在超導量子電路的應用中，RSFQ 技術能夠克服許多傳統技術所面臨的瓶頸，具體包括：

1. **速度與頻率**：RSFQ 技術能夠提供極快的工作頻率，達到幾十 GHz 甚至數百 GHz，這遠超過傳統 CMOS 技術的運行速度，能適應高速數據處理和通訊需求。

2. **功耗**：RSFQ 技術相比於 CMOS 電路能降低功耗約 10 萬倍（不考慮冷卻），這使它在高效能計算和低能耗應用中更具吸引力。

3. **系統集成能力**：RSFQ 技術能夠與多種現有的電子技術（如 CMOS 電路、微波和紅外線技術）互操作，這使得它可以在多樣化的電子系統中得到應用。

4. **耐受性和穩定性**：RSFQ 電路擁有良好的製造變化耐受性，並且其自我計時的特性使得非同步設計更為可行，這在傳統電腦系統中往往是個挑戰。

若未來能夠進一步提高高溫超導體的性能，RSFQ 的應用前景將更加廣闊，包括：

1. **降低冷卻成本與複雜度**：提升高溫超導體的性能，可以減少冷卻要求，進而降低使用液氮或液氦等冷卻劑的成本和複雜度，使 RSFQ 技術更容易部署。

2. **提高環境適應能力**：更高的高溫超導體性能將使 RSFQ 技術能在更高的操作溫度下運行，這擴大了其在各種應用中的可行性。

3. **擴展應用領域**：高溫超導體的進步可能使 RSFQ 技術應用於更多領域，如超高速計算、量子計算、高頻通訊等，尤其是在需要快速數據處理和低功耗的場景中。

4. **促進量子計算發展**：在量子電腦的控制電路領域，RSFQ 技術的優勢仍能被強化，尤其是在量子位元的穩定性與操作速度方面。

總的來說，RSFQ 技術的進步和高溫超導體的性能提升將有望在未來推動電子學、量子計算及相關技術的革命。
在超導量子電路的應用中，RSFQ 技術能夠克服哪些傳統技術存在的瓶頸？若未來能夠進一步提高高溫超導體的性能，那麼 RSFQ 的應用前景如何？
在電子學領域中，**快速單通量量子**（英語：rapid single flux quantum，縮寫 **RSFQ**；也稱**快單磁通量子**）是一種使用超導裝置的數位產品，也稱約瑟夫森結，用來處理數位訊號。在 RSFQ 邏輯中，資訊以磁通量量子的形式儲存，並以單通量量子（Single Flux Quantum，縮寫 SFQ）電壓脈衝的形式傳遞。RSFQ 是超導或 SFQ 邏輯的一個家族。其他家族包括 Reciprocal Quantum Logic (RQL)、ERSFQ—— 不使用偏置電阻等元件的節能 RSFQ 版本。約瑟夫效應是 RSFQ 電子的有源元件，就像電晶體是半導體電子中的有源元件一樣。RSFQ 是一種經典數學而非量子電腦技術。

RSFQ 與普通電腦使用的 CMOS 電晶體技術有很大差異：

* 超導裝置需要低溫。
* 約瑟夫森結產生的皮秒級 SFQ 電壓脈衝被用於編碼、處理和傳輸數字資訊，這代替半導體電子器件中電晶體產生的電壓電平。
* SFQ 電壓脈衝在超導傳輸線上的行程非常小，並且如果脈衝的頻譜分量不超過超導體能隙的頻率，通常可以忽略不計。
* 在 1 ps 的 SFQ 脈衝情況下，電路計時可能達到 100 GHz 頻率（每 10 皮秒一次脈衝）。

## 優點

* 可以與 CMOS 電路、微波和紅外線技術互操作
* 極快工作頻率：從幾十千兆赫到高達數百千兆赫
* 低功耗：比 CMOS 電路低大約 10 萬倍（不考慮冷卻）
* 現有晶片製造技術可適用於製造 RSFQ 電路
* 良好的製造變化耐受性
* RSFQ 電路本質上是自我計時，這使非同步設計更實用。

