Исследование динамических процессов в джозефсоновских устройствах сверхпроводниковой электроники (1097559), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Зависимость ширины линии генерацииот числа N джозефсоновских элементов враспределенной структуре, при различныхзначениях коэффициента потерь α (1 α = 0,05; 2 - α = 0,1; 3 - α = 0,2). Штриховаялиния - зависимость ширины линии генерацииот коэффициента потерь α при N = 1. Здесь∆ω0 – ширина автономной линии генерацииджозефсоновского перехода.20опубликованнымиэкспериментальнымирезультатами(Япония) для распределенных структурнаосновенизкотемпературныхсверхпроводников, в которых былаполучена добротность линии генерацииΩ0/∆Ω ~ 105.Глава VI посвящена исследованию джозефсоновских структур с нетривиальной токфазовой зависимостью (ТФЗ). Разработана модель на основе параллельной цепочки “0” и“пи” джозефсоновских элементов для описания бикристаллических джозефсоновскихпереходов из высокотемпературных сверхпроводников.
Предложенная модель позволилаобъяснить особенности экспериментально наблюдаемой зависимости критического токабикристаллическоих переходов от приложенного магнитного поля. В рамках этой моделиразработан итерационный алгоритм, позволяющий рассчитывать распределение плотностикритического тока внутри бикристаллического перехода по экспериментально измереннойзависимости полного критического тока от приложенного магнитного поля.Показано также, что сильная неоднородность распределения плотности критическоготока вдоль бикристаллического перехода приводит к появлению в спектре джозефсоновскойгенерациисубгармоническихкомпонент,существованиекоторыхобуславливаетформирование субгармонических ступеней Шапиро на ВАХ бикристаллических переходов.Неоднородность плотности критического тока является одним из факторов, определяющихотклонение бикристаллических переходов от резистивной модели джозефсоновскихэлементов, в рамках которой субгармонические ступени отсутствуют.
Другими такимифакторамиотклоненияотрезистивноймоделиявляютсясобственнаяемкостьРис. 9. (а) - экспериментально измеренная зависимость критического тока от магнитногополя (получена в Институте Кибернетики, Неаполь, Италия); (б) - расчетная зависимостьIc(Φ/Φ0), полученная с помощью итерационного алгоритма, (в) - найденное распределениеплотности критического тока jC(x) вдоль границы бикристаллического перехода.21абРис.
10. (а) - тихий фазовый кубит, представляющий собой низкоиндуктивныйдвухконтактный интерферометр с несинусоидальной ТФЗ джозефсоновских элементов;(б) - двухямный потенциал, расщепленный основной энергетический уровень – базискубита, и соответствующие волновые функции.джозефсоновских переходов и присутствие второй гармоники в ток-фазовой зависимости(ТФЗ) переходов.Вдиссертационнойработеразвитааналитическаятеориягармоническихисубгармонических ступеней Шапиро с учетом обоих факторов: емкости джозефсоновскихпереходов и второй гармоники в ТФЗ.
Результаты аналитической теории сопоставляются сэкспериментальными данными для высокотемпературных джозефсоновских переходов,изготовленных и исследованных в институте радиотехники и электроники (ИРЭ) РАН.Предложен и исследован теоретически “тихий” фазовый кубит (квантовый бит) –базовый элемент квантового компьютера. Показано, что присутствие достаточно большойвторой гармоники в ТФЗ джозефсоновских переходов, образующих двухконтактныйсверхпроводящийквантовыйинтерферометр,приводит кобразованиюдвухямногоэнергетического потенциала.
Значения расщепленного основного энергетического уровеняE0 ± ∆ такой квантовомеханической системы образуют базис рассматриваемого кубита.Изучено влияние приложенного магнитного поля на величину расщепления ∆. Показано,что,изменяяразмерыджозефсоновскихпереходовиустанавливаяопределенноесоотношение между характерными величинами джозефсоновской и кулоновской энергийкубита, можно обеспечить изменение величины ∆ или, наоборот, ее неизменность приприложении магнитного потока Фе ограниченной величины. Поскольку значение величиныизменения щели входит непосредственно в выражение гамильтониана, контролирующегоэволюцию состояния кубита, это позволяет создавать кубиты, специализированные навыполнение той или иной логической операции при приложении к кубиту импульсамагнитного потока фиксированной длительности.22В главе VII представлены результаты исследований, направленных на разработкуширокополосных СВЧ усилителей импульсных и аналоговых сигналов на основе цепочекдвухконтактных интерферометров.Впервойчастиэтойглавыизлагаютсярезультатытеоретическогоиэкспериментального исследования физических основ построения высокоэффективноговыходногоусилителяодноквантовыхимпульсовнаосновемногоэлементнойджозефсоновской структуры.
