Optimization of Adiabatic Superconducting Logic Cells by Using π Josephson Junctions

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Adiabatic superconducting logic circuits can ensure the practical implementation of operations with the energy dissipation below the Landauer limit. However, applications of the existing solutions are limited because of two contradictory requirements of a high energy efficiency and a sufficiently fast response of devices. Josephson junctions with a negative critical current (π junctions) allow one to obtain a certain form of the potential energy of superconducting circuits and, as a result, a practically required degree of control of dynamic processes in the proposed reversible logic cells. The features of the current transport and balance of Josephson phases in circuits with π junctions make it possible to improve the coupling between the parts of a reversible computer by a factor more than 2. At the same time, the continuous evolution of the state is ensured at higher critical currents and higher characteristic voltages of the main Josephson junctions of adiabatic superconducting logic cells, which allows an increase in the response rate.

About the authors

G. S. Khismatullin

Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics, Moscow State University; Russian Quantum Center

Email: nvklenov@mail.ru
Moscow, 119991 Russia;Skolkovo, Moscow, 121205 Russia

N. V. Klenov

Faculty of Physics, Moscow State University;National University of Science and Technology MISiS

Email: nvklenov@mail.ru
Moscow, 119991 Russia;Moscow, 119049 Russia

I. I. Solov'ev

Faculty of Physics, Moscow State University;National University of Science and Technology MISiS

Author for correspondence.
Email: nvklenov@mail.ru
Moscow, 119991 Russia;Moscow, 119049 Russia

