Supraledande logik är en klass av logiska kretsar byggda på basis av supraledare och Josephson-övergångar och använder effekten av magnetisk flödeskvantisering [1] . Frånvaron av elektriskt motstånd gör att du kan skapa logiska kretsar med hög hastighet, och den senaste utvecklingen är också mycket energieffektiv [2] . Supraledande logik är ett alternativ för att skapa processorer med en hög switchfrekvens av individuella logiska element - upp till hundratals GHz [2] .
Överlägsenheten hos energieffektiv supraledande logik jämfört med traditionell CMOS är ett av alternativen för att skapa exaflop-beräkningstekniker . Från och med juni 2011 beräknades en dator av exaflop-klass baserad på CMOS-logik förbruka cirka 0,5 gigawatt energi, medan en dator baserad på energieffektiv supraledande logik kunde ha 10-100 gånger mindre strömförbrukning [2] .
Supraledande logik använder egenskaperna hos vissa metaller (niob, bly) för att bli supraledare när de kyls till en temperatur flera grader över absoluta nollpunkten . I en supraledarering kommer en elektrisk ström att cirkulera på obestämd tid på grund av bristen på motstånd. Strömmen i ringen skapar ett magnetfältsflöde, och storleken på detta flöde är alltid lika med ett heltal av magnetiska flödeskvantor, det vill säga magnetisk flödeskvantisering observeras.
Josephson-effekten används för att ändra antalet magnetiska flödeskvantor i en supraledande krets. Denna effekt består i flödet av en supraledande ström genom ett tunt dielektriskt skikt (till exempel aluminiumoxid) som separerar två supraledare. Superledningsförmågan hos en Josephson-övergång beror på storleken på den strömmande strömmen. Om strömmen överstiger ett värde som kallas den kritiska strömmen försvinner supraledning, ett spänningsfall uppstår på kontakten och själva kontakten börjar avge elektromagnetiska vågor. Genom att leda en extern ström genom en Josephson-övergång är det möjligt att både skapa magnetiska flödeskvantor i en supraledande krets och ta bort dem från den.
De första försöken att skapa en fungerande teknologi baserad på Josephson-korsningar gjordes i USA av IBM (1969-1983) och i Japan (1981-1990) [3] . Den praktiska implementeringen av utvecklingen följde dock inte, eftersom de uppnådda frekvenserna i storleksordningen 1 GHz endast något översteg prestandan hos konventionell CMOS-logik.
Snabb enkelkvantlogik (BOKL, engelska Rapid Single Flux Quantum, RSFQ ) utvecklades i början av 80-talet av fysikerna Konstantin Likharev, Vasily Semyonov och Oleg Mukhanov [1] . Denna teknik har länge varit den viktigaste i skapandet av supraledande logik. Trots namnet har denna teknik ingenting med kvantdatorer att göra. Den använder ett kvantum av magnetiskt flöde för att representera lite information och rör sig längs Josephsons transmissionslinje i form av en kort spänningspuls.
BOCL används i höghastighets- telekommunikationsenheter , digitala signalbehandlingskretsar , höghastighets- ADC och DAC . År 2002, baserad på denna teknologi, skapades en experimentell 8-bitars FLUX-1-processor med en klockfrekvens på 20 GHz [4] . Denna typ av logik har dock ett antal nackdelar som inte gör det möjligt att nå den integrationsnivå som är möjlig i moderna CMOS-mikroprocessorer. Sådana nackdelar är ackumuleringen av jitter när antalet kretselement ökar och betydande strömförbrukning [3] . För att driva BOCL-elementen leds en likförspänningsström genom dem. Nätverket av motstånd som används för strömfördelning kan förbruka tiotals gånger mer energi än vad som är nödvändigt för att utföra logiska operationer [2] [5] .
Reciprocal quantum logic ( Eng. Reciprocal Quantum Logic, RQL ) är en ny typ av supraledande logik, där vissa problem med snabb en-kvantlogik löses [6] [7] . Utvecklare är Northrop Grumman Corporation . I ömsesidig kvantlogik används ett ömsesidigt par av magnetiska flödeskvantor (positiva och negativa) för att representera en bit information [5] .
De logiska delarna av ömsesidig kvantlogik fungerar enligt pulsprincipen, kräver inga förspänningsmotstånd, vilket minskar strömförbrukningen med dussintals gånger jämfört med tidigare generationer av supraledande logik. Uppsättningen av logiska element inkluderar: två schematiskt kombinerade element "AND" och "OR" med gemensamma ingångar (förverkligar de logiska funktionerna "AND" och "OR"), elementet "A-AND-(NOT-B)" (förverkligar sändningen av en puls från ingången Och i avsaknad av en puls vid ingång B) och elementet "Set / Reset" (utför funktionerna för ett minneselement) [5] [6] .