Kinetic Inductance Traveling Wave Amplifiers For Multiplexed Qubit Readout
描述了一种适用于超导量子信息测量的动力学电感行波放大器,并对其宽带散射和噪声特性进行了表征。我们使用机械微波开关校准放大器的四个散射参数的设备输入和输出连接器在稀释冰箱的基础温度和可调温度负载表征放大器的噪声。最后,我们展示了两个超导transmon量子比特的高保真同时色散读出。KIT放大器提供了两个读出音调的低噪声放大,读出精度为83%和89%,对量子比特寿命和相干性的影响可以忽略不计。
2018-11-27 quant-ph
Broad Spectrum Coherent Frequency Conversion with Kinetic Inductance Superconducting Metastructures
本文提出一种基于非对称动态电感网格的多模超导超构材料,实现宽频段高效参量频率转换,且频率可由外磁场连续调谐,适用于量子计算与通信。
2025-03-12 quant-ph
Path-entangled radiation from kinetic inductance amplifier
本研究提出一种动电限量子极限放大器,通过产生单模压缩态并分配至微波谐振器端口,确定性生成稳态路径纠缠微波辐射,兼具制备与操作优势,为量子技术及量子力学基础研究提供新路径。
2024-06-19 quant-ph
Onset of phase diffusion in high kinetic inductance granular aluminum micro-SQUIDs
超导颗粒铝由于其高动态电感和低损耗而引起越来越多的关注,有利于其在动态电感粒子探测器、超导谐振器或量子比特中的应用。我们进行开关电流测量DC-SQUID,通过引入两个相同的几何收缩颗粒铝环的各种正常状态的结晶度范围从$ρ_\mathrm{n} = 250\,μΩ\mathrm{cm}$到$5550\,μΩ\mathrm{cm}$。SQUID回路的相对高的动力学电感(在数十nH的范围内)导致所测量的开关电流相对于磁通量的调制的抑制,伴随着朝向三角形形状的失真。我们观察到的开关电流直方图的温度依赖性的变化,增加正常状态的膜电阻率。这种行为表明,超导相的扩散运动的开始跨越收缩的二维搓衣板潜在的SQUID,这可能是由当地的电磁环境的变化,增加正常状态的电导率的薄膜。
2019-08-29 cond-mat.supr-con quant-ph
Millimetre Wave Kinetic Inductance Parametric Amplification using Ridge Gap Waveguide
我们提出的超导脊隙波导(RGWG)的设计和模拟方法作为一个潜在的基础,毫米波动态电感行波参量放大器(KI-TWPAs)。超导RGWG的设计使用Ansys HFSS支持准TEM模式的传输在20至120 GHz的带宽与其内部尺寸优化与W波段矩形波导集成。描述了一种包含脊周期性扰动的阻抗加载行波结构的设计。介绍了一种在Keysight ADS中通过用户自定义元件模拟非线性动态电感的方法,得到了与功率相关的S参数和参数信号增益。具有30 nm NbTiN涂层和5 μ m导体间距的RGWG(对应于动力学电感分数$α\sim 60\%$)用于描述具有900个扰动的KI-TWPA,其等效于物理长度25 cm,通过4波混频(4 WM)在75- 110 GHz带宽上实现超过10 dB的信号增益。
2022-09-14 cond-mat.supr-con quant-ph
Measuring kinetic inductance and superfluid stiffness of two-dimensional superconductors using high-quality transmission-line resonators
提出一种利用高品质因数超导谐振器测量范德华超导体动态电感和损耗的新技术,通过等效电路模型提取超导参数,并在铝和二硒化铌中验证了其准确性与应用潜力。
2024-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
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
Fast On-Chip Thermometry with TiN Kinetic Inductance Resonators in 22 nm Process Technology
Quantum Motion(量子运动);Imperial College London(帝国理工学院);CIC nanoGUNE Consolider(纳米GUNE联合创新中心);IKERBASQUE, Basque Foundation for Science(伊卡巴萨克,巴斯克科学基金会)
本研究基于22nm FDSOI芯片集成的TiN动力学电感谐振器,实现了亚毫开尔文灵敏度的快速片上测温,揭示了低温下热传播与弛豫的两种机制,可用于探测量子处理器的非平衡温度动态。
2026-08-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Minimizing Kinetic Inductance in Tantalum-Based Superconducting Coplanar Waveguide Resonators for Alleviating Frequency Fluctuation Issues
