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优化SNAIL参量放大器的非线性和耗散以提升动态范围

DOI：10.1103/PhysRevApplied.10.054020 期刊：Physical Review Applied 出版年份：2018 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： 我们展示了一种基于量子极限约瑟夫森结的三波混频参量放大器——超导非线性非对称电感元件（SNAIL）参量放大器（SPA），该器件采用SNAIL阵列作为可调谐非线性源。通过改变器件物理设计，我们展示了如何实现跨越多个数量级的非线性调控。针对设计参数函数，我们系统研究了限制动态范围的两个重要放大器非理想特性：增益压缩现象和互调失真现象，这两者的最小化对高保真多比特读出至关重要。通过与多种器件的第一性原理理论对比，我们证明了如何优化这些基于SNAIL的参量放大器的非线性及输入输出端口耦合，在不牺牲其他理想特性的前提下实现更高饱和功率。本工作阐述的方法可推广至提升所有形式的参量诱导混频技术，这些技术均可应用于量子信息领域。
作者： N. E. Frattini，V. V. Sivak，A. Lingenfelter，S. Shankar，M. H. Devoret
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

通过改变SNAIL参量放大器（SPA）的物理设计，在多个数量级上调控其非线性特性，并系统地研究和抑制增益压缩与互调失真现象，从而在不牺牲其他理想特性的前提下实现更高的饱和输出功率。

研究成果

该SPA（一种三波混频简并参量放大器）经过优化，在器件1GHz全可调谐带宽范围内实现了与最佳报道值相当的1dB压缩功率，且未牺牲任何其他理想特性。已证实放大器哈密顿量中的四阶克尔项是导致增益压缩和互调失真的主要原因。

研究不足

该研究的局限性在于：实现阻抗显著偏离50Ω的微带嵌入式结构存在实际困难，且用于制作连接点的引线中存在寄生几何电感，这使得LJ值难以在不显著影响参与比p的情况下降至当前约40pH的水平以下。

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