Double-Pumped Kerr Parametric Amplifier Beyond the Gain-Bandwidth Limit
Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）；Alice & Bob；University of Strasbourg（斯特拉斯堡大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）
本研究通过双泵 Kerr 参数放大器实现增益与带宽的突破，展示在20 dB增益下带宽提升六倍，超越传统限制至25 dB，接近量子极限。
2025-12-31 quant-ph
Raman-noise induced quantum limits for chi^3 nondegenerate phase-sensitive amplification and quadrature squeezing
我们提出了chi ^3非线性介质中非简并相敏参量放大的量子理论。克尔χ ^3非线性的非零响应时间决定了χ ^3参量放大的量子极限噪声系数，以及正交压缩的极限。这种非零响应时间的非线性需要耦合的参数过程的分子振动声子浴，导致额外的噪声通过自发拉曼散射。我们给出了作为相敏放大器工作的频率非简并和频率简并卡方参放大器的量子极限噪声系数的解析表达式。我们也给出了频率非简并正交压缩的结果。结果表明，当简并度接近时，我们的非简并压缩理论与Boivin和Shapiro的简并压缩理论一致。我们还包括了线性损耗对相敏过程的影响。
2005-09-21 quant-ph
Formulae for entanglement in a linear coherent feedback network of multiple nondegenerate optical parametric amplifiers: the infinite bandwidth case
School of Electrical Engineering and Telecommunications, UNSW Australia（新南威尔士大学电气工程和电信学院）
本文推导了由N个非退相干光学参量放大器构成的线性相干反馈链在理想无损耗和无限带宽情况下的EPR纠缠公式，通过调整相位移优化输出场的二次项以实现最大纠缠。
2016-03-16 cs.SY eess.SY quant-ph
High-gain and large-bandwidth Josephson parametric amplifier influenced by Fabry-Pérot interference
RIKEN Center for Quantum Computing（理化学研究所量子计算中心）；Alice & Bob（爱丽丝与鲍勃公司）；Fujitsu Research（富士通研究院）
本文提出了一种基于SQUID阵列的约瑟夫森参数放大器理论模型与设计方法，实现了接近量子极限的相位保持放大，具有20dB（最大44dB）的净增益和约50MHz的3dB带宽，并展示了环境反射对增益谱的显著影响。
2026-04-15 quant-ph
Strong low-frequency quantum correlations from a four-wave mixing amplifier
我们表明，一个简单的计划的基础上的非简并四波混频在热原子蒸气表现得像一个近乎完美的相位不敏感的光放大器，它可以产生明亮的孪生光束与测量的量子噪声减少强度差超过8 dB，接近最好的光学参量放大器和振荡器。腔的不存在使得系统不受外部扰动的影响，并且在很大的频率范围内观察到强的量子噪声降低。
2008-03-26 quant-ph
Broadband SNAIL parametric amplifier with microstrip impedance transformer
约瑟夫森参量放大器是一种很有前途的量子信息处理和压缩量子态产生平台。行波和阻抗匹配参量放大器为多量子位超导电路的高保真单次读出提供宽带宽。本文提出了一种基于超导非线性非对称电感元件（SNAIL）的量子限幅三波混频参量放大器，该放大器采用基于微带传输线的两段式阻抗匹配电路来提高其有效带宽。使用具有268个约瑟夫森结的67个SNAIL的阵列来增加放大器的动态范围，形成非线性四分之一波长谐振器。在电流泵浦模式下工作，我们实验证明了$17 dB$在整个$300 MHz$带宽上的平均增益，以及$- 100 dBm$的平均饱和功率，其可以高达$- 97 dBm$，具有量子限制的噪声性能。此外，该放大器可以使用简单的技术制造，只需一个电子束光刻步骤。它的中心频率被调谐到几百兆赫以上，这反过来又将有效工作带宽扩展到$1.5 GHz$左右。
2022-10-27 quant-ph
Nondegenerate Josephson Mixers with Enhanced Bandwidth and Saturation Power for Quantum Signal Amplification and Transduction
