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
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
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 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
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
A high gain travelling-wave parametric amplifier based on three-wave mixing
本文扩展了约瑟夫森结行波参量放大器在三波混频区的理论，提出通过双频带频散工程将泵浦置于上频带截止附近，在抑制上变频的同时实现信号与泵浦相位匹配，从而获得随长度指数增长的高增益。
2022-05-16 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
Kerr-free three-wave mixing in superconducting quantum circuits
量子限约瑟夫森参量放大器是电路QED读出链中的关键器件。最先进的参量放大器的动态范围受到信号引起的斯塔克位移的限制，斯塔克位移使放大器从其工作点失谐。使用超导非线性非对称电感元件（SNAIL）作为有源元件，我们展示了原位调谐设备通量和泵浦到修饰的无克尔工作点的能力，与标称工作点相比，该工作点提供了可以由我们的放大器处理的光子数量的10倍增加。我们所提出的无克尔三波混频的方法和实验验证，可以扩展到提高量子超导电路中的其他泵浦操作的动态范围。
2019-05-27 cond-mat.supr-con quant-ph
Three-Wave Mixing Element with Quantum Paraelectric Materials
Stanford University（斯坦福大学）；Sygaldry Technologies（西格尔德技术公司）；University of Chicago（芝加哥大学）；Q-NEXT, Argonne National Laboratory（Q-NEXT，阿贡国家实验室）；University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
利用量子铁电材料开发三波混频元件，通过调节电容实现参数混频，展示高压缩功率的非线性电介质放大器。
2026-02-28 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
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
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
Many-body quantum lock-in amplifier
在噪声环境中实现时变信号的高精度检测是物理学中普遍存在的问题，也是计量学中的关键任务。锁定放大器是一种检测器，可以从极其嘈杂的环境中提取具有已知载波频率的交变信号。在这里，我们提出了一个协议，实现纠缠增强锁定放大器通过empoying多体量子干涉术和周期性多脉冲。通常，量子干涉测量包括三个阶段：初始化、询问和读出。在询问过程中加入适当的周期性多$π$脉冲序列，可以实现多体量子锁定放大。我们的分析结果表明，通过选择合适的输入态和读出操作，可以通过布居测量同时提取未知交变场的频率和振幅。特别地，如果我们输入自旋猫态并应用基于相互作用的读出操作，则频率和振幅的测量精度都可以接近海森堡极限。此外，我们的多体量子放大器对极端随机噪声具有鲁棒性。我们的研究为多体量子系统测量含时信号指出了一个新的方向，为实现交变信号的海森堡极限探测提供了一条可行的途径。
2020-10-14 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
Theory of noiseless phase-mixing amplification in a cavity optomechanical system
量子力学对放大的极限的研究，无论从基础层面还是从潜在应用的角度来看，都是一个重要的课题。我们在这里提出了一种新的设置的光机械放大器，由一个机械谐振器分散耦合到一个光机械腔周围的机械边带不对称驱动。我们表明，在一般的理由，本放大器工作在一个新的制度-我们在这里称之为相位混合放大。同时，对于适当的参数选择，这里提出的放大器作为相敏放大器操作。此外，我们表明，这两种配置允许放大低于标准的量子限制在一个参数范围内兼容的微波电路光力学的当前实验。
2016-10-25 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Precision dynamics of resonantly enhanced optical parametric amplifiers
LIGO Laboratory, Department of Physics, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院物理系LIGO实验室）
