Gate-tunable Josephson parametric amplifiers based on semiconductor nanowires
本研究基于平行InAs纳米线阵列制备出栅极可调约瑟夫森参量放大器,实现近1 GHz的频率调谐范围、超20 dB的多频增益及接近量子极限的噪声水平,为同材料体系的栅极可调量子比特与量子极限放大器片上集成提供了新平台。
2025-09-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Advanced Concepts in Josephson Junction Reflection Amplifiers
微波频率下的低噪声放大在超导量子比特和纳米机电系统的研究中变得越来越重要。相位保持放大器增加的噪声的基本极限是标准量子极限,通常表示为噪声温度$T_{q} = \hbar ω/2k_{B}$。为了达到量子极限,我们研制了一种基于选择性阻尼约瑟夫森结本征负阻的放大器。在这里,我们提出的测量结果先前提出的宽带微波放大,并讨论现有设计的改进所面临的挑战。我们还研究了磁通泵的超材料为基础的参数放大器,其工作频率可以广泛地调谐外部直流磁通,并证明操作在$2ω$泵,在$ω$通过信号线泵送的典型的超材料放大器相比。
2014-05-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Photocount statistics of the Josephson parametric amplifier: a question of detection
本研究针对约瑟夫森参量放大器光子计数统计的理论预测差异问题,通过实验验证得到预期的压缩真空统计结果,并从理论上阐明该统计特性由探测过程的单模/多模模式决定。
2021-01-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Effect of higher-order nonlinearities on amplification and squeezing in Josephson parametric amplifiers
基于单模约瑟夫森结的参量放大器通常被建模为理想放大器和压缩器。我们表明,在实践中,这些设备的增益,量子效率,和输出场压缩通常被忽视的高阶修正的理想化模型的限制。为了得到这个结果,我们推导出了三种常见泵浦方案:单色电流泵浦,双色电流泵浦和单色通量泵浦对集总元件约瑟夫森参量放大器的主要修正。我们发现,最后两个方案的主导修正是一个单一的克尔型四次项,而第一个方案包含额外的立方项。在所有的情况下,我们发现的修正是有害的压缩。此外,我们表明,克尔校正导致一个强烈的相位相关的减少相敏测量的量子效率。最后,通过三阶和四阶累积量的数值计算,量化了滤波输出场偏离理想高斯特性的程度。我们的研究结果表明,虽然高斯输出场是一个理想的约瑟夫森参量放大器,高阶校正导致非高斯效应的增益和非线性强度增加。这一理论研究的补充,磁通驱动约瑟夫森参量放大器的输出场的实验表征。除了测量的压缩水平的过滤输出字段,Husimi Q-函数的输出字段成像通过使用的反卷积技术和数值结果进行比较。本文建立了对标准简并参量放大器模型的非线性修正,作为对约瑟夫森参量放大器压缩和噪声性能的重要贡献。
2017-11-17 cond-mat.mes-hall 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
Multistability of a Josephson parametric amplifier coupled to a mechanical resonator
本文研究了约瑟夫森参量放大器(JPA)耦合到一个机械振荡器的动力学,如实现与直流超导量子干涉仪(SQUID)与嵌入式活动臂。我们分析了该系统的制度时,机械振荡器的频率是相当的幅度与SQUID的等离子体振荡。当纳米机械谐振器被驱动时,它强烈地影响JPA的动力学。我们发现,这种耦合可以大大修改的动力学JPA和诱导其多稳态,而不是常见的双稳态。如果考虑用于检测机械运动的JPA,则该分析是相关的。
2014-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Bandwidth and dynamic range of a widely tunable Josephson parametric amplifier
利用微波场来操纵量子信息的能力使得约瑟夫森参量放大器(JPA)重新受到人们的关注。对于这些应用,JPA以最小的附加噪声放大信号的能力至关重要。不幸的是,JPA通常是动态范围小的窄带放大器。因此,了解任何特定JPA的带宽和动态范围以确定它是否适合这些应用程序是很重要的。我们最近推出了一种新的JPA。虽然它仍然是窄带,但放大的频带可以在整个倍频程上调谐。我们已经表明,它具有良好的噪声性能,可以挤压真空噪声10分贝。在这里,我们的其他重要参数的放大器,特别是信号带宽,动态范围和饱和功率。
2009-03-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Flux-driven Josephson parametric amplifier for sub-GHz frequencies fabricated with side-wall passivated spacer junction technology
