論文の概要: Hybridized-Mode Parametric Amplifier in Kinetic-Inductance Circuits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.03362v1
- Date: Wed, 03 Dec 2025 01:56:00 GMT
- ステータス: 情報取得中
- システム内更新日: 2025-12-04 12:01:35.383564
- Title: Hybridized-Mode Parametric Amplifier in Kinetic-Inductance Circuits
- Title（参考訳）: 動インダクタンス回路におけるハイブリッドモードパラメトリック増幅器
- Authors: Danial Davoudi, Abdul Mohamed, Shabir Barzanjeh,
- Abstract要約: NbTiNおよびNbN薄膜から作製した容量結合Kerr非線形共振器を用いた2モード速度インダクタンス増幅器
その結果、ブロードバンド、高出力、磁気抵抗量子制限増幅のためのロバストなプラットフォームとして、共振インダクタンス共振器が確立された。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: Parametric amplification is essential for quantum measurement, enabling the amplification of weak microwave signals with minimal added noise. While Josephson-junction-based amplifiers have become standard in superconducting quantum circuits, their magnetic sensitivity, limited saturation power, and sub-kelvin operating requirements motivate the development of alternative nonlinear platforms. Here we demonstrate a two-mode kinetic-inductance parametric amplifier based on a pair of capacitively coupled Kerr-nonlinear resonators fabricated from NbTiN and NbN thin films. The distributed Kerr nonlinearity of these materials enables nondegenerate four-wave-mixing amplification with gains approaching 40 dB, gain-bandwidth products up to 6.9 MHz, and 1-dB compression powers two to three orders of magnitude higher than those of state-of-the-art Josephson amplifiers. A coupled-mode theoretical model accurately captures the pump-induced modification of the hybridized modes and quantitatively reproduces the observed signal and idler responses. The NbN device exhibits a significantly larger Kerr coefficient and superior gain-bandwidth performance, highlighting the advantages of high-kinetic-inductance materials. Our results establish coupled kinetic-inductance resonators as a robust platform for broadband, high-power, and magnetically resilient quantum-limited amplification, offering a scalable route for advanced readout in superconducting qubits, spin ensembles, quantum dots, and other microwave-quantum technologies.
- Abstract（参考訳）: パラメトリック増幅は量子測定に必須であり、最小付加雑音で弱いマイクロ波信号の増幅を可能にする。
ジョセフソン接合型増幅器は超伝導量子回路では標準となっているが、その磁気感度、飽和電力の制限、およびサブケルビン動作要求は代替非線形プラットフォームの開発を動機付けている。
ここではNbTiNおよびNbN薄膜から作製した一対の容量結合Kerr非線形共振器に基づく2モードの運動インダクタンスパラメトリック増幅器を示す。
これらの材料の分散Kerr非線形性により、40dBに近い利得を持つ非退化4波混合増幅、最大6.9MHzまでの利得バンド幅の製品、1-dB圧縮は、最先端のジョセフソン増幅器よりも2〜3桁高い出力が得られる。
結合モード理論モデルは、ポンプによるハイブリダイゼーションモードの修正を正確に捉え、観測された信号とアイドラー応答を定量的に再現する。
NbN装置は、Kerr係数が著しく大きく、利得帯域幅性能が優れ、高速度インダクタンス材料の利点を強調している。
本研究は, 超伝導量子ビット, スピンアンサンブル, 量子ドット, その他のマイクロ波量子量子技術における高度な読み出しのためのスケーラブルな経路を提供する, ブロードバンド, 高出力, 磁気抵抗性量子制限増幅のためのロバストなプラットフォームとして, 共振インダクタンス共振器を確立した。
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