研究共振增强光学参量放大器的精确动力学，直接求解光场输入输出关系得频域关系并提供低阶展开，分析相关表达式，还研究从频率依赖性提取性能信息的方法，为放大器性能表征提供互补手段。
2026-07-21 quant-ph
Three-Wave Mixing Quantum-Limited Kinetic Inductance Parametric Amplifier operating at 6 Tesla and near 1 Kelvin
本文介绍一种基于NbN超导薄膜的动力学电感参量放大器，在6特斯拉磁场和850 mK温度下实现量子极限放大，具有高动态范围和磁场兼容性，为量子信号处理提供稳健方案。
2023-12-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con 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
Lumped-element two-section impedance-matched SNAIL parametric amplifier
本文提出一种集总元件双节阻抗匹配SNAIL参量放大器，采用双极点切比雪夫匹配网络，在磁通泵浦模式下实现了600MHz带宽内15dB平均增益、-107dBm饱和功率及量子极限噪声性能。
2024-10-23 quant-ph
Superconducting Parametric Amplifiers: Resonator Design and Role in Qubit Readout
本文探讨了超导参数放大器的谐振器设计及其在量子比特读取中的作用，通过非线性混合实现接近量子极限的低噪声放大性能。
2025-12-03 quant-ph
Radiatively-cooled quantum microwave amplifiers
研究提出一种基于辐射冷却的量子微波放大器，采用单层高T_c NbN薄膜制成，在1.5开尔文下实现高增益和1.3量子的低附加噪声，仅比0.1开尔文时增加0.2量子，为可扩展微波量子技术迈出重要一步。
2023-08-04 quant-ph
Two-qubit parametric amplifier: large amplification of weak signals
通过数值模拟，我们证明了两个耦合的量子比特可以将微弱的信号放大约100倍。如果两个量子比特同时被该弱信号和强泵浦信号偏置，则可以实现这一点，这两个信号都具有接近系统中的级间跃迁的频率。弱信号通过产生和控制具有强驱动的主谐波的量级的幅度的混合谐波而强烈地影响由强泵浦驱动产生的频谱。我们表明，相对于噪声的放大是鲁棒的，与弱信号的顺序的强度。当偏离最佳状态（对应于强量子位耦合和等于能级间跃迁频率的弱信号频率）时，所提出的放大器变得效率较低，但它仍然可以显著增强弱信号（数十倍）。因此，我们建议使用耦合量子位作为组合的参量放大器和移频器。
2012-05-29 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
Nth-order nonlinear intensity fluctuation amplifier
更强的光强度波动被相关应用所追求，例如光学分辨率、图像增强和光束定位。本文提出了一种N阶光强起伏放大器，并通过不同统计分布光耦合的四波混频过程进行了验证。首先从理论和实验两方面揭示了其放大机理。统计分布的比率$R$和光束的二阶相干度${g^{(2)}}(0)$被用来表征通过四波混频过程的受影响的调制和增加的光强波动。结果表明，光强起伏的放大不仅是由入射耦合光束的光场起伏引起的，而且还与非线性相互作用系数的起伏有关。最后指出了这种放大器在其他N阶非线性光学效应中的应用潜力。
2021-12-29 physics.optics 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
Amplification of Fluctuations in a Spinor Bose Einstein Condensate
在$^{87}$ Rb F=1旋量玻色-爱因斯坦凝聚体中由于自旋混合碰撞引起的动力学不稳定性被用作量子自旋涨落的放大器。我们证明了该放大器的光谱是可调的，在定量协议与平均场计算。我们量化的微观自旋波动的最初顺磁性凝聚通过应用这个放大器，并测量由此产生的宏观磁化。这些波动的幅度与超平均场论的预测是一致的。因此，基于旋量凝聚体的自旋放大器被证明是近量子限制的增益高达30分贝。
2008-06-10 quant-ph
The Renormalization Effects in the Microstrip-SQUID Amplifier
分析了微带直流SQUID放大器输入电路谐振结构的特点。结果表明，耦合输入电路和超导量子干涉仪回路的互感与电磁场的频率有关。当约瑟夫森频率远大于信号频率时，由于输入电路的屏蔽效应引起的SQUID参数的重整化消失。
2011-10-25 cond-mat.supr-con quant-ph
Broadband SNAIL parametric amplifier with microstrip impedance transformer