IBM Quantum, IBM Research Center（IBM量子，IBM研究中心）
通过优化约瑟夫森环调制器参数并引入集总元件耦合模式网络，显著提高了非简并约瑟夫森混频器的带宽和饱和功率，使其适用于频率复用量子处理。
2025-08-08 quant-ph
Generation of nondegenerate narrow-band photon pairs for hybrid quantum network
在混合量子网络中，通过光子通道连接两种量子节点需要两个节点及其接口光子之间的中心频率和带宽具有良好的匹配。然而，现有的光子源不能满足这一要求。利用一种新的联合双腔策略，我们报道了腔增强自发参量下转换产生非简并窄带光子对。信号光子和空闲光子的中心频率和带宽被独立地设置为与被捕获的离子和固态量子存储器相匹配。利用该光源，信号光子和闲频光子的带宽和中心频率分别为935 nm处4 MHz和880 nm处5 MHz，归一化光谱亮度为4.9/s/MHz/mW。由于可以独立锁定到两个不同的波长，联体双腔普遍适用于由多个量子节点组成的混合量子网络。
2015-10-08 quant-ph
Entanglement in a linear coherent feedback chain of nondegenerate optical parametric amplifiers
School of Electrical Engineering and Telecommunications, UNSW Australia（新南威尔士大学电气与电信工程学院）
本文研究了由最多6个非退化光学参量放大器（NOPA）构成的线性量子网络，分析了其在传输和放大损耗以及时间延迟影响下的稳定性、双场纠缠以及双模高斯态的双方面纠缠。
2015-06-10 cs.SY eess.SY quant-ph
Wideband Josephson Parametric Amplifier with Integrated Transmission Line Transformer
本文介绍了一种利用集成紧凑型超导传输线Transformer实现阻抗匹配的宽带约瑟夫森参量放大器。阻抗Transformer由两条宽边耦合传输线组成，采用Ruthroff拓扑结构，能够实现2至18 GHz的宽匹配带宽，将输入线阻抗和器件谐振品质因数降低4倍。这使得增益平坦度和灵活性的选择放大器的调谐范围。该放大器具有高达20 dB的增益，纹波小于1dB，2- 3GHz的增益带宽积和-126dBm的输入1dB压缩点。此外，该器件的有源区适合1 mm x 1 mm的空间，从而易于集成到大型量子系统中。
2022-09-19 quant-ph
Quantum limited amplification and entanglement in coupled nonlinear resonators
我们展示了一个耦合腔实现的玻色哈伯德二聚体，实现量子限制放大，并产生频率纠缠微波场的压缩参数远低于-12 dB。与以前的参数放大器的实现相比，我们的二聚体既可以作为简并放大器，也可以作为非简并放大器。大的测量增益带宽产品的非简并操作超过250 MHz，在输入光子数高达2000每us的饱和度都预计将进一步提高，同时保持约2 GHz的宽频率可调谐性。基于集总元件电路的Bose-Hubbard二聚体具有对系统参数灵活控制的特点，可作为量子模拟中非线性腔阵列的基本单元。
2014-04-17 quant-ph
Controlling the dynamic range of a Josephson parametric amplifier
在参量放大器的发展中的中心挑战之一是相对于其增益和带宽的动态范围的控制，这通常将量子限制放大限制到每个反向带宽仅包含几个光子的信号。本文讨论利用约瑟夫森结阵列控制约瑟夫森参量放大器的动态范围。我们讨论了基于传输线和集总元件的参量放大器的增益、带宽、噪声和动态范围特性。基于这些调查，我们得出有用的设计准则，这可能会发现广泛的应用在实际参量放大器的发展。
2013-05-28 cond-mat.supr-con quant-ph
Josephson Array Mode Parametric Amplifier
介绍了一种新型的具有大带宽和高动态范围的近量子限放大器-约瑟夫森阵列模式参量放大器（JAMPA）。在放大过程中涉及的信号和空闲模式实现的1000通量可调，约瑟夫森结为基础的，非线性元件链的阵列模式。阵列模式之间的频率间隔与模式的通量可调谐性相当，确保任何期望的频率可以被谐振模式占据，谐振模式可以进一步被泵浦以产生高增益。实验表明，该器件在（4-12）GHz频段内的任何频率下都能获得20 dB的增益，是一个接近量子极限的参量放大器。平均而言，它的3 dB带宽为11 MHz，输入1 dB压缩功率为-108 dBm，最高可达-93 dBm。我们设想这样的设备的应用程序的时间和频率多路复用读出的多个量子位，以及产生连续变量的集群状态。
