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| 講演名 | 2024-08-09 10:55 低消費電力半磁束量子回路における位相の挙動解析と動作マージン拡大 ○出口創万・佐藤太一・堀 裕貴・西崎 海・李 峰・田中雅光・藤巻 朗（名大）  SCE2024-3 |
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| 抄録 | （和） | 半磁束量子（HFQ）回路は、π接合を含む超伝導量子干渉デバイス（SQUID）をスイッチ素子とする論理回路である。スイッチ素子の臨界電流値が単一磁束量子（SFQ）回路よりも小さいため、HFQ回路は低消費電力動作が可能である。本稿では、HFQ回路を構成するSQUIDの位相の挙動解析を行い、それを基にした設計指針、および動作マージン拡大方法について議論する。量子化条件によりSQUIDの超伝導ループ部に周回電流が自発的に生じることで、SQUIDは用いられる0接合の臨界電流値よりも小さな見かけの臨界電流値を持つ。より小さな駆動力でスイッチさせることができることから、SFQ回路よりも1桁程度低い消費電力性を持つ。HFQ回路は理想的に0接合とπ接合で構成するSQUIDが基本素子となるが、我々は作製プロセスの点から0接合2つとπ接合1つを含む0-0-πSQUIDを実際の回路に用いる。ここでは、HFQ回路で実際に動作が確認された伝搬線路、スプリッタ、DFFについて0-0-πSQUIDを用いた設計指針を述べる。これらの回路の構成は、基本的にはSFQ回路のスイッチ素子である0接合を0-0-πSQUIDにしたものである。しかし、0-0-πSQUIDはその端子間にπ/2程度の位相差が生じ、回路内の超伝導ループ内に0-0-πSQUIDが奇数個含まれると、量子化条件を満たすために周囲の超伝導ループに予期しない周回電流が流れる。この問題を解決し、動作マージンを拡大するため、我々はπ/2位相シフタを用いた位相調整方法を導入している。各種HFQ論理ゲートの動作マージン拡大に向け、π/2位相シフタを用いた設計指針を報告する。 |
| （英） | We analyze the phase behavior in half-flux-quantum (HFQ) circuits. The HFQ circuits use a superconducting quantum interference device (SQUID) containing a π-junction for the switching element. The HFQ circuits feature low-power operation because the switching elements have smaller critical current values than those of single-flux-quantum (SFQ) circuits. We report the design guidelines and methods for widening operating margins based on the analysis. The SQUIDs in HFQ circuits show remarkably smaller nominal critical current values than those of the zero junctions used in the SQUIDs thanks to the spontaneous circulating currents induced due to the quantization conditions, and the SQUIDs can be switched with a small driving force, resulting in power consumption about one order of magnitude lower than the SFQ circuit. Although the HFQ circuits are ideally composed of the 0-π SQUIDs using pairs of 0- and π-junctions, we use 0-0-π SQUIDs containing two 0 junctions and one π junction in the actual circuits, considering difficulty in the actual fabrication process. The basic structure of the HFQ circuits is obtained by replacing 0-junctions in SFQ circuits with 0-0-πSQUIDs. However, the 0-0-π SQUID has a phase difference of about π/2 at both ends, and if there are an odd number of 0-0-π SQUIDs in the superconducting loop in the circuit. An unexpected circulating current flows in the neighboring superconducting loop due to the quantization condition. We introduce a phase adjustment method using a π/2 phase shifter to enhance operating margins. We also report the design guidelines using π/2 phase shifters to achieve wide operating margins of various HFQ logic gates. | |
