Superconducting electronics are among the most promising alternatives to conventional CMOS technology thanks to the ultra-fast speed and ultra-high energy efficiency of the superconducting devices. Having a cryogenic control processor is also a crucial requirement for scaling the existing quantum computers up to thousands of qubits. Despite showing outstanding speed and energy efficiency, Josephson junction-based circuits suffer from several challenges such as flux trapping leading to limited scalability, difficulty in driving high impedances, and so on. Three-terminal cryotron devices have been proposed to solve these issues which can drive high impedances (>100 k{\Omega}) and are free from any flux trapping issue. In this work, we develop a reconfigurable logic circuit using a heater cryotron (hTron). In conventional approaches, the number of devices to perform a logic operation typically increases with the number of inputs. However, here, we demonstrate a single hTron device-based logic circuit that can be reconfigured to perform 1-input copy and NOT, 2-input AND and OR, and 3-input majority logic operations by choosing suitable biasing conditions. Consequently, we can perform any processing task with a much smaller number of devices. Also, since we can perform different logic operations with the same circuit (same layout), we can develop a camouflaged system where all the logic gates will have the same layout. Therefore, this proposed circuit will ensure enhanced hardware security against reverse engineering attacks.


翻译:超导电子学凭借超导器件的超快速度和超高能效,成为传统CMOS技术最有前景的替代方案之一。拥有低温控制处理器也是将现有量子计算机扩展至数千量子比特的关键需求。尽管约瑟夫森结基电路展现出卓越的速度和能效,但其面临磁通陷阱导致可扩展性受限、难以驱动高阻抗等挑战。为解决这些问题,三种端子低温管器件被提出,这类器件能够驱动高阻抗(>100 kΩ)且无磁通陷阱问题。本研究利用加热器低温管(hTron)开发了一种可重构逻辑电路。传统方法中,执行逻辑运算所需的器件数量通常随输入数量增加而增加。然而,我们展示了一种基于单hTron器件的逻辑电路,通过选择合适偏置条件,可重构执行1输入复制和NOT、2输入AND和OR以及3输入多数逻辑运算。因此,我们能够用更少的器件完成任何处理任务。同时,由于同一电路(相同布局)可实现不同逻辑操作,我们可以开发一种所有逻辑门布局均相同的伪装系统。因此,所提出的电路将增强对逆向工程攻击的硬件安全性。

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