本文介绍了一种适用于超灵敏热微波探测器读出的约瑟夫森参量放大器的实验结果。特别是,我们讨论的性能上的制造细节的影响。我们表明,小体积的沉积介电材料,使侧壁钝化间隔铌结技术,导致在宽范围的工作温度高达1.5 K的鲁棒操作。该放大器的中心频率在540 ~ 640 MHz范围内可调,三波混频增益超过20 dB。在600 MHz时,放大器会增加105 mK $\pm$ 9 mK的噪声,这是通过热/冷源方法确定的。相敏放大与设备证明。
2018-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.app-ph
Single-shot readout of a superconducting flux qubit with a flux-driven Josephson parametric amplifier
本文报道了利用磁通驱动约瑟夫森参量放大器(JPA)实现超导磁通量子比特的单次读出。在优化读出功率、JPA增益和数据采集时间后,我们观察到了对比度为74%的拉比振荡,这主要受到JPA带宽和量子比特能量弛豫的限制。在连续监测下观察到的量子比特本征态之间的量子跳跃表明读出方案的非破坏性。
2013-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
With a large portfolio of elemental quantum components, superconducting quantum circuits have contributed to dramatic advances in microwave quantum optics. Of these elements, quantum-limited parametric amplifiers have proven to be essential for low noise readout of quantum systems whose energy range is intrinsically low (tens of $μ$eV ). They are also used to generate non classical states of light that can be a resource for quantum enhanced detection. Superconducting parametric amplifiers, like quantum bits, typically utilize a Josephson junction as a source of magnetically tunable and dissipa…
2022-04-05 cond-mat.mes-hall 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
Incoherent Cooper pair tunneling and energy band dynamics in small Josephson junctions - A study of the Bloch Oscillating Transistor
本文根据相位涨落理论和相位变量离域引起的能量能带结构讨论了小约瑟夫森结器件的性质。该理论被应用于实现一个介观放大器,布洛赫振荡晶体管。器件的特性和比较与理论和模拟进行了讨论。该器件在稳定工作模式下的电流增益已被测得高达30。输入阻抗和功率增益的测量表明,BOT是一个放大器设计的中等范围的阻抗,从100 k $Ω$ - 10 M $Ω$。
2008-10-01 cond-mat.mes-hall
Quantum Time-evolution in Qubit Readout Process with a Josephson Bifurcation Amplifier
对超导量子比特的约瑟夫森分叉放大器读出过程进行了量子力学分析。这是通过在测量过程中采用驱动非线性振荡器和量子比特耦合系统的密度算符的动力学的数值分析来实现的。在纯量子情况下,JBA的波函数被困在准能态,不可能发生分叉。引入退相干,使我们能够重现的分歧与有限的滞后。此外,我们详细讨论了量子比特最初处于叠加态时所涉及的动力学。我们观察到了量子位探测(JBA)纠缠态,并且在JBA跃迁开始的时刻,它被分成两个可分离的态。这相当于“投射”。然而,要读出测量结果,我们必须等到两个JBA状态在宏观上很好地分离。等待时间由JBA中的退相干强度决定。
2008-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Observing Parity Time Symmetry Breaking in a Josephson Parametric Amplifier
本研究利用三波混频模式的简并 Josephson 参量放大器构建平衡增益–损耗双模系统,并通过时域响应观测到 PT 对称性破缺导致的本征值由实转虚。
2023-06-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.optics
High-gain weakly nonlinear flux-modulated Josephson parametric amplifier using a SQUID-array
我们研制了一种基于超导集总电感LC谐振器的高增益量子限幅微波参量放大器,该谐振器由8个超导量子干涉器件(SQUID)组成。该放大器通过以两倍于谐振器频率调制穿过SQUID的通量来参数泵浦。在5 GHz附近,非简并工作模式下,最大增益为31 dB,乘积幅度增益×带宽大于60 MHz,在20 dB增益下,1 dB压缩点为-123 dBm。相敏放大-去放大也在退化模式下测量,并产生37 dB的最大增益。由于SQUID阵列的非线性较小,所获得的压缩点比具有相同电感的单个SQUID所获得的压缩点高18 dB。