| キーワード | （和） | 磁性ジョセフソン接合 / π接合 / 半磁束量子回路 / / / / / |
| （英） | Ferromagnetic Josephson junction / π junction / Half flux quantum circuit / / / / / | |
| 文献情報 | 信学技報, vol. 124, no. 151, SCE2024-3, pp. 11-16, 2024年8月. | |
| 資料番号 | SCE2024-3 | |
| 発行日 | 2024-08-02 (SCE) | |
| ISSN | Online edition: ISSN 2432-6380 | |
| 著作権に ついて |
技術研究報告に掲載された論文の著作権は電子情報通信学会に帰属します．(許諾番号：10GA0019/12GB0052/13GB0056/17GB0034/18GB0034) | |
| PDFダウンロード | SCE2024-3 |
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| 研究会情報 | |
| 研究会 | SCE |
| 開催期間 | 2024-08-09 - 2024-08-09 |
| 開催地（和） | 機械振興会館 |
| 開催地（英） | Kikai-Shinko-Kaikan Bldg. |
| テーマ（和） | 超伝導エレクトロニクス一般 |
| テーマ（英） | Superconducting Electronics, etc. |
| 講演論文情報の詳細 | |
| 申込み研究会 | SCE |
| 会議コード | 2024-08-SCE |
| 本文の言語 | 日本語 |
| タイトル（和） | 低消費電力半磁束量子回路における位相の挙動解析と動作マージン拡大 |
| サブタイトル（和） | |
| タイトル（英） | Analysis of Phase Behavior and Operating Margin Expansion in Low-Power Half-Flux Quantum Circuits |
| サブタイトル（英） | |
| キーワード(1)（和/英） | 磁性ジョセフソン接合 / Ferromagnetic Josephson junction |
| キーワード(2)（和/英） | π接合 / π junction |
| キーワード(3)（和/英） | 半磁束量子回路 / Half flux quantum circuit |
| キーワード(4)（和/英） | / |
| キーワード(5)（和/英） | / |
| キーワード(6)（和/英） | / |
| キーワード(7)（和/英） | / |
| キーワード(8)（和/英） | / |
| 第1著者 氏名（和/英/ヨミ） | 出口 創万 / Soma Deguchi / デグチ ソウマ |
| 第1著者 所属（和/英） | 名古屋大学 (略称： 名大) Nagoya University (略称： Nagoya Univ.) |
| 第2著者 氏名（和/英/ヨミ） | 佐藤 太一 / Taichi Sato / サトウ タイチ |
| 第2著者 所属（和/英） | 名古屋大学 (略称： 名大) Nagoya University (略称： Nagoya Univ.) |
| 第3著者 氏名（和/英/ヨミ） | 堀 裕貴 / Hiroki Hori / ホリ ヒロキ |
| 第3著者 所属（和/英） | 名古屋大学 (略称： 名大) Nagoya University (略称： Nagoya Univ.) |
| 第4著者 氏名（和/英/ヨミ） | 西崎 海 / Kai Nishizaki / ニシザキ カイ |
| 第4著者 所属（和/英） | 名古屋大学 (略称： 名大) Nagoya University (略称： Nagoya Univ.) |
| 第5著者 氏名（和/英/ヨミ） | 李 峰 / Feng Li / |
| 第5著者 所属（和/英） | 名古屋大学 (略称： 名大) Nagoya University (略称： Nagoya Univ.) |
| 第6著者 氏名（和/英/ヨミ） | 田中 雅光 / Masamitsu Tanaka / タナカ マサミツ |
| 第6著者 所属（和/英） | 名古屋大学 (略称： 名大) Nagoya University (略称： Nagoya Univ.) |
| 第7著者 氏名（和/英/ヨミ） | 藤巻 朗 / Akira Fujimaki / フジマキ アキラ |
| 第7著者 所属（和/英） | 名古屋大学 (略称： 名大) Nagoya University (略称： Nagoya Univ.) |
| 講演者 | 第1著者 |
| 発表日時 | 2024-08-09 10:55:00 |
| 発表時間 | 25分 |
| 申込先研究会 | SCE |
| 資料番号 | SCE2024-3 |
| 巻番号（vol） | vol.124 |
| 号番号（no） | no.151 |
| ページ範囲 | pp.11-16 |
| ページ数 | 6 |
| 発行日 | 2024-08-02 (SCE) |
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