约瑟夫森参量放大器是一种很有前途的量子信息处理和压缩量子态产生平台。行波和阻抗匹配参量放大器为多量子位超导电路的高保真单次读出提供宽带宽。本文提出了一种基于超导非线性非对称电感元件（SNAIL）的量子限幅三波混频参量放大器，该放大器采用基于微带传输线的两段式阻抗匹配电路来提高其有效带宽。使用具有268个约瑟夫森结的67个SNAIL的阵列来增加放大器的动态范围，形成非线性四分之一波长谐振器。在电流泵浦模式下工作，我们实验证明了$17 dB$在整个$300 MHz$带宽上的平均增益，以及$- 100 dBm$的平均饱和功率，其可以高达$- 97 dBm$，具有量子限制的噪声性能。此外，该放大器可以使用简单的技术制造，只需一个电子束光刻步骤。它的中心频率被调谐到几百兆赫以上，这反过来又将有效工作带宽扩展到$1.5 GHz$左右。
2022-10-27 quant-ph
Peripheral circuits for ideal performance of a travelling-wave parametric amplifier
本研究针对基于三波混频的高增益行波参量放大器，提出由超导双工器等构成的宽带闲频信号滤波外围电路技术，实现高稳定近量子极限噪声性能，并可构建高隔离度可控隔离器。
2024-01-30 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
Low-Noise Amplification of a Continuous Variable Quantum State
我们提出了一个低噪声，相位不敏感的光放大器的实验实现使用四波混频在热Rb蒸汽的相互作用。对于一系列放大器增益，可以实现接近量子极限的性能，包括接近1。这种低噪声放大器对于所谓的量子克隆机是必不可少的，并且在量子信息协议中很有用。我们证明了在保持纠缠的情况下，放大和“克隆”双模压缩态的一半是可能的。
2009-06-27 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
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
Gate-tunable, superconductor-semiconductor parametric amplifier
本研究研制出以JoFET为有源元件的栅极可调超导体-半导体参量放大器，实现了2 GHz的谐振频率调谐范围，且在固定谐振频率下具备20 dB增益、4 MHz瞬时带宽与-125.5 dBm的1 dB压缩点。
2023-05-08 cond-mat.mes-hall 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
Quantum-limited measurements of intensity noise levels in Yb-doped fiber amplifiers
我们研究了掺Yb光纤放大器的频率分辨强度噪声谱，直到量子噪声的基本极限。我们专注于kHz和低MHz的频率制度，特别感兴趣的是在1和10 kHz之间的区域。强度噪声水平高达>60 dB以上的散粒噪声的限制，发现了巨大的优化潜力。此外，对两种不同噪声特性的种子激光器进行了放大实验，结果表明，种子源对高功率光纤放大器的噪声特性有显著影响，在设计高功率光纤放大器时应予以考虑。
2019-08-02 physics.optics quant-ph
The Non-reciprocity of Multi-mode Optical Directional Amplifier Realized by Non-Hermitian Resonator Arrays
本文利用非厄米多模谐振器阵列首次实现多频率光学非互易传输，并结合Scully-Lamb模型与增益饱和效应构建双频定向循环放大器，可用于光信号路由、噪声抑制和并行信息处理。
2024-09-03 physics.optics quant-ph
Floquet Topological Frequency-Converting Amplifier
Instituto de Física Fundamental (IFF), CSIC（基础物理研究所 (IFF)，西班牙国家研究委员会）；Technical University of Munich, TUM School of Natural Sciences, Physics Department（慕尼黑工业大学，自然科学学院，物理系）；Walther-Meißner-Institut, Bayerische Akademie der Wissenschaften（瓦尔特·迈斯纳研究所，巴伐利亚科学院）；Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)（慕尼黑量子科学与技术中心 (MCQST)）
本文提出一种驱动耗散Floquet模型，通过频率和衰减率调制的单谐振子实现非厄米特合成晶格，利用Floquet-格林函数和双倍哈密顿量表示展示系统线性响应由局部 winding 数特征化，非平凡 winding 数诱导合成维度方向放大，将输入信号转换为不同频率。