## 缺點

* 需要低溫冷卻。傳統上這已通過低溫液體實現，諸如液氮和液氦。最近來說，如脈管制冷機等封閉式迴圈制冷機已納入考慮，它們能避免使用昂貴且需要定期再填充的低溫液體。低溫冷卻還有一個優點是降低了工作環境的熱噪聲。
* 通過使用高溫超導體，冷卻的要求可得到放寬。但迄今為止，使用高溫超導體僅實現了非常低複雜度的 RFSQ 電路。據信基於 SFQ 的數位技術在溫度高於～20 K - 25 K 時變得不切實際，參數 _E_J/_k_B_T_ 因溫度 _T_ 的增加導致的減小會導致誤碼率（熱誘髮結切換）呈指數增長 ，其中 _E_J = _I_cΦ0/2π 是約瑟夫森能量。
* 靜態功耗通常比執行邏輯操作所需的動態功耗大 10-100 倍，這是其一個缺點。不過，在 ERSFQ 版本的 RSFQ 中，通過使用超導電感器和約瑟夫森結而非偏置電阻（靜態功耗來源）則完全消除了靜態功耗。
* 由於 RSFQ 是一種顛覆性技術，專門的教育程度和商業軟體仍有待開發。

## 應用

* 光通信或其他高速網路交換裝置
* 數位訊號處理，達到 X 波段及以上的訊號
* 超高速路由器
* 軟體無線電（SDR）
* 高速類比數位轉換器
* 高效能低溫電腦
* 超導量子位元和量子電路的控制電路

## 參見

* 超導邏輯，包含比 RSFQ 能源效率更佳的新邏輯系列。
* 量子通量參量，相關的數字邏輯技術。

## 參考資料

## 拓展閱讀

* Superconducting Technology Assessment （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, study of RSFQ for computing applications, by the NSA (2005).
* 超导 RSFQ 计算机。中國計算機學會通訊. 2016, (3) [2017-11-02] （中文（中國大陸））.

## 外部連結

* An introduction to the basics and links to further information at the State University of New York at Stony Brook.
* K.K. Likharev and V.K. Semenov, RSFQ logic/memory family: a new Josephson-junction technology for sub-terahertz-clock-frequency digital systems. IEEE Trans. Appl. Supercond. 1 (1991), 3. doi:10.1109/77.80745
* A. H. Worsham, J. X. Przybysz, J. Kang, and D. L. Miller, "_A single flux quantum cross-bar switch and demultiplexer,_" IEEE Trans. on Appl. Supercond., vol. 5, pp. 2996–2999, June 1995.
* Feasibility Study of RSFQ-based Self-Routing Nonblocking Digital Switches (1996) （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Design Issues in Ultra-Fast Ultra-Low-Power Superconductor Batcher-Banyan Switching Fabric Based on RSFQ Logic/Memory Family (1997) （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* A Clock Distribution Scheme for Large RSFQ Circuits (1995) （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Josephson Junction Digital Circuits – Challenges and Opportunities (Feldman 1998) （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Superconductor ICs: the 100-GHz second generation （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） // IEEE Spectrum, 2000
**高溫超導**（**High-temperature superconductivity**，**High Tc**）是一種物理現象，指一些具有較其他超導物質相對較高的臨界溫度的物質在液態氮的環境下產生的超導現象。

## 性質

高溫超導體（**High-temperature superconductors**）是超導物質中的一種族類，具有一般的結構特徵以及相對上適度間隔的銅氧化物平面。它們也被稱作銅氧化物超導體。此族類中一些化合物中，超導性出現的臨界溫度是已知超導體中最高的。

不同銅氧化物在常態（以及超導態）性質之間具有共同的特徵；這些性質中，許多無法以金屬的傳統理論來解釋。銅氧化物的一致性理論至今尚不存在，這項問題是未知的領域，觸發了許多實驗方面與理論方面的研究工作；使得搞懂這個現象背後的物理學原理，反而遠超過開發出室溫超導體這項目標。 ## 優點

* 可以與 CMOS 電路、微波和紅外線技術互操作
* 極快工作頻率：從幾十千兆赫到高達數百千兆赫
* 低功耗：比 CMOS 電路低大約 10 萬倍（不考慮冷卻）
* 現有晶片製造技術可適用於製造 RSFQ 電路
* 良好的製造變化耐受性
* RSFQ 電路本質上是自我計時，這使非同步設計更實用。