本文针对钽基超导共面波导谐振器因动态电感较大导致的频率波动问题,从制造和设计两方面优化,将频率波动降低超过100倍,同时保持高内部品质因数,为钽在大规模超导芯片中的应用提供新思路。
2024-05-05 quant-ph
Initial Design of a W-band Superconducting Kinetic Inductance Qubit (Kineticon)
超导量子比特广泛应用于量子计算研究和工业中。我们描述了一个超导动力学电感量子比特(并引入术语Kineticon来描述它)在W波段的频率与非线性纳米线部分,提供了两个不同的量子能态所需的非谐性。以更高的频率操作量子位可以放松对这些设备的稀释冰箱温度要求,并为多路复用大量量子位铺平道路。毫米波操作需要具有相对高的$T_c$的超导体,这意味着高间隙频率2 $Δ/h$,超过该间隙频率,光子破坏库珀对。例如,具有$T_c =15\,\text{K}$的NbTiN具有接近1.4 THz的间隙频率,这比铝的间隙频率(90 GHz)高得多,从而允许在整个毫米波段内操作。在这里,我们描述了一个W波段Kineticon量子比特嵌入在一个3-D腔的设计和模拟。我们进行经典的电磁计算所产生的场分布。
2021-03-14 cond-mat.supr-con quant-ph
Pure kinetic inductance coupling for cQED with flux qubits
本研究提出一种基于纯动电感耦合的通量量子比特cQED读取架构,可独立设计色散频移,验证了多量子比特区域特性,实现了与传统架构相当的高保真低泄漏读取性能。
2024-09-10 quant-ph
Ultrahigh-inductance materials from spinodal decomposition
针对无序超导氮化物提升动电感面临材料质量受损的挑战,提出通过调幅分解大幅提高超导材料动电感的方法,以Ti0.48Al0.52N为模型首次实现绝缘体-超导体转变,测得动电感提升2-3个数量级,为先进超导量子电路的电感控制铺平道路。
2023-11-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con quant-ph
High-speed phonon imaging using frequency-multiplexed kinetic inductance detectors
我们提出了一种利用耦合到一个单一的传输线的频率复用超导谐振器阵列的声子在硅片中的传播测量。电子读出允许完全同步的阵列采样,每谐振器带宽为1.2 MHz,允许子$μ$ s阵列成像。这项技术成就在各种低温应用中可能至关重要,包括单光子计数,量子计算和暗物质搜索。
2010-06-18 cond-mat.supr-con physics.ins-det 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
Strong kinetic-inductance Kerr nonlinearity with titanium nitride nanowires
无序超导薄膜如氮化钛(TiN)在单光子水平上表现出大的动力学电感(KI)、高的临界温度和大的品质因数。KI非线性可以被利用作为约瑟夫森结的替代物,用于创建具有在更高频率和升高的温度下操作的潜力的新型非线性量子器件。我们研究了一种放大KI非线性的方法,通过用小体积的$V \simeq 10^{-4}\text{um}^3$来限制纳米线中共振电磁模式的电流密度。利用这一概念,我们实现了微波频率克尔腔的最大克尔位移每光子的$K/2π= 123.5 \pm 3$ kHz和报告的非线性线宽比$K/γ= 21\%$。通过改进设计,我们的器件有望接近毫米波光谱中的强量子非线性机制。
2022-07-30 cond-mat.supr-con quant-ph
Kinetic Inductance Traveling Wave Parametric Amplifiers Near the Quantum Limit: Methodology and Characterization
本文提出基于NbTiN动生电感的行波参量放大器仿真与设计框架,通过三波混频实现高增益、近量子极限噪声,并展示优于约瑟夫森结器件的动态范围和磁场耐受性。
2025-07-10 quant-ph
SKIFFS: Superconducting Kinetic Inductance Field-Frequency Sensors for Sensitive Magnetometry in Moderate Background Magnetic Fields
我们描述了灵敏的磁力计使用集总元件谐振器从超导薄膜的NbTiN。利用大的动力学电感的超导体,我们证明了一个连续的共振频率偏移的$27$ MHz的磁场变化的$1.8~μ$ T内的垂直背景场为60 mT。通过使用相敏读出的微波传输通过传感器,我们测量相移实时与$1$度/nT的灵敏度。我们目前的测量噪声谱密度的传感器,并发现它们的场灵敏度至少是在一个到两个数量级的超导量子干涉器件工作在零背景场。我们的超导动态电感场频传感器可在至少0.2 T的中等垂直背景场存在下进行实时磁力测量。我们的传感器的应用包括长相干电子自旋共振测量和量子计算中磁场的稳定。
2018-10-11 physics.ins-det quant-ph
Spatially Resolved Optical Responses of a High-Kinetic-Inductance Microwave Resonator
Yokohama National University(横滨国立大学);National Institute of Information and Communications Technology(信息通信研究机构)