2020-02-16 quant-ph
Broadband Squeezed Microwaves and Amplification with a Josephson Traveling-Wave Parametric Amplifier
电磁真空的压缩是一种基本的量子力学技术，用于减少量子噪声的应用跨越引力波探测，生物显微镜，和量子信息科学。在超导电路中，通常用于产生压缩微波的基于谐振器的约瑟夫森结参量放大器受到窄带宽和低动态范围的限制。在这项工作中，我们开发了一个双泵，宽带约瑟夫森行波参量放大器，相敏消光比为56 dB的单模压缩等同于最好的谐振器为基础的挤压。我们还展示了双模压缩在微波频率与带宽在千兆赫范围内，几乎是两个数量级宽于当代谐振器为基础的挤压。我们的放大器能够同时产生具有大频率间隔的纠缠微波光子对，具有潜在的应用，包括高保真量子比特读出，量子照明和隐形传态。
2023-02-15 quant-ph
Numerical analysis of a three-wave-mixing Josephson traveling-wave parametric amplifier with engineered dispersion loadings
最近提出的约瑟夫森行波参量放大器（JTWPA）基于由射频SQUID组成的梯形传输线和利用三波混频（3WM），具有实现20 dB增益和至少4 GHz平坦带宽的巨大潜力。为了在实际放大器中实现这一概念，我们对具有电路参数（工程色散负载）的周期性调制的高级JTWPA电路进行建模，其允许基本混合过程，即，$ω_s=ω_p-ω_i$，其中$ω_s$、$ω_p$和$ω_i$分别是信号、泵浦和空闲频率，并且有效地抑制不想要的较高音调的传播，包括$ω_{2p}=2ω_p$、$ω_{p+s}=ω_p +ω_s$、$ω_{p+i} = ω_p + ω_i$、设计的色散负载允许实现从$3$ GHz到$9$ GHz的足够宽的$3$ dB带宽以及合理小的纹波（$\pm2$ dB）。
2022-11-29 quant-ph
High Saturation Power Josephson Parametric Amplifier with GHz Bandwidth
本文设计并模拟了一个带宽超过1.6GHz的约瑟夫森参量放大器，其饱和功率接近-90dBm，增益为22.8dB。通过使用公认的阻抗匹配技术，实现了带宽比现有技术大约提高50倍。通过将约瑟夫森非线性元件实现为具有总共40个结的rf-SQUID阵列，实现了饱和功率相对于现有技术的大约100倍的改进。电路的WRSpice仿真与计算的增益和饱和特性非常一致。
2017-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.ins-det
Experimental Demonstration of Unconditional Entanglement Swapping for Continuous Variables
实验证明了连续变量的无条件纠缠交换。从两个非简并光参量放大器中产生两个初始纠缠态。通过对来自每个放大器的两束光进行Bell态的直接测量，使两束没有直接相互作用的光发生纠缠。直接测量了纠缠交换产生的振幅和相位正交的量子关联度分别为1.23dB和1.12dB，低于散粒噪声极限。
2004-12-25 quant-ph
Quantum-limited directional amplifiers with optomechanics
定向放大器是量子信息处理中的重要资源，因为它们保护敏感的量子系统免受过量噪声的影响。在这里，我们提出了一种实现的相位保持和相位敏感的定向放大器的微波信号的机电设置包括两个微波腔和两个机械谐振器。我们表明，两者都可以达到各自的量子极限增加的噪音。在相反的方向上，它们会发出来自机械谐振器的热噪声，我们将讨论如何抑制这种噪声，这是技术应用的一个关键方面。两者的隔离带宽都是机械线宽除以幅度增益的数量级。我们推导出这两种放大器的带宽和增益带宽积，发现相敏放大器具有无限的增益带宽积。我们的研究是迈向灵活的，片上集成微波信号非互易放大器的重要一步。
2017-12-06 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Microwave Quantum Radar using a Josephson Traveling Wave Parametric Amplifier
低反射率物体的检测可以通过所谓的量子照明程序来改进。然而，量子检测概率随源带宽呈指数衰减。约瑟夫森参量放大器（JPA）技术用作源，产生一对纠缠信号，称为双模压缩真空态，显示出非常窄的带宽限制了微波量子雷达（MQR）的操作。本文首次提出了一种基于量子照明协议和约瑟夫森行波参量放大器（JTWPA）的微波量子雷达系统。在12 GHz泵浦的JTWPA的测量结果显示，在X波段的超宽带宽等于10 GHz，使我们的MQR隐形物体的检测有希望的候选人。
