論文の概要: Technical Review on RF-Amplifiers for Quantum Computer Circuits: New Architectures of Josephson Parametric Amplifier
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.13187v1
- Date: Thu, 17 Jul 2025 14:57:39 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-18 20:10:24.544333
- Title: Technical Review on RF-Amplifiers for Quantum Computer Circuits: New Architectures of Josephson Parametric Amplifier
- Title（参考訳）: 量子コンピュータ回路用RF増幅器の技術レビュー:ジョセフソンパラメトリック増幅器の新しいアーキテクチャ
- Authors: Ahmad Salmanogli, Hesam Zandi, Mahdi Esmaeili, Abolfazl Eskandari, Mohsen Akbari,
- Abstract要約: Josephson Parametric Amplifiers (JPAs) は量子情報処理の鍵となるコンポーネントである。
従来のRFシステムで使用されるCMOSやHEMT増幅器とは異なり、JPAはミリケルビン(mK)低温環境向けに最適化されている。
本研究は、これらのRF増幅器のタイプを比較し、低温量子応用においてJPAが好ましい理由を説明する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
- Abstract: Josephson Parametric Amplifiers (JPAs) are key components in quantum information processing due to their ability to amplify weak quantum signals with near-quantum-limited noise performance. This is essential for applications such as qubit readout, quantum sensing, and communication, where signal fidelity and coherence preservation are critical. Unlike CMOS and HEMT amplifiers used in conventional RF systems, JPAs are specifically optimized for millikelvin (mK) cryogenic environments. CMOS amplifiers offer good integration but perform poorly at ultra-low temperatures due to high noise. HEMT amplifiers provide better noise performance but are power-intensive and less suited for mK operation. JPAs, by contrast, combine low power consumption with ultra-low noise and excellent cryogenic compatibility, making them ideal for quantum systems. The first part of this study compares these RF amplifier types and explains why JPAs are preferred in cryogenic quantum applications. The second part focuses on the design and analysis of JPAs based on both single Josephson junctions and junction arrays. While single-junction JPAs utilize nonlinear inductance for amplification, they suffer from gain compression, limited dynamic range, and sensitivity to fabrication variations. To overcome these challenges, this work explores JPA designs using Josephson junction arrays. Arrays distribute the nonlinear response, enhancing power handling, linearity, impedance tunability, and coherence while reducing phase noise. Several advanced JPA architectures are proposed, simulated, and compared using quantum theory and CAD tools to assess performance trade-offs and improvements over conventional designs.
- Abstract（参考訳）: Josephson Parametric Amplifiers (JPAs) は量子情報処理における鍵となる要素である。
これは、量子ビットの読み出し、量子センシング、通信など、信号の忠実性やコヒーレンス保存が重要であるアプリケーションに必須である。
従来のRFシステムで使用されるCMOSやHEMT増幅器とは異なり、JPAはミリケルビン(mK)低温環境向けに特別に最適化されている。
CMOS増幅器は優れた積分を提供するが、高ノイズのため極低温では性能が良くない。
HEMT増幅器は、より優れたノイズ性能を提供するが、電力集約性があり、mK動作には適さない。
対照的に、JPAは低消費電力と超低ノイズと低温互換性を組み合わせ、量子システムに最適である。
本研究の最初の部分は、これらのRF増幅器のタイプを比較し、低温量子アプリケーションでJPAが好まれる理由を説明する。
第2部は、ジョセフソン接合とジャンクションアレイの両方に基づくJPAの設計と解析に焦点を当てている。
単接合JPAは非線形インダクタンスを増幅に利用するが、圧縮の獲得、ダイナミックレンジの制限、製造変化に対する感度に悩まされる。
これらの課題を克服するために、ジョセフソン接合アレイを用いたJPA設計について検討する。
アレイは位相ノイズを低減しつつ非線形応答、電力ハンドリング、線形性、インピーダンス調整性、コヒーレンスを分散する。
いくつかの先進的なJPAアーキテクチャが提案され、量子理論とCADツールを用いて従来の設計よりも性能上のトレードオフと改善を評価する。
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