本研究通过激光扫描微波光谱系统测量了高动能感应微波谐振腔的局部光学响应,揭示了谐振腔与双态系统之间的关联,为量子转换器和单光子探测器设计提供新见解。
2025-11-17 quant-ph
Junction-free microwave two-mode radiation from a kinetic inductance nanowire
本研究利用NbN超导纳米线的强Kerr非线性,通过四波混频实现了无结微波双模压缩态辐射,为抗磁场的量子信息处理提供了新方案。
2024-02-12 quant-ph
A Near Quantum Limited Sub-GHz TiN Kinetic Inductance Traveling Wave Parametric Amplifier Operating in a Frequency Translating Mode
本研究设计并表征了基于TiN蜿蜒微带线的亚GHz动能电感行波参量放大器,工作于频率转换模式,在450-850MHz范围实现最高22dB增益,泵浦功率较NbTiN方案低一个数量级,可用于多领域高灵敏测量。
2025-01-14 quant-ph
Latched Detection of Zeptojoule Spin Echoes with a Kinetic Inductance Parametric Oscillator
本研究利用动态电感构建的超导微波谐振器参量自振荡陡峭边界实现探测,测得仄焦耳级波包探测效率,并应用于硅中铋施主电子自旋共振测量,实现振幅比自旋回波高500倍的锁存读出。
2023-11-07 quant-ph
Kinetic Inductance and Jitter Dependence of the Intrinsic Photon Number Resolution in Superconducting Nanowire Single-Photon Detectors
本研究针对超导纳米线单光子探测器的光子数分辨受电学特性与读出抖动限制的问题,通过时间分辨测量探究动生电感和抖动的影响,发现提升动生电感可增强分辨能力但会降低计数率,揭示了二者的权衡关系。
2024-10-30 physics.optics 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
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-wave mixing kinetic inductance traveling-wave amplifier with near-quantum-limited noise performance
本文提出了一种微波动态电感行波放大器的理论模型和实验特性。用散粒噪声隧道结(SNTJ)测量了这种放大器的噪声性能,结果表明这种放大器的噪声性能接近量子极限。偏置直流电流,在三波混频的方式,从而减少了几个数量级的微波泵音和相关的寄生加热相比,传统的四波混频KIT设备的功率。它由一个50欧姆的人工传输线,其分散允许一个受控的放大带宽。我们测量了2 GHz带宽内的$16.5^{+1}_{-1.3}$ dB增益,输入1 dB压缩功率为-63 dBm,与理论定性一致。使用一个理论框架,占SNTJ产生的噪声进入信号和空闲端口的KIT,我们测量系统增加的噪声的放大链,集成的KIT作为第一个放大器。这种系统增加的噪声,$3.1\pm0.6$量子(相当于$0.66\pm0.15$ K)在3.5和5.5 GHz之间,是在该链中取代SNTJ的设备将看到的噪声。因此,该KIT适合于读取大阵列的微波动力学电感探测器,并有望用于多路复用超导量子比特读出。
2020-11-03 astro-ph.IM quant-ph
A 4-8 GHz Kinetic Inductance Travelling-Wave Parametric Amplifier Using Four-Wave Mixing with Near Quantum-Limit Noise Performance
本研究设计制备了基于NbTiN微带线四波混频的4-8 GHz KI-TWPA,实现超20 dB最大增益、近量子极限噪声,可用于低温探测器与超导量子比特读出。
2024-06-03 astro-ph.IM quant-ph
Performance of a Kinetic-Inductance Traveling-Wave Parametric Amplifier at 4 Kelvin: Toward an Alternative to Semiconductor Amplifiers
量子计算或传感中的大多数微波读出架构依赖于4 K下的半导体放大器,通常是高电子迁移率晶体管(HEMT)。尽管具有出色的噪声性能,但传统的HEMT会消耗几毫瓦的功率,这对扩大这些架构中的量子位或传感器数量构成了实际挑战。作为一种替代方案,我们提出了一个放大链的动态电感行波参量放大器(KI-TWPA)放置在4 K,其次是一个HEMT放置在70 K,并证明了链添加的噪声$T_Σ= 6.3\pm0.5$ K之间的3.5和5.5 GHz。虽然,在原则上,任何参量放大器可以量子限制,即使在4 K,在实践中,我们发现KI-TWPA的性能受到其输入的温度,并通过过量的噪声$T_\mathrm{ex} = 1.9$ K。KI-TWPA的射频泵的耗散构成了4K下的主要功率负载,约为HEMT的1%。这些综合的噪声和功耗值为KI-TWPA用作半导体放大器的替代品铺平了道路。
2021-10-15 astro-ph.IM quant-ph