2021-11-05 cond-mat.supr-con quant-ph
Lumped-element broadband SNAIL parametric amplifier with on-chip pump filter for multiplexed readout
本文提出一种集总元件宽带SNAIL参量放大器，集成片上泵浦滤波器，在250 MHz带宽内实现20 dB平坦增益，并成功用于两个transmon量子比特的同时高保真读出。
2025-05-05 quant-ph
Resonantly phase-matched Josephson junction traveling wave parametric amplifier
本文提出了一种克服约瑟夫森结行波参量放大器相位失配的方法，以获得宽带高增益。使用“谐振相位匹配”，我们设计了一个紧凑的超导器件，包括一个传输线与亚波长谐振夹杂物，同时实现了20 dB的增益，3 GHz的瞬时带宽，和-98 dBm的饱和功率。这种放大器非常适合低温宽带微波测量，例如基于超导，半导体或纳米机械元件以及传统天文探测器的量子相干电路的多路复用读出。
2014-06-09 cond-mat.supr-con quant-ph
Low-noise kinetic inductance traveling-wave amplifier using three-wave mixing
我们研制了一种基于超导动力学电感行波器件的宽带宽、高动态范围、低噪声低温放大器。该器件由NbTiN制成，由硅芯片上的长共面波导组成。通过添加DC电流和RF泵浦音调，我们能够使用三波混频产生参量放大。该器件在4至8 GHz的瞬时带宽内表现出超过15 dB的增益。总的可用增益带宽，包括信号-空闲增益区的两侧，大于6 GHz。与器件的输入有关的噪声接近量子极限，具有小于1个光子的过量噪声。与类似构造的四波混频放大器相比，这些器件在RF泵浦下以低$\sim$ 20 dB的功率和远离信号的频率工作。这将允许更容易地集成到大规模量子位和检测器应用中。
2015-09-30 cond-mat.supr-con quant-ph
A three-dimensional Josephson parametric amplifier
约瑟夫森参量放大器（JPA）是在三维（3D）微波腔耦合到超导量子干涉器件（SQUID），嵌入在一个二维谐振腔中执行。JPA在三波混频配置中通过将两倍于3D腔频率的交流磁通量注入SQUID来激活。在非简并相位不敏感配置中测量了8.3 GHz腔，其增益超过40 dB，其中20 dB增益导致0.4 MHz的工作带宽，1 dB压缩点为-115 dBm，增加了一半的噪声。
2022-05-26 quant-ph
Multiparametric Amplification and Qubit Measurement with a Kerr-free Josephson Ring Modulator
基于约瑟夫森结的参量放大器已经成为超导量子机器中普遍存在的部件。虽然参量放大器通常可以达到接近量子极限的性能，但它们有许多局限性，包括饱和功率低、方向性差和带宽窄。第一个被认为是源于高阶哈密顿项特有的约瑟夫森结电路，后两个是直接后果的性质的参数相互作用的权力。在这项工作中，我们将解决这两个问题。首先，我们设计了一个新的，线性分流约瑟夫森环调制器（JRM），几乎为零的所有四阶项在一个单一的磁通偏置点。接下来，我们通过一对平衡参数驱动器实现增益。当单独应用时，这些驱动器产生相位保持增益（G）和无增益光子转换（C），当一起应用时，所得到的放大器（我们称之为GC）是具有大的增益无关带宽的双向、相位敏感的仅透射放大器。最后，我们还展示了GC放大器的实用性，以及它的量子效率，通过使用它来读取超导transmon量子比特。
2019-12-20 quant-ph
Ghost Interference with Optical Parametric Amplifier
分析了纠缠光子源为多模光参量放大器（OPA），其弱极限为双光子自发参量下转换（SPDC）光束时的“鬼”干涉实验。考虑光子计数探测器的有限符合时间窗，计算了双缝斑图的可见度。结果发现，符合窗口和到达探测器的光的带宽对符合探测的可见度损失起着至关重要的作用，不仅在“鬼”干涉实验中，而且在所有涉及符合探测的实验中。文中还讨论了双模和多模OPA光源的可见度损失的差异。PACS：42.65.Yj，42.50.Dv，42.65.Lm
2004-07-21 quant-ph
Lumped-element two-section impedance-matched SNAIL parametric amplifier
本文提出一种集总元件双节阻抗匹配SNAIL参量放大器，采用双极点切比雪夫匹配网络，在磁通泵浦模式下实现了600MHz带宽内15dB平均增益、-107dBm饱和功率及量子极限噪声性能。
2024-10-23 quant-ph
