Моделирование процессов коммутации в джозефсоновских элементах логики «И» и «ИЛИ»

Abstract

Предложен принцип создания элементов цифровой логики на основе джозефсоновских криотронов. Описан принцип работы цифровых логических элементов «И» и «ИЛИ», созданных на основе туннельных переходов «сверхпроводник–изолятор–сверхпроводник». Созданы математические модели процессов коммутации в таких логических элементах, рассчитаны переходные характеристики при изменении логического состояния и определены основные параметры таких моделей. Показано, что реализовать элементы цифровой логики «И» и «ИЛИ» можно на отдельных джозефсоновских криотронах и управлять их логическим состоянием с помощью входных сигналов в виде импульсов тока. Такие логические элементы удовлетворяют всем требованиям, предъявляемым к цифровым элементам логики, и имеют время коммутации примерно 2–3 пс.

Запропоновано принцип створення елементів цифрової логіки на основі джозефсонівських кріотронів. Описано принцип роботи цифрових логічних елементів «І» та «АБО», які створено на основі тунельних переходів «надпровідник–ізолятор–надпровідник». Створено математичні моделі процесів комутації в таких логічних елементах, розраховано перехідні характеристики при зміні логічного стану та визначено основні параметри таких моделей. Показано, що реалізувати елементи цифрової логіки «І» та «АБО» можна на окремих джозефсонівських кріотронах і керувати їх логічним станом за допомогою вхідних сигналів у вигляді імпульсів струму. Такі логічні елементи задовільняють усім вимогам, які висуваються до цифрових елементів логіки і мають характерний час комутації приблизно 2–3 пс.

The paper considers a possibility of creating elements of digital logic using Josephson cryotrons. Here described is the principle of digital logic elements “AND” and “OR” created by tunneling «superconductor– insulator–superconductor». Mathematical models of the commutation processes in the logical elements were developed, the basic parameters of these models were determined and the transition characteristics were calculated under changes of the logic state. It is shown that of the elements of digital logic “AND” and “OR” can be realized on individual Josephson cryotrons and of their condition can be controlled with the control inputs in the form of current pulses. Such logic elements satisfy all the requirements for digital logic elements and have switching time of about 2–3 ps.