論文の概要: Directional Josephson traveling-wave parametric amplifier via non-Hermitian topology

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2207.13728v2
• Date: Thu, 4 Aug 2022 17:35:54 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-03 07:28:49.286300
• Title: Directional Josephson traveling-wave parametric amplifier via non-Hermitian topology
• Title（参考訳）: 非エルミート位相による方向ジョセフソン走行波パラメトリック増幅器
• Authors: Tom\'as Ramos, \'Alvaro G\'omez-Le\'on, Juan Jos\'e Garc\'ia-Ripoll, Alejandro Gonz\'alez-Tudela, Diego Porras
• Abstract要約: 低ノイズマイクロ波増幅は、量子技術や電波天文学における弱い信号を検出するために重要である。 現在の増幅器はこれらの要件をすべて満たさず、超伝導量子デバイスのスケーラビリティを著しく制限している。 ここでは、同質なジョセフソン接合配列と、そのダイナミクスの非自明なトポロジーを用いて、準イデアル量子増幅器を構築する可能性を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 58.720142291102135
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Low-noise microwave amplification is crucial for detecting weak signals in quantum technologies and radio astronomy. An ideal device must amplify a broad range of frequencies while adding minimal noise, and be directional, so that it favors the observer's direction while protecting the source from its environment. Current amplifiers do not satisfy all these requirements, severely limiting the scalability of superconducting quantum devices. Here, we demonstrate the feasibility of building a near-ideal quantum amplifier using a homogeneous Josephson junction array and the non-trivial topology of its dynamics. Our design relies on breaking time-reversal symmetry via a non-local parametric drive, which induces directional amplification in a way similar to edge states in topological insulators. The system then acquires unprecedented amplifying properties, such as a gain growing exponentially with system size, exponential suppression of back-wards noise, and topological protection against disorder. We show that these features allow a state-of-the-art superconducting device to manifest near-quantum-limited directional amplification with a gain largely surpassing 20 dB and -30 dB of reverse attenuation over a large bandwidth of GHz. This opens the door for integrating near-ideal and compact pre-amplifiers on the same chip as quantum processors.
• Abstract（参考訳）: 低ノイズマイクロ波増幅は、量子技術や電波天文学における弱い信号を検出するために重要である。 理想的なデバイスは、最小限のノイズを加えながら広い周波数範囲を増幅し、指向性を持たなければならない。 現在の増幅器はこれらの要件をすべて満たさず、超伝導量子デバイスのスケーラビリティを著しく制限している。 本稿では,均質なジョセフソン接合配列を用いたニアイデアル量子増幅器の構築と,そのダイナミクスの非自明なトポロジーの実現可能性を示す。 我々の設計は非局所パラメトリック駆動による時間反転対称性の破れに依存し、トポロジカル絶縁体におけるエッジ状態と似た方向増幅を誘導する。 システムは、システムサイズに応じて指数関数的に増加する利得、後方雑音の指数的抑制、障害に対する位相的保護など、前例のない増幅特性を取得する。 これらの特徴は、最先端の超伝導デバイスが、広帯域帯のGHzに対する逆減衰の20dBと-30dBを大きく超え、ほぼ量子制限の方向増幅を示すことを示す。 これにより、量子プロセッサと同じチップ上で、ニアイデアルおよびコンパクトなプリアンプを統合するための扉が開く。

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