論文の概要: Nondegenerate Josephson Mixers with Enhanced Bandwidth and Saturation Power for Quantum Signal Amplification and Transduction

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.06636v1
• Date: Fri, 08 Aug 2025 18:33:53 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-12 21:23:28.482351
• Title: Nondegenerate Josephson Mixers with Enhanced Bandwidth and Saturation Power for Quantum Signal Amplification and Transduction
• Title（参考訳）: 量子信号増幅・変換のための帯域幅と飽和電力を増強した非退化ジョセフソン混合器
• Authors: Baleegh Abdo, Dongbing Shao, Shayne Cairns, Jae-woong Nah, Oblesh Jinka, Srikanth Srinivasan, Thomas McConkey, Vincent Arena, Corrado Mancini,
• Abstract要約: 2つの異なる伝送線路共振器をジョセフソン環変調器(JRM)に結合して形成される非退化ジョセフソンミキサー(JMs) JMは、量子信号の位相保存増幅を行い、2モード圧縮状態を生成し、ノイズのない周波数変換を行う。 帯域幅と飽和電力が限られているため、そのような共振器ベースのJMは一般に周波数多重信号の同時処理ができない。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.9209786110163496
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Nondegenerate Josephson mixers (JMs), formed by coupling two different transmission-line resonators to Josephson ring modulators (JRMs), are vital and versatile devices capable of processing microwave signals at the quantum limit. Owing to the lossless nondegenerate three-wave mixing process enabled by the JRM, JMs can perform phase preserving amplification of quantum signals, generate two-mode squeezed states, and perform noiseless frequency conversion. However, due to their limited bandwidth and saturation power, such resonator-based JMs are generally unable to simultaneously process frequency-multiplexed signals required in large quantum processors. To overcome this longstanding dual challenge, we redesign the JRM parameters by optimizing its inductances to suppress higher order mixing products and engineer its electromagnetic environment by incorporating lumped-element coupled-mode networks between the JRM and the two distinct ports of the JM. By implementing these strategies, we measure for JMs realized with four coupled modes per port, operated in amplification (conversion), bandwidths of about 400 MHz (700 MHz) with power reflections above 10 dB (below -10 dB) and saturation powers of about -110 dBm at 15 dB (-91 dBm at -26 dB). Similarly, we demonstrate for a low external quality factor resonant-mode JM operated in conversion, a maximum bandwidth of about $670$ MHz with power reflections below -10 dB and a maximum saturation power of about -86 dBm at -17 dB. Such nondegenerate JMs with enhanced bandwidths and saturation powers could serve in a variety of frequency-multiplexed settings ranging from high fidelity qubit readout and unidirectional routing of quantum signals to generation of remote entanglement with continuous variables.
• Abstract（参考訳）: 非退化ジョセフソンミキサー (JMs) は、2つの異なる伝送線路共振器をジョセフソン環変調器 (JRMs) に結合して形成され、量子限界でマイクロ波信号を処理できる、不可欠で汎用的な装置である。 JRMによって実現された損失のない非退化三波混合により、JMは量子信号の位相保存増幅を行い、2モード圧縮状態を生成し、ノイズのない周波数変換を行うことができる。 しかし、帯域幅と飽和電力の制限により、そのような共振器ベースのJMは、大容量量子プロセッサで要求される周波数多重信号を同時に処理できないのが一般的である。 この2つの課題を克服するために,JRMとJMの2つの異なるポート間の結合モードネットワークを組み込むことで,高次混合生成物抑制のためのインダクタンスを最適化し,電磁環境を設計することで,JRMパラメータを再設計する。 これらの戦略を実装することで、ポート毎の4つの結合モードで実現され、増幅(変換)、約400MHz(700MHz)の帯域幅、10dB(10dB以下)以上の電力反射、および15dB(-91dBm at -26dB)で約110dBmの飽和パワーを計測する。 同様に、変換で動作する低品質率共振モードJM、最大帯域幅が約670$ MHz、電力反射が10dB以下で最大飽和電力が約-86dBmであることを示す。 帯域幅と飽和能力が強化されたこのような非退化JMは、高忠実度量子ビット読み出しや量子信号の一方向ルーティングから、連続変数によるリモート絡み合いの生成まで、様々な周波数多重設定で機能する可能性がある。

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