An rf-SQUID-based traveling-wave parametric amplifier with -84 dBm input saturation power across more than one octave bandwidth
本文实现了一种基于rf-SQUID的行波参量放大器，在3.5-8.5 GHz带宽内获得20 dB增益和-84 dBm饱和功率，比先前工作高十倍，并测得额外噪声为0.8-1.5光子。
2025-09-26 cond-mat.supr-con quant-ph
Broadband merged-element Josephson parametric amplifier
针对宽带量子极限放大器设计制造难题，研究人员提出将分立并联电容与约瑟夫森结直接集成的宽带合并元件约瑟夫森参量放大器，简化工艺且兼容标准超导量子比特制造流程，实验验证其具备近量子极限噪声等优良性能，有望推动超导量子信息与量子计算发展。
2025-06-17 quant-ph
Enhancing qubit readout fidelity with two-mode squeezing of the coherent measurement signal
IBM Quantum, IBM Research Center（IBM量子，IBM研究中心）
本文提出通过同时测量双模压缩态和相干组合提升量子比特读取保真度，适用于高频放大器和噪声抑制场景。
2026-03-16 quant-ph
Simple, High Saturation Power, Quantum-limited, RF SQUID Array-based Josephson Parametric Amplifiers
本文提出结合未截断 Hamiltonian 时域仿真、制备约束与饱和功率优化的 RF SQUID 阵列 Josephson 参量放大器，实现高带宽、高饱和功率和 62% 量子效率的保相量子比特测量。
2024-05-21 quant-ph
Josephson traveling-wave parametric amplifier with three-wave mixing
利用超导传输线中单结SQUID串联阵列的二次非线性特性，提出了行波约瑟夫森参量放大器的概念。施加到SQUID的外部磁通量使得可以有效地控制它们的电流-相位关系的形状，并且因此控制二次和三次（类克尔）非线性之间的平衡。该特性允许我们在有利的三波混频模式下操作，具有最小相位失配、功率增益对段数$N$的指数依赖性、大带宽、高动态范围、以及基本上分离的信号（$f_s$）和泵浦（$f_p$）频率服从关系式$f_s+f_i = f_p$，其中$f_i$是空闲频率。用典型的实验参数，$12$ GHz的泵浦频率和$N = 300$的放大器特性的估计在5.6 GHz的带宽中产生20 dB的平坦增益。
2016-09-19 cond-mat.supr-con quant-ph
Granular Aluminum Parametric Amplifier for Low-Noise Measurements in Tesla Fields
本文提出一种基于颗粒铝谐振器的非简并参量放大器，可在高达1特斯拉磁场下工作，提供接近量子极限的20分贝增益，适用于自旋量子比特等磁场环境中的低噪声测量。
2025-02-25 quant-ph
Rigorous characterization of continuous-variable quantum states via optical parametric amplifiers
University of Massachusetts Amherst（马萨诸塞大学阿默斯特分校）；The University of Tokyo（东京大学）；École Normale Supérieure, PSL University（巴黎高等师范学院，PSL大学）
研究针对连续变量量子信息处理中表征非高斯量子态的问题，利用高增益相敏光学参量放大和功率测量，通过半定规划方法及认证框架，实现对奇偶对称量子态的容错表征与认证，为验证复杂量子态提供实用途径。
2026-07-21 quant-ph
Josephson Traveling Wave Parametric Amplifiers with Plasma oscillation phase-matching
提出将放大器中心线的Josephson结作为相位匹配谐振元件，利用Josephson等离子体振荡产生波矢失配并防止泵浦能量转换，实现15 dB增益和3.5 GHz带宽，性能与最先进TWPAs相当。
2025-08-11 cond-mat.supr-con quant-ph
Intermodulation Distortion in a Josephson Traveling Wave Parametric Amplifier
