来る1000量子ビット時代に向けた低消費電力超伝導増幅器の開発

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2020年代中盤には、1000量子ビットを搭載した超伝導量子コンピュータが実現すると予想されている。しかし、現在読み出しに使用しているHEMT増幅器は発熱が大きく冷凍機の冷却の観点から100個以上の並列動作が難しい。本研究は、HEMT増幅器に対して消費電力が千分の一以下の超伝導進行波型増幅器 Kinetic inductance Traveling Wave Parametric Amplifier (KTWPA)を開発し、この問題の解決を図ることを目的としている。本年度は、KTWPAに生じ得る損失源の特定、設計に重要なパラメータの導出、KTWPAの試作を行った。損失源の特定は、窒化チタンや窒化ニオブチタンを用いた超伝導共振回路を作製し、読み出し電力や測定温度を変えることで評価を行った。また、温度依存性の測定結果から設計において重要な窒化ニオブチタンの力学的インダクタンスの導出を行った。これらの評価やKTWPAの設計を進めていく中で、力学的インダクタンスの電流依存性の測定や、KTWPAを格納するパッケージサイズに起因する損失の抑制が重要であるという知見を得た。力学的インダクタンスの電流依存性は、直流電流を印加することができる共振回路を作製し、評価を行った。また、温度を変えながら測定を行うことで、この電流依存性が温度に依存するという新たな知見を得ることができた。これらの測定結果を踏まえて、試作用KTWPAの設計および作製を進め、本年度中に完了することができた。パッケージサイズに起因する損失に関しては、電磁界シミュレーションソフトを使用し、この損失を抑制できるパッケージの設計を完了することができた。