超导磁通存储结构、数据读写表征方法及存储器技术

本发明专利技术提供一种超导磁通存储结构、数据读写表征方法及存储器，至少包括：磁通存储模块及磁通读出模块，所述磁通存储模块包括第一超导环路及第一超导线圈，第一超导环路包括第一约瑟夫森结，第一约瑟夫森结与第一超导线圈相耦合；磁通读出模块包括第二超导环路及第二超导线圈，第二超导环路与第二超导线圈相耦合，第二超导环路包括第二约瑟夫森结及第三约瑟夫森结，能够在室温进行数据高速写入与读取，有效降低了测试设备的测试门槛，能够做到皮秒速度的信号采样，极大提高了超导存储的性能。极大提高了超导存储的性能。极大提高了超导存储的性能。

【技术实现步骤摘要】
超导磁通存储结构、数据读写表征方法及存储器


[0001]本专利技术涉及超导与量子信息
，特别是涉及一种超导磁通存储结构、数据读写表征方法及存储器。

技术介绍

[0002]自上世纪六十年代集成电路问世以来，基于互补金属氧化物半导体(CMOS)的计算机得到迅猛发展，芯片性能与复杂度呈指数倍增长。当前，工艺尺寸缩小至纳米级别，接近物理极限，导致传统半导体计算机的发展速度开始放缓，同时由于充放电与漏电流引起的功耗使处理器的时钟频率基本限制在4GHZ左右。此时，有着超低功耗与超高速特性的超导计算机得到越来越多的关注与研究。
[0003]超导计算机的基本原理架构依旧采用冯
·
诺依曼架构，中央处理器(CPU)与存储器(Memory)相互协同工作。超导计算机中存储器的主流方案还是在CMOS管的基础上设计，在超导逻辑电路工作频率达到百GHz时，CMOS管型的存储器已经跟不上超导CPU的速度而产生失配，计算机整体性能受存储器处理速度的限制。而基于超导的存储器拥有和超导CPU相媲美的处理速度，因此，超导计算机的大规模应用对高速超导存储器有着迫切的需求。
[0004]在超导存储器件的研究当中，除了器件本身的性能优化以外，对其高速响应信号的表征方法的研究也很重要。成熟的电学测试设备难以对超导存储器件的高速(10～100GHZ)但微弱(10～100μV量级)数据进行室温读出。若采用高频示波器直接读出则很难探测到μV级别的信号，而引入室温放大器或采用磁通锁定反馈法测量小信号则很难做到皮秒速度的信号采样。目前超导存储器件普遍采用的表征方法依旧集中在直流读写或者低速(kHz)读写演示结合高频的仿真模拟推导。
[0005]应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的
技术介绍
部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

