Modeling and Simulation of a Microstrip-SQUID Amplifier
利用一个简单的集总电路模型，我们数值研究了电压增益和噪声对放大器参数的依赖关系。线性，准线性和非线性制度进行了研究。我们已经证明，放大器的电压增益不能超过一个特征临界值，这与输入功率的增加而减少。我们还表明，电压增益的频谱显着依赖于由SQUID电阻器产生的约翰逊噪声的水平。
2011-09-23 cond-mat.supr-con quant-ph
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
The pumpistor: a linearized model of a flux-pumped SQUID for use as a negative-resistance parametric amplifier
我们描述了一个磁通驱动SQUID的电路模型。这有助于深入了解这些器件如何作为参量放大器中的有源元件。关键的概念是磁通泵SQUID中的频率混合允许出现有效的负电阻。在这里处理的三波简并情况下，仅在允许的输入信号相位的一定范围内出现负电阻。这个模型很容易适用于更复杂电路的可测试预测。
2013-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
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
Flux-driven Josephson traveling-wave parametric amplifier
提出了一种由磁通量波驱动的行波参量放大器的概念。该电路由一个串行阵列的对称直流SQUID电感耦合到一个单独的超导LC传输线进行泵微波，从而信号和泵施加到不同的端口。所提出的三波混频放大器包括，首先，信号（空闲）波的可调相位速度，因此良好的相位匹配，在宽的频率范围内产生大的增益，其次，克服了泵浦耗尽问题。实验参数和特性的放大器进行了评估，并显示在量子信息单光子电路的应用前景。
2019-10-30 cond-mat.supr-con
Flux-driven Josephson parametric amplifier
我们研制了一种约瑟夫森参量放大器，它由超导共面波导谐振腔和超导量子干涉器件组成。外部场（泵浦，$\sim 20$ GHz）调制穿过dc SQUID的通量，从而调制腔场（信号，$\sim 10$ GHz）的谐振频率，这导致参数信号放大。我们在不同的波段中心操作放大器，并观察到放大（最大17 dB）和去放大取决于泵浦和信号之间的相对相位。噪声温度小于0.87K。
2008-08-10 cond-mat.supr-con
Non-Demolition Dispersive Measurement of a Superconducting Qubit with a Microstrip SQUID Amplifier
本文研究了利用微带SQUID放大器（MSA）对超导量子比特进行单次非破坏测量的可能性。考虑了MSA中所有电阻产生的约翰逊噪声。我们表明，一个单次非爆破测量是可能的测量谐振腔中的六个光子。对于电感耦合到测量谐振器的相位量子比特，我们得到了测量量子比特状态所需的互感的表达式。
2011-12-01 cond-mat.supr-con physics.ins-det quant-ph
Gain, directionality and noise in microwave SQUID amplifiers: Input-output approach
本文提出了一种基于直流SQUID的微波放大器分析的新理论框架。我们的分析适用于约瑟夫森结器件偏置在运行状态的输入输出理论推广。使用这种方法，我们表达的SQUID的高频动力学作为一个参与模式之间的散射。这使我们能够阐明增益作为偏置电流和输入频率的函数的固有非互易性。这种方法可以，在原则上，容纳任意数量的约瑟夫森谐波产生的运行状态的结。我们报告详细的计算，考虑到前几个谐波，提供简单的半定量结果，显示作为信号频率增加的函数的设备的增益，方向性和噪声的退化。我们还讨论了设备的性能和应用程序的基本限制，这种形式主义的实际设备。
2012-06-20 cond-mat.supr-con quant-ph
Superconducting Quantum Interference Device Amplifiers with over 27 GHz of Gain-Bandwidth Product Operated in the 4 GHz--8 GHz Frequency Range
我们描述的放大器的性能在4 GHz-8 GHz的范围内使用直流超导量子干涉器件（DC SQUID）的集总元件配置。我们使用外部阻抗Transformers将电源耦合到DC SQUID中或从DC SQUID中耦合出来。通过选择合适的耦合电容值，谐振器长度和输出元件值，我们已经证明了有用的增益在几个频率范围内具有不同的带宽，显示超过27 GHz的功率增益带宽产品。在这项工作中，我们描述了我们的设计为4 GHz-8 GHz的范围和目前的数据演示增益，带宽，动态范围和漂移特性。
