Performance of cavity-parametric amplifiers, employing Kerr nonlinearites, in the presence of two-photon loss
双光子损耗机制通常伴随着克尔非线性。超导传输线所表现出的动力学电感提供了一个克尔类非线性的例子,它伴随着双光子吸收型的非线性电阻。这种非线性耗散会降低采用类克尔非线性作为增益或混频介质的放大器和混频器的性能。作为参量放大器设计的一种辅助手段,我们提供了一个腔参量放大器采用克尔非线性,伴随着双光子吸收损耗的量子分析。由于它们在诊断中的有用性,我们获得了腔体内的泵浦振幅的表达式,反射系数的泵浦振幅反射的腔,参量增益,和互调增益。给出了计算压缩度的表达式。
2005-11-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con 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
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
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
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
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
Demonstration of a Quantum Noise Limited Traveling-Wave Parametric Amplifier
本文提出一种采用倒置NbTiN微带和非晶硅电介质的纯行波参量放大器,通过色散工程实现阻抗匹配与三波混频相位匹配,在20 mK下获得20 dB增益及量子限制噪声性能,并在相位敏感频率处实现8 dB真空噪声压缩。
2023-06-23 astro-ph.IM 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
A Traveling-Wave Parametric Amplifier With Integrated Diplexers
National Institute of Standards and Technology(美国国家标准与技术研究院);Colorado School of Mines(科罗拉多矿业学院);University of Colorado(科罗拉多大学)
本文提出了一种集成了芯片输入和输出混频器的行波参数放大器,以实现紧凑、可扩展的超导电路读出解决方案。
2026-03-12 physics.app-ph physics.ins-det 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
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
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
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
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
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
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
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
Three-wave mixing traveling-wave parametric amplifier with periodic variation of the circuit parameters
本文实现了一种基于440个SNAIL环路和色散工程的近量子极限三波混频行波参量放大器,通过抑制高阶谐波实现20 dB增益、1 GHz带宽及低于一个光子的附加噪声。
2022-09-15 physics.app-ph quant-ph
Three wave mixing vacuum squeezing generation in a SNAIL-based Traveling-Wave Parametric Amplifier with alternated flux polarity
CNR-SPIN(意大利国家研究委员会自旋物理中心);Dipartimento di Fisica “Ettore Pancini”, Università di Napoli “Federico II,”(那不勒斯费德里科二世大学埃托雷·潘奇尼物理系);Université Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP, Institut Néel(格勒诺布尔阿尔卑斯大学);Dipartimento di Ingegneria Civile e Meccanica (DICEM), Università di Cassino e Lazio Meridionale(卡西诺与拉齐奥南部大学土木机械工程系);Dipartimento di Ingegneria Elettrica e delle Tecnologie dell’Informazione, Università degli Studi di Napoli Federico II(那不勒斯费德里科二世大学电气与信息技术工程系)
本文研究了基于SNAIL的行波参数放大器中通过残余三波混频生成真空压缩的现象,探讨了四波混频与三波混频非线性竞争的影响,为微波光子学应用提供了新见解。
2026-05-12 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
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
High-Efficiency, Low-Loss Floquet-mode Traveling Wave Parametric Amplifier
针对容错量子计算所需的量子限幅放大器难以兼顾量子效率与多路复用能力的问题,实验演示首个Floquet模式行波参量放大器,实现近量子限幅噪声、低损耗和宽带工作,在超导量子比特读出中获最高系统测量效率,适用于大规模量子系统。
2025-04-15 quant-ph
Investigating pump harmonics generation in a SNAIL-based Traveling Wave Parametric Amplifier
本文实验研究了基于SNAIL的约瑟夫森行波参量放大器,重点分析泵浦二次和三次谐波产生与放大行为,并通过瞬态数值模拟揭示了约瑟夫森结制造缺陷对谐波产生和增益的影响。
2024-10-04 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
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
A Traveling-Wave Parametric Amplifier and Converter
National Institute of Standards and Technology(美国国家标准与技术研究院);University of Colorado(科罗拉多大学)
本文提出一种集成化行波参数放大器,实现宽带前向放大和后向隔离,减少超导量子计算机扩展时的读出硬件开销。
2026-03-13 astro-ph.IM physics.ins-det quant-ph
Optimizing the nonlinearity and dissipation of a SNAIL Parametric Amplifier for dynamic range
提出了一种新的基于量子限域约瑟夫逊结的三波混频参量放大器--SNAIL参量放大器(SPA),它采用超导非线性非对称电感元件(SNAIL)阵列作为可调谐非线性源。我们展示了如何通过改变设备的物理设计来设计多个数量级的非线性。作为设计参数的函数,我们系统地探讨了限制动态范围的两个重要的放大器非理想性:增益压缩和互调失真的现象,其最小化对于高保真多量子比特读出至关重要。通过与多个器件的第一性原理理论的比较,我们演示了如何优化这些基于SNAIL的参量放大器的非线性和输入输出端口耦合,以实现更高的饱和功率,而不牺牲任何其他理想的特性。在我们的工作中阐述的方法可以扩展到改善所有形式的参数诱导混合,可以用于量子信息的应用。
2018-12-20 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
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
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
