• 文献检索
  • 文档翻译
  • 深度研究
  • 学术资讯
  • Suppr Zotero 插件Zotero 插件
  • 邀请有礼
  • 套餐&价格
  • 历史记录
应用&插件
Suppr Zotero 插件Zotero 插件浏览器插件Mac 客户端Windows 客户端微信小程序
定价
高级版会员购买积分包购买API积分包
服务
文献检索文档翻译深度研究API 文档MCP 服务
关于我们
关于 Suppr公司介绍联系我们用户协议隐私条款
关注我们

Suppr 超能文献

核心技术专利:CN118964589B侵权必究
粤ICP备2023148730 号-1Suppr @ 2026

文献检索

告别复杂PubMed语法,用中文像聊天一样搜索,搜遍4000万医学文献。AI智能推荐,让科研检索更轻松。

立即免费搜索

文件翻译

保留排版,准确专业,支持PDF/Word/PPT等文件格式,支持 12+语言互译。

免费翻译文档

深度研究

AI帮你快速写综述,25分钟生成高质量综述,智能提取关键信息,辅助科研写作。

立即免费体验

4K 下动态电感行波参量放大器的性能:迈向半导体放大器的替代方案。

Performance of a Kinetic Inductance Traveling-Wave Parametric Amplifier at 4 Kelvin: Toward an Alternative to Semiconductor Amplifiers.

作者信息

Malnou M, Aumentado J, Vissers M R, Wheeler J D, Hubmayr J, Ullom J N, Gao J

机构信息

National Institute of Standards and Technology, Boulder, Colorado 80305, USA.

Department of Physics, University of Colorado, Boulder, Colorado 80309, USA.

出版信息

Phys Rev Appl. 2022 Apr;17(4). doi: 10.1103/physrevapplied.17.044009.

DOI:10.1103/physrevapplied.17.044009
PMID:37965129
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10644704/
Abstract

Most microwave readout architectures in quantum computing or sensing rely on a semiconductor amplifier at 4 K, typically a high-electron mobility transistor (HEMT). Despite its remarkable noise performance, a conventional HEMT dissipates several milliwatts of power, posing a practical challenge to scale up the number of qubits or sensors addressed in these architectures. As an alternative, we present an amplification chain consisting of a kinetic inductance traveling-wave parametric amplifier (KITWPA) placed at 4 K, followed by a HEMT placed at 70 K, and demonstrate a chain-added noise between 3.5 and 5.5 GHz. While, in principle, any parametric amplifier can be quantum limited even at 4 K, in practice we find the performance of the KITWPA to be limited by the temperature of its inputs and by an excess of noise . The dissipation of the rf pump of the KITWPA constitutes the main power load at 4 K and is about 1% that of a HEMT. These combined noise and power dissipation values pave the way for the use of the KITWPA as a replacement for semiconductor amplifiers.

摘要

量子计算或传感中的大多数微波读出架构都依赖于4K温度下的半导体放大器,通常是高电子迁移率晶体管(HEMT)。尽管传统的HEMT具有出色的噪声性能,但它会消耗几毫瓦的功率,这对扩大这些架构中所涉及的量子比特或传感器的数量构成了实际挑战。作为替代方案,我们提出了一种放大链,它由放置在4K温度下的动态电感行波参量放大器(KITWPA)和放置在70K温度下的HEMT组成,并展示了在3.5至5.5GHz之间的链加噪声。虽然原则上任何参量放大器即使在4K温度下也可以达到量子极限,但实际上我们发现KITWPA的性能受到其输入温度和过量噪声的限制。KITWPA的射频泵浦损耗是4K温度下的主要功率负载,约为HEMT的1%。这些综合的噪声和功耗值为使用KITWPA替代半导体放大器铺平了道路。