Такой усилитель крайне важен для осуществления надежнойпередачисигналовсверхпроводниковойбыстройодноквантовойлогиивцепиполупроводниковой электроники.Впервые использован режим усиления сигналов быстрой одноквантовой логики нацепочке сверхпроводящих квантовых интерферометров в резистивном состоянии.
Для этойцели были предложены специальная техника синхронного мультиплицирования квантовмагнитного потока и техника уширения мультиплицированных одноквантовых импульсов.Проведено детальное изучение динамических процессов в функциональных частяхусилителя:(i)цеписопровождающегомультиплицированияегомультиплицированныходноквантовогоимпульсов,(iii)входногоимпульсаквантамагнитногонапряжения,суммирующей(ii)цепипоследовательнойпотокаиуширенияцепочкедвухконтактных сверхпроводящих квантовых интерферометров (сквидов).
Исследованотакже обратное влияние выходной нагрузки на ВАХ и сигнальную характеристикусуммирующейцепочки,атакжепроведеноизучениевлияниясинхронизацииджозефсоновской генерации в ячейках цепочки на характеристики усилителя.Рис. 11. Основные части усилителя одноквантовых типульсов: (i) цепь изохронногомультиплицирования одноквантовых импульсов, (ii) цепь уширения импульсов и (iii)суммирующая цепочка двухконтактных сквидов.23Показано,концепциячтопредложеннаяпостроенияпозволяетусилителяувеличиватьчислосуммирующих элементов и подниматьамплитуду выходного сигнала до 5 –10 мВ без ограничения быстродействияРис. 12. Трансформация одноквантовоговходного импульса Vin в выходной импульсVout.
на суммирующей цепочке из N = 16ячеек; IL - уширенный импульс тока вячейке цепи уширения.усилителя.Согласнотеоретическимрасчетаммаксимальнаячастотаследования одноквантовых импульсовможет составлять 10 - 20% характернойчастоты джозефсоновских переходов, чтосоответствует частотам F = 8…16 ГГцдля стандартной ниобиевой технологии с плотностью критического тока 1 кА/см2 [26]. Припереходе к стандартной технологи с плотностью критического тока 4.5 кА/см2 предельнаячастота следования импульсов и максимальная амплитуда выходного сигнала возрастают в 2раза, а использование в дальнейшем технологии с плотностью критического тока 20 кА/см2[26] позволит увеличить частоту и амплитуду в 4 разаРазработанаиэкспериментальноисследованаинтегральнаясхемаусилителя–интерфейса на основе ниобиевой технологии с плотностью критического тока jc = 1 кА/см2.Было выполнено три последовательных итерации изготовления экспериментальных чипов собразцами интегральной схемы для совершенствования топологии и соответственнопослойныхфотошаблоновразрабатываемойинтегральнойсхемы.Былонайденооптимальное использование экранирующих слоев и разработана техника демпфированиярезонансов как внутри ячеек суммирующей цепочки, так и в структуре всей цепочки.Проведеноэкспериментальноеизучениефункциональныхчастейусилителяитестирование интегральной схемы усилителя в целом.
Для проведения высокочастотноготестирования интегральных схем усилителей в состав интегральных схем были включеныдва разных источника входных одноквантовых импульсов: (i) сильно демпфированныйджозефсоновский переход и (ii) dc/SFQ преобразователь - пороговый преобразовательвнешнего входного сигнала в короткие одноквантовые импульсы такой же частоты.
Обагенераторавходныхсигналовподключеныквходуусилителя(квходуцепимультиплицирования импульсов) через специальное буферное устройство “Merger”.Объединитель одноквантовых импульсов (Merger) препятствует прохождению квантовмагнитного потока от одного генератора одноквантовых импульсов к другому.Первый источник сигналов использовался для генерации периодических пакетов24входных одноквантовых импульсов.
Послепрохождения цепи мультиплицированияпакеты импульсов поступают в цепиуширенияимпульсов.Уширениеимпульсов в 5 – 10 раз (и больше)приводиткслияниюимпульсовиобразованию фактически прямоугольногоимпульса тока в ячейках уширения и,Рис. 13. Опорный сигнал для полученияпериодическихгрупподноквантовыхимпульсов и выходной сигнал (нижняяосциллограмма). Частота повторения групп0.1 МГц. Масштаб напряжения 1 мВ/дел.следовательно, прямоугольного импульсамагнитного потока поступающего в ячейкисуммирующейцепочкиусилителя.Поэтому выходной сигнал интегральнойсхемы в этом случае представляет собой прямоугольные импульсы с длительностью, равнойдлительности пакетов входных одноквантовых импульсов.Второй источник, dc/SFQ преобразователь, использовался для генерации одиночныхвходных одноквантовых импульсов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
