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量子物理

arXiv:2409.02887 (quant-ph)
[提交于 2024年9月4日 ]

标题: 基于铋的约瑟夫森结参数放大器:优越的可调性和线性度

标题: Blochnium-Based Josephson Junction Parametric Amplifiers: Superior Tunability and Linearity

Authors:A. Salmanogli, H. Zandi, M. Akbari
摘要: 弱量子信号放大是量子计算中的一个关键任务。 在本研究中,利用了一种最近引入的约瑟夫森结阵列结构,称为Blochnium(N系列Quarton结构)作为参数放大器。 我们首先理论推导了系统的拉格朗日量、量子哈密顿量,然后使用量子朗之万方程分析其动力学。 通过将这些方程转换到傅里叶域并采用输入输出形式化方法,参数放大器的主要指标得以计算。 由于能够操控非线性,所提出的新型设计相比传统设计具有显著优势。 这一主要特性极大地增强了放大器的压缩点(P1dB),同时也使其能够在宽频带上调谐。 通过有效的非线性管理实现的增强线性度对于量子应用至关重要,这在理论上得到了推导。 此外,能够在不产生显著频谱重叠的情况下扫描C波段,对于可扩展量子系统中的频率复用至关重要。 仿真结果表明,Blochnium参数放大器可以达到约25 dB的信号增益,且压缩点优于-92 dBm。 因此,我们提出的参数放大器,凭借其优越的自由度,超越了传统的约瑟夫森结阵列设计,使其成为先进量子计算应用中极具前景的候选方案。
摘要: The weak quantum signal amplification is an essential task in quantum computing. In this study, a recently introduced structure of Josephson junctions array called Blochnium (N series Quarton structure) is utilized as a parametric amplifier. We begin by theoretical deriving the system's Lagrangian, quantum Hamiltonian, and then analyze the dynamics using the quantum Langevin equation. By transforming these equations into the Fourier domain and employing the input-output formalism, leading metric indicators of the parametric amplifier become calculated. The new proposed design offers significant advantages over traditional designs due to its ability to manipulate nonlinearity. This premier feature enhances the compression point (P1dB) of the amplifier dramatically, and also provides its tunability across a broad band. The enhanced linearity, essential for quantum applications, is achieved through effective nonlinearity management, which is theoretically derived. Also, the ability to sweep the C-band without significant spectral overlap is crucial for frequency multiplexing in scalable quantum systems. Simulation results show that Blochnium parametric amplifiers can reach to a signal gain around 25 dB with a compression point better than of -92 dBm. Therefore, our proposed parametric amplifier, with its superior degree of freedom, surpasses traditional designs like arrays of Josephson junctions, making it a highly promising candidate for advanced quantum computing applications.
主题: 量子物理 (quant-ph) ; 应用物理 (physics.app-ph)
引用方式: arXiv:2409.02887 [quant-ph]
  (或者 arXiv:2409.02887v1 [quant-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2409.02887
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Ahmad Salmanogli [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2024 年 9 月 4 日 17:21:25 UTC (943 KB)
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