本文研究了 Josephson 行波参量放大器在频分复用读出中产生的互调失真现象，发现其会导致超导量子比特读出的串扰和保真度降低，并建议通过增大泵浦与信号频率间的失谐来缓解此问题。
2022-10-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
A K-band Kinetic Inductance Parametric Amplifier Near the Quantum Limit
Yale University（耶鲁大学）
本文报道了一种基于NbN薄膜的K波段动能电感参量放大器，在23 GHz实现高达40 dB增益、100 MHz增益带宽积、-85 dBm饱和输入功率（23 dB增益）及1.4量子噪声，可扩展至更高频率用于毫米波超导量子比特读出和轴子探测。
2026-06-07 quant-ph
Wireless Josephson parametric amplifier above 20 GHz
University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
该研究设计并实现了超20 GHz无线约瑟夫森参量放大器，实现了20 dB增益和接近量子限的噪声特性，用于提升超导量子比特的读出性能。
2026-01-21 quant-ph
Engineered Josephson Parametric Amplifier in quantum two-modes squeezed radar
约瑟夫森参量放大器（JPA）工程是量子双模压缩雷达（QTMS）中的重要组成部分，用于提高雷达性能和探测范围或带宽。在本研究中，我们将量子理论应用于一个研究领域，聚焦于QTMS雷达的设计。我们应用工程JPA（EJPA）来提高量子雷达（QR）的性能。我们研究了信号和闲频之间的相关性，并提出了在室温下保持纠缠的策略。定义了量子相干多目标雷达的量子信噪比和探测距离方程。工程JPA导致量子雷达性能的显着改善，即量子SNR的约6 dB的大幅增强，通过少得多的信道检测概率的大幅提高，以及QTMS雷达范围的巨大增加，从传统JPA的半米增加到当前研究的482米。
2022-05-12 quant-ph
Squeezed light for bandwidth limited atom optics experiments at the Rubidium D1 line
报道了利用周期性极化的KTiOPO $_{4}$（PPKTP）在光参量振荡器中产生的铷原子D1线（795 nm）处大于5 dB的真空压缩光。我们证明了压缩在低边带频率，使这个源的非经典光兼容带宽有限的原子光学实验。当PPKTP作为一个参数放大器，我们表现出稳定锁定在150 kHz-500 kHz的频率范围内的噪声降低4 dB。这与大信息延迟条件下铷热蒸气室中电磁感应透明（EIT）的带宽相匹配。
2006-11-20 quant-ph
Floquet-Mode Traveling-Wave Parametric Amplifiers
多个单光子能级信号的同时理想量子测量将推进量子信息处理、计量学和天文学中的应用，但要求第一放大器同时是宽带的、量子限制的和定向的。然而，传统的行波参量放大器以增加的附加噪声为代价来支持宽带放大，并且由于不可忽略的非线性反向波生成而不是真正定向的。在这项工作中，我们介绍了一类新的放大器编码的信息在Floquet模式的系统。这种Floquet模式放大器防止信息泄漏，并克服了量子效率（QE）和带宽之间的权衡。最重要的是，Floquet模式放大器强烈抑制了非线性的前向-后向波耦合，因此是真正的定向的，并且容易与量子位积分，从而清除了宽带理想量子测量的另一个主要障碍。此外，Floquet模式放大器对带外阻抗失配不敏感，否则带外阻抗失配可能导致常规行波参数放大器中的增益纹波、参数振荡和不稳定性。最后，我们表明，Floquet模式约瑟夫森行波参量放大器的实现可以同时实现$>\!20\,$ dB增益和QE的$η/η_{\mathrm{ideal}}\!> 99.9\%$的量子限制超过一个倍频程的带宽。Floquet方案也可广泛应用于其他平台，如动态电感行波放大器和光参量放大器。
2022-04-13 cond-mat.supr-con physics.app-ph quant-ph
A small footprint travelling-wave parametric amplifier with a high Signal-to-Noise Ratio improvement in a wide band
本文提出一种基于SNAILs和平行板电容器的小占用面积行波参量放大器，通过3WM与RPM等技术，在3 GHz带宽内实现19 dB增益和10 dB信噪比提升，显著加速了量子比特读取。
2024-08-29 physics.app-ph quant-ph
Third harmonic-mediated amplification in TWPA
针对Josephson行波参量放大器，本文扩展耦合模理论，证明三次谐波能提升放大器增益与带宽，并利用基于等离子体振荡的放大器在瞬态模拟中验证了该效应。
