Squeezing and quantum state engineering with Josephson traveling wave amplifiers
本文建立了描述约瑟夫森行波参量放大器输入输出特性的量子理论。这使我们能够显示这样的设备可以被用来作为一个源的非经典辐射，以及如何色散工程可以被用来定制增益曲线和压缩光谱有吸引力的属性，从真正的宽带光谱的“压缩梳”组成的一些离散纠缠准模。该器件的输出光场可以用来产生多模压缩光场--这是制备耗散量子态的一个强有力的资源。特别是，我们展示了如何可以用来产生连续变量集群状态，是普遍的测量为基础的量子计算。该制备方案的良好的标度特性使其成为在微波领域实现连续变量量子计算的一条有前途的途径。
2016-07-26 quant-ph
Observation of two-mode squeezing in a traveling wave parametric amplifier
行波参量放大器是近年来发展起来的一种宽带近量子限放大器。然而，利用它们来产生微波量子态仍然缺少实验证明。在这封信中，我们报告的TWPA作为双模压缩微波辐射源的操作。我们证明了宽带纠缠产生的两个模式之间的分离高达400 MHz的测量对数负0.27和0.51之间和集体正交压缩低于真空极限之间的1.5和2.1分贝。这项工作开辟了有趣的观点，探索新的微波光子学实验与可能的应用在量子传感和连续变量量子计算。
2022-04-19 quant-ph
Photothermal Fluctuations as a Fundamental Limit to Low-Frequency Squeezing in a Degenerate Optical Parametric Amplifier
通过简并光学参量放大器中的光折变效应和热膨胀效应，研究了光热涨落对光场压缩态的影响。我们还讨论了光热噪声在各种情况下的影响，以及如何尽量减少其不良后果。我们发现，光热噪声中的OPA引入了显着的相位压缩光束的噪声量，使他们不太理想的低频应用，如引力波（GW）干涉仪，而振幅压缩光束是相对免疫的光热噪声，并可能代表应用在GW干涉仪的最佳选择。
2005-05-20 quant-ph
Degenerate three-level laser with parametric amplifier and squeezed vacuum
应用随机微分方程，研究了腔中含有参量放大器并耦合到压缩真空库的简并三能级激光器的腔模和输出模的压缩和统计特性。我们考虑的情况下，注入腔中的三能级级联原子的顶部和底部的水平耦合的泵浦模式出现的参量放大器。结果表明，压缩真空库和参量放大器的存在对腔模和输出模的平均光子数和压缩程度有很大的影响。结果表明，在稳态和阈值条件下，通过适当的参数选择，可以实现几乎完全的压缩。
2007-01-31 quant-ph
In-operando microwave scattering-parameter calibrated measurement of a Josephson travelling wave parametric amplifier
本文应用微波校准技术在运行中提取基于约瑟夫森结的TWPA的S参数，量化TWPA及其扩展网络中的反射，发现运行性能可由关闭态测量的S参数良好描述。
2024-06-05 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
Higher order non-linear effects in a Josephson parametric amplifier
约瑟夫森结的电流-相位关系的非线性是约瑟夫森参量放大器（JPA）的关键资源，JPA是迄今为止唯一在微波频率下实现量子极限的器件。描述JPA的标准方法仅考虑最低阶（三次）非线性，从而导致类Duffing振荡器运动方程或哈密顿量中的克尔型非线性项。在本文中，我们推导出了JPA增益的量子表达式，其中包括线性响应区域中所有阶的约瑟夫森结非线性。然后，我们分析了半经典方法中较强信号的增益饱和效应。我们的研究结果揭示了高阶非线性效应及其对JPA操作的影响。
2015-09-21 quant-ph
Atom-resonant squeezed light from a tunable monolithic ppRKTP parametric amplifier
利用可调谐、双共振、单片亚阈值光参量振荡器，在双极化掺铷磷酸钛氧钾晶体中实现了铷原子D1线（795 nm）的真空压缩.最近在这种材料中观察到的强色散光学非线性压缩似乎没有减弱。
2018-01-06 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
Circuit quantum electrodynamic model of dissipative-dispersive Josephson traveling-wave parametric amplifiers
