Adiabatic superconductor logic (ASL) families are energy-efficient because they can operate with a switching energy much less than the IcΦ0 product, where Ic is the critical current for Josephson junctions, Φ0 is the flux quantum, and IcΦ0 is generally on the order of 10–19 J. A switching energy of 0.03IcΦ0 has been demonstrated by adiabatic quantum-flux-parametron (AQFP) logic, which indicates the possibility of extremely energy-efficient digital circuits using ASL. ASL uses signal transformers to propagate and invert the signal current; otherwise, it is difficult to design inverters. However, signal transformers are generally difficult to miniaturize. Therefore, to realize high-density and energy-efficient superconductor circuits, ASL that does not use signal transformers is required. In this paper, we propose ASL without signal transformers, which we call directly coupled quantum-flux-parametron (DQFP). DQFP logic is based on AQFP, but it can invert signal current without using signal transformers. We conducted numerical simulation of a DQFP inverter chain to show that DQFP logic can invert signal current without signal transformers, and that DQFP logic can operate adiabatically. Then, we designed and fabricated basic DQFP circuits, such as an inverter chain and a full adder. All the circuits were found to have wide operating margins. Our results indicate that DQFP logic is suitable for high-density and energy-efficient superconductor circuits.

中文翻译：

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直接耦合绝热超导体逻辑

绝热超导逻辑 (ASL) 系列是节能型的，因为它们可以以远小于 IcΦ0 乘积的开关能量运行，其中 Ic 是约瑟夫森结的临界电流，Φ0 是通量量子，而 IcΦ0 通常约为10–19 J. 绝热量子通量参数 (AQFP) 逻辑已经证明了 0.03IcΦ0 的开关能量，这表明使用 ASL 的极其节能的数字电路的可能性。ASL 使用信号变压器来传播和反转信号电流；否则很难设计逆变器。然而，信号变压器一般难以小型化。因此，要实现高密度、高能效的超导电路，需要不使用信号变压器的ASL。在本文中，我们提出了没有信号变压器的 ASL，我们称之为直接耦合量子通量参数（DQFP）。DQFP 逻辑基于 AQFP，但它可以在不使用信号变压器的情况下反转信号电流。我们对 DQFP 逆变器链进行了数值模拟，以表明 DQFP 逻辑可以在没有信号变压器的情况下反转信号电流，并且 DQFP 逻辑可以绝热运行。然后，我们设计并制造了基本的 DQFP 电路，例如反相器链和全加器。发现所有电路都具有较宽的操作裕度。我们的结果表明 DQFP 逻辑适用于高密度和节能的超导体电路。我们对 DQFP 逆变器链进行了数值模拟，以表明 DQFP 逻辑可以在没有信号变压器的情况下反转信号电流，并且 DQFP 逻辑可以绝热运行。然后，我们设计并制造了基本的 DQFP 电路，例如反相器链和全加器。发现所有电路都具有较宽的操作裕度。我们的结果表明 DQFP 逻辑适用于高密度和节能的超导体电路。我们对 DQFP 逆变器链进行了数值模拟，以表明 DQFP 逻辑可以在没有信号变压器的情况下反转信号电流，并且 DQFP 逻辑可以绝热运行。然后，我们设计并制造了基本的 DQFP 电路，例如反相器链和全加器。发现所有电路都具有较宽的操作裕度。我们的结果表明 DQFP 逻辑适用于高密度和节能的超导体电路。