論文の概要: Device-Agnostic Microwave Noise Metrology for Nonlinear Cryogenic Quantum Devices
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.28808v1
- Date: Wed, 27 May 2026 17:57:07 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-05-28 17:38:56.264435
- Title: Device-Agnostic Microwave Noise Metrology for Nonlinear Cryogenic Quantum Devices
- Title（参考訳）: 非線形極低温量子デバイスのためのデバイス非依存マイクロ波ノイズメトロロジー
- Authors: Andrea Celotto, Alessandro Alocco, Bernardo Galvano, Luca Fasolo, Emanuele Palumbo, Luca Callegaro, Luca Oberto, Patrizia Livreri, Emanuele Enrico,
- Abstract要約: 近接量子制限信号処理が可能なマイクロ波デバイスは、固体量子技術のツールボックスに不可欠なコンポーネントである。
増幅器、ミキサー、アイソレータ等による単一光子マイクロ波信号の操作と読み出しは、信頼性の高い動作を保証するために、信号整合性の観点から厳しい要件を満たす必要がある。
このことは、ポートの参照平面ですべての関連するメリットの値が表現されなければならないため、その特徴付けに課題を生じさせる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 33.608063888064514
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Microwave devices capable of near-quantum-limited signal processing are essential components in the toolbox of solid-state quantum technologies. The manipulation and readout of single-photon microwave signals through amplifiers, mixers, isolators, etc. must fulfill strict requirements in terms of signal integrity to ensure reliable operation. These active microwave quantum devices operate in complex cryo-electronic setups. This poses challenges to their characterization, since all relevant figures of merit must be expressed at the reference planes of their ports. Even though cryogenic S-parameter calibration is non-trivial, metrological approaches are converging toward rigorous methods. Furthermore, preserving signal integrity must be quantified via absolute noise levels at the ports of the Device Under Test (DUT), requiring an absolute power reference. In this work, we present an in situ noise metrology protocol based on substituting a controllable noise source for the DUT. We motivate this choice by showing that placing the noise source at the DUT input impacts the separability of the calibration from the DUT characteristics. Our proposed architecture combines Planck spectroscopy using a Variable Temperature Stage with Short-Open-Load-Reciprocal scattering-parameter calibration, so that noise and scattering quantities are referred to the same cryogenic reference planes. In this configuration, the readout-chain calibration is separated from the internal dynamics of the DUT. As a demanding use case, we apply the protocol to a Josephson Traveling Wave Parametric Amplifier and extract its gain and input-referred added noise under pump conditions activating multimode nonlinear behavior. This illustrates how our device-agnostic protocol supports portable noise characterization of nonlinear cryogenic microwave devices.
- Abstract（参考訳）: 近接量子制限信号処理が可能なマイクロ波デバイスは、固体量子技術のツールボックスに不可欠なコンポーネントである。
増幅器、ミキサー、アイソレータ等による単一光子マイクロ波信号の操作と読み出しは、信頼性の高い動作を保証するために、信号整合性の観点から厳しい要件を満たす必要がある。
これらのアクティブなマイクロ波量子デバイスは、複雑な低温電子配置で動作する。
このことは、ポートの参照平面ですべての関連するメリットの値が表現されなければならないため、その特徴付けに課題を生じさせる。
低温Sパラメータのキャリブレーションは非自明であるが, 厳密な手法にメタロジカルアプローチが収束している。
さらに、信号の完全性を維持するには、絶対的な電力基準を必要とするデバイス・アンダー・テスト(DUT)のポートにおける絶対的なノイズレベルを通じて定量化する必要がある。
そこで本研究では,DUTのための制御可能なノイズ源を代用したインシチューノイズメトロジープロトコルを提案する。
我々は、DUT入力にノイズ源を配置することがDUT特性からキャリブレーションの分離性に影響を与えることを示すことで、この選択を動機付けている。
提案アーキテクチャは, 可変温度ステージと短周期開放-相互散乱-パラメータキャリブレーションを併用したプランク分光法を用いて, ノイズと散乱量が同じ極低温基準面に言及されるようにした。
この構成では、リードアウトチェーンキャリブレーションはDUTの内部力学から分離される。
要求されたユースケースとして、このプロトコルをジョセフソントラベリング波パラメトリック増幅器に適用し、マルチモード非線形挙動を活性化するポンプ条件下での利得と入力参照付加雑音を抽出する。
本研究は,非線形極低温マイクロ波デバイスにおいて,携帯型ノイズ特性を実現するためのデバイス非依存プロトコルについて述べる。
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