論文の概要: Selective Single and Double-Mode Quantum Limited Amplifier
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.11496v1
- Date: Mon, 20 Nov 2023 02:37:58 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-11-21 20:06:52.661627
- Title: Selective Single and Double-Mode Quantum Limited Amplifier
- Title（参考訳）: 選択単一・二重モード量子制限増幅器
- Authors: Abdul Mohamed, Elham Zohari, Jarryd J. Pla, Paul E. Barclay, and
Shabir Barzanjeh
- Abstract要約: 量子制限増幅器は、量子力学の原理によって予測される最小限のノイズを導入しながら、弱い信号の増幅を可能にする。
これらの増幅器は、超伝導量子ビットとスピンの高速かつ正確な読み出しを含む、量子コンピューティングにおける幅広い応用を提供している。
超伝導インダクタンスに基づく新しい量子制限増幅器を実験的に開発する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: A quantum-limited amplifier enables the amplification of weak signals while
introducing minimal noise dictated by the principles of quantum mechanics.
These amplifiers serve a broad spectrum of applications in quantum computing,
including fast and accurate readout of superconducting qubits and spins, as
well as various uses in quantum sensing and metrology. Parametric
amplification, primarily developed using Josephson junctions, has evolved into
the leading technology for highly effective microwave measurements within
quantum circuits. Despite their significant contributions, these amplifiers
face fundamental limitations, such as their inability to handle high powers,
sensitivity to parasitic magnetic fields, and particularly their limitation to
operate only at millikelvin temperatures. To tackle these challenges, here we
experimentally develop a novel quantum-limited amplifier based on
superconducting kinetic inductance and present an extensive theoretical model
to describe this nonlinear coupled-mode system. Our device surpasses the
conventional constraints associated with Josephson junction amplifiers by
operating at much higher temperatures up to 4.5 K. With two distinct spectral
modes and tunability through bias current, this amplifier can operate
selectively in both single and double-mode amplification regimes near the
quantum noise limit. Utilizing a nonlinear thin film exhibiting kinetic
inductance, our device attains gain exceeding 50 dB in a single-mode and 32 dB
in a double-mode configuration while adding 0.35 input-referred quanta of
noise. Importantly, this amplifier eliminates the need for Josephson junctions,
resulting in significantly higher power handling capabilities than
Josephson-based amplifiers. It also demonstrates resilience in the presence of
magnetic fields, offers a straightforward design, and enhances reliability.
- Abstract（参考訳）: 量子制限増幅器は弱い信号の増幅を可能にし、量子力学の原理による最小ノイズを導入する。
これらの増幅器は量子コンピューティングにおける幅広い応用を提供しており、超伝導量子ビットとスピンの高速かつ正確な読み出し、量子センシングやメトロジーにおける様々な用途がある。
主にジョセフソン接合を用いて開発されたパラメトリック増幅は、量子回路内での高効率マイクロ波測定の先導技術へと発展してきた。
その大きな貢献にもかかわらず、これらの増幅器は、高出力を扱えないこと、寄生磁場に対する感度、特にミリケルビン温度でのみ作動する制限など、基本的な制限に直面している。
そこで本研究では,超伝導インダクタンスに基づく新しい量子制限増幅器を実験的に開発し,非線形結合モード系を記述するための広範な理論モデルを提案する。
この増幅器は、2つの異なるスペクトルモードと、バイアス電流によるチューニング性を持ち、量子ノイズ限界近傍の単モード増幅系と二重モード増幅系の両方で選択的に動作することができる。
運動的インダクタンスを示す非線形薄膜を用いることで, 単モードでは50dB, ダブルモードでは32dB以上のゲインを達成でき, ノイズの入力参照量0.35を加算できる。
重要なことに、この増幅器はジョセフソン接合の必要性をなくし、ジョセフソンベースの増幅器よりもはるかに高い電力処理能力をもたらす。
また、磁場の存在下でのレジリエンスを示し、簡単な設計を提供し、信頼性を高める。
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