本文建立了含衬底损耗和热涨落的约瑟夫森行波参量放大器量子模型，推导出弱信号场解析解，成功预测了非零衬底损耗导致的不对称增益谱及等效输入噪声，并与实验数据高度吻合。
2022-10-18 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
Modeling Josephson traveling-wave parametric amplifiers with electromagnetic and circuit co-simulation
本文提出基于电磁与电路协同仿真的约瑟夫森行波参量放大器建模方法，直接进行全波电磁分析并提取S参数，输入非线性谐波平衡仿真器，仿真结果与实验吻合良好。
2025-09-10 quant-ph
Optimizing Josephson-Ring-Modulator-based Josephson Parametric Amplifiers via full Hamiltonian control
约瑟夫森参量放大器（JPA）是一种非线性器件，用于微波领域的量子传感和量子比特读出。虽然JPA通常在量子极限下工作，但它们的增益在非常小（很少光子）的输入功率下饱和。在以前的工作中，我们表明，JPA的饱和功率不受泵浦耗尽的限制，而是由约瑟夫森结的高阶非线性，非线性电路元件，使放大JPA。在这里，我们提出了一个系统的研究，在JPA的非线性，我们显示的非线性限制的饱和功率，并提出了一个策略，用于优化电路参数，以实现最佳的JPA。为了具体起见，我们专注于JPA是围绕约瑟夫森环调制器（JRM）。我们表明，通过调整外部和并联电感，我们应该能够采取最好的实验可用的JPA和改善其饱和功率的$\sim 15$ dB。最后，我们认为，我们的方法和定性结果是适用于广泛的腔基JPA。
2020-05-15 quant-ph
Decomposing a pulsed optical parametric amplifier into independent squeezers
讨论了超短脉冲抽运行波光参量放大器中特征压缩模的概念。特征模经历解耦的单模压缩变换，因此它们形成了描述整个多模系统演化的有用基础。这为参量荧光的量子统计特性提供了一个优雅而直观的图像。分析了正交压缩的检测效率，并给出了一个实际非线性介质的数值计算结果。
2006-01-25 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
Periodic squeezing in a polariton Josephson junction
利用克尔非线性产生压缩光是一种众所周知的方法，可以超越沿给定场正交的量子噪声极限。然而，在弱非线性的最常见的制度，一个单一的克尔谐振器是无法提供适当的场振幅和压缩之间的相互关系，需要诱导一个相当大的偏离泊松统计。我们的实验表明，弱耦合玻色子模式允许探索压缩和位移之间的相互作用，这可能会引起强烈的偏离泊松统计。特别是，我们报告的周期聚束在约瑟夫森结形成的两个耦合激子极化激元模式。量子模型将聚束追溯到正交压缩的存在。我们的结果，连接光的统计压缩，是一个先驱的非经典特性的研究在半导体微腔和其他弱非线性玻色子系统。
2017-11-10 quant-ph
Recovery of continuous wave squeezing at low frequencies
我们提出并证明了一个系统，使用一对光学参量放大器产生压缩真空。该方案允许在压缩真空上产生相位边带，这有利于下游应用中的相位锁定。我们观察到强，稳定锁定，连续波真空压缩频率低至220千赫。我们提出了一种替代的谐振腔结构，以克服由光学参量放大器引起的低频压缩退化。
2002-05-16 quant-ph
Generation of polarization squeezed light with an optical parametric amplifier at 795 nm
报道了利用正交压缩光束与相干光束合成795 nm偏振压缩光束的实验结果。利用基于PPKTP晶体的简并光参量放大器产生正交压缩光束。观察到Stokes参量压缩为-3.8dB，反压缩为+5.0dB。这种与铷原子D1线共振的偏振压缩光束在量子信息网络和超越散粒噪声极限的精密测量中具有潜在的应用价值。
2017-06-01 quant-ph
A degenerate three-level laser with a parametric amplifier
本文研究了简并三能级激光器腔中含有简并参量放大器时光场的压缩和统计特性。在这个量子光学系统中，注入激光腔中的三能级原子的上、下能级通过参量放大器输出的泵浦模耦合。当线性增益系数为100，腔体阻尼系数为0.8时，在稳态和阈值时，腔内压缩最大值为93%。
2007-06-05 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
