DOI: https://doi.org/10.1063/5.0300910
تاريخ النشر: 2026-01-05
المؤلف: Z. Hao وآخرون
الموضوع الرئيسي: معلومات الكم والتشفير
نقاش
في هذا القسم، يناقش المؤلفون تصميم ومحاكاة مضخم باراميتري جوزيفسون الموجي (WJPA) الذي يستهدف تردد رنين يبلغ حوالي 22 جيجاهرتز مع عامل جودة يبلغ 100. يتضمن التصميم نموذج دائرة عناصر مجمعة، حيث يتم تضمين معلمات رئيسية مثل الحث عند الوصلة ($L_J \sim 120 \, \text{pH}$) والسعة ($C_J \sim 220 \, \text{fF}$) بناءً على كثافة التيار الحرجة وقيم السعة المحددة. تم إجراء محاكاة كهرومغناطيسية كاملة الموجة لتحسين أشكال المكثفات المتداخلة، مما أدى في النهاية إلى تحقيق تردد رنين قدره $f_{res} = 22.3 \, \text{GHz}$، وهو أقل قليلاً من القيمة المقاسة بدون تدفق والتي تبلغ 23.8 جيجاهرتز، على الأرجح بسبب اختلافات التصنيع.
يتناول القسم أيضًا إعدادين تجريبيين لقياس الضوضاء: طريقة Y-factor ونهج المعايرة القائم على الكيوبت. يستخدم إعداد Y-factor محلل شبكة متجهة ومكونات متنوعة لقياس خصائص الضوضاء لـ WJPA، بينما يستفيد الأسلوب القائم على الكيوبت من كيوبت ترانسمن متصل بكهف قراءة لتقييم ضوضاء النظام. يستنتج المؤلفون معادلات لوصف مساهمات الضوضاء من WJPA والمكونات المحيطة، مما يقدر في النهاية الضوضاء المضافة لـ WJPA بحوالي 2 فوتون، مع تقدير أكثر تحفظًا يبلغ 1.1 فوتون بعد احتساب خسائر الكابلات. تؤكد هذه التحليل الشامل على أهمية التصميم الدقيق وتقنيات القياس في تحسين أداء WJPA في التطبيقات الكمية.
DOI: https://doi.org/10.1063/5.0300910
Publication Date: 2026-01-05
Author(s): Z. Hao et al.
Primary Topic: Quantum Information and Cryptography
Discussion
In this section, the authors discuss the design and simulation of a waveguide Josephson parametric amplifier (WJPA) targeting a resonance frequency of approximately 22 GHz with a quality factor of 100. The design incorporates a lumped element circuit model, where key parameters such as junction inductance ($L_J \sim 120 \, \text{pH}$) and capacitance ($C_J \sim 220 \, \text{fF}$) are included based on critical current density and specific capacitance values. Full-wave electromagnetic simulations were conducted to refine the interdigitated capacitor geometries, ultimately achieving a resonance frequency of $f_{res} = 22.3 \, \text{GHz}$, which is slightly lower than the measured zero-flux value of 23.8 GHz, likely due to fabrication variations.
The section also details two experimental setups for noise measurement: the Y-factor method and a qubit-based calibration approach. The Y-factor setup utilizes a vector network analyzer and various components to measure the noise characteristics of the WJPA, while the qubit-based method leverages a transmon qubit coupled to a readout cavity to assess system noise. The authors derive equations to characterize the noise contributions from the WJPA and surrounding components, ultimately estimating the added noise of the WJPA to be approximately 2 photons, with a more conservative estimate of 1.1 photons after accounting for cable losses. This comprehensive analysis underscores the importance of precise design and measurement techniques in optimizing the performance of the WJPA in quantum applications.