2009-08-28 cond-mat.supr-con
The Effect of Parameter Variations on the Performance of the Josephson Travelling Wave Parametric Amplifiers
对基于一维射频SQUID阵列的约瑟夫森行波参量放大器（JTWPA）的性能进行了仿真。与理想模型不同，在理想模型中，所有的SQUID被假定为是相同的，我们允许的变化的设备参数，如SQUID环的几何电感，对地电容，约瑟夫森结电容和临界电流。我们的模拟确认的负面影响的设备参数的变化，导致个别细胞之间的微波反射和偏移的磁通偏置从最佳点。最强的影响是由几何电感的变化，因为它改变波阻抗和磁通偏置。然而，最有害的是点缺陷，例如对地短路，使电路对微波不透明。这对制造过程提出了严格的要求，使其极具挑战性。我们强调在这些设备的参数传播的严格限制，同时也讨论了该计划的变化的鲁棒性
2021-12-14 cond-mat.supr-con
Bimodal Approach for Noise Figures of Merit Evaluation in Quantum-Limited Josephson Traveling Wave Parametric Amplifiers
超低噪声微波放大器的出现彻底改变了几个需要量子限制技术的研究领域。利用线性相位保持放大器的理论双峰描述，在本文中，我们分析了模型架构的一些固有特性（即，基于rf-SQUID的约瑟夫森行波参量放大器）在放大和噪声产生方面的关键案例研究输入状态（Fock和相干）。此外，我们提出了一个分析的输出信号时，热噪声波动的参数放大机制饲料的设备。
2021-12-29 cond-mat.supr-con
Traveling wave parametric amplifier with Josephson junctions using minimal resonator phase matching
约瑟夫森参量放大器由于其高增益和量子限制噪声而成为超导器件物理中的重要工具。行波参量放大器（TWPA）具有类似的噪声性能，同时允许带宽和动态范围的显著增加。我们提出了一种基于LC梯形传输线的约瑟夫森结和平行板电容器使用低损耗非晶硅介质的TWPA设备。最重要的是，我们沿着传输线以规则的间隔插入了$λ/4$谐振器，以保持泵浦、信号和空闲之间的相位匹配条件并增加增益。在4.GHz带宽上，平均增益为12.dB，平均饱和功率为-92.dBm，噪声接近量子极限。
2015-03-15 cond-mat.supr-con
Two SQUID amplifiers intended to alleviate the summing node inductance problem in multiplexed arrays of Transition Edge Sensors
由电流求和配置中的超导过渡边缘传感器构造的频域复用检测器阵列遭受求和节点的有限阻抗，该有限阻抗理想地应该为零。我们建议两个电路，以减轻影响。第一个电路使用电容谐振Transformer来增加TES信号的电压并减小TES信号的电流，以克服互连的寄生电感。在SQUID芯片上，发生向相反方向的阻抗变换。第二电路实现了具有比简单的T形接头更好的分支到分支隔离的功率组合器。两个SQUID设备已被设计和制造的电路的原理证明演示。
2018-10-22 astro-ph.IM cond-mat.supr-con physics.ins-det
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
Vulnerability to Parameter Spread in Josephson Traveling-Wave Parametric Amplifiers
分析了电路参数变化对约瑟夫森行波参量放大器性能的影响。具体而言，我们调查的JTWPA概念是使用磁通偏置的非滞后rf-SQUID的传输线配置，利用三波混频（3 WM）制度。色散工程使相位匹配能够实现$\sim$ 20 dB的功率增益，同时抑制不需要的混频过程的产生。使用3 WM-JTWPA电路模型的两个色散工程概念，即，谐振相位匹配（RPM）和周期性电容调制（PCM）的讨论，结果也可能适用于四波混频（4 WM）JTWPA。我们提出了合适的电路参数集和评估放大器的性能，电路参数的变化和不使用瞬态电路仿真。这种方法固有地考虑到微波反射，不需要的混合产品，不完美的相位匹配，泵耗尽等的情况下，RPM的谐振频率扩展是至关重要的，而PCM是不太敏感的参数扩展。我们讨论的自由度，使JTWPA电路更宽容的参数扩散。最后，我们的分析表明，磁通偏置点的rf-SQUID表现出克尔自由的非线性接近的最佳点关于临界电流扩散。
2023-01-30 cond-mat.supr-con
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
Phase sensitive amplification in a superconducting stripline resonator integrated with a dc-SQUID