2026-04-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Radio-frequency reflectometry of a quantum dot using an ultra-low-noise SQUID amplifier
容错的基于自旋的量子计算机将需要快速和准确的量子位读出。这可以使用射频反射测量法来实现，该反射测量法对与量子比特状态相关联的量子电容的变化具有足够的灵敏度。在这里，我们证明了一个23倍的电容灵敏度的改善，通过补充一个SQUID放大器的低温半导体放大器。SQUID放大器工作在200 MHz附近的频率，并实现了低于600 mK的噪声温度时，集成到一个反射电路，这是在一个因素120的量子限制。它能够实现0.07 aF/ \sqrt{Hz}的电容记录灵敏度。该装置用于在短时间内获得栅极限定的双量子点的电荷稳定性图，在1微秒的积分时间内信噪比约为38。
2020-06-29 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.ins-det
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
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
A Wideband, Low-Noise Superconducting Amplifier with High Dynamic Range
放大器在电子产品中无处不在，在广泛的科学测量中发挥着重要作用。从用户的角度来看，理想的放大器具有非常低的噪声，工作频率范围宽，动态范围高，能够处理强信号，失真小。不幸的是，很难同时获得所有这些特性。例如，现代晶体管放大器提供多倍频程带宽和出色的动态范围。然而，它们的噪声仍然远远高于量子力学的不确定原理所设定的基本极限。参量放大器先于晶体管放大器并广泛应用于光学领域，它利用非线性响应将功率从强泵浦音调转移到弱信号。如果非线性是纯粹的反应，即。非耗散，理论上放大器噪声可以达到量子力学极限。实际上，微波频率超导约瑟夫森参量放大器确实接近量子极限，但通常是窄带的并且具有非常有限的动态范围。在本文中，我们描述了超导参量放大器，克服了这些限制。放大器非常简单，仅由在电介质衬底上的图案化金属膜组成，并且依赖于超导传输线的非线性动力学电感。我们测量了在11.56 GHz泵浦音调两侧超过2 GHz的增益，并将放大器在9.4 GHz处的3.4个光子的附加噪声上限。此外，动态范围非常大，可与微波晶体管放大器相比，并且该概念可应用于整个微波、毫米波和亚毫米波频带。
2012-01-11 cond-mat.supr-con 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
Multi-Path Interferometric Josephson Directional Amplifier for Qubit Readout
我们实现并表征了一个适用于量子比特读出的量子限制的定向约瑟夫森放大器。该器件由两个非简并的三波混频放大器组成，它们以干涉方案耦合在一起，嵌入在印刷电路板中。非互易性是通过在馈送设备的同频泵之间施加相位梯度来产生的，该相位梯度在法拉第介质中起磁场的作用。通过系统中多路径之间的波干扰，诱导定向放大和反射增益消除。我们测量并讨论了器件的主要品质因数，实验结果与理论符合得很好。这种定向放大器的改进版本有望消除对体积庞大的片外隔离级的需求，这些隔离级通常在高保真、量子非破坏测量设置中将量子系统和前置放大器分开。
2017-10-08 cond-mat.supr-con physics.ins-det quant-ph
Broadband High-Level Squeezed Light using Waveguide Optical Parametric Amplifiers with External Dispersion Compensation
The University of Tokyo（东京大学）；NTT, Inc.（日本电报电话公司）；RIKEN Center for Quantum Computing（理化学研究所量子计算中心）；OptQC Corp.（OptQC公司）
通过外部色散补偿抑制群速度色散引起的压缩轴旋转，在波导OPA中实现宽带压缩光测量，最大压缩5.9 dB，超过5 dB压缩带宽达4.5 THz，为超快连续变量量子信息处理提供关键步骤。
2026-06-17 physics.optics quant-ph
A hybrid polarization-selective atomic sensor for radio-frequency field detection with a passive resonant-cavity field amplifier
我们提出了一种混合原子传感器，实现了射频电场检测与本征场放大和偏振选择性鲁棒的高灵敏度的字段测量。该混合传感器结合了一个无源谐振器元件集成的原子蒸气室，提供放大和偏振选择性的入射射频场的检测。放大的腔内射频场由原子使用场敏感原子里德伯态的交流能级移动的量子光学读出来测量。在我们的实验演示中，我们采用了一个分裂场增强谐振腔嵌入在铷蒸气室放大和检测C波段射频场。我们观察到一个相当于24分贝增益的强度灵敏度的字段放大。场增强腔内部的谐振场模式的空间分布的特征。谐振场模式仅与入射场的明确定义的偏振分量耦合，从而允许我们以稳健的方式测量入射场的偏振。测量的场增强因子，偏振选择性性能，和混合传感器的场分布与模拟吻合良好。讨论了混合原子传感器在超微弱射频探测中的应用和先进的测量能力。