相似文献

1
Performance of a Kinetic Inductance Traveling-Wave Parametric Amplifier at 4 Kelvin: Toward an Alternative to Semiconductor Amplifiers.4K 下动态电感行波参量放大器的性能:迈向半导体放大器的替代方案。
Phys Rev Appl. 2022 Apr;17(4). doi: 10.1103/physrevapplied.17.044009.
2
Low-noise kinetic inductance traveling-wave amplifier using three-wave mixing.采用三波混频的低噪声动态电感行波放大器。
Appl Phys Lett. 2016;108. doi: 10.1063/1.4937922. Epub 2016 Jan 5.
3
Engineering the thin film characteristics for optimal performance of superconducting kinetic inductance amplifiers using a rigorous modelling technique.使用严格的建模技术设计薄膜特性,以实现超导动态电感放大器的最佳性能。
Open Res Eur. 2023 Sep 13;2:88. doi: 10.12688/openreseurope.14860.2. eCollection 2022.
4
Parametric Amplifiers Based on Quantum Dots.基于量子点的参量放大器。
Phys Rev Lett. 2022 May 13;128(19):197701. doi: 10.1103/PhysRevLett.128.197701.
5
A wideband cryogenic microwave low-noise amplifier.一种宽带低温微波低噪声放大器。
Beilstein J Nanotechnol. 2020 Sep 30;11:1484-1491. doi: 10.3762/bjnano.11.131. eCollection 2020.
6
Low-noise cryogenic microwave amplifier characterization with a calibrated noise source.使用校准噪声源对低噪声低温微波放大器进行表征。
Rev Sci Instrum. 2024 Mar 1;95(3). doi: 10.1063/5.0193591.
7
A gate-tunable graphene Josephson parametric amplifier.一种栅极可调谐石墨烯约瑟夫森参量放大器。
Nat Nanotechnol. 2022 Nov;17(11):1153-1158. doi: 10.1038/s41565-022-01235-9. Epub 2022 Oct 24.
8
Characterizing cryogenic amplifiers with a matched temperature-variable noise source.使用匹配的温度可变噪声源表征低温放大器。
Rev Sci Instrum. 2021 Mar 1;92(3):034708. doi: 10.1063/5.0028951.
9
A near-quantum-limited Josephson traveling-wave parametric amplifier.一种近量子限制的约瑟夫森行波参量放大器。
Science. 2015 Oct 16;350(6258):307-10. doi: 10.1126/science.aaa8525. Epub 2015 Sep 3.
10
Granular Aluminum Parametric Amplifier for Low-Noise Measurements in Tesla Fields.
Phys Rev Lett. 2024 Dec 31;133(26):260604. doi: 10.1103/PhysRevLett.133.260604.

引用本文的文献

1
Kinetic inductance current sensor for visible to near-infrared wavelength transition-edge sensor readout.用于可见光到近红外波长转变边缘传感器读出的动态电感电流传感器。
Commun Eng. 2024 Nov 6;3(1):160. doi: 10.1038/s44172-024-00308-y.
2
Engineering the thin film characteristics for optimal performance of superconducting kinetic inductance amplifiers using a rigorous modelling technique.使用严格的建模技术设计薄膜特性,以实现超导动态电感放大器的最佳性能。
Open Res Eur. 2023 Sep 13;2:88. doi: 10.12688/openreseurope.14860.2. eCollection 2022.
3
In situ amplification of spin echoes within a kinetic inductance parametric amplifier.在动力学电感参量放大器中对自旋回波进行原位放大。
Sci Adv. 2023 Mar 10;9(10):eadg1593. doi: 10.1126/sciadv.adg1593.

本文引用的文献

1
Nonreciprocal Microwave Signal Processing with a Field-Programmable Josephson Amplifier.基于现场可编程约瑟夫森放大器的非互易微波信号处理
Phys Rev Appl. 2017 Feb;7(2). doi: 10.1103/physrevapplied.7.024028.
2
Efficient and Low-Backaction Quantum Measurement Using a Chip-Scale Detector.使用芯片级探测器实现高效且低反作用的量子测量。
Phys Rev Lett. 2021 Mar 5;126(9):090503. doi: 10.1103/PhysRevLett.126.090503.
3
A quantum enhanced search for dark matter axions.量子增强暗物质轴子搜索。
Nature. 2021 Feb;590(7845):238-242. doi: 10.1038/s41586-021-03226-7. Epub 2021 Feb 10.
4
Lynx x-ray microcalorimeter.山猫X射线微量热计。
J Astron Telesc Instrum Syst. 2019 Apr;5(2):021017. doi: 10.1117/1.JATIS.5.2.021017. Epub 2019 May 31.
5
Materials loss measurements using superconducting microwave resonators.使用超导微波谐振器进行材料损耗测量。
Rev Sci Instrum. 2020 Sep 1;91(9):091101. doi: 10.1063/5.0017378.
6
Quantum supremacy using a programmable superconducting processor.用量子计算优越性使用可编程超导处理器。
Nature. 2019 Oct;574(7779):505-510. doi: 10.1038/s41586-019-1666-5. Epub 2019 Oct 23.
7
Search for Invisible Axion Dark Matter with the Axion Dark Matter Experiment.用轴子暗物质实验寻找看不见的轴子暗物质。
Phys Rev Lett. 2018 Apr 13;120(15):151301. doi: 10.1103/PhysRevLett.120.151301.
8
Microwave SQUID Multiplexer Demonstration for Cosmic Microwave Background Imagers.用于宇宙微波背景成像仪的微波超导量子干涉装置复用器演示
Appl Phys Lett. 2017 Dec;111(24). doi: 10.1063/1.5008527. Epub 2017 Dec 14.
9
Large-format platinum silicide microwave kinetic inductance detectors for optical to near-IR astronomy.用于光学至近红外天文学的大幅面硅化铂微波动态电感探测器。
Opt Express. 2017 Oct 16;25(21):25894-25909. doi: 10.1364/OE.25.025894.
10
First Results from a Microwave Cavity Axion Search at 24  μeV.24微电子伏特微波腔轴子搜索的初步结果
Phys Rev Lett. 2017 Feb 10;118(6):061302. doi: 10.1103/PhysRevLett.118.061302. Epub 2017 Feb 9.