論文の概要: Proposal for a 3-Wave Mixing Element with Quantum Paraelectric Materials

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.16621v1
• Date: Sat, 18 Oct 2025 19:22:47 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-25 00:56:39.067336
• Title: Proposal for a 3-Wave Mixing Element with Quantum Paraelectric Materials
• Title（参考訳）: 量子パラ誘電体材料を用いた3波混合素子の提案
• Authors: Eric I. Rosenthal, Christopher S. Wang, Jamison Sloan, Giovanni Scuri, Yueheng Shi, Kaveh Pezeshki, Peter Mugaba Noertoft, Jelena Vuckovic, Christopher P. Anderson,
• Abstract要約: ペロブスカイト結晶のチタン酸ストロンチウム (STO) とタンタル酸カリウム (KTO) は、量子常電相から大きく変化可能な誘電率を持つ。 量子パラ誘電率非線形誘電率増幅器(PANDA)の開発を提案する。 ナノファブリックパラレルプレートコンデンサとリアル設計制約を用いたPANDAは、順MHzの3波混合強度を示すことができる。 我々は、STO、KTO、および関連材料に基づく小型で可変なコンデンサが、幅広い種類の低温量子回路を実現することができると予測する。
• 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: At cryogenic temperatures and microwave frequencies, the perovskite crystals strontium titanate (STO) and potassium tantalate (KTO) have large, tunable permittivity arising from a quantum paraelectric phase. As such, these materials hold promise as a platform to realize compact, variable capacitance elements for use in quantum devices. From modulating this capacitance, we propose the development of a parametric mixing element: a quantum paraelectric nonlinear dielectric amplifier (PANDA). We calculate that a PANDA made from a nanofabricated parallel plate capacitor and realistic design constraints can demonstrate a three-wave mixing strength of order MHz, in comparison to an effective Kerr strength of sub-Hz. This suggests excellent performance as a three-wave mixing element, with high compression power in analogy to superconducting parametric amplifiers based on kinetic inductance. Beyond parametric amplifiers, we predict that compact, tunable capacitors based on STO, KTO, and related materials can enable a wide class of cryogenic quantum circuits including novel filters, switches, circulators, and qubits.
• Abstract（参考訳）: 低温とマイクロ波の周波数では、ペロブスカイト結晶のチタン酸ストロンチウム(STO)とタンタル酸カリウム(KTO)は、量子パラ誘電相から生じる大きな、調整可能な誘電率を持つ。 そのため、これらの材料は量子デバイスで使用するコンパクトで可変容量の素子を実現するためのプラットフォームとして期待されている。 この容量を変調することで、量子パラ誘電率非線形誘電率増幅器(PANDA)というパラメトリック混合素子の開発を提案する。 ナノファブリケートパラレルプレートコンデンサと現実的な設計制約で作製したPANDAは、サブHzのKerr強度と比較して、順MHzの3波混合強度を示すことができると計算する。 これは3波混合素子として優れた性能を示し、運動インダクタンスに基づく超伝導パラメトリック増幅器と類似した高い圧縮力を持つ。 パラメトリック増幅器以外にも、STO、KTO、および関連材料に基づく小型の調整可能なコンデンサは、新しいフィルタ、スイッチ、サーキュレータ、キュービットを含む幅広い種類の低温量子回路を実現することができると予測する。

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