論文の概要: Quantum-limited traveling-wave parametric amplifier based on DUV lithography-defined planar structures
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.14455v1
- Date: Sun, 15 Mar 2026 16:04:52 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-03-17 16:19:35.816077
- Title: Quantum-limited traveling-wave parametric amplifier based on DUV lithography-defined planar structures
- Title（参考訳）: DUVリソグラフィ定義平面構造に基づく量子制限走行波パラメトリック増幅器
- Authors: Hao Li, Marco Scigliuzzo, Evgenii Guzovskii, Seog-Tae Han, Kyungho Han, Tobias J. Kippenberg,
- Abstract要約: 大規模超伝導量子プロセッサは、同様にスケーラブルな製造経路を辿る低温マイクロ波成分を必要とする。
移動波パラメトリック増幅器(TWPA)のような高回路密度デバイスにとって、このニーズは特に緊急である。
我々は、DUVで定義された平面回路素子と電子ビームパターンのジョセフソン接合を組み合わせたハイブリッドスキームにより作製された4波長混合TWPAを実証する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.753407718508481
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The relentless scaling of classical microelectronics has been enabled by the precision and reproducibility of deep-ultraviolet (DUV) optical lithography. Implementing large-scale superconducting quantum processors will require cryogenic microwave components that follow a similarly scalable fabrication path. This need is particularly acute for high circuit-density devices such as traveling-wave parametric amplifiers (TWPAs), where recent implementations have demonstrated high gain, broad bandwidth, high saturation power, and near-quantum-limited noise, but trade-offs between footprint, insertion loss, and scalable integration remain. Here, we demonstrate a four-wave-mixing TWPA fabricated via a hybrid scheme that combines DUV-defined planar circuit elements with electron-beam-patterned Josephson junctions, constituting a first step toward fully scalable manufacturing. The device combines a compact footprint with broadband gain from 3 to 11 GHz and an average 1 dB compression point of -102 dBm. By using planar capacitors to reduce loss, it operates near the quantum limit, with added noise near 0 and 1.5 photons above the standard quantum limit and an average of 0.4 photons in the 4 to 8 GHz band. The phase-matching stopband remains narrow, with a bandwidth of 43 MHz, consistent with resonator-frequency variation below 1% and indicative of the uniformity enabled by DUV lithography. These results show that DUV-defined planar elements can enable compact, low-loss, near-quantum-limited TWPAs and provide a promising route toward high-density cryogenic microwave hardware for large-scale quantum systems.
- Abstract（参考訳）: 古典的マイクロエレクトロニクスの絶え間ないスケーリングは、深紫外光リソグラフィー(DUV)の精度と再現性によって実現されている。
大規模超伝導量子プロセッサを実装するには、同様にスケーラブルな製造経路を辿る低温マイクロ波成分が必要となる。
特に、移動波パラメトリック増幅器(TWPA)のような高回路密度デバイスでは、最近の実装では、高利得、広帯域、高飽和電力、ほぼ量子制限ノイズが示されているが、フットプリント、挿入損失、拡張性統合とのトレードオフが残っている。
ここでは、DUVで定義された平面回路要素と電子ビームパターンのジョセフソン接合を結合したハイブリッドスキームにより作製された4波長混合TWPAについて述べる。
このデバイスは、コンパクトフットプリントとブロードバンドゲインを3から11GHz、平均1dB圧縮ポイントを102dBmと組み合わせている。
平面コンデンサを使用して損失を減らすことで、量子限界付近で動作し、標準量子限界より0および1.5光子近くでノイズを発生させ、4から8GHz帯で平均0.4光トンを発生させる。
位相整合停止帯域は、帯域幅が43MHzであり、共振器周波数変化が1%以下であり、DUVリソグラフィーによって可能となる均一性を示す。
これらの結果から、DUVで定義された平面素子は、コンパクトで低損失、ほぼ量子制限のTWPAを実現し、大規模量子システムのための高密度極低温マイクロ波ハードウェアへの有望な経路を提供する。
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