論文の概要: Traveling-Wave Parametric Amplifier with Passive Reverse Isolation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.04059v1
- Date: Wed, 07 May 2025 02:02:53 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-08 19:07:35.951646
- Title: Traveling-Wave Parametric Amplifier with Passive Reverse Isolation
- Title（参考訳）: パッシブ逆分離を用いたトラベリングウェーブパラメトリック増幅器
- Authors: C. S. Kow, M. T. Bell,
- Abstract要約: トラベリング・ウェーブ・パラメトリック増幅器(TWPA)はブロードバンド増幅とほぼ量子制限ノイズ性能に多くの注目を集めている。
この制限に対処するマルチステージトラベリング・ウェーブ・パラメトリック増幅器(mTWPA)を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Traveling-wave parametric amplifiers (TWPAs) have attracted much attention for their broadband amplification and near-quantum-limited noise performance. TWPAs are non-reciprocal by nature providing gain for forward-propagating signals and transmission line losses for backward traveling waves. This intrinsic non-reciprocity is insufficient to protect sensitive quantum devices from back-action due to noise from warmer amplification stages in practical systems, and thus necessitates the need for bulky cryogenic isolators. We present a multi-stage Traveling-Wave Parametric Amplifier (mTWPA) that addresses this limitation by achieving passive in-band reverse isolation alongside near-quantum-limited noise performance. The multi-stage architecture consists of two, mode conversion stages and a reflectionless high-pass filter which provides the passive isolation. Experimental measurements of a prototype mTWPA demonstrated 20 dB of forward gain across a 1.6 GHz bandwidth and greater than 35 dB of reverse isolation. Noise measurements indicate performance at 1.7 times the quantum limit. This demonstrates that the increased complexity of a multi-stage TWPA design does not lead to significant added noise. The designed distribution of gain across the stages is engineered to minimize internal amplifier noise at the input, and we propose further optimization strategies in redistribution of the gain between the stages. This level of isolation effectively mitigates noise from warmer amplification stages, matching the performance of conventional isolators. The mTWPA approach offers a scalable path forward for more efficient and compact quantum circuit readout systems.
- Abstract（参考訳）: トラベリング・ウェーブ・パラメトリック増幅器(TWPA)はブロードバンド増幅とほぼ量子制限ノイズ性能に多くの注目を集めている。
TWPAは、後向きの進行波に対して前方伝播信号と伝送線路損失の利得を提供する性質によって非相互性である。
この本質的な非相互性は、実用システムにおけるより温かい増幅段階からのノイズにより、感度の高い量子デバイスがバックアクションから守るには不十分である。
この制限に対処するマルチステージトラベリング・ウェーブ・パラメトリック増幅器(mTWPA)を提案する。
マルチステージアーキテクチャは、2つのモード変換ステージと、パッシブアイソレーションを提供するリフレクションレスハイパスフィルタで構成される。
試作mTWPAの実験では、1.6GHz帯と35dB以上の逆分離域で20dBのフォワードゲインが実証された。
ノイズ測定は、量子限界の1.7倍の性能を示す。
これは、マルチステージTWPA設計の複雑さが増大しても、大きなノイズを生じさせないことを示している。
入力時の内部増幅ノイズを最小限に抑えるために, ステージ間の利得分布を設計し, ステージ間の利得再分配におけるさらなる最適化手法を提案する。
この分離レベルは、従来のアイソレータの性能に匹敵する、より温かい増幅段階からのノイズを効果的に軽減する。
mTWPAアプローチは、より効率的でコンパクトな量子回路リードアウトシステムのためのスケーラブルな経路を提供する。
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