_Ｓ４はバイアスされず、従って、（例えば、パルス発生器４０２および／または超伝導ＸＯＲゲート４０４、４０６、および４０８に関連するＪＴＬ段と比較して）比較的低い臨界電流を有するように製造される。従って、ストレージジョセフソン接合Ｊ_Ｓ３およびＪ_Ｓ４はそれぞれ、超伝導論理入力信号ＩＮ_３およびＩＮ_４の個々の一方の第１の論理状態（例えば、パルス）に応答してトリガするが、超伝導論理入力信号ＩＮ_３およびＩＮ_４の他方の第１の論理状態に応答してトリガしないように構成される。

【0038】

超伝導論理入力信号ＩＮ_３およびＩＮ_４は、接地インダクタＬ_ＲＳＴ２および決定ジョセフソン接合Ｊ_Ｄ２に結合されたエスケープジョセフソン接合Ｊ_ＥＳＣ４に供給される。第１の論理状態を有する超伝導論理入力信号ＩＮ_３およびＩＮ_４の単一の１つに応答して、個々のパルスは、決定ジョセフソン接合Ｊ_Ｄ２およびストレージジョセフソン接合Ｊ_Ｓ３およびＪ_Ｓ４の個々の１つによって形成される決定ループに磁束量子を導入する。磁束量子は、エスケープジョセフソン接合Ｊ_ＥＳＣ３をトリガするには不十分であっても、第２の決定パルスＰＬＳ＿２と組み合わせて決定ジョセフソン接合Ｊ_Ｄ２をトリガするには十分である。結果として、第２の中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘ２は、決定ジョセフソン接合Ｊ_Ｄ２からインダクタＬ_１５およびインダクタＬ_１６を介してパルス（例えば、第１の論理状態）として伝播して、クロック信号ＣＬＫの個々の位相からのバイアスによりジョセフソン接合Ｊ_４をトリガすることができる。従って、第２の入力超伝導ＸＯＲゲート４０６のＪＴＬ段の残りのインダクタよりも著しく高いインダクタンスを有する接地インダクタＬ_ＲＳＴ２は、決定ループ内の磁束量子をリセットするように動作することができる。

【0039】

第１の論理状態を有する超伝導論理入力信号ＩＮ_３およびＩＮ_４の両方に応答して、エスケープジョセフソン接合Ｊ_ＥＳＣ４の臨界電流を超えることで、エスケープジョセフソン接合Ｊ_ＥＳＣ４がトリガされる。その結果、エスケープジョセフソン接合Ｊ_ＥＳＣ４は、決定ループ内の磁束量子を消滅させる。代わりに、第２の論理状態（例えば、無パルス）を有する超伝導論理入力信号ＩＮ_３およびＩＮ_４の両方に応答して、磁束量子は決定ループに導入されない。同じ論理状態の例のいずれにおいても、第２の決定パルスＰＬＳ＿２は、パルス発生器４０２内のエスケープジョセフソン接合Ｊ_ＥＳＣ２をトリガし、従って、第２の決定パルスＰＬＳ＿２を消滅させる。結果として、第２の論理状態を有する第２の中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘ２に基づいて、決定ジョセフソン接合Ｊ_Ｄ２からインダクタＬ_１５およびインダクタＬ_１６を介してパルスは伝播しない（そして、ジョセフソン接合Ｊ_４はトリガしない）。従って、上記したように、第２の入力超伝導ＸＯＲゲート４０６は、第２の決定パルスＰＬＳ＿２に基づいて、第３および第４の超伝導論理入力信号ＩＮ_３およびＩＮ_４に対して論理ＸＯＲ関数を実行して、第１の論理状態または第２の論理状態を有する第２の中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘ２を生成する。