## 缺點

* 需要低溫冷卻。傳統上這已通過低溫液體實現，諸如液氮和液氦。最近來說，如脈管制冷機等封閉式迴圈制冷機已納入考慮，它們能避免使用昂貴且需要定期再填充的低溫液體。低溫冷卻還有一個優點是降低了工作環境的熱噪聲。
* 通過使用高溫超導體，冷卻的要求可得到放寬。但迄今為止，使用高溫超導體僅實現了非常低複雜度的 RFSQ 電路。據信基於 SFQ 的數位技術在溫度高於～20 K - 25 K 時變得不切實際，參數 _E_J/_k_B_T_ 因溫度 _T_ 的增加導致的減小會導致誤碼率（熱誘髮結切換）呈指數增長 ，其中 _E_J = _I_cΦ0/2π 是約瑟夫森能量。
* 靜態功耗通常比執行邏輯操作所需的動態功耗大 10-100 倍，這是其一個缺點。不過，在 ERSFQ 版本的 RSFQ 中，通過使用超導電感器和約瑟夫森結而非偏置電阻（靜態功耗來源）則完全消除了靜態功耗。
* 由於 RSFQ 是一種顛覆性技術，專門的教育程度和商業軟體仍有待開發。 在電子學領域中，**快速單通量量子**（英語：rapid single flux quantum，縮寫 **RSFQ**；也稱**快單磁通量子**）是一種使用超導裝置的數位產品，也稱約瑟夫森結，用來處理數位訊號。在 RSFQ 邏輯中，資訊以磁通量量子的形式儲存，並以單通量量子（Single Flux Quantum，縮寫 SFQ）電壓脈衝的形式傳遞。RSFQ 是超導或 SFQ 邏輯的一個家族。其他家族包括 Reciprocal Quantum Logic (RQL)、ERSFQ—— 不使用偏置電阻等元件的節能 RSFQ 版本。約瑟夫效應是 RSFQ 電子的有源元件，就像電晶體是半導體電子中的有源元件一樣。RSFQ 是一種經典數學而非量子電腦技術。

RSFQ 與普通電腦使用的 CMOS 電晶體技術有很大差異：

* 超導裝置需要低溫。
* 約瑟夫森結產生的皮秒級 SFQ 電壓脈衝被用於編碼、處理和傳輸數字資訊，這代替半導體電子器件中電晶體產生的電壓電平。
* SFQ 電壓脈衝在超導傳輸線上的行程非常小，並且如果脈衝的頻譜分量不超過超導體能隙的頻率，通常可以忽略不計。
* 在 1 ps 的 SFQ 脈衝情況下，電路計時可能達到 100 GHz 頻率（每 10 皮秒一次脈衝）。 ## 歷史

銅氧化物超導體在實驗上是由卡爾・米勒及約翰內斯・貝德諾爾茨首度發現，不久兩人的研究成果即受到 1987 年諾貝爾物理學獎的肯定。

1987 年，來自臺灣的美國物理學家吳茂昆和朱經武在釔鋇銅氧系材料上把臨界超導溫度提高到 90K 以上，液氮的「溫度壁壘」（77K）也被突破了。根據權威的科學引文索引資料庫 Web of Science，由吳茂昆為第一作者（共同作者包括休士頓大學朱經武）的論文 "Superconductivity at 93 K in a new mixed-phase Y-Ba-Cu-O compound system at ambient pressure （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）" 自 1987 年 3 月於美國物理學會期刊《物理評論快報》發表以來自 2018 年已獲期刊論文引用超過五千多次，這篇史上第一次超越液態氮沸點「溫度壁壘」（77K, 絕對零度以上）而將超導溫度從 30K 提升到 90K（攝氏零下 183 度）以上的研究突破自 1911 年後七十多年的物理學研究瓶頸，為臨界溫度高於 77K 的材料稱為高溫超導體下了定義，不但於當年獲矚目，也被指為超導體領域 30 年來最重要的先驅之一，吳茂昆團隊的發現對爾後超導體的科學與商業應用頗具影響。1987 年底，鉈－鋇－鈣－銅－氧系材料又把臨界超導溫度的記錄提高到 125K。從 1986 年－1987 年的短短一年多的時間裡，臨界超導溫度提高了近 100K。