Невырожденный параметрический СВЧ-усилитель на контактах Джозефсона Nb/AlOX/Nb с квантовым уровнем шумов для обработки квантовой информации

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Представлены результаты разработки сверхпроводящего параметрического СВЧ-усилителя на контакте Джозефсона (ДПУ), предназначенного, в частности, для считывания состояний сверхпроводящих кубитов. Продемонстрированы добавленный шум усилителя, близкий к квантовому пределу, и режим невырожденного четырехволнового усиления. Создание схемы ДПУ на основе ниобиевой технологии представляет значительный практический интерес в связи с долговечностью ниобиевых схем и с более высокой критической температурой материала по сравнению с распространенной алюминиевой технологией. Невырожденный режим работы ДПУ удобен для частотного разделения каналов сигнала и накачки. Микросхема усилителя состоит из четвертьволнового копланарного резонатора с массивом из трех СКВИДов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. С. Беседин

Национальный исследовательский технологический университет МИСИС

Email: alexandre.karpov@yahoo.com

Лаборатория сверхпроводниковых квантовых технологий 

Россия, 119049, Москва, Ленинский просп., 4, с. 1

И. Е. Пологов

Национальный исследовательский технологический университет МИСИС

Email: alexandre.karpov@yahoo.com

Лаборатория сверхпроводниковых квантовых технологий 

Россия, 119049, Москва, Ленинский просп., 4, с. 1

Л. В. Филиппенко

Институт радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова Российской академии наук

Email: alexandre.karpov@yahoo.com
Россия, 125009, Москва, ул. Моховая, 11, к. 7

В. П. Кошелец

Институт радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова Российской академии наук

Email: alexandre.karpov@yahoo.com
Россия, 125009, Москва, ул. Моховая, 11, к. 7

А. В. Карпов

Национальный исследовательский технологический университет МИСИС

Автор, ответственный за переписку.
Email: alexandre.karpov@yahoo.com

Лаборатория сверхпроводниковых квантовых технологий

Россия, 119049, Москва, Ленинский просп., 4, с. 1

Список литературы

  1. Gambetta J., Blais A., Boissonneault M, Houck A.A., Schuster D.I., Girvin S.M. // Phys. Rev. A. 2008. V. 77. P. 012112. http://doi.org/10.1103/PhysRevA.77.012112
  2. Roch N., Schwartz M.E., Motzoi F. et al. // Phys. Rev. Lett. 2014. V. 112. P. 170501. http://doi.org/10.1103/PhysRevLett.112.170501
  3. Weber S.J., Murch K.W., Kimchi-Schwartz M.E., Roch N., Siddiqi I. // Compt. Rend. Phys. 2016. V. 17. P. 766. http://doi.org/10.1016/j.crhy.2016.07.007
  4. Reed M.D., Dicarlo L., Nigg S.E. Sun L, Frunzio L., Girvin S.M., Schoelkopf R.J. // Nature. 2012. V. 482. P. 382. http://doi.org/10.1038/nature10786
  5. Eichler C, Bozyigit D, Lang C, Baur M, Steffen L, Fink J.M., Filipp S., Wallraff A. // Phys. Rev. Lett. 2011. V. 107. P. 113601. http://doi.org/10.1103/PhysRevLett.107.113601
  6. Clerk A.A., Devoret M.H., Girvin S.M., Marquardt F., Schoelkopf R.J. // Rev. Mod. Phys. 2010. V. 82. P. 1155. http://doi.org/10.1103/RevModPhys.82.1155
  7. Eichler C., Wallraff A. // EPJ Quantum Technol. 2014. V. 1. № 2. http://doi.org/10.1140/epjqt2
  8. Eichler C., Salathe Y., Mlynek J., Schmidt S., Wallraff A. // Phys. Rev. Lett. 2014. V. 113. P. 110502. http://doi.org/10.1103/PhysRevLett.113.110502
  9. Roy A., Devoret M. // Compt. Rend. Phys. 2016. V. 17(7). P. 740. http://doi.org/10.1016/j.crhy.2016.07.012
  10. Devoret M., Roy A. // Compt. Rend. Phys. 2016. V. 17. №. 7. P. 740. http://doi.org/10.1016/j.crhy.2016.07.012
  11. Mutus J.Y., White T.C., Barends R. et al. // Appl. Phys. Lett. 2014. V. 104. P. 263513. http://doi.org/10.1063/1.4886408
  12. Roy T., Kundu S., Chand M. et al. // Appl. Phys. Lett. 2015. V. 107. P. 262601. http://doi.org/10.1063/1.4939148
  13. Dmitiriev P.N., Ermakov A.B., Kovalenko A.G. et al. // IEEE Trans. Appl. Supercond. 1999. V. 9. P. 3970. http://doi.org/10.1109/77.783897
  14. Filippenko L.V., Shitov S.V., Dmitriev P.N. et al. // IEEE Trans. Appl. Supercond. 2001. V. 11. P. 816. http://doi.org/10.1109/77.919469
  15. Averkin A.S., Karpov A., Shulga K., Glushkov E., Abramov N., Huebner U., Il'ichev E., Ustinov A.V. // Rev. Sci. Instrum. 2014. V. 85. P. 104702. https://doi.org/10.1063/1.4896830
  16. Kerr A.R., Feldman Pan M.J. S.-K. NRAO electronics division internal report № 304 (also distributed as MMA Memo № 161), 1996. https://www.gb.nrao.edu/electronics/edir/edir304.pdf

