快速单通量量子

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（英語：Superconducting logic）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（英語：Power consumption）：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（英語：Self clocking），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（英語：Pulse tube refrigerator）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_BT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

• 光通訊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^[1][2]
• 超導量子位元和量子電路的控制電路

參見

• 超導邏輯（英語：Superconducting logic），包含比RSFQ能源效率更佳的新邏輯系列。
• 量子通量參量（英語：Quantum flux parametron），相關的數字邏輯技術。