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储能系统技术 储能系统 ★ 4.0

宽带合并元件约瑟夫森参量放大器

Broadband merged-element Josephson parametric amplifier

作者 Yuting Sun · Hefei National Laboratory · Xianke Li · Qingyu Wang · Tairong Bai
期刊 Applied Physics Letters
出版日期 2025年1月
卷/期 第 126 卷 第 24 期
技术分类 储能系统技术
技术标签 储能系统
相关度评分 ★★★★ 4.0 / 5.0
关键词 宽带量子限幅放大器 合并元件设计 约瑟夫森参量放大器 超导量子信息 量子计算
语言:

中文摘要

宽带量子极限放大器对量子信息处理至关重要,但其设计与制备仍面临挑战。本文提出一种宽带合并元件约瑟夫森参量放大器,将并联离散电容直接集成于约瑟夫森结中。该设计消除了分立电容的缺陷,简化了制备工艺,降低了对高精度光刻设备的需求,并兼容标准超导量子比特制备流程。实验结果显示,在500 MHz带宽内增益达15 dB,平均饱和功率为−116 dBm,噪声性能接近量子极限。该放大器结构鲁棒、易于实现,有望广泛应用于超导量子信息与量子计算领域。

English Abstract

Broadband quantum-limited amplifiers are essential for quantum information processing, yet challenges in design and fabrication continue to hinder their widespread applications. Here, we introduce the broadband merged-element Josephson parametric amplifier in which the discrete parallel capacitor is directly integrated with the Josephson junctions. This merged-element design eliminates the shortcomings of discrete capacitors, simplifying the fabrication process, reducing the need for high-precision lithography tools and ensuring compatibility with standard superconducting qubit fabrication procedures. Experimental results demonstrate a gain of 15 dB over a 500 MHz bandwidth, a mean saturation power of −116 dBm, and near-quantum-limited noise performance. This robust readily implemented parametric amplifier holds significant promise for broader applications in superconducting quantum information and the advancement of quantum computation.
S

SunView 深度解读

该宽带约瑟夫森参量放大器技术虽属量子计算领域,但其核心设计理念对阳光电源功率器件与控制技术具有启发价值。其宽带低噪声放大特性可借鉴至ST储能变流器的微弱信号检测电路,提升电网谐波与故障信号的识别精度;合并元件设计简化制备工艺的思路,可应用于SiC/GaN功率模块的集成化设计,降低寄生参数影响,提高开关频率与效率;量子极限噪声抑制技术可启发iSolarCloud平台的传感器信号处理算法优化,增强智能诊断的准确性。该技术体现的宽带、低噪声、高集成度设计方向,与阳光电源高性能功率电子系统的技术演进路径高度契合。