2014-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Power-dependent internal loss in Josephson bifurcation amplifiers
我们研究了非线性超导谐振器:中间有约瑟夫森结(JJ)的λ/2共面波导(CPW)谐振器和两端有JJ的λ/4共面波导谐振器,它们可以作为“分叉放大器”用于量子比特读出。谐振器的非线性来自于约瑟夫森结,并且由于非线性,当以足够大的功率驱动时,具有适当参数的谐振器预期对频率扫描或“分叉”显示滞后响应。我们设计并制作了谐振频率在10 GHz左右的谐振器。我们在低温下,T<0.05 K的谐振器的特点,并证实,他们确实表现出滞后。然而,滞后的大小有时比基于弱驱动状态下的负载品质因数的预测小得多。当出现差异时,主要是通过考虑内部损耗来解释的,内部损耗通常在我们的谐振器中随着相关功率范围内驱动功率的增加而增加。作为一个可能的起源的功率相关的损失,准粒子通道的电导的JJ进行了讨论。
2009-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
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
Gain compression in Josephson Traveling-Wave Parametric Amplifiers
本研究实验探究约瑟夫森行波参量放大器的增益压缩,发现泵浦耗尽并非唯一饱和机制,功率诱导相位匹配也起作用,为高功率应用优化提供见解。
2025-05-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Predicted third-order sweet spots for phi-junction Josephson parametric amplifiers
University of Pittsburgh(匹兹堡大学)
研究通过调节磁场实现约瑟夫森结的第三阶非线性,提升放大效率,利用电容门调控扩展工作频率范围,结合微磁体实现近零磁场操作。
2026-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Effect of 2$^\text{nd}$ harmonic current--phase relation on a behavior of a Josephson Traveling Wave Parametric Amplifier
本研究数值模拟了含二阶谐波电流-相位关系的约瑟夫森行波参量放大器,发现谐波权重影响增益,并确定了最优权重,可在无分散工程下实现约13 dB增益。
2025-04-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Flux-driven Josephson parametric amplifiers: Hysteretic flux response and nondegenerate gain measurements
约瑟夫森参量放大器(JPA)已成为量子科学和超导电路技术中的关键器件。特别是,它们可以用作量子限制放大器或作为压缩微波场的源。在这里,我们报告的详细测量的五个磁通驱动的JPA,其中三个表现出滞后依赖的谐振频率与所施加的磁通量。我们模型的直流超导量子干涉器件(dc-SQUID),它提供了JPA的非线性,为有限的屏蔽参数$β_\mathrm{L}\,{>}\,0$的二维潜在景观的基础上,通过数值模拟的测量特性,并表现出良好的数值结果和实验数据之间的协议。此外,我们还研究了不同JPA的非简并响应,并用我们的理论准确地描述了实验结果。
2016-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Josephson junctions (JJ) and their tunable properties, including their nonlinearities, form the core of superconducting circuit quantum electrodynamics (cQED). In quantum circuits, low-noise amplification of feeble microwave signals is essential and the Josephson parametric amplifiers (JPA) are the widely used devices. The existing JPAs are based on Al-AlOx-Al tunnel junctions realized in a superconducting quantum interference device geometry, where magnetic flux is the knob for tuning the frequency. Recent experimental realizations of 2D van der Waals JJs provide an opportunity to implement v…
2022-04-05 cond-mat.mes-hall
Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy of Er$^{3+}$:Y$_2$SiO$_5$ Using Josephson Bifurcation Amplifier: Observation of Hyperfine and Quadrupole Structures
