論文の概要: Magnetic-Field and Temperature Limits of a Kinetic-Inductance Traveling-Wave Parametric Amplifier
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.15043v1
- Date: Thu, 18 Sep 2025 15:07:59 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-09-19 17:26:53.28851
- Title: Magnetic-Field and Temperature Limits of a Kinetic-Inductance Traveling-Wave Parametric Amplifier
- Title（参考訳）: 運動インダクタンス型パラメトリック増幅器の磁界及び温度限界
- Authors: Lucas M. Janssen, Farzad Faramarzi, Henry G. LeDuc, Sahil Patel, Gianluigi Catelani, Peter K. Day, Yoichi Ando, Christian Dickel,
- Abstract要約: キネティックインダクタンス進行波パラメトリック増幅器(KI-TWPA)は、飽和電力の高いブロードバンド近量子制限増幅を提供する。
Nb面を有する薄NbTiN逆マイクロストリップを用いたKI-TWPAの性能に及ぼす磁場と温度の影響について検討した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.12491670910781395
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Kinetic-inductance traveling-wave parametric amplifiers (KI-TWPAs) offer broadband near-quantum-limited amplification with high saturation power. Due to the high critical magnetic fields of high-kinetic-inductance materials, KI-TWPAs should be resilient to magnetic fields. In this work, we study how magnetic field and temperature affect the performance of a KI-TWPA based on a thin-NbTiN inverse microstrip with a Nb ground plane. This KI-TWPA can provide substantial signal-to-noise ratio improvement ($\Delta SNR$) up to in-plane magnetic fields of 0.35T and out-of-plane fields of 50mT, considerably higher than what has been demonstrated with TWPAs based on Josephson junctions. The field compatibility can be further improved by incorporating vortex traps and by using materials with higher critical fields. We also find that the gain does not degrade when the temperature is raised to 3K (limited by the Nb ground plane) while $\Delta SNR$ decreases with temperature consistently with expectation. This demonstrates that KI-TWPAs can be used in experiments that need to be performed at relatively high temperatures. The operability of KI-TWPAs in high magnetic field opens the door to a wide range of applications in spin qubits, spin ensembles, topological qubits, low-power NMR, and the search for axion dark matter.
- Abstract（参考訳）: キネティックインダクタンス進行波パラメトリック増幅器(KI-TWPA)は、飽和電力の高いブロードバンド近量子制限増幅を提供する。
高速度インダクタンス材料の高臨界磁場のため、KI-TWPAは磁場に耐性がある。
本研究では, Nb-NbTiN逆マイクロストリップによるKI-TWPAの磁場と温度が, Nb平面を用いたKI-TWPAの性能に与える影響について検討した。
このKI-TWPAは、0.35Tの面内磁場と50mTの面外磁場までの相当な信号対雑音比の改善(\Delta SNR$)を提供できる。
渦トラップを組み込んだり、高い臨界場を持つ材料を使用することで、フィールド互換性をさらに向上させることができる。
また,Nb地表面の温度が3K(Nb地表面に制限されている)に上昇しても上昇は低下しないのに対し,$\Delta SNR$は期待通りに温度が低下することがわかった。
このことは、KI-TWPAは比較的高温で行う必要がある実験で使用できることを示している。
高周波におけるKI-TWPAの操作性は、スピン量子ビット、スピンアンサンブル、トポロジカル量子ビット、低出力NMR、およびアクシオンダークマターの探索における幅広い応用への扉を開く。
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