論文の概要: Modeling of simple bandpass filters: bandwidth broadening of Josephson parametric devices due to non-Markovian coupling to dressed transmission-line modes

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.26085v1
• Date: Thu, 30 Oct 2025 02:44:22 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-31 16:05:09.633274
• Title: Modeling of simple bandpass filters: bandwidth broadening of Josephson parametric devices due to non-Markovian coupling to dressed transmission-line modes
• Title（参考訳）: 単純帯域通過フィルタのモデル化:非マルコフ結合によるジョセフソンパラメトリックデバイスの帯域幅拡大
• Authors: Rui Yang, Zheng Shi, Zhirong Lin, Waltraut Wustmann,
• Abstract要約: 単純結合ネットワークを用いたジョセフソンパラメトリックデバイスの帯域幅工学について検討する。 この結果から,単純な結合ネットワークを用いたジョセフソンデバイスの帯域幅工学の知見が得られた。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.919130521048392
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Josephson parametric devices are widely used in superconducting quantum computing research but suffer from an inherent gain-bandwidth trade-off. This limitation is partly overcome by coupling the device to its input/output transmission line via a bandpass filter, leading to wider bandwidth at undiminished gain. Here we perform a non-perturbative circuit analysis in terms of dressed transmission-line modes for representative resonant coupling circuits, going beyond the weak-coupling treatment. The strong frequency dependence of the resulting coupling coefficients implies that the Markov approximation commonly employed in cQED analysis is inadequate. By retaining the full frequency dependence of the coupling, we arrive at a non-Markovian form of the quantum Langevin equation with the frequency-dependent complex-valued self-energy of the coupling in place of a single damping parameter. We also consistently generalize the input-output relations and unitarity conditions. Using the exact self-energies of elementary filter networks -- a series- and parallel-LC circuit and a simple representative bandpass filter consisting of their combination -- we calculate the generalized parametric gain factors. Compared with their Markovian counterpart, these gain profiles are strongly modified. We find bandwidth broadening not only in the established parameter regime, where the self-energy of the coupling is in resonance with the device and its real part has unity slope, but also within off-resonant parameter regimes where the real part of the self-energy is large. Our results offer insight for the bandwidth engineering of Josephson parametric devices using simple coupling networks.
• Abstract（参考訳）: ジョセフソンパラメトリックデバイスは超伝導量子コンピューティングの研究で広く用いられているが、固有のゲインバンド幅のトレードオフに悩まされている。 この制限は、帯域通過フィルタを介してデバイスを入出力伝送ラインに結合することで部分的に克服され、帯域幅が狭くなる。 ここでは, 共振器結合回路の非摂動回路解析を, 共振器結合回路の非摂動回路解析で行う。 結果のカップリング係数の強い周波数依存性は、一般にcQED分析で使用されるマルコフ近似が不十分であることを意味する。 カップリングの完全周波数依存性を保持することにより、単一減衰パラメータの代わりにカップリングの周波数依存複素値自己エネルギーを持つ量子ランゲヴィン方程式の非マルコフ形式に到達する。 また、入出力関係とユニタリティ条件を一貫して一般化する。 基本フィルタネットワーク(直列および並列LC回路とそれらの組み合わせからなる単純な代表帯域通過フィルタ)の正確な自己エネルギーを用いて、一般化パラメトリック利得係数を算出する。 Markovianと比較すると、これらのゲインプロファイルは強く修正されている。 また, 共振器の自己エネルギーがデバイスと共振し, 実部が一様勾配を持つようなパラメータ系だけでなく, 自己エネルギーの実部が大きい非共振パラメータ系内でも帯域幅が拡大することがわかった。 この結果から,単純な結合ネットワークを用いたジョセフソンパラメトリックデバイスの帯域幅工学の知見を得た。

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