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
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
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
Josephson traveling-wave parametric amplifier based on low-intrinsic-loss coplanar lumped-element waveguide
本研究提出基于低损耗共面集总元件波导的JTWPA,采用开路短截线电容等实现低插入损耗,引入加窗正弦调制抑制增益纹波,在实用电路中仍保持宽频带、近量子极限噪声的良好性能。
2025-10-29 physics.app-ph 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
Josephson parametric amplifier with Chebyshev gain profile and high saturation
本文提出基于三阶切比雪夫匹配网络的约瑟夫森参量放大器,实现20 dB增益、500 MHz带宽和-73 dBm高饱和功率,并验证其近量子极限噪声性能及互调失真特性。
2023-05-28 physics.app-ph 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
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
Stability and quasi-normal ringing in analogue black-white holes in SNAIL-based traveling-wave parametric amplifiers
Okayama University of Science(冈山科学大学);Hiroshima University(广岛大学);Dartmouth College(达特茅斯学院);Kyoto University(京都大学)
本文研究了SNAIL基行波参数放大器中类黑-白孔的稳定性与准正常模式,通过主方程和半解析方法分析了非线性色散效应及ringdown现象。
2026-05-12 gr-qc quant-ph
Improved microwave SQUID multiplexer readout using a kinetic-inductance traveling-wave parametric amplifier
本文在微波 SQUID 多路复用器读出链路中引入 KITWPA,显著降低磁通噪声,并通过 TES 微量热计实验验证了灵敏度与带宽利用的提升。
2023-03-07 astro-ph.IM 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
Magnetic-Field and Temperature Limits of a Kinetic-Inductance Traveling-Wave Parametric Amplifier
University of Cologne(科隆大学);Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology(加州理工学院喷气推进实验室);Department of Applied Physics and Materials Science, California Institute of Technology(加州理工学院应用物理与材料科学系);JARA Institute for Quantum Information (PGI-11), Forschungszentrum Jülich(于利希研究中心JARA量子信息研究所);Quantum Research Center, Technology Innovation Institute(技术创新研究院量子研究中心)
本研究探究磁场与温度对薄NbTiN反向微带动电感行波参量放大器性能的影响,验证了其在较高磁场和3K温度下的工作能力,为多类量子与探测领域应用提供了新可能。
2025-09-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
X-parameter based design and simulation of Josephson traveling-wave parametric amplifiers for quantum computing applications
我们提出了一个有效的,准确的,全面的分析框架,通用的,多端口非线性参数电路,在存在损耗电路元件的耗散,基于“量子适应”的X参数。我们将这种方法应用于约瑟夫森行波参量放大器(JTWPAs)-超导和自旋量子位量子计算架构中的关键组件-由于其数千个线性和非线性电路元件,精确建模具有挑战性。X参数从经典非线性电路的谐波平衡解产生,然后映射到场梯算子基,使得与多个相互作用模式中的每一个相关联的能量对应于光子占有率,而不是经典功率波。一个通用的,多端口,多频率参数电路的量子效率的显式关系,并评估两个不同的JTWPA设计。增益和量子效率与从时域解的傅立叶分析获得的增益和量子效率一致,但具有增强的准确性、速度以及无缝地包括真实世界损伤、统计变化、寄生效应和阻抗失配(带内和带外)的能力。统一流程在是德科技的PathWave高级设计系统(ADS)中实现,并在麻省理工学院作者的开源仿真代码JosephsonCircuits.jl中独立实现。
2022-11-10 physics.app-ph 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
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
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
Quantum-limited traveling-wave parametric amplifier based on DUV-defined planar structures
Swiss Federal Institute of Technology Lausanne (EPFL)(洛桑联邦理工学院);Institute of Electrical and Micro Engineering (IEM)(电气与微电子工程研究所);Center for Quantum Science and Engineering(量子科学与工程中心);WithWave Co., Ltd.(WithWave有限公司)
本文提出一种结合深紫外光刻平面元件与电子束刻蚀约瑟夫森结的行波参量放大器,实现了紧凑型、低损耗且接近量子极限的放大器,为大规模量子系统提供低温微波硬件的可行路径。
2026-08-26 quant-ph
Non-Linearities In Atomic Quantum Receivers: Harmonic And Intermodulation Distortion
Rydberg Technologies Inc.(Rydberg科技有限公司)
该研究针对里德伯原子射频接收器的非线性特性,通过单音、双音测试表征了其谐波与互调失真等多项性能指标,发现其在合适条件下失真抑制效果优于经典器件,并提出可利用其独特非线性实现安全通信应用。
2025-07-10 physics.atom-ph physics.ins-det quant-ph
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
Low-noise cryogenic microwave amplifier characterization with a calibrated noise source
本文针对参量放大器噪声表征中的常见错误,介绍基础方法,并通过三种放大器实例,强调使用50Ω散粒噪声隧道结作为宽带噪声源,突出损耗和闲频模式的影响。
2023-12-22 quant-ph
Optimizing Pump Conditions of Parametric Amplifiers for Fast Multiplexed Readout of Superconducting Qubits
Quantum Machines Inc.(量子机器公司);IQCC(以色列量子计算中心);SKKU Advanced Institute of Nanotechnology, Sungkyunkwan University(成均馆大学SKKU纳米技术高等研究院);Department of Quantum Information Engineering, Sungkyunkwan University(成均馆大学量子信息工程系)
提出针对快速复用读取优化参量放大器泵浦条件的策略,通过最大化限制性量子比特的信噪比提升来最小化总复用读取时间,实验验证将读取时间减少320纳秒。
2026-06-23 quant-ph