【0040】

パルス発生器４０２に関して上記で説明したように、第３の決定パルスＰＬＳ＿Ｄが遅延線４１０に供給される。遅延線４１０は、第３の決定パルスＰＬＳ＿Ｄの伝播遅延を提供するように構成される遅延バッファ４２０を含む。例えば、遅延バッファ４２０は、一連のＪＴＬ段によって形成することができる。また、遅延線４１０は、インダクタＬ_１７、ジョセフソン接合Ｊ_５、およびインダクタＬ_１８によって形成されるＪＴＬ段と、インダクタＬ_１９、ジョセフソン接合Ｊ_６、およびインダクタＬ_２０によって形成される別のＪＴＬ段とを含む。ＪＴＬ段は、遅延バッファ４２０の一部であり得るか、または遅延バッファ４２０に関連するＪＴＬ段から分離され得る。従って、遅延線４１０は、第３の決定パルスＰＬＳ＿Ｄに基づいて遅延決定パルスＤＰＬＳを生成することができる。従って、遅延決定パルスＤＰＬＳは、個々の第１および第２の入力超伝導ＸＯＲゲート４０４および４０６トに供給される第１および第２の決定パルスＰＬＳ＿１およびＰＬＳ＿２に対して遅延されるようにして、エスケープジョセフソン接合Ｊ_ＥＳＣ５を介して出力超伝導ＸＯＲゲート４０８に供給される。一例として、遅延バッファ４２０のＪＴＬ段の量は、第１および第２の入力超伝導ＸＯＲゲート４０４および４０６が論理ＸＯＲ関数を実行し、結果として生じる第１および第２の中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘ１およびＩＯ_Ｘ２を供給する時間の十分に後に発生するように遅延決定パルスＤＰＬＳの到達を遅延させるのに十分となるようにすることができる。

【0041】

出力超伝導ＸＯＲゲート４１０は、第１の入力４２２において第１の中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘ１を受信し、第２の入力４２４において第２の中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘ２を受信する。第１の入力４２２は、インダクタＬ_２１、ストレージジョセフソン接合Ｊ_Ｓ５、およびインダクタＬ_２２によって形成されるＪＴＬ段を含む。同様に、第２の入力４２４は、インダクタＬ_２３、ストレージジョセフソン接合Ｊ_Ｓ６、およびインダクタＬ_２４によって形成されるＪＴＬ段を含む。ストレージジョセフソン接合Ｊ_Ｓ５およびＪ_Ｓ６はバイアスされず、従って、（例えば、パルス発生器４０８および／または超伝導ＸＯＲゲート４０４、４０６、および４０８に関連するＪＴＬ段と比較して）比較的低い臨界電流を有するように製造される。従って、ストレージジョセフソン接合Ｊ_Ｓ５およびＪ_Ｓ６はそれぞれ、第１および第２の中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘ１およびＩＯ_Ｘ２の個々の一方の第１の論理状態（例えば、パルス）に応答してトリガするが、第１および第２の中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘ１およびＩＯ_Ｘ２の他方の第１の論理状態に応答してトリガしないように構成される。

【0042】

第１の中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘ１および第２の中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘ２は、接地インダクタＬ_ＲＳＴ３および決定ジョセフソン接合Ｊ_Ｄ３に結合されたエスケープジョセフソン接合Ｊ_ＥＳＣ６に供給される。第１の論理状態を有する第１および第２の中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘ１およびＩＯ_Ｘ２の単一の１つに応答して、個々のパルスは、決定ジョセフソン接合Ｊ_Ｄ３およびストレージジョセフソン接合Ｊ_Ｓ５およびＪ_Ｓ６の個々の１つによって形成される決定ループに磁束量子を導入する。磁束量子は、エスケープジョセフソン接合Ｊ_ＥＳＣ６をトリガするには不十分であっても、遅延決定パルスＤＰＬＳと組み合わせて決定ジョセフソン接合Ｊ_Ｄ３をトリガするには十分である。その結果、超伝導論理出力信号ＯＵＴ_Ｘは、決定ジョセフソン接合Ｊ_Ｄ３からインダクタＬ_２５およびインダクタＬ_２６を介してパルス（例えば、第１の論理状態）として伝播して、クロック信号ＣＬＫの個々の位相からのバイアスによりジョセフソン接合Ｊ_７をトリガすることができる。従って、出力超伝導ＸＯＲゲート４１０のＪＴＬ段の残りのインダクタよりも著しく高いインダクタンスを有する接地インダクタＬ_ＲＳＴ３は、決定ループ内の磁束量子をリセットするように動作することができる。