[0006]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种超导磁通存储结构、数据读写表征方法及存储器，用于解决现有技术中测试设备难以对超导存储器件数据进行室温高速读写，尤其是皮秒速度的信号采样的问题。
[0007]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种超导磁通存储结构，所述超导磁通存储结构至少包括：磁通存储模块及磁通读出模块，其中：
[0008]所述磁通存储模块包括第一超导环路及第一超导线圈，所述第一超导环路包括第一约瑟夫森结，所述第一约瑟夫森结与所述第一超导线圈相耦合；
[0009]其中，所述第一超导线圈控制磁通量子的写入使能操作；所述第一超导环路的电感产生存储磁通量子所需的回滞曲线，基于写入使能实现对磁通量子的写入，其中，磁通量子的状态包括磁通状态“0”和“1”；
[0010]所述磁通读出模块包括第二超导环路及第二超导线圈，所述第二超导环路与所述第二超导线圈相耦合，所述第二超导环路包括第二约瑟夫森结及第三约瑟夫森结；
[0011]其中，所述第二超导线圈控制磁通量子的读出使能；所述第二超导环路基于读出使能对所述磁通存储模块存储的磁通量子进行读取；所述第二约瑟夫森结与所述第三约瑟夫森结组成超导量子干涉仪。
[0012]可选地，所述第一超导线圈的第一端接收第一电流I1，第二端接参考地；所述第一超导环路的第一端接收第二电流I2，第二端接参考地。
[0013]可选地，所述第二超导线圈的第一端接收第三电流I3，第二端接参考地；所述第二超导环路的第一端接收第四电流I4，第二端接参考地。
[0014]本专利技术提供一种数据读写表征方法，基于所述超导磁通存储结构实现，所述数据读写表征方法至少包括：
[0015]1)调节所述第一电流I1，以调整所述第一约瑟夫森结的临界电流，使使所述第一超导环路产生回滞曲线，得到第一回滞曲线及第二回滞曲线，其中，L1为所述第一超导环路的电感，I
1_write
为第一约瑟夫森结的临界电流，Φ0为磁通量子；其中，I
11
表示为第一回滞曲线的窗口上限电流，I
12
表示为第二回滞曲线的窗口上限电流，I
11
＜I
12
；
[0016]2)调节所述第二电流I2，通过对比所述第二电流I2与所述第一回滞曲线及第二回滞曲线的位置关系，控制磁通量子的写入使能操作，基于写入使能实现对磁通量子的写入；
[0017]3)基于所述第三电流I3，标定所述超导量子干涉仪的I
C
‑
Φ曲线，通过调节所述第三电流I3以及将所述第四电流I4设定为低频脉冲，对所述超导量子干涉仪的磁通状态“0”及磁通状态“1”的临界电流进行调节，实现所述第二超导线圈对磁通量子的读出使能；
[0018]4)基于读出使能，给所述第四电流I4添加高频脉冲，实现所述第二超导环路对所述第一超导环路中磁通量子的读取操作。
[0019]可选地，所述第一超导线圈基于所述第一电流产生平行于所述第一约瑟夫森结的磁场，通过磁场调节所述第一约瑟夫森结的临界电流。
[0020]可选地，当第二电流I2满足I
11
＜I2＜I
12
时，第二电流I2将磁通量子从磁通状态“0”转变到磁通状态“1”，使磁通状态“1”的磁通量子处于写入使能状态，从而完成对磁通状态“1”的磁通量子的写入操作，进一步将第二电流I2转变为负脉冲，使磁通状态“0”的磁通量子处于写入使能状态，从而完成对磁通状态“0”的磁通量子的写入操作。
[0021]可选地，实现读出使能的条件为：使I
C0
与I
C1
的差值最大，其中，I
C0
为磁通状态“0”的临界电流，I
C1
为磁通状态“1”的临界电流，I
C0
＞I
C1
。
[0022]可选地，实现读取操作的过程为：给所述第四电流I4添加高频脉冲，使I
C1
＜I4＜I
C0
，使所述超导量子干涉仪在磁通状态“0”状态下处于超导状态，在磁通状态“1”处于失去超导状态；将高频脉冲关闭，进而完成对磁通状态“0”及磁通状态“1”的磁通量子的读取操作。
[0023]本专利技术提供一种存储器，所述存储器用于实现所述数据读写表征方法。
[0024]如上所述，本专利技术的超导磁通存储结构、数据读写表征方法及存储器，具有以下有益效果：
[0025]1)本专利技术的超导磁通存储结构、数据读写表征方法及存储器，能够在室温进行数据高速写入与读取，有效降低了测试设备的测试门槛。
[0026]2)本专利技术的超导磁通存储结构、数据读写表征方法及存储器，能够做到皮秒速度的信号采样，极大提高了超导存储的性能。
附图说明
[0027]图1显示为本专利技术的超导磁通存储结构的电路示意图。
[0028]图2显示为本专利技术的数据读写表征方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超导磁通存储结构，其特征在于，所述超导磁通存储结构至少包括：磁通存储模块及磁通读出模块，其中：所述磁通存储模块包括第一超导环路及第一超导线圈，所述第一超导环路包括第一约瑟夫森结，所述第一约瑟夫森结与所述第一超导线圈相耦合；其中，所述第一超导线圈控制磁通量子的写入使能操作；所述第一超导环路的电感产生存储磁通量子所需的回滞曲线，基于写入使能实现对磁通量子的写入，其中，磁通量子的状态包括磁通状态“0”和“1”；所述磁通读出模块包括第二超导环路及第二超导线圈，所述第二超导环路与所述第二超导线圈相耦合，所述第二超导环路包括第二约瑟夫森结及第三约瑟夫森结；其中，所述第二超导线圈控制磁通量子的读出使能；所述第二超导环路基于读出使能对所述磁通存储模块存储的磁通量子进行读取；所述第二约瑟夫森结与所述第三约瑟夫森结组成超导量子干涉仪。2.根据权利要求1所述的超导磁通存储结构，其特征在于：所述第一超导线圈的第一端接收第一电流I1，第二端接参考地；所述第一超导环路的第一端接收第二电流I2，第二端接参考地。3.根据权利要求2所述的超导磁通存储结构，其特征在于：所述第二超导线圈的第一端接收第三电流I3，第二端接参考地；所述第二超导环路的第一端接收第四电流I4，第二端接参考地。4.一种数据读写表征方法，基于如权利要求3所述的超导磁通存储结构实现，其特征在于，所述数据读写表征方法至少包括：1)调节所述第一电流I1，以调整所述第一约瑟夫森结的临界电流，使使所述第一超导环路产生回滞曲线，得到第一回滞曲线及第二回滞曲线，其中，L1为所述第一超导环路的电感，I
1_write
为第一约瑟夫森结的临界电流，Φ0为磁通量子；其中，I
11
表示为第一回滞曲线的窗口上限电流，I
12
表示为第二回滞曲线的窗口上限电流，I
11
＜I
12
；2)调节所述第二电流I2，通过对比所述第二电流I2与所述第一回滞曲线及第二回滞曲线的位置关系，控制磁通量子的写入使能操作，基于写入使能实现对磁通量子的写入；3)基于所述第三电流I...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈垒，钟翔海，曾俊文，王镇，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：