我们利用超导带线谐振器包含一个DC-SQUID作为一个强互调放大器，表现出25 dB的信号增益和30 dB的相位调制。在互调放大阈值附近的时域中研究系统响应揭示了独特的噪声诱导尖峰行为。我们通过数值求解积分系统的运动方程定性地解释了这种响应。此外，采用该器件作为参量放大器，在生成的边带信号中产生38 dB的增益。
2008-11-16 cond-mat.stat-mech cond-mat.supr-con
Dispersive magnetometry with a quantum limited SQUID parametric amplifier
目前，在测量和操纵纳米级磁体，特别是在量子相干制度的基本和技术的兴趣。为了观察这种系统的动态，人们需要一个磁强计，不仅具有特殊的灵敏度，而且还具有高增益，宽带宽和低反作用。我们展示了一个分散的磁强计组成的两个结SQUID并联集成，集总元件电容器。输入通量信号被编码为施加到磁力计的微波驱动音的相位调制，从而产生单个正交电压信号。对于强驱动功率，谐振器的非线性导致该信号的量子限制、相敏参量放大，这以带宽为代价提高了通量灵敏度。根据驱动器参数，器件性能范围从0.29 \textbf{} $μΦ_{0}$ Hz $^{-\frac{1}{2}}$和20 MHz信号带宽的有效通量噪声到0.14 $μΦ_{0}$ Hz $^{-\frac{1}{2}}$和0.6 MHz带宽的噪声。这些结果与我们的理论模型非常吻合。
2010-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
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
Traveling-wave parametric amplifier based on three-wave mixing in a Josephson metamaterial
我们研制了一种三波混频的约瑟夫森行波参量放大器[A. B. Zorin，Phys. Rev. Applied 6，034006，2016]。该放大器由一个微波传输线形成的非滞后单结SQUID的串行阵列。这些SQUID是磁通偏置的方式，跨约瑟夫森结的相位降等于90度，并且SQUID回路中的持续电流等于约瑟夫森临界电流值。这种一维超材料具有最大的二次非线性和零三次（克尔）非线性。这种性质允许相位匹配和指数功率增益的传播微波发生在一个很宽的频率范围。我们报告了在T = 4.2 K的温度下对Nb三层样品进行的原理验证实验，这表明我们的实用宽带约瑟夫森参量放大器的概念是有效的，并且非常有希望实现量子限制操作。
2017-05-08 cond-mat.supr-con quant-ph
Josephson Traveling Wave Parametric Amplifiers as Non-Classical Light Source for Microwave Quantum Illumination
通过所谓的量子照明程序，可以丰富对低反射率物体的探测。为了使这种量子过程优于经典检测协议，最初需要微波辐射的纠缠态。本文讨论了基于电路QED器件的约瑟夫森行波参量放大器（JTWPAs）作为双模压缩真空态（一种特殊的信号-闲频纠缠态）的合适光源的作用。获得的宽带宽使JTWPA成为在量子精密测量和信息处理应用中产生量子辐射的理想候选者。
2021-06-09 cond-mat.supr-con 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
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
Two stage superconducting quantum interference device amplifier in a high-Q gravitational wave transducer
我们报告的总噪声从感应运动传感器的引力波天线。该传感器使用两级SQUID放大器，噪声温度为1.1 mK，其中0.70 mK是由于SQUID芯片的反作用噪声。总噪声包括来自换能器质量的热噪声，其测量Q为2.60 X 10^6。噪声温度超过预期值3.5 μK 200倍，主要是由于SQUID输入端的电压噪声。被困在芯片上的磁通噪声被认为是最有可能的原因。
2000-01-26 cond-mat.supr-con gr-qc physics.ins-det
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
Symmetric Traveling Wave Parametric Amplifier
利用对称射频SQUID的新概念，研制了一种基于三波混频的对称行波参量放大器（STWPA），并进行了实验测试。这允许通过施加外部电流来完全控制STWPA的二阶和三阶非线性。以这种方式，可以达到最佳偏置点，同时考虑相位失配和泵浦耗尽最小化。该结构在4.2K下进行了测试，显示出4GHz的带宽和17dB的最大估计增益。STWPA也表现出极大的灵活性，允许上下变频混频器操作和射频控制开关。