【0043】

第１の論理状態を有する第１および第２の中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘ１およびＩＯ_Ｘ２の両方に応答して、エスケープジョセフソン接合Ｊ_ＥＳＣ６の臨界電流を超えることで、エスケープジョセフソン接合Ｊ_ＥＳＣ６がトリガされる。その結果、エスケープジョセフソン接合Ｊ_ＥＳＣ６は、決定ループ内の磁束量子を消滅させる。代わりに、第２の論理状態（例えば、無パルス）を有する第１および第２の中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘ１およびＩＯ_Ｘ２の両方に応答して、磁束量子は決定ループに導入されない。同じ論理状態の例のいずれにおいても、遅延決定パルスＤＰＬＳは、遅延線４１０におけるエスケープジョセフソン接合Ｊ_ＥＳＣ５をトリガし、従って、遅延決定パルスＤＰＬＳを消滅させる。結果として、第２の論理状態を有する超伝導論理出力信号ＯＵＴ_Ｘに基づいて、決定ジョセフソン接合Ｊ_Ｄ３からインダクタＬ_２５およびインダクタＬ_２６を介してパルスは伝播しない（そして、ジョセフソン接合Ｊ_７はトリガしない）。従って、上記したように、出力超伝導ＸＯＲゲート４０８は、遅延決定パルスＤＰＬＳに基づいて、第１および第２の中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘ１およびＩＯ_Ｘ２に対して論理ＸＯＲ関数を実行して、第１の論理状態または第２の論理状態のいずれかを有する超伝導論理出力信号ＯＵＴ_Ｘを生成する。

【0044】

結果として、上記したように、出力超伝導ＸＯＲゲート４０８への超伝導論理入力は、遅延決定パルスＤＰＬＳの前に到達することができ、それによって、出力超伝導ＸＯＲゲート４０８の論理ＸＯＲ関数に関連するタイミングエラー（例えば、競合状態）を軽減するように、出力超伝導ＸＯＲゲート４０８による論理ＸＯＲ関数が可能となる。さらに、遅延決定パルスＤＰＬＳは、第１および第２の決定パルスＰＬＳ＿１およびＰＬＳ＿２に対して（例えば、遅延バッファ４２０を介した第２の遅延パルスＰＬＳ＿Ｄの伝播によって）ごくわずかに遅延されるだけであるため、第１の入力超伝導ＸＯＲゲート４０４、第２の入力超伝導ＸＯＲゲート４０６、および出力超伝導ＸＯＲゲート４０８は、クロック信号ＣＬＫの同じ位相で個々の論理ＸＯＲ関数を実行することができる。

【0045】

上記した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よる方法は、図５を参照してよりよく理解されるであろう。説明を簡単にするために、図５の方法は、連続的に実行するものとして図示され、説明されているが、いくつかの態様は、本発明に従って、本明細書に示され記載されているものとは異なる順序で、および／または他の態様と同時に生じることができるため、本発明は、図示された順序によって制限されないことが理解され、かつ認識されるべきである。さらに、本発明の一態様による方法を実施するために、図示されたすべての特徴が必要とされるわけではない。

【0046】

図５は、超伝導回路システム（例えば、超伝導ＸＯＲゲートシステム１００）において論理ＸＯＲ関数を提供するための方法５００の一例を示す。５０２において、第１の超伝導論理入力信号（例えば、第１の超伝導論理入力信号ＩＮ_１）および第２の超伝導論理入力信号（例えば、第２の超伝導論理入力信号ＩＮ_２）が、入力超伝導ＸＯＲ－２ゲート（例えば、１つの入力超伝導ＸＯＲゲート（複数可）１０４）に供給される。５０４において、パルス発生器（例えば、パルス発生器１０４）によりクロック信号（例えば、クロック信号ＣＬＫ）の所与の位相に応答して決定パルス（例えば、決定パルスＰＬＳ）が生成される。入力超伝導ＸＯＲ－２ゲートは、クロック信号の所与の位相で決定パルスに基づいて論理ＸＯＲ関数を実行して、中間超伝導論理出力信号（例えば、中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘ）を提供する。５０６において、中間超伝導論理出力信号および第３の超伝導論理入力信号（例えば、第３の超伝導論理入力信号ＩＮ_３または第２の中間超伝導論理出力信号ＩＯ_Ｘ２）が、出力超伝導ＸＯＲ－２ゲート（例えば、超伝導出力ＸＯＲゲート１０６）に供給される。出力超伝導ＸＯＲ－２ゲートは、クロック信号の所与の位相で決定パルスに基づいて論理ＸＯＲ関数を実行して、超伝導論理出力信号（例えば、超伝導論理出力信号ＯＵＴ_Ｘ）を提供する。

