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
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
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
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
An RF-Driven Josephson Bifurcation Amplifier for Quantum Measurements
我们已经构建了一种新型的放大器，其主要目的是读出超导量子比特。它是基于一个射频驱动的约瑟夫森结之间的两个不同的振荡状态附近的动力学分岔点的过渡。这种新的放大器的主要优点是速度，高灵敏度，低反作用，并没有片上耗散。对纳米铝结的脉冲微波反射测量表明，实际器件达到了理论预测的性能。
2003-12-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Microstrip superconducting quantum interference device amplifiers with submicron Josephson junctions: enhanced gain at gigahertz frequencies
本文介绍了基于亚微米Al-AlOx-Al约瑟夫森结的直流超导量子干涉器件（SQUID）的放大器的测量。小的结尺寸降低了它们的自电容，并允许使用相对较大的电阻分流器，同时保持非滞后操作。这导致SQUID传递函数的增强相比，SQUID与微米级结。器件布局从常规SQUID的布局修改，以允许将信号耦合到放大器中，对于相对短的微带线圈具有显著的互感。在310 mK下的测量在1.55 GHz下表现出32 dB的增益。
2010-08-05 cond-mat.supr-con
The Josephson Bifurcation Amplifier for Quantum Measurements
我们已经构建了一种新型的放大器，其主要目的是读出超导量子比特。它是基于一个射频驱动的约瑟夫森结之间的两个不同的振荡状态附近的动力学分岔点的过渡。这种新的放大器的主要优点是速度，高灵敏度，低反作用，并没有片上耗散。利用脉冲微波技术，我们证明了在纳米制造铝结的分岔放大，并验证了理论预测的性能达到。
2005-07-11 cond-mat.stat-mech 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
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
Strong environmental coupling in a Josephson parametric amplifier
我们提出了一种集总元件约瑟夫森参量放大器设计与强耦合的环境。在这个制度中，我们观察到宽带频率依赖放大与多峰增益分布。我们占这种行为使用的“pumpistor”模型，允许频率依赖的外部阻抗的变化。使用这种理解，我们证明了在给定的频率下，通过环境阻抗的变化控制增益曲线。通过与合适的外部阻抗的强耦合，我们观察到动态范围的显着增加，以及高达700 MHz的大放大带宽，从而获得接近量子极限的性能。
2014-01-17 cond-mat.supr-con
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
Gate-tunable Josephson parametric amplifiers based on semiconductor nanowires
University Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Grenoble INP（格勒诺布尔国立理工学院）；Institut Néel（内尔研究所）；Center for Quantum Devices（量子器件中心）；Niels Bohr Institute（尼尔斯·玻尔研究所）；University of Copenhagen（哥本哈根大学）
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。
2026-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
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
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
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
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
Josephson directional amplifier for quantum measurement of superconducting circuits
我们已经实现了一个微波量子限制放大器，它是定向的，因此可以在许多量子测量中不需要前置环行器的情况下工作。放大仅在输入和输出端口之间的一个方向上发生。通过多泵浦参量放大结合波干涉实现方向性。我们已经验证了器件的噪声性能，用它来读出超导量子比特和观察量子跳跃。有了这个设备的改进版本，量子比特和前置放大器可以集成在同一芯片上。
2013-11-21 cond-mat.supr-con 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
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
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
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
Josephson Parametric Amplifier in Axion Experiments
本文在轴子晕镜搜索实验中采用磁通驱动约瑟夫森参量放大器，在0.938-0.963 GHz频段实现低于110 mK的附加噪声，接近半量子噪声极限。
2023-04-20 cond-mat.supr-con hep-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
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
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
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
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
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
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
Capturing Complex Behaviour in Josephson Travelling Wave Parametric Amplifiers