2019-04-21 cond-mat.supr-con physics.app-ph 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
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
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
Obstacles to two-line Josephson traveling wave parametric amplifier
本文分析了双线JTWPA设计中的障碍，指出行波能量周期性转移及人工线耦合与离散性导致的相位失配限制了泵浦波能量和增益增长。
2025-01-08 cond-mat.supr-con physics.app-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
Quasi-phasematching in a poled Josephson traveling-wave parametric amplifier with three-wave mixing
我们发展了准相位匹配（QPM）的概念，并将其应用于最近提出的具有三波混频（3WM）的约瑟夫森行波参量放大器（JTWPA）中。该放大器是基于一个梯形传输线组成的磁通偏置的射频SQUID的非线性是$χ^{(2)}$型。QPM是在3WM工艺中实现的，$ω_p=ω_s+ω_i$（其中$ω_p$、$ω_s$和$ω_i$分别是泵浦、信号和空闲频率），这是由于将JTWPA设计成包括这些SQUID的周期性反转组，这些SQUID反转非线性的符号。建模表明，JTWPA带宽相对较大（约为2.5 GHz）。$0.4ω_p$）和平坦模式，而不需要的模式，包括$ω_{2p}=2ω_p$、$ω_+=ω_p +ω_s$、$ω_- = 2ω_p - ω_s$等，在工程分散的帮助下被强烈抑制。
2021-06-01 cond-mat.supr-con physics.app-ph physics.ins-det
Theory of Multiwave Mixing within the Superconducting Kinetic-Inductance Traveling-Wave Amplifier
本文提出了一种超导非线性动态电感行波放大器在周期色散负载下共面波导中参量混频的理论。这是通过首先使用Floquet-Bloch构造开发色散工程KIT的超材料带理论，然后将其应用于非线性RF行波的混合的描述来完成的。我们的理论使我们能够计算信号增益与信号频率在频率停止间隙的存在下，仅基于负载设计。我们目前的结果为三波混频（3 WM），施加直流偏压，和四波混频（4 WM），没有直流。我们的理论预测一个内在的和确定性的起源波动的4 WM信号增益与信号频率，除了外部来源，如阻抗失配，并表明，这种波动是不存在的3 WM信号增益与DC实现。我们的理论可推广到基于集总LC传输线（TWPA）中的约瑟夫森结的放大器。
2017-02-15 cond-mat.supr-con physics.class-ph physics.ins-det
Performance optimization of cascaded traveling wave Josephson parametric amplifiers
Aalto University（阿尔托大学）；VTT Technical Research Centre of Finland Ltd（芬兰技术研究中心有限公司）
本文提出级联短SNAIL-TWPA与长TWPA的架构，在约1 GHz带宽内实现近30 dB增益且噪声接近量子极限，为高增益宽带量子放大提供实用方案。
2026-09-22 cond-mat.supr-con quant-ph
Traveling-Wave Parametric Amplifier with Passive Reverse Isolation
本文提出一种多级行波参量放大器（mTWPA），通过模式转换级与无反射高通滤波器实现无源反向隔离，在保持近量子极限噪声性能的同时有效抑制反向噪声，为紧凑量子读出系统提供可扩展方案。
2025-05-07 cond-mat.supr-con quant-ph
Nanoscale High Transition Temperature Superconducting Quantum Interference Device Transimpedance Amplifier
随着量子电子学的发展，需要一系列重要的支持电子学来将这些新设备与我们的经典世界联系起来。在超导电子学的情况下，这是一个挑战，因为它们所基于的约瑟夫森结器件需要微小的电流脉冲来创建和操纵引导其操作的单通量量子。在通过大的温度梯度转换这些信号以连接到半导体部件时出现困难。在这项工作中，我们提出了纳米超导量子干涉器件（SQUID）的临界尺寸小到10 nm的高转变温度超导体YBa $_2$ Cu $_3$ O $_{7-δ}$（YBCO）。我们将这些纳米SQUID与纳米隔离电感耦合控制线集成，以创建能够在非常宽的温度范围内进行跨阻抗转换的低功率超导输出驱动器。
