Быстрая одноквантовая логика

Бы́страя одноква́нтовая ло́гика (БОК-логика, англ. Rapid Single Flux Quantum, RSFQ) — это технология создания электроники, основанная на квантовых эффектах (эффекте Джозефсона) в сверхпроводящих устройствах, один из вариантов сверхпроводящей логики. Джозефсоновские контакты играют в электронике на основе БОК-логики ту же роль, что и транзисторы в полупроводниковой.

Тем не менее, БОК-логика не является технологией квантовых вычислений в обычном смысле. От полупроводниковой электроники её отличают следующие особенности:

• требуются условия для сверхпроводимости
• использует единичные кванты магнитного потока для представления цифровой информации
• кванты магнитного потока, производимые джозефсоновскими контактами, переносятся пикосекундными импульсами по сверхпроводящим линиям

Логические схемы

БОК-логические схемы проектируются на основе сверхпроводящих контуров, соединённых вместе для выполнения требуемой логической функции. Каждый контур состоит из одного или нескольких джозефсоновских контактов (ДК) со сверхкритическим затуханием. Значение индуктивности и критического тока контактов контура определяют количество его стабильных состояний. Наличие или отсутствие кванта магнитного потока в сверхпроводящем контуре определяется вхождением или выходом единичного квантового импульса (SFQ-импульс, англ. single flux quant) через ДК путём поворота фазы ДК на 2π.

Для передачи импульсов между схемами БОК-логики обычно используются джозефсоновские линии передачи (англ. Josephson transmission lines) — цепи одинаковых ДК, соединённых параллельно посредством сверхпроводящих индуктивностей. Для передачи на бо́льшие расстояния, для которых существенно возрастает время распространения сигнала, можно применять пассивные сверхпроводниковые линии передачи. Сверхпроводниковые линии позволяют передавать сигнал практически без затухания и рассеивания на расстояния в несколько сантиметров.

Температурные флуктуации могут вносить ошибки в работу БОК-цепей, вызывая спонтанные срабатывания ДК, внося временны́е задержки, вызывая срабатывание неверного ДК.

Для проектирования БОК-цепей требуется специализированное программное обеспечение.

Применения

• Оптические и высокоскоростные коммутаторы
• Цифровая обработка сигналов, вплоть до сигналов радиочастот
• Сверхбыстрые маршрутизаторы
• Программно-определяемые радиосистемы
• Высокоскоростные АЦП
• Суперкомпьютеры

См. также

• Сверхпроводящая логика

Литература

• K.K. Likharev and V.K. Semenov, RSFQ logic/memory family: a new Josephson-junction technology for sub-terahertz-clock-frequency digital systems. IEEE Trans. Appl. Supercond. 1 (1991), 3. doi:10.1109/77.80745
• Luryi, S. and Xu, J. and Zaslavsky, A. Current Status and Recent Developments in RSFQ Processor Design // Future Trends in Microelectronics: From Nanophotonics to Sensors to Energy. — Wiley, 2010. — P. 229. — 420 p. — ISBN 9780470649336.
• Karthikeyan Shunmugavel. Rapid single flux quantum logic in high temperature superconductor technology. — Ph.D. Thesis. — Enschede, The Netherlands: University of Twente, 2006. — ISBN 90-365-2429-6.
• Superconducting Technology Assessment, исследование применимости RSFQ для создания суперкомпьютеров от АНБ США, 2005.  (англ.)

Ссылки

• Likharev K. K. Rapid single-flux-quantum logic, RSFQ Laboratory, Department of Physics State University of New York (англ.)
• Дмитрий Зиновьев, Леденящая альтернатива: Взлеты и падения быстрой одноквантовой логики // IXBT, 25 марта 1999
• Лекция 2: Быстрая одноквантовая логика // И. Войтович, В. Корсунский, Наноэлектронная элементная база информатики. Качественно новые направления, ИНТУИТ, 22.01.2014, ISBN 978-5-9556-0167-0