2025-11-03 cond-mat.supr-con quant-ph
Ultra low noise readout with travelling wave parametric amplifiers: the DARTWARS project
DARTWARS项目的目标是开发具有高增益、大带宽、高饱和功率和接近量子极限噪声的高性能创新行波参量放大器。其应用的目标频率范围为5 - 10 GHz，预期噪声温度约为600 mK。发展遵循两种不同的方法，一种基于约瑟夫森结，一种基于超导体的动力学电感。本文主要介绍约瑟夫森行波参量放大器的设计、初步测量和约瑟夫森结阵列均匀性的测试。
2022-07-26 quant-ph
Broadband parametric amplifiers based on nonlinear kinetic inductance artificial transmission lines
我们提出了宽带参量放大器的基础上的动力学电感超导NbTiN薄膜在一个人工（集总元件）传输线架构。我们演示了两种放大器设计实现不同的相位匹配技术：周期性阻抗负载，谐振器移相器放置沿传输线周期性。我们的设计与以前的基于共面波导的放大器相比具有多项优势，包括固有的50欧姆特性阻抗、对较高泵浦谐波的自然抑制、所需泵浦功率更低以及总走线长度更短。两个版本的放大器的实验实现证明。与20厘米的传输线长度，我们已经实现了15 dB的增益超过几GHz的带宽。
2017-04-04 cond-mat.supr-con quant-ph
A photonic crystal Josephson traveling wave parametric amplifier
将尽可能接近量子极限的噪声性能与大带宽和高饱和功率相结合的放大器对于许多固态量子技术（例如，高保真度量子位读出或高灵敏度电子自旋共振）是非常期望的。本文介绍了一种基于超导量子干涉器件的新型行波参量放大器。该器件具有3 GHz带宽、-102 dBm 1 dB压缩点和接近量子极限的附加噪声。与现有技术相比，它的结构紧凑了一个数量级，其特性阻抗是原位可调的，其制造过程只需要两个光刻步骤。关键是在传输线的色散关系中设计间隙。这是使用SQUID尺寸的周期性调制来获得的，类似于使用光子晶体所做的。此外，我们提供了一种新的理论处理方法来描述非线性与这种周期性之间的非平凡相互作用。我们的方法提供了一条与其他量子器件（如量子比特）共集成的途径，因为我们的放大器占用空间小，易于制造。
2019-10-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Understanding the saturation power of Josephson Parametric Amplifiers made from SQUIDs arrays
我们报告的实施和详细建模的约瑟夫森参量放大器（JPA）由一个阵列的80个超导量子干涉器件（SQUID），形成一个非线性四分之一波长谐振器。该器件使用非常简单的单步制造工艺制造。它具有很大的带宽（45 MHz），工作频率在5.9 GHz和6.8 GHz之间可调，当偏置增益为20 dB时，具有很大的输入饱和功率（-117 dBm）。尽管SQUID阵列的长度与波长相当，但我们提出了一种基于有效的非线性LC串联谐振器的模型，该模型定量描述了这些品质因数，而无需拟合参数。我们的工作说明了使用基于阵列的JPA的优点，因为显示相同带宽和谐振频率的单SQUID设备将显示低15 dB的饱和功率。
2019-04-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
43-GHz bandwidth real-time amplitude measurement of 5-dB squeezed light using modularized optical parametric amplifier with 5G technology
连续可变光学量子信息处理（CVOQIP）是一种具有高时钟频率的实用量子计算机的候选方案，其中量子信息被编码在称为飞行量子比特的光的行波中。用于正交相位幅度测量的零差检测器一直是限制时钟频率的主要因素。在这里，我们开发了一种使用模块化光参量放大器（OPA）和宽带平衡光电二极管的实时幅度测量方法，该方法在商业上用于第五代移动通信系统（5G）的相干波分复用通信。OPA将量子级信号的一个正交相位分量放大到损耗容限的宏观水平，并且充当“魔棒”，其将OPA之后的损耗从92.4%抑制到仅0.4%。当该方法应用于中心波长为1545.32 nm的宽带压缩真空时，我们观察到从DC到43 GHz的5.2 $\pm$ 0.5 dB的压缩，没有任何损失校正。由模块化OPA安排的CVOQIP和5G技术的结合将导致从使用静止量子位的传统方法（其中信息在驻波系统中编码）到使用飞行量子位进行超快速实用量子计算的方法的范式转变。这意味着量子计算机研究将从开发只执行特定量子算法的机器阶段，转向开发在运行任何算法时都能胜过经典计算机的机器阶段。