2019-10-23 cond-mat.supr-con physics.app-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
Compact Superconducting Kinetic Inductance Traveling Wave Parametric Amplifiers with On-chip rf Components
该研究设计了片上微加工偏置三通和定向耦合器，实现了三波混频动态电感行波参量放大器的全集成，大幅减小占用空间并消除外部有损组件，获得17.5 dB增益和3.4量子系统噪声。
2025-03-05 cond-mat.supr-con quant-ph
Highly-Linear Proximity-Based Bi-SQUID Operating above 4 K
NEST, Istituto Nanoscienze-CNR and Scuola Normale Superiore（意大利国家纳米科学研究所与比萨高等师范学院）；INFN Sezione di Pisa（意大利国家核物理研究所比萨分部）；Quantum and Nano Technology Group, School of Chemical Engineering, The University of Adelaide（阿德莱德大学化学工程学院量子与纳米技术小组）
本文展示了一种基于双环Bi-SQUID架构、采用三个超导-正常金属-超导（S-N-S）结的高度线性超导量子干涉器件放大器，在液氦温度下表现出尖锐、对称且高度线性的磁通-电压传递函数，单元件无杂散动态范围超过60 dB。
2025-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
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
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
A quantum model for rf-SQUIDs based metamaterials enabling 3WM and 4WM Travelling Wave Parametric Amplification
提出了单光子水平下约瑟夫森基超材料三波混频和四波混频的量子模型。所考虑的传输线，即行波约瑟夫森参量放大器（TWJPA），是由一串rf-SQUID组成的双极，其可以被直流电流或磁场偏置以激活3 WM或4 WM非线性。该模型利用哈密顿方法来分析确定的时间演化的系统都在海森堡和相互作用的图片。前者返回放大器增益的解析形式，而后者允许恢复多模态Fock和相干输入态的光子布居的概率分布与时间的关系。的超材料的非线性的依赖性的电路参数在一个集总模型框架，同时评估的实验条件对模型有效性的影响。
2021-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Reflection-enhanced gain in traveling-wave parametric amplifiers
本文提出包含反射波相互作用的行波参量放大器增益解析解，揭示反射可增强增益并抑制非线性相位调制，并在两类非匹配超导TWPA上实验验证。
2023-05-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con physics.app-ph
Negative-resistance models for parametrically flux-pumped superconducting quantum interference devices
利用快速振荡的磁通量调制的超导量子干涉仪（SQUID）可以作为参量放大器，提供增益而附加的噪声很小。在这里，我们开发线性化模型来描述参数磁通泵SQUID的阻抗。一个未抽运的SQUID作为一个电感，约瑟夫森电感，而一个磁通抽运的SQUID开发了一个额外的，平行的元素，我们已经创造了“泵电阻”。参量增益可以理解为泵浦电阻负电阻的结果。在简并情况下，增益对泵浦和信号之间的相对相位敏感。在非简并情况下，增益与相位无关。我们首先发展我们的模型在三波和四波的情况下，其中泵浦频率是两倍或等于信号频率，分别为简并参量泵浦。然后，我们推导出表达式的非简并的情况下，泵频率是不是信号频率的倍数，在那里它变得有必要考虑闲频音的发展。对于非简并三波的情况下，我们提出了一个直观的图片包含一个磁通泵SQUID在信号频率的电流取决于负载阻抗在空闲频率的参数放大器。这种理解提供了洞察力和容易测试的预测电路含有磁通泵SQUID。
2013-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
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
Josephson Traveling-Wave Parametric Amplifier with Inverse Kerr Phase Matching
本文实验演示了超导行波参量放大器中的逆克尔相位匹配技术，在3 GHz带宽内实现20 dB增益、8 GHz可调带宽、最小增益纹波及接近量子极限的噪声性能，克服了传统相位匹配在泵浦频率附近增益不可用等局限。