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Дизайн образца усилителя на контакте Джозефсона: а – принципиальная схема усилителя состоит из четвертьволнового резонатора и трех СКВИДов, сигнал и накачка подаются через два независимых канала; б – фотография образца с двумя схемами усилителя в экспериментальной установке. Размер чипа 4 × 4 мм2. Вход сигнала – слева, вход накачки – справа.

Скачать (193KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Экспериментальная установка для измерения характеристик усилителя на контакте Джозефсона.

Скачать (212KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Измеренная АЧХ цепи параметрического усилителя в зависимости от приложенного внешнего магнитного поля (постоянного тока в соленоиде). Резонансная частота усилителя проявляется в виде особенности на плоскости коэффициентов отражения.

Скачать (158KB)
Метаданные
5. Рис. 4. а – Расчетная АЧХ входной цепи параметрического усилителя в зависимости от приложенного внешнего магнитного поля для схемы с резонансом в полости корпуса, как в эксперименте на рис. 2. Область АЧХ, использованная для обеспечения невырожденного режима усилителя, выделена штриховой линией (соответствующий эксперимент представлен на рис. 6). б – Расчетный частотный отклик схемы усилителя при различных значениях магнитного потока в СКВИДах для области, выделенной штриховой линией на рис. 4а.

Скачать (190KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость оптимальных параметров накачки и тока в электромагните от целевой частоты (частоты усиливаемого сигнала).

Скачать (75KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Измеренные частотные зависимости усиления ДПУ для каждой целевой частоты оптимизации (при оптимальных параметрах режима из рис. 5). Усиление более 15 дБ наблюдается на выбранной для оптимизации частоте (нижняя красная полоска), а также на зеркальной частоте (верхняя красная полоска). Частота накачки лежит между нижней и верхней полосами усиления (средняя линия). Разница между частотой накачки и полосами усиления достигает 200 МГц.

Скачать (160KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Результат измерения коэффициента усиления цепи, состоящей из ДПУ и усилителя на транзисторе с высокой подвижностью электронов. Усиление определяется как превышение над калибровочной кривой, оно достигает 15–17 дБ. Целевая частота сигнала для оптимизации – f0.

Скачать (74KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Результат измерения эквивалентной шумовой температуры цепи, состоящей из ДПУ и усилителя на транзисторе с высокой подвижностью электронов. Целевая частота сигнала для оптимизации – f0 .

Скачать (52KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Уровень мощности сигнала при компрессии 1 дБ в зависимости от частоты центра полосы усиления перестраиваемого параметрического усилителя.

Скачать (34KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024