Parametric Amplification in Kerr Nonlinear Resonators: A theoretical review of Josephson Parametric Amplifiers
本文对超导电路中用于量子极限信号放大的约瑟夫森参量放大器（JPAs）开展理论综述，推导强泵浦下的动力学方程与稳态解，线性化分析弱信号响应并得到增益表达式，数值探究增益与频率失谐、泵浦强度的关系，为该领域后续研究提供参考。
2025-07-30 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
Spin squeezing in internal bosonic Josephson junctions via enhanced shortcuts to adiabaticity
本文提出用增强绝热捷径（eSTA）方法在内部玻色子约瑟夫森结中高效稳健地制备自旋压缩态，相比传统STA方法缩短制备时间并增强鲁棒性，有利于量子增强计量学实验实现。
2023-11-17 quant-ph
Modulation of entanglement between two oscillators separated in space with an optical parametric amplifier
我们提出了一种利用光学参量放大器产生的压缩腔场来调制空间分离的两个振子之间的纠缠的方案，而不是利用库仑相互作用直接注入压缩腔场.我们证明了振子间的库仑相互作用是纠缠存在的根本原因。由于光参量放大器的增益和驱动光参量放大器的泵浦光的相位可以同时调制压缩腔场，从而调制了腔场与振荡器之间的辐射压相互作用。我们发现，辐射压相互作用和库仑相互作用同时作用于振子时，这两种相互作用之间存在着竞争效应。因此，在库仑相互作用的辅助下，可以实现对纠缠的调制。数值模拟结果表明，在实验可行的范围内，与已有的方案相比，该方案对环境温度具有更强的鲁棒性。
2016-06-29 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
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
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
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
Influence of the spectral bandwidth in the entanglement of a nondegenerate parametric amplifier
我们提出了一个简单的非简并参数相互作用的模型，考虑到有限的频谱带宽的泵浦波。精确求解了Heisenberg运动方程，并证明了玻色算符服从广义Bogoliubov变换，其中压缩度依赖于谱带宽.计算了在相互作用中产生的平均光子数、压缩度和纠缠度，结果表明它们随光谱带宽的增加而减小。
2012-03-11 quant-ph
Time Domain Design of a Josephson Parametric Amplifier and Comparison with Input Output Theory
针对量子计算机中约瑟夫森参量放大器（JPA）的设计分析，提出基于等效电路模型、使用开源约瑟夫森电路模拟器的时域方法，与传统输入输出理论比较，可支持多目标电路优化并显著缩短设计时间。
2025-08-25 physics.app-ph quant-ph
Multiplexed Readout of Transmon Qubits with Josephson Bifurcation Amplifiers
实现单个量子比特的读出是可扩展超导量子处理器发展中的一个主要挑战。我们已经实现了多路复用读出的四transmon量子位电路使用非线性谐振器操作约瑟夫森分叉放大器。我们证明了拉比振荡的四个transmons的同时测量。我们发现，多路复用约瑟夫森分叉是一种高保真度的读出方法，其可扩展性是不受限制的需要一个大的带宽近量子限制放大器的情况下，与线性读出谐振器。
2014-10-24 cond-mat.supr-con quant-ph
Wireless Josephson Amplifier
约瑟夫森结参量放大器在超导量子信息实验的读出链中起着至关重要的作用。然而，它们与当前3D腔实现的集成提出了在波导、同轴电缆和平面电路之间转换的问题。此外，约瑟夫森放大器需要辅助微波组件，如定向耦合器和/或混合器，其是限制测量效率和放大器可调谐性的寄生损耗和阻抗失配的来源。我们为这些参量放大器开发了一种新的无线架构，消除了多余的微波元件和互连。这大大简化了它们的组装和集成到实验中。我们提出了一个实验实现这样的设备在$9-11$ GHz频段约$100$ MHz的幅度增益带宽产品，与安装在传统的样品架上的设备。呈现给放大器的更简单的阻抗环境也导致放大器可调谐性增加。