通过观察可调谐约瑟夫森分叉放大器的直流超导量子干涉器(dc-SQUID)回路上感应的磁通变化,对掺Er $^{3+}$的Y $_2$ SiO $_5$晶体进行了磁场和频率可调谐电子顺磁共振谱研究。所观察到的光谱显示多个跃迁与模拟的能级,考虑到超精细和四极相互作用的$^{167}$铒同意。感测体积约为0.15 pl,并且我们推断的测量灵敏度(受外部通量噪声限制)对于1 s测量约为$1.5\times10^4$电子自旋。灵敏度值比使用dc-SQUID开关读出的类似方案好两个数量级。
2017-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Squeezing with a flux-driven Josephson parametric amplifier
约瑟夫森参量放大器(JPA)由于其良好的噪声性能,在电路量子电动力学(QED)和量子微波传播研究中有着广泛的应用前景。在这项工作中,我们提出了一个系统的表征通量驱动的JPA在毫开尔文温度。特别地,我们详细研究了它的压缩特性,通过两种不同的检测技术。在零拍装置中,我们观察到了信号带和闲频带叠加产生的真空涨落压缩。为了定量分析,我们应用双路径互相关技术重建了各种压缩真空态和热态的维格纳函数。在10 dB信号增益下,我们发现真空以下有4.9 ± 0.2 dB的压缩。此外,我们讨论了压缩相干微波场背后的物理。最后,我们分析了简并模式下的JPA噪声温度,发现一个小于相位不敏感放大器的标准量子极限的值。
2013-07-27 cond-mat.mes-hall 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
Quantum-limited Parametric Amplification with Josephson Circuits in the Regime of Pump Depletion
线性参量放大是信息处理中的一个关键运算。我们在这里感兴趣的是量子限制参量放大,$i.e.$,量子信号的放大,同时添加量子力学允许的最小量的噪声,这是必不可少的任何可行的实施量子信息处理。我们描述了基于约瑟夫森结的色散非线性的参量放大器,并以适当的音调作为泵浦源。我们讨论了这些放大器的架构中的两个定义特性:由信号,空闲和泵浦波所占据的模式的数量,以及这些波进入电路的独立端口的数量。这些放大器的散射特性也进行了审查。这项工作的主要重点是计算的动态范围和相空间分布的波动模式的放大器。
2018-07-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Driving a Josephson Traveling Wave Parametric Amplifier into chaos: effects of a non-sinusoidal current-phase relation
本研究通过数值分析探究约瑟夫森行波参量放大器(JTWPA)的混沌路径,分析非正弦电流-相位关系对其性能与稳定性的影响,为器件优化及量子计算、精密测量领域的应用提供支撑。
2024-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
News & Views on the graphene-based Josephson parametric amplifiers.
2023-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Analog information processing at the quantum limit with a Josephson ring modulator
放大器在进行非常灵敏的测量的每个实验中都至关重要。然而,它们总是通过添加噪声来降低信息。量子力学限制了这种退化可以有多小。理论上,相位保持放大器加到它所处理的信号上的最小噪声能量至少相当于信号频率处光子的一半。在这篇文章中,我们表明,我们可以建立一个实用的微波设备,满足最低要求,达到量子极限。这对于固态量子比特的读出非常重要,更一般地说,对于各个科学领域中非常弱的信号的测量非常重要。我们还讨论了如何这个设备可以为各种实际应用,如放大,无噪声频率转换,动态冷却和纠缠信号对的生产的基本积木。
2009-10-22 cond-mat.mes-hall
Near-ground state cooling in electromechanics using measurement-based feedback and Josephson parametric amplifier
本文在微波光机械系统中利用近量子极限 Josephson 行波参量放大器和测量反馈,将宏观 SiN 薄膜冷却至 1.6 个声子,并揭示多音下边带不对称受 Kerr 效应主导。
2024-03-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Characterization of a multimode coplanar waveguide parametric amplifier
我们描述了一种基于磁通可调谐四分之一波长谐振腔的新型约瑟夫森参量放大器。基本谐振频率为~1GHz,但我们使用谐振器的更高模式进行测量。片内调谐线允许放大器的磁通量泵浦。我们研究和比较简并参量放大,涉及一个单一的模式,和非简并参量放大,使用一对模式。我们表明,我们在这两种情况下达到量子限制的噪声性能,并且我们表明,在低增益的情况下,增加的噪声可以小于0.5个光子。