2022-05-30 physics.optics quant-ph
Gate-tunable, superconductor-semiconductor parametric amplifier
本研究研制出以JoFET为有源元件的栅极可调超导体-半导体参量放大器，实现了2 GHz的谐振频率调谐范围，且在固定谐振频率下具备20 dB增益、4 MHz瞬时带宽与-125.5 dBm的1 dB压缩点。
2023-05-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Simulation and Analysis of Superconducting Traveling-Wave Parametric Amplifiers
超导参量放大器在超导量子比特和探测器的量子限制读出方面有很大的应用前景。直到最近，大多数超导参量放大器都是基于谐振结构，限制了它们的带宽和动态范围。基于超导薄膜非线性动力学电感和约瑟夫森结的宽带行波参量放大器正在研制中。通过修改放大器电路的色散特性，称为色散工程，可以大大提高增益并减小尺寸。我们提出了两个分析和理解这种参量放大器的理论框架：（1）广义耦合模方程和（2）结合小信号分析的时域有限差分（FDTD）模型。我们将展示如何使用这些分析和数值工具来了解器件性能。
2015-01-11 cond-mat.supr-con quant-ph
Broadband CPW-based impedance-transformed Josephson parametric amplifier
本文提出一种集成喇叭状共面波导的宽带阻抗变换约瑟夫森参量放大器，以简化设计并保持低噪声、宽带宽和近量子极限性能，适用于量子计量、通信与信息处理。
2023-10-26 physics.app-ph quant-ph
Quantum state truncation using an optical parametric amplifier and a beamsplitter
基于非简并光学参量放大器和分束器的联合作用，提出了一种在Fock基（量子剪刀）下的量子态截断方案。与以前提出的基于线性光学的量子剪刀器件依赖于可靠的Fock态源不同，我们的方案只需要容易获得的高斯态，如相干态输入（包括真空态）。在全局状态中执行光电检测之后生成截断状态。我们发现，取决于两个光电探测器中的每一个被定位在哪个输出端口，可以产生不同类型的截断状态：i）具有最大Fock数$N$的状态，或者ii）具有最小Fock数$N$的状态。为了说明我们的方法，我们讨论了一个例子，有作为输入状态的相干态的分束器和真空状态的放大器，并表明，由此产生的截断状态显示非经典特性，如亚泊松统计和压缩。我们使用Wigner-Yanase斜信息测度来量化生成态的非经典程度。对于互补性，我们讨论了协议的效率，例如，产生概率以及诸如探测器的量子效率和暗计数率之类的缺陷的影响。
2021-09-24 physics.optics quant-ph
Hybridized-Mode Parametric Amplifier in Kinetic-Inductance Circuits
本研究提出了一种基于动能电感谐振器的双模式参量放大器，实现了高增益和高带宽的量子极限放大，适用于超导量子技术的先进读取。
2025-12-03 cond-mat.supr-con quant-ph
Kinetic inductance traveling wave amplifier designs for practical microwave readout applications
针对KIT难集成、泵浦功率需求高的问题，提出采用薄NbTiN薄膜和倒置微带线的新型KIT设计，实现10dB以上增益、5.5-7.25GHz带宽，系统附加噪声不超3个量子，可用于实用微波读出。
2024-12-13 cond-mat.supr-con quant-ph
Detector Array Readout with Traveling Wave Amplifiers
大带宽上量子极限的噪声是未来毫开尔文温度下应用的基本要求，如中微子质量测量，下一代X射线天文台，CMB测量，暗物质和轴子检测，以及超导量子比特的快速高保真读出。微热计探测器、共振轴子探测器和量子比特阵列的读出灵敏度目前受到低温放大器的噪声温度和带宽的限制。DARTWARS（采用行波放大器RS的探测器阵列读出）项目的目标是开发高性能的创新型行波参量放大器（TWPA），该放大器具有高增益、高饱和功率和量子限制或接近量子限制的噪声。实际的发展遵循两种不同的有前途的方法，一种是基于约瑟夫森结，另一种是基于高电阻率超导体的动力学电感。在这篇文章中，我们提出了该项目的目标，采用的设计方案和模拟和测量的初步结果。
2021-11-02 cond-mat.supr-con quant-ph
