动能电感行波参量放大器的磁场与温度极限
量子物理
2025-09-23 v2 介观与纳米尺度物理
超导电性
摘要
动能电感行波参量放大器（KI-TWPA）提供宽带近量子极限放大和高饱和功率。由于高动能电感材料的临界磁场较高，KI-TWPA 应能抵抗磁场影响。在本工作中，我们研究了磁场和温度对基于薄 NbTiN 反向微带和 Nb 地平面的 KI-TWPA 性能的影响。该 KI-TWPA 可提供显著的信噪比改善（ΔSNR），在面内磁场高达 0.35 T 和面外磁场高达 50 mT 时仍有效，远高于基于约瑟夫森结的 TWPAs 已实现的结果。通过引入涡旋陷阱和使用具有更高临界磁