2014-07-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Improving the phase super-sensitivity of squeezing-assisted interferometers by squeeze factor unbalancing
本文从理论上研究了由两个参量放大器级联而成的SU（1，1）干涉仪以及前加挤压器后加反挤压器的普通SU（2）干涉仪的灵敏度特性。几种可能的实验配置被认为是，如种子光束，直接或零差检测方案的存在或不存在。在所有情况下，我们制定的最佳条件，以实现相位超灵敏度，这意味着灵敏度克服散粒噪声限制。我们表明，对于一个给定的增益的第一参量放大器，不平衡的干涉仪，通过增加第二放大器的增益提高了干涉仪的性能。特别地，通过增益不平衡可以实现更宽的超灵敏度相位范围和更好的总体灵敏度。
2016-11-27 quant-ph
Topological Josephson Bifurcation Amplifier: Semiclassical theory
基于约瑟夫森结的放大器允许快速和非侵入性地读出超导量子比特。基于Majorana束缚态实现容错量子比特的进展，我们研究了Josephson分叉放大器的拓扑对应物。我们预测，拓扑约瑟夫森结的分岔动力学驱动在适当的参数制度，可作为一个额外的工具来检测出现的马约拉纳束缚态。
2021-07-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Modeling flux tunability in Josephson Traveling Wave Parametric Amplifiers with an open-source frequency-domain simulator
针对约瑟夫森行波参量放大器（JTWPA）磁通偏置特性难以用解析模型解释且现有开源时域模拟器仿真慢的问题，本研究使用频域开源模拟器JosephsonCircuits.jl（比时域方法快约10000倍）建模其增益性能，并通过数值与实验结果验证了该方法的有效性。
2024-08-30 quant-ph
Nonreciprocal microwave signal processing with a Field-Programmable Josephson Amplifier
我们的现场可编程约瑟夫森放大器（FPJA）的设计和实施报告-一个紧凑的和无损的超导电路，可以编程\textit{in situ}由一组微波驱动器执行互易和非互易频率转换和放大。在这项工作中，我们演示了四种工作模式：频率转换（$-0.5~\mathrm{dB}$传输，$-30~\mathrm{dB}$反射），循环（$-0.5~\mathrm{dB}$传输，$-30~\mathrm{dB}$反射，$30~\mathrm{dB}$隔离），相位保持放大（增益$>20~\mathrm{dB}$，$1~\mathrm{photon}$的添加噪声）和定向相位保持放大（$-10~\mathrm{dB}$反射，$18~\mathrm{dB}$正向增益，$8~\mathrm{dB}$反向隔离，$1~\mathrm{photon}$的添加噪声）。该系统表现出定量与理论预测。基于Nb/Al-AlO $_x$ /Nb Josephson结的梯度超导量子干涉器件（SQUID），FPJA对磁通噪声具有一阶不敏感性，可在低温下无磁屏蔽工作。由于其灵活的设计和与现有超导制造技术的兼容性，FPJA提供了一条直接的途径，可以与超导量子电路（如量子比特或微波光机系统）进行片上集成。
2016-12-05 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
The reconfigurable Josephson circulator/directional amplifier
环行器和定向放大器是用于各种应用的微波读出链中涉及的关键非互易信号路由和处理元件。它们在超导量子信息领域尤其重要，在该领域，器件还需要具有最小的光子损失以保持信号的量子相干性。每个设备的传统商业实现都遭受损失，并且是根据非常不同的物理原理构建的，这导致了用于构建其量子限制版本的单独策略。然而，正如最近提出的理论，通过建立同步成对转换和/或增益过程之间的三个模式的约瑟夫森结为基础的超导微波电路，它是可能的赋予电路的功能，无论是相位保持定向放大器或环行器。在这里，我们实验证明这两种模式的操作相同的电路。此外，在定向放大器模式下，我们表明，噪声性能与标准的非定向超导放大器相当，而在循环器模式下，我们表明，循环的意义是完全可逆的。我们的设备在两种操作模式下都比以前的建议和实现简单得多，只需要三个微波泵。它提供了灵活性的优势，因为它可以在其泵条件改变时在操作模式之间动态切换。此外，通过证明一个单一的三波过程产生的非互易器件与可重构功能，我们的工作为未来的发展，更复杂的方向性电路，并具有良好的片上集成的前景。