【0047】

上記に記載されているのは、本発明の例である。もちろん、本発明を説明する目的で構成要素または方法の考えられるすべての組み合わせを説明することは不可能であるが、当業者は、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を認識するであろう。従って、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そのようなすべての変更、修正、および変形を包含することが意図されている。さらに、開示またはクレームが「１つの（ａ， ａｎ）」、「第１の（ａ ｆｉｒｓｔ）」、「もう一つの（ａｎｏｔｈｅｒ）」要素、またはそれらの均等物を記載する場合、１つまたは複数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要とも除外もしない。本明細書で使用される場合、「含む」という用語は、含むがこれに限定されないことを意味し、「含んでいる」という用語は、含んでいるがこ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。

【0048】

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］
超伝導ＸＯＲゲートシステムであって、
決定パルスを生成するとともに、前記決定パルスを遅延させて遅延決定パルスを生成するように構成されたパルス発生器と、
第１の超伝導論理入力信号および第２の超伝導論理入力信号を受信し、クロック信号の所与の位相で前記決定パルスに基づいて論理ＸＯＲ関数を実行して、中間超伝導論理出力信号を提供するように構成された入力超伝導ＸＯＲ－２ゲートと、
前記中間超伝導論理出力信号および第３の超伝導論理入力信号を受信し、前記クロック信号の所定の位相で前記遅延決定パルスに基づいて論理ＸＯＲ関数を実行して、超伝導論理出力信号を提供するように構成された出力超伝導ＸＯＲ－２ゲートと、を備えるシステム。

【0049】

［付記２］
前記パルス発生器は、遅延バッファを含む遅延線を含み、前記遅延バッファは、前記遅延決定パルスを生成するための少なくとも１つのジョセフソン伝送線を含む、付記１に記載のシステム。

【0050】

［付記３］
前記第１のＸＯＲ－２ゲートは、前記第１の超伝導論理入力信号を受信する第１の入力段と、前記第２の超伝導論理入力信号を受信する第２の入力段とを含み、前記第２のＸＯＲ－２ゲートは、前記第３の超伝導論理入力信号を受信する第３の入力段と、前記中間超伝導論理出力信号を受信する第４の入力段とを含み、前記第１、第２、第３、および第４の入力段の各々は、前記クロック信号によってバイアスされないストレージジョセフソン接合を含む、付記１に記載のシステム。

【0051】

［付記４］
前記第１、第２、および第３の超伝導論理入力信号がレシプロカル量子論理（ＲＱＬ）パルスとして供給され、前記ＸＯＲ－２ゲートシステムが前記超伝導論理出力信号をＲＱＬパルスとして提供するように構成される、付記１に記載のシステム。

【0052】

［付記５］
前記入力超伝導ＸＯＲ－２ゲートは、論理ＸＯＲ関数を実行して、第１の中間超伝導論理出力信号を提供する第１の入力超伝導ＸＯＲ－２ゲートとして構成され、前記出力超伝導ＸＯＲ－２ゲートは、前記第１の中間超伝導論理出力信号と、第２の中間超伝導論理出力信号に対応する前記第３の超伝導論理入力信号とを受信し、論理ＸＯＲ関数を実行して、前記超伝導論理出力信号を提供し、前記システムは、第４の超伝導論理入力信号および第５の超伝導論理入力信号を受信する第２の入力超伝導ＸＯＲ－２ゲートであって、前記クロック信号の所与の位相で前記決定パルスに基づいて論理ＸＯＲ関数を実行して、前記第２の中間超伝導論理出力信号を提供するように構成された前記第２の入力超伝導ＸＯＲ－２ゲートをさらに備える、付記１に記載のシステム。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】