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Development and application of traveling wave Josephson parametric amplifiers based on three-wave mixing

基于三波混频的行波约瑟夫森参量放大器的研制与应用

基本信息

批准号：
18J00874
负责人：
浦出芳郎
金额：
$ 2.33万
依托单位：
Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

(1) 増幅器の省電力化および量子ビット読み出しへの応用当初目標とした進行波型増幅器は数千個のジョセフソン接合等を必要として試料作製の難易度が高いため、同じく広帯域な増幅器として、インピーダンス整合型とよばれる少数の接合で実装できる増幅器の開発を進めてきた。本年度は増幅器の省電力化を行った。以前のデバイスは超伝導量子ビットの読み出しに十分な増幅特性を示したが、必要なポンプ電力が大きい(低温下で約-40 dBm)という課題があった。過大なポンプ電力は冷凍機の温度を上昇させ、量子ビットの特性に悪影響を与えうる。この問題を解決するために次の改善を行った：(i)増幅器を構成するSQUIDループにメアンダ構造のインダクタンスを加えることで、ポンプ伝送線路との相互インダクタンスを増大した。(ii)ポンプ波の伝送線路をポンプ周波数の共振器とすることでポンプ効率を高めた。これらの改善により、以前と同等の性能を保ちつつ、必要なポンプ電力を1/100以下に低減した。また、受け入れ先で進行中の超伝導量子ビット集積化プロジェクトにこうした増幅器を提供し、量子ビット読み出しの効率を大きく改善した。これにより、複数量子ビットを周波数多重化した上での高速な単一試行読み出しが可能となった。(2) 増幅器の雑音評価増幅器の雑音特性を評価し、量子限界に迫る低雑音特性を示しているかの検証を行った。そのためには、評価したい増幅器以外の測定系が付加する雑音を知る必要がある。金ナノワイヤのショット雑音を測定し、その物理モデルと比較することで系の付加する雑音と総利得を評価した。この情報と、増幅器による信号対雑音比の改善の結果から、この増幅器が付加する雑音を絶対的に定めることができる。開発した増幅器の付加雑音は光子数換算で0.8光子ほどであり、標準量子限界(0.5光子)に迫る低雑音で増幅していることが分かった。

(1) The power saving of the amplifier is achieved by using the quantum technology as the original target. Manufacture of thousands of necessary samples such as wave type amplifiers and のジョセフソン joints The difficulty level is high, the same is the same as the widening device, and the same is the same. Integrated とよばれるa few joints are installed and the amplifier is opened and opened. This year, the power-saving measures for the amplifier were carried out. In the past, the super-conducting quantum conductor has a very large amplitude, and the necessary power is large (approximately -40 at low temperatures) dBm)という题目があった. Excessive power and temperature of the refrigerator will not rise, and the characteristics of the quantum computer will not affect it. How to solve the problem and how to improve it: (i) The structure of the amplifier and how to solve itンダstructural のインダクタンスを加えることで, ポンプ伝出线とのmutual インダクタンスを嗗大した. (ii) The wave number of the transmission line is high, and the frequency of the resonator is high. The performance has been improved, the performance has been the same as before, and the necessary power has been reduced to less than 1/100.また、Receive け enter れ first で Super denture in progress ビットintegration プロジェクトにこうしたamplifierをprovideし、quantumビット読み出しのefficiencyを大きく Improvementした.これにより, complex quantum ビットをcycle number multiplexing した上での高な単一 trial 読み出しがpossibleとなった. (2) The amplifier's sound characteristics are the characteristics of the amplifier, and the sound characteristics of the quantum limit are low and the sound characteristics are low.そのためには, evaluation 価したいAmplifier other than the measuring system が Fujia する雑音をKnowing るがある.金ナノワイヤのショット雑音をdeterminationし、そのphysicsモデルとComparisonすることで线のpaid加する雑音と総利得を选価した.このinformationと、amplifier signal and sound ratio improvementのresultから、amplifier and sound ratio improvementにdeterminationめることができる. The number of photons converted to the amplifier's amplifier is 0.8 photons, standard The quantum limit (0.5 photons) is the same as the low sound and the amplitude is the same.

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Impedance-matched Josephson parametric amplifier using open stubs as shunt capacitance

使用开路短截线作为并联电容的阻抗匹配约瑟夫森参量放大器

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Y. Urade;K. Zuo;K. Inomata;Z.R. Lin;T. Yamamoto;and Y. Nakamura
通讯作者：
and Y. Nakamura

Inductively shunted transmon qubit for ZZ interaction cancellation

用于取消 ZZ 相互作用的感应分流 transmon 量子位

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kun Zuo;Yoshiro Urade;Zhiguang Yan;Shuhei Tamate;Yutaka Tabuchi;Hirotaka Terai;and Yasunobu Nakamura
通讯作者：
and Yasunobu Nakamura

Broadband Josephson parametric amplifier for multiplexed readout of superconducting qubits

用于超导量子位多路复用读出的宽带约瑟夫森参量放大器