2015-10-27 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
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
Impact of Pump Phase-Noise on Josephson Traveling-Wave Parametric Amplifiers
Quantum Engineering Solutions (QES), Keysight Technologies Inc.（量子工程解决方案（QES），是德科技有限公司）；Design Engineering Software (DES), Keysight Technologies Inc.（设计工程软件（DES），是德科技有限公司）
研究发现约瑟夫森行波参数放大器中三波混频过程比四波混频过程更易受泵浦相位噪声影响，高频率偏移下相位噪声显著增加，多项式模型和循环平稳性验证了仿真结果。
2026-04-10 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
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
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
Numerical simulations of Josephson Traveling Wave Parametric Amplifiers (JTWPAs): comparative study of open-source tools
本文比较了WRSPICE、PSCAN2和JosephsonCircuit.jl三种开源工具在模拟约瑟夫森行波参量放大器非线性行为中的原理与性能，为相关数值模拟提供了任务指南。
2024-02-19 quant-ph
Relationship between spin squeezing and single-particle coherence in two-component Bose-Einstein condensates with Josephson coupling
研究了具有约瑟夫森耦合的双模玻色子系统的自旋压缩。发现了最大压缩时刻的压缩与单粒子相干性之间的精确关系，为在原子干涉实验中通过读出相干性来测量压缩提供了一种更直接的方法。我们明确地证明了最强的压缩是沿$J_z$轴的，表明原子数压缩态的出现。通过大量的数值模拟，得到了最强压缩和最佳耦合与粒子数$N$的幂律关系。
2009-01-08 cond-mat.other physics.atom-ph 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
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
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
Optimizing the pump coupling for a three-wave mixing Josephson parametric amplifier
本研究通过微波滤波技术优化三波混频JPA的泵浦耦合方案，在SNAIL基JPA中实现了功率效率和泵浦泄漏抑制三个数量级以上的提升，同时保持了高动态范围和近量子极限噪声性能，并增强了对泵浦端口噪声的鲁棒性。
2025-05-28 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
Selective Single and Double-Mode Quantum Limited Amplifier
本研究研发了基于超导动力学电感的新型量子极限放大器，突破约瑟夫森结放大器的温度、功率等局限，可在4.5K下选择性工作于单/双模模式，增益高、噪声低且抗磁场、可靠性强。
2024-06-07 quant-ph
Technical Review on RF-Amplifiers for Quantum Computer Circuits: New Architectures of Josephson Parametric Amplifier
本文综述了用于量子计算机电路的约瑟夫森参量放大器技术，对比了CMOS、HEMT和JPA在低温下的性能，并提出基于约瑟夫森结阵列的新架构以克服单结JPA的增益压缩和动态范围限制，提升功率处理、线性度和相干性。
2025-07-17 physics.app-ph quant-ph