References

  1. D. S. Holmes, A.L. Ripple, and M.A. Manheimer, IEEE Trans. Appl. Supercond. 23, 1701610 (2013).
  2. S.K. Tolpygo, Low Temp. Phys. 42, 361 (2016).
  3. I. I. Soloviev, N.V. Klenov, S.V. Bakurskiy, M.Y. Kupriyanov, A. L. Gudkov, and A. S. Sidorenko, Beilstein J. Nanotechnol. 8, 2689 (2017).
  4. M. Cuthbert, E. DeBenedictis, R.L. Fagaly et al. (Collaboration), International roadmap for devices and systems. Cryogenic electronics and quantum information processing. 2022 Edition (IEEE, 2022).
  5. N. Takeuchi, D. Ozawa, Y. Yamanashi, and N. Yoshikawa, Supercond. Sci. Technol. 26, 035010 (2013).
  6. N. Takeuchi, K. Ehara, K. Inoue, and Y. Yamanashi, IEEE Trans. Appl. Supercond. 23, 1700304 (2013).
  7. N. Takeuchi, Y. Yamanashi, and N. Yoshikawa, Appl. Phys. Lett. 102, 052602 (2013).
  8. N. Takeuchi, Y. Yamanashi, and N. Yoshikawa, Appl. Phys. Lett. 103, 062602 (2013).
  9. N. Takeuchi, Y. Yamanashi, and N. Yoshikawa, Sci. Rep. 4, 6354 (2014).
  10. N. Takeuchi, Y. Yamanashi, and N. Yoshikawa, Supercond. Sci. Technol. 28, 015003 (2015).
  11. C. L. Ayala, T. Tanaka, R. Saito, M. Nozoe, N. Takeuchi, and N. Yoshikawa, IEEE J. Solid-State Circuits 56(4), 1152 (2020).
  12. H. Takayama, N. Takeuchi, Y. Yamanashi, and N. Yoshikawa, J. Phys. Conf. Ser. 1054, 012063 (2018).
  13. C. L. Ayala, T. Tanaka, R. Saito, and N. Yoshikawa, Superconducting News Forum, STP723, 1EOr2B-0, Institute of Electrical and Electronics Engineers, N.Y., NY, United States (2023).
  14. R. Cai, A. Ren, O. Chen, N. Liu, C. Ding, X. Qian, J. Han, W. Luo, N. Yoshikawa, and Y. Wang, 2019 ACM/IEEE 46th Annual International Symposium on Computer Architecture (ISCA), 19339165, Association for Computing Machinery, N.Y., NY, United States (2019).
  15. V.A. Vozhakov, M.V. Bastrakova, N.V. Klenov, I. I. Soloviev, W.V. Pogosov, D.V. Babukhin, A.A. Zhukov, and A.M. Satanin, Phys.-Uspekhi 65, 421 (2022).
  16. I. I. Soloviev, N.V. Klenov, A. L. Pankratov, L. S. Revin, E. Il'ichev, and L. S. Kuzmin, Physical Review B 92, 014516 (2015).
  17. R. Harris, A. J. Berkley, M.W. Johnson, P. Bunyk, S. Govorkov, M.C. Thom, S. Uchaikin, A.B. Wilson, J. Chung, E. Holtman, J.D. Biamonte, A.Yu. Smirnov, M.H. S. Amin, A.M. van den Brink, Phys. Rev. Lett. 98, 177001 (2007).
  18. R. Harris, T. Lanting, A. J. Berkley, J. Johansson, M.W. Johnson, P. Bunyk, E. Ladizinsky, N. Ladizinsky, T. Oh, and S. Han, Phys. Rev. B 80, 052506 (2009).
  19. N. Takeuchi, T. Yamae, W. Luo, F. Hirayama, T. Yamamoto, and N. Yoshikawa, Phys. Rev. Res. 5, 013145 (2023).
  20. M.V. Bastrakova, N.V. Klenov, V. I. Ruzhickiy, I. I. Soloviev, and A.M. Satanin, Supercond. Sci. Technol. 35(5), 055003 (2022).
  21. Semenov, G.V. Danilov, and D.V. Averin, IEEE Trans. Appl. Supercond. 13, 938 (2003).
  22. V.K. Semenov, G.V. Danilov, and D.V. Averin, IEEE Trans. Appl. Supercond. 17, 455 (2007).
  23. J. Ren, V.K. Semenov, Y.A. Polyakov, D.V. Averin, and J. S. Tsai, IEEE Trans. Appl. Supercond. 19, 961 (2009).
  24. J. Ren and V.K. Semenov, IEEE Trans. Appl. Supercond. 21, 780 (2011).
  25. H. Li, J. Liu, Y. Zhang, H. Cai, G. Li, Q. Liu, S. Han, and W. Chen, Supercond. Sci. Technol. 30, 035012 (2017).
  26. N. Takeuchi, T. Ortlepp, Y. Yamanashi, and N. Yoshikawa, J. Appl. Phys. 115, 103910 (2014).
  27. N. Takeuchi, Y. Yamanashi, and N. J. Yoshikawa, J. Appl. Phys. 117, 173912 (2015).
  28. Q. Xu, C. L. Ayala, N. Takeuchi, Y. Murai, Y. Yamanashi, and N. Yoshikawa, IEEE Trans. Appl. Supercond. 27, 1301905 (2017).
  29. N. Takeuchi, Ph.D. Thesis, The Department of Physics, Electrical and Computer Engineering, Yokohama National University, Yokohama, Japan (2014).
  30. N. Takeuchi, K. Arai, and N. Yoshikawa, Supercond. Sci. Technol. 33, 065002 (2020).
  31. T. Yamae, N. Takeuchi, and N. Yoshikawa, IEEE Trans. Appl. Supercond. 33, 1300704 (2023).
  32. M.V. Bastrakova, D. S. Pashin, D.A. Rybin, A.E. Schegolev, N.V. Klenov, I. I. Soloviev, A.A. Gorchavkina, and A.M. Satanin, Beilstein J. Nanotechnol. 13, 653 (2022).
  33. V. Vozhakov, M. Bastrakova, N. Klenov, A. Satanin, and I. Soloviev, Quantum Science and Technology 8(3), 035024 (2023).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Российская академия наук

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».