フラックス量子化型ジョセフソン接合回路のモデル化とシミュレーション方法

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フラックスを考慮した超伝導回路のモデル

磁束量子化型超伝導回路のモデリングには、従来の回路電圧や電流に加え、磁束やジョセフソン位相を表現する必要があります。 磁束を考慮したジョセフソン接合およびインダクタモデルでは、補助的な磁束ノードが定義されており、これにより回路は位相と磁束の関係を直接表現できるようになります。これらの素子を組み合わせて超伝導ループを形成し、外部から印加された磁束によってバイアスをかけると、高周波超伝導量子干渉素子（rf-SQUID）や直流SQUIDなどのデバイスをモデル化することができます。

回路の時間的変化からフラックス量子化が自然に生じる場合、シミュレーションでは過渡解析を使用することができます。また、補助フラックス回路を用いて、直流（DC）、Sパラメータ、交流（AC）、および高調波バランス解析に対して量子化制約を課すことも可能です。 これにより、個々のSQUIDや、より複雑な多接合回路およびアレイについて、磁束依存の位相、循環電流、インダクタンス、伝送特性、利得、圧縮、および相互変調特性を評価することができます。

フラックス量子化型ジョセフソン回路のモデリングソリューション

磁束を考慮したジョセフソン接合およびインダクタンス素子を接続し、各素子の磁束の合計が所定の磁束量子化条件を満たすように、超伝導ループをモデル化します。キーサイト・アドバンスト・デザイン・システム（ADS）は、補助的な位相／磁束端子を備えたジョセフソン接合モデル、および従来の電気的挙動と回路の正規化磁束を関連付ける、磁束を考慮したインダクタおよび相互インダクタンスモデルを提供します。 設計者は、過渡応答シミュレーションを利用するか、周波数領域解析のために補助磁束ループを明示的に構築することができます。このアプローチは、DC解析、Sパラメータ解析、および高調波平衡解析に対応しており、RF-SQUID、DC-SQUID、SNAIL非線形素子、スネークアレイ、およびジョセフソンパラメトリック増幅器においてその有効性が実証されています。
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量子回路シミュレーションにおけるRF SQUIDのフラックス量子化モデリング

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