2015-08-11 cond-mat.mes-hall
Phase preserving amplification near the quantum limit with a Josephson Ring Modulator
固态量子信息处理的最新进展刺激了对微波频率范围内的超低噪声放大器和频率转换器的研究,这可以达到量子力学施加的极限。在这篇文章中,我们报告的第一个实现的本质上相位保持,非简并超导参量放大器,到目前为止失踪的组件。它是基于约瑟夫森环调制器,其中包括四个结的惠斯通电桥配置。装置的对称性大大提高了放大过程的纯度,并简化了其操作和分析。放大器的增益和带宽方面的测量特性与分析预测吻合得很好。使用一个新开发的噪声源,我们还表明,我们的设备的量子极限的三个因素内运行。这一发展在量子模拟信号处理领域开辟了新的应用。
2009-12-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Kerr nonlinearity and parametric amplification with an Al-InAs superconductor-semiconductor Josephson junction
为解决约瑟夫森参量放大器的克尔非线性导致增益压缩、限制扩展性的问题,研究团队制备Al-InAs超导体-半导体混合约瑟夫森结参放,其克尔非线性比同电感Al-AlOₓ结低三个数量级,四波混频参放增益超20dB、压缩功率-119dBm,性能优于铝结单谐振JPA。
2024-08-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Gate-tunable kinetic inductance parametric amplifier
本文提出一种基于邻近化半导体纳米线、无约瑟夫森结的栅极可调谐参量放大器,实现近量子极限性能、20 dB以上增益和30 MHz增益带宽积,并具备高饱和功率、磁场兼容性和电场调谐优势。
2024-02-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Amplification and squeezing of quantum noise with a tunable Josephson metamaterial
最近,将超导量子比特的量子态和纳米机械振荡器的位置编码成微波场的状态已经成为可能。然而,为了对量子比特的状态进行理想的测量,或者以量子限制的灵敏度检测机械振荡器的位置,需要不添加噪声的放大器。如果放大器增加的噪声小于半个量子,它也可以挤压电磁真空的量子噪声。真空的高压缩态是一种重要的量子信息源。它们可以用来产生纠缠或实现反作用回避的位置测量。在这里,我们介绍了一个通用的参数设备,它工作在4和8 GHz之间的频带。它是一种亚量子限制的微波放大器,它放大的量子噪声高于商用放大器的附加噪声,并将量子波动压缩10 dB。
2008-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Topological Josephson parametric amplifier array: A proposal for directional, broadband, and low-noise amplification
提出一种利用拓扑效应的非线性耦合 Josephson 参数放大器(JPAs)阵列,通过打破时间反演对称性实现定向、宽带、低噪声的微波放大,无需外部隔离器即可提供高增益、强反向隔离及抗无序拓扑保护。
2024-11-14 cond-mat.mes-hall physics.ins-det physics.optics
Observation and mitigation of microwave echoes from dielectric defects in Josephson traveling wave amplifiers
本研究观测到约瑟夫森行波参量放大器(JTWPA)在高功率脉冲序列驱动超动态范围时出现的微秒级相干回波,归因于介质层微观缺陷,提出BLAST技术抑制回波并快速恢复性能,为扩展其应用及原位表征介质损耗提供支持。
2025-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Magnetic-field dependence of a Josephson traveling-wave parametric amplifier and integration into a high-field setup
本研究探讨磁场对约瑟夫森行波参量放大器的影响,通过建模夫琅禾费效应和超导能隙闭合解释带隙变化,并展示在磁屏蔽下可于高场环境工作,为高场实验提供关键指导。
2024-02-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Nonlinear Behavior of Josephson Traveling Wave Parametric Amplifiers
本研究通过耦合非线性微分方程对JTWPA进行全数值模拟,揭示泵浦谐波、增益调制及不可公度频率等线性模型难以解释的非线性现象。
2024-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Dissipationless Nonlinearity in Quantum Material Josephson Diodes