2025-07-22 cond-mat.supr-con quant-ph
Dispersive readout of a flux qubit at the single photon level
超导通量量子位感应耦合到超导量子干涉装置（SQUID）磁力计，电容分流以形成1.294 GHz谐振器。量子位态依赖的谐振器频率用微波信号弱探测，并用微带SQUID放大器检测。在平均谐振器占用$\bar{n}$ = 1.5个光子时，读出可见度比使用低温半导体放大器的读出可见度增加4.5倍。随着$\bar{n}$从0.008增加到0.1，没有观察到$T_1$的减少，这可能能够连续监测量子位状态。
2012-03-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Readout of a quantum processor with high dynamic range Josephson parametric amplifiers
我们展示了一个高动态范围的约瑟夫森参量放大器（JPA），其中的有源非线性元件是使用一个阵列的rf-SQUID。该器件通过Klopfenstein锥形阻抗Transformer与50 $Ω$环境相匹配，带宽为250-300 MHz，20 dB增益时输入饱和功率高达-95 dBm。使用54量子位Sycamore处理器对这些器件进行基准测试，提供读出功率的校准、放大器附加噪声的估计以及与具有单个dc-SQUID的标准阻抗匹配参量放大器进行比较的平台。我们发现，高功率rf-SQUID阵列设计对系统噪声、读出保真度或量子位失相没有不利影响，并且我们估计放大器增加的噪声的上限为量子极限的1.6倍。最后，具有这种设计的放大器没有显示出由于增益压缩而导致的读出保真度的降低，而增益压缩可能发生在具有传统JPA的多音复用读出中。
2022-11-23 cond-mat.supr-con physics.app-ph 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
Josephson Metamaterial with a widely tunable positive/negative Kerr constant
我们报道了一种新型一维约瑟夫森超材料的微波特性，该材料由一系列非对称超导量子干涉器件（SQUID）组成，通过公共约瑟夫森结实现最近邻耦合。这种超材料表现出很强的克尔非线性，克尔常数在很宽的范围内可调，从正值到负值，通过磁通量线程SQUID。实验结果与约瑟夫森链非线性效应理论符合得很好。超材料是非常有前途的约瑟夫森行波参量放大器的有源介质，它的使用有利于相位匹配的四波混频过程中的有效参数增益。
2017-07-21 cond-mat.supr-con
Measurable Improvement in Multi-Qubit Readout Using a Kinetic Inductance Traveling Wave Parametric Amplifier
本文通过将 KI-TWPA 集成到多路复用量子比特读出链中，实验证明其作为第一级放大器可使信噪比最高提升 1.45 倍、保真度从 96.2% 提高到 97.8%，并实现芯片上系统噪声低于 5 个量子，为大规模量子系统实现量子极限读出提供了可行路径。
2025-01-02 cond-mat.supr-con quant-ph
DC and RF Measurements of Serial Bi-SQUID Arrays
SQUID阵列是低剖面天线和低噪声放大器应用的有希望的候选者。我们提出的集成电路设计和直流和射频测量的宽带串行阵列的基础上集成的线性双SQUID细胞形成超导量子干涉滤波器（双SQUID SQIF）。描述了串行阵列设计的各种配置。分析和比较了所测得的线性度、功率增益和噪声温度。实验结果与数学模型的结果相吻合。双SQUID SQIF阵列串联安装在共面波导中，并对称接地到共面波导的相应侧。RF输出来自中央公共线，该公共线也用于DC偏置并形成对称平衡输出。信号和DC通量偏置线被设计为以双向方式在每个双SQUID单元上平行通过的共面线，其将磁通量集中在每个单元内部。使用标准HYPRES铌4.5 kA/cm 2制造工艺在5 mm x 5 mm芯片上制造串行双SQUID SQIF阵列。
2012-12-16 cond-mat.supr-con physics.ins-det
Performance enhancement in Josephson traveling wave parametric amplifiers by tailoring the relative distance between junctions
本研究通过调整约瑟夫森行波参量放大器中晶胞内结间相对距离，增强非线性相互作用，从而同时提升增益和带宽，并可与谐振相位匹配结合实现高性能放大。
2025-09-08 cond-mat.supr-con math-ph math.MP
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
