論文の概要: Compact Superconducting Kinetic Inductance Traveling Wave Parametric Amplifiers with On-chip rf Components
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.03608v1
- Date: Wed, 05 Mar 2025 15:45:19 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-03-06 15:51:05.783409
- Title: Compact Superconducting Kinetic Inductance Traveling Wave Parametric Amplifiers with On-chip rf Components
- Title（参考訳）: オンチップrf成分を用いた小型超電導インダクタンス導波路パラメトリック増幅器
- Authors: Logan Howe, Andrea Giachero, Michael Vissers, Jordan Wheeler, Jason Austermann, Johannes Hubmayr, Joel Ullom,
- Abstract要約: マイクロファブリケードバイアスティーと指向性カップラの設計と検証を行い,3波混合動インダクタンスTWPAの動作について検討した。
デバイスは2.8GHzの3dB帯域で、真利得は17.5dB、システムノイズは3.4quantaである。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: Quantum computing systems and fundamental physics experiments using superconducting technologies frequently require signal amplification chains operating near the quantum limit of added noise. Both Josephson parametric amplifiers (JPAs) and traveling wave parametric amplifiers (TWPAs) have been used as first-stage amplifiers to enable readout chains operating within a few quanta or less of the quantum limit. These devices are also presently entering the commercial industry. However, nearly all demonstrations and existing products require bulky external microwave components for interconnection and application of requisite biases. These components -- cabling interconnects, bias tees, directional couplers, and diplexers -- increase the overall amplifier footprint, installation complexity, and reduce already limited available cryogenic volumes. Additionally, these components introduce loss and reflections which impact the measurement efficiency and readout system noise performance; thus making it more difficult to operate near the quantum limit. Here we present the design and validation of microfabricated bias tees and directional couplers for operating three-wave mixing kinetic inductance TWPAs (KITs). We report the performance of KITs integrated with the microfabricated rf components. Using these devices we demonstrate reduction in the amplifier installation footprint by a factor of nearly five and elimination of all external, lossy microwave components previously required to operate a KIT. Our device displays a 2.8 GHz 3 dB bandwidth with a median true gain of 17.5 dB and median system noise of 3.4 quanta. These efforts represent the first full integration of all rf components mandatory for TWPA operation on-chip. Our results mark significant progress towards the miniaturization and simplification of parametric amplifier setups and will aid in their more widespread applicability.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングシステムと超伝導技術を用いた基礎物理学実験は、しばしば付加雑音の量子極限付近で動作する信号増幅鎖を必要とする。
ジョゼフソンパラメトリック増幅器 (JPA) と進行波パラメトリック増幅器 (TWPA) はともに、量子限界数量子の範囲内で動作するリードアウトチェーンを可能にする第1段階増幅器として使用されている。
これらのデバイスは現在、商業産業にも参入している。
しかし、ほとんどすべてのデモンストレーションと既存の製品は、相互接続と必要なバイアスの応用のために、大きめの外マイクロ波成分を必要とする。
これらのコンポーネント — キャブリング配線、バイアスティー、指向性カプラ、ディプレクサ — は、アンプ全体のフットプリントを増加させ、インストールの複雑さを増し、既に利用可能な低温量を削減する。
さらに、これらのコンポーネントは、測定効率に影響を及ぼす損失と反射を導入し、システムノイズを読み取り、量子限界付近で操作することがより困難になる。
本稿では, マイクロファブリケードバイアスティーと指向性カプラの設計と検証を行い, 3波混合動インダクタンスTWPA(KIT)の動作について述べる。
マイクロファブリック化rf成分と一体化したKITの性能について報告する。
これらの装置を用いて, アンプの設置面積を5倍近く削減し, 従来KITの動作に必要であったマイクロ波部品を全て取り除いた。
デバイスは2.8GHzの3dB帯域で、真利得は17.5dB、システムノイズは3.4quantaである。
これらの取り組みは、TWPAオペレーティングオンチップに必須のすべてのrfコンポーネントの完全な統合である。
本結果は,パラメトリック増幅器の小型化と簡易化に向けての大きな進展を示すとともに,適用性の向上に寄与すると考えられる。
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