2018-05-01 physics.app-ph physics.ins-det quant-ph
Loss asymmetries in quantum travelling wave parametric amplifiers
从理论上研究了损耗对一般量子行波参量放大器的放大和压缩性能的影响。与以前的研究不同，我们分析了如何在信号和空闲频率不同程度的损失可以显着改变性能相比，频率无关的损失的情况下。我们发现，损失不对称增加放大器的增加的噪声相比，对称损失的情况下。更令人惊讶的是，即使是很小程度的损失不对称性也可以完全破坏对称集体输出正交的任何量子压缩，同时仍然使输出状态强烈纠缠。
2018-09-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Four-wave mixing in a silicon microring resonator using a self-pumping geometry
本文报道了用自泵浦代替外激光在硅微腔中实现四波混频。环形谐振器插入外环腔中，光纤半导体放大器作为增益源。硅微晶体作为一个过滤器，我们观察到激光在一个微晶体的共振。我们使用联合谱密度实验研究信号和闲频产生的光束之间的相关性。
2018-09-14 physics.optics quant-ph
Gate-tunable kinetic inductance parametric amplifier
本文提出一种基于邻近化半导体纳米线、无约瑟夫森结的栅极可调谐参量放大器，实现近量子极限性能、20 dB以上增益和30 MHz增益带宽积，并具备高饱和功率、磁场兼容性和电场调谐优势。
2024-02-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Generalised expression of the noise figure of phase sensitive amplifiers for an arbitrary number of modes
与通常的相位不敏感放大器（PIA）相反，相位敏感放大器（PSA）原则上能够实现无噪声放大，即表现出0 dB的量子限制噪声系数（NF）。当在非线性光纤中使用四波混频（FWM）来实现时，可以通过不期望的FWM过程来生成额外的波，这可能引入用于真空波动的额外输入端口，从而潜在地降低NF。在这种情况下，我们在这里给出一个一般的分析量子推导的PSA NF，有效的任意数量的非线性耦合模式。这个表达式是可用的，只要一个线性的输入输出关系，可以找到所涉及的模式的湮灭和创建运营商。它预测噪声水平取决于相互作用波的数量。我们说明了这个表达式的有用性的情况下，六波，对应于四个相互作用的量子模式。在该示例中，与对于相同方案的PIA操作获得的10dB相比，信号NF被降级0.4dB。
2020-12-16 physics.optics quant-ph
Squeezed light from a semiconductor amplifier
Skolkovo Institute of Science and Technology（斯科尔科沃科学技术学院）；Russian Quantum Center（俄罗斯量子中心）；P.N. Lebedev Physical Institute（P.N.列别捷夫物理研究所）
本文理论分析半导体放大器饱和放大中通过四波混频产生双模压缩光，频移约GHz，压缩可达10dB以上，且强波可作本地波便于观测。
2026-10-09 physics.optics quant-ph
Superconducting Low-Inductance Undulatory Galvanometer Microwave Amplifier
介绍了一种基于超导低感波动电流计（SLUG）的微波放大器。SLUG嵌入在微带谐振器中，信号电流直接注入器件环路。在30 mK下的测量结果显示，在3 GHz下增益为25 dB，在9 GHz下增益为15 dB。放大器的性能很好地描述了一个简单的数值模型的基础上的约瑟夫森结相位动力学。我们期望基于高临界电流结的优化器件在5-10 GHz的频率范围内实现大于15 dB的增益、数百MHz的带宽和一阶量子的附加噪声。
2011-09-23 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
A small footprint travelling-wave parametric amplifier with a high Signal-to-Noise Ratio improvement in a wide band
本文提出一种基于SNAILs和平行板电容器的小占用面积行波参量放大器，通过3WM与RPM等技术，在3 GHz带宽内实现19 dB增益和10 dB信噪比提升，显著加速了量子比特读取。
2024-08-29 physics.app-ph quant-ph