本研究提出利用栅极可调、本征对称性破缺的量子材料约瑟夫森结实现三阶无耗散非线性的理论方案,验证了两种结构可实现宽频无克尔三波混频,为相关器件研发和量子材料表征提供新思路。
2023-10-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Measuring the Decoherence of a Quantronium Qubit with the Cavity Bifurcation Amplifier
超导量子比特的分散读出具有速度快和侵入性小的优点。我们已经开发了这样的放大器,腔分叉放大器(CBA)[10],并将其应用于量子素量子比特的读出[2]。它由一个嵌入在微波片上谐振器中的约瑟夫森结组成。与约瑟夫森分叉放大器[17]相比,其具有分流结的片上电容器,谐振器基于施加预定频率的简单共面波导,并且其其他RF特性(如品质因数)易于控制和优化。在适当的微波辐射条件下,CBA具有两个亚稳态。CBA采用哪种状态取决于耦合到CBA结的量子比特的状态。由于MHz重复率和大的信噪比,我们可以直接表明,当在最佳点(sweet spot)(对一阶栅极电荷波动不敏感的点)偏置时,相干性受到1/f栅极电荷噪声的限制。这种架构适合使用具有多路复用读出的多谐振器芯片进行可扩展的量子计算。
2007-06-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
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
Josephson parametric amplifiers (JPAs) approaching quantum-limited noise performance have been instrumental in enabling high fidelity readout of superconducting qubits and, recently, semiconductor quantum dots (QDs). We propose that the quantum capacitance arising in electronic two-level systems (the dual of Josephson inductance) can provide an alternative dissipation-less non-linear element for parametric amplification. We experimentally demonstrate phase-sensitive parametric amplification using a QD-reservoir electron transition in a CMOS nanowire split-gate transistor embedded in a 1.8~GHz …
2021-12-02 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Design and Analysis on a Cryogenic Current Amplifier with a Superconducting Microwave Resonator
提出了一种新型的低温电流放大器,它通过测量由约瑟夫森结串联并联的超导谐振电路的微波响应来测量电流的低频功率谱。通过对等效电路的数值分析,发现该放大器的输入参考电流噪声的数值比基于高电子迁移率晶体管或超导量子干涉器件的常规低温电流放大器的噪声本底低两个数量级。我们的建议可以打开新的途径,研究低温固态器件,需要更低的噪声和更宽的带宽的功率谱测量电流。
2015-08-13 cond-mat.mes-hall physics.ins-det
Probing tunable Kerr nonlinearity in graphene Josephson junctions
Tata Institute of Fundamental Research(塔塔基础研究所);University of Hyderabad(海德拉巴大学);National Institute for Materials Science(国立材料研究所)
本文研究了石墨烯约瑟夫森结中克尔非线性随门电压、温度和直流偏压的变化,展示了克尔系数幅度可在300 kHz到1.2 MHz范围内调节,为下一代放大器和传感器设计提供了有价值的资源。
2026-05-19 cond-mat.mes-hall
Three-Wave Mixing Quantum-Limited Kinetic Inductance Parametric Amplifier operating at 6 Tesla and near 1 Kelvin
本文介绍一种基于NbN超导薄膜的动力学电感参量放大器,在6特斯拉磁场和850 mK温度下实现量子极限放大,具有高动态范围和磁场兼容性,为量子信号处理提供稳健方案。
2023-12-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Josephson junction based thermometer and its application in bolometry
提出了一种新型的基于Al/AlOx/Ti/AlOx/Al超导体-绝缘体-超导体-绝缘体-超导体(SIS'IS)结构的过渡边缘传感器。在超导临界温度附近,零偏电阻与钛吸收体的温度有很强的依赖关系。我们证明该器件的温度灵敏度为$2\ μ\text{K}/\sqrt{\text{Hz}}$。受放大器噪声限制,器件的噪声等效功率(NEP)估计为313 mK时的$4\times 10^{-17}\ {\rm W}/ \sqrt{\rm Hz}$。超导引线之间的隧道结应有助于克服传统过渡边缘传感器中邻近效应所施加的尺寸限制,而不牺牲灵敏度。此外,该器件的输入电阻可以在很宽的范围内调节。