本文分析了新近研制的约瑟夫森行波参量放大器中的混频现象。使用WRspice进行的电路模拟显示了JTWPA允许所有音调传播的全部行为。耦合模方程（CMEs）只包含泵，信号，和闲频传播被证明是不足以完全捕捉复杂的混合行为的JTWPA。扩展的CME通过额外的状态向量的解析解允许更接近的协议与WRspice。我们考虑一个有序的框架，系统包含扩展本征模，并在每一步与WRspice进行定性比较。这两种方法之间的一致性验证了这两种方法，并提供了深入了解JTWPA的操作。我们表明，在使用CME时应小心，并建议WRspice应用作非线性超导电路，如JTWPA的设计工具。
2019-12-11 cond-mat.supr-con quant-ph
Characterization of a flux-driven Josephson parametric amplifier with near quantum-limited added noise for axion search experiments
轴子是一种假想的基本赝标，有望解决QCD的强CP问题，也是暗物质的一个有希望的候选者。最灵敏的轴子搜索实验在毫开尔文温度下进行，因此依赖于将信号从低温系统传送到室温仪器的仪器。影响这些探测器的参数扫描速度的最大限制因素之一是信号检测链中的组件所添加的噪声。由于链路中的第一个放大器限制了最小噪声，因此低噪声放大至关重要。本文报道了磁通驱动约瑟夫森参量放大器（JPA）的工作频率约为2.3 GHz，附加噪声接近量子极限。JPA被用作第一级放大器，实验设置类似于Haloscope轴子探测器中使用的设置。通过将JPA以19 dB的增益工作，并将其与两个以4 K工作的低温放大器级联，整个信号检测链的噪声温度低至120 mK。
2021-01-21 astro-ph.IM cond-mat.supr-con hep-ex
Pump-efficient Josephson parametric amplifiers with high saturation power
本研究数值研究约瑟夫森参量放大器的功率附加效率上限，提出两种电路实现和级联方案，在20 dB增益下将PAE从0.1%提升至至少95%。
2025-02-24 cond-mat.supr-con quant-ph
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
Non-degenerate parametric amplifiers based on dispersion engineered Josephson junction arrays
本文提出一种基于色散工程约瑟夫森结阵列的非简并参量放大器，利用含10^3个JJ的长阵列在低于10 GHz的多个本征模实现放大，并借助SQUID结实现磁通可调，以90%保真度演示了transmon量子比特量子跃迁的连续检测。
2023-10-27 cond-mat.supr-con 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
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
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
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
Graphene amplifier reaches the quantum-noise limit
石墨烯基约瑟夫森参量放大器的新闻和观点。
2023-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci 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
Loss and Saturation in Superconducting Travelling-Wave Parametric Amplifiers
我们已经开发了一个超导行波参量放大器的耦合模分析框架，使用完整的电报方程，将损耗相关的行为。我们的模型提供了一个解释以前的实验观察放大器的损失，级联放大器的优点，以实现高增益，和信号增益饱和。这项工作可以用来指导放大器的设计在材料系统的选择，传输线的几何形状，操作条件，和泵的强度。
2019-04-16 cond-mat.supr-con physics.app-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
Mesoscopic Hamiltonian for Josephson travelling-wave parametric amplifiers
本研究针对嵌入约瑟夫森结的传输线参量放大问题，采用介观量子化技术推导得到描述四波混频过程的量子哈密顿量，验证了其经典极限与已有耦合模理论的一致性，方法具有普适性。
2025-05-20 cond-mat.supr-con quant-ph
Simulating the behaviour of travelling wave superconducting parametric amplifiers using a commercial circuit simulator
使用是德科技的先进设计系统（ADS）对动态电感行波参量放大器（KI-TWPA）进行了仿真。用非线性电感元件表示超导传输线的本征动态电感与电流的关系，建立了超导传输线的集总元件表示法。这提供了一种快速、简单且易于修改的方法，用于分析非线性动力学电感器件（如参量振荡器或放大器）中发生的参量过程，同时还允许优化伴随的RF网络。这种方法是用来模拟的行为选择一些KI-TWPA设计在3波混频（3 WM）和4波混频（4 WM）制度。从大信号S参数模拟中提取S参数和色散特性，并且从谐波平衡模拟中生成每个放大器设计的增益曲线。这些结果进行了比较，从耦合模方程的解析解的增益表达式，同时参考文献中的等效KI-TWPA的增益曲线。
2022-08-08 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
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
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
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
Parametrically enhanced interactions and non-trivial bath dynamics in a photon-pressure Kerr amplifier
两个超导电路之间的光子压力耦合是一个很有前途的平台，研究辐射压力耦合在新的参数制度和射频（RF）量子光子学和量子限制RF传感的发展。到目前为止，光子-压力耦合电路的本征约瑟夫森非线性还没有被认为是增强器件或新实验方案的潜在资源。在这里，我们实现了一个射频电路和微波腔之间的光子压力耦合，其中包含超导量子干涉器件（SQUID），它可以作为约瑟夫森参量放大器（JPA）操作。我们证明了一个基于克尔的增强的光子压力单光子耦合率和一个数量级的放大器制度的协同性的增加。此外，我们的特征上转换和克尔放大的残余热波动的RF电路，并观察到腔内放大降低了测量的不精确性。最后，我们证明，RF模式边带冷却是令人惊讶的不限于有效的放大器模式温度所产生的量子噪声放大，我们解释了非平凡浴动力学由于两个阶段的放大过程。我们的研究结果表明，如何克尔非线性，特别是约瑟夫森参量放大可以被用作增强的光子压力系统和克尔腔光学力学的资源。
2022-03-22 cond-mat.supr-con quant-ph
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
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
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