2014-09-02 cond-mat.mes-hall
A widely tunable parametric amplifier based on a SQUID array resonator
我们利用传输线谐振器制作了一个约瑟夫森参量放大器,该谐振器的内导体由串联SQUID阵列制成。通过改变通过SQUID回路的磁通量,我们能够调整电路的谐振频率,并一致地调整放大频带的中心,在4和7.8 GHz之间。我们观察到放大器的增益高达28 dB,并推断它增加了不到两倍的输入真空噪声。
2007-06-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Period-doubling-bifurcation readout for a Josephson qubit
基于外泵浦非线性谐振电路中的参量倍周期分岔,提出了一种阈值检测器及其工作原理。交流驱动的谐振电路包括一个直流电流偏置的约瑟夫森结,确保参数频率转换(倍周期分岔),由于其二次非线性。在驱动的半频处的振荡的急剧开始允许检测有效电感的小变化,并且因此允许读出耦合的约瑟夫森量子位的量子态。比较了该电路与常规约瑟夫森分岔放大器的分岔特性,并讨论了其可能的优点。
2011-01-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Introduction to Quantum-limited Parametric Amplification of Quantum Signals with Josephson Circuits
这篇简短而固执己见的评论从微波频率下量子信号的概念开始,重点放在线性参量放大的原理上。放大过程是由约瑟夫森结的色散非线性引起的。我们讨论了这些放大器的两个定义特性:接收信号、闲频和泵浦波的模式的数量,以及这些波进入电路的独立端口的数量。
2016-05-25 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Three-wave mixing with three incoming waves: Signal-Idler Coherent Cancellation and Gain Enhancement in a Parametric Amplifier
光学和超导微波电路中的相干、纯色散三波混频系统可以作为参量放大器操作,从一个频率的泵浦波放大信号和较低频率的闲频波产生。在这里,我们演示了使用约瑟夫森放大器的互易过程中,相干施加的信号和空闲光束上转换到泵浦频率。对于信号和闲频光束足够强,显着耗尽泵,我们表明,这种相互作用的过程(“相干抵消”)导致大,相敏调制,甚至增强放大器增益,与理论预测吻合得很好。
2013-01-08 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Design and characterization of a lumped element single-ended superconducting microwave parametric amplifier with on-chip flux bias line
我们展示了一个集总元件约瑟夫森参量放大器,使用单端设计,包括一个片上,高带宽的磁通偏置线。放大器可以通过输入端口或通过磁通偏置线被泵浦到其参数增益区。宽带放大在5至7 GHz之间的可调频率$ω/2 π$下实现,具有量子限制噪声性能、大于500 MHz的增益带宽积和超过-120 dBm的输入饱和功率。偏置线允许放大器的快速频率调谐,在小于10 ns的时间尺度上具有数百MHz的变化。
2013-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Fast gate-based readout of silicon quantum dots using Josephson parametric amplification
硅量子器件中的自旋是大规模量子计算的一个有希望的候选者。自旋量子位的基于门的感测提供了具有高保真度的紧凑且可扩展的读出,然而需要进一步改进灵敏度以满足在纠错协议中实现快速反馈所需的保真度阈值和测量时间尺度。在这里,我们结合了射频栅极为基础的传感在622 MHz的约瑟夫森参量放大器(JPA),在500-800 MHz的频带,以减少所需的积分时间读取硅双量子点的状态形成在纳米线晶体管。基于我们实现的信噪比(SNR),我们估计,单重-三重单激发读出的平均保真度为99.7%,可以在1 $μ$ s内执行,远低于容错读出的要求,比没有JPA快30倍。此外,JPA允许在较低的RF功率下工作,同时保持相同的SNR。我们确定的噪声温度为200 mK的贡献,从JPA(25%),低温放大器(25%)和谐振器(50%),示出的路线,以进一步提高读出速度。
2019-07-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
A Traveling Wave Parametric Amplifier Isolator
本文提出一种基于约瑟夫森结的行波参量放大器隔离器,利用三阶非线性放大和二阶非线性上转换实现方向性,在超500 MHz带宽内实现20 dB增益和30 dB反向隔离,为无磁隔离器的量子极限微波放大线路奠定基础。
2024-06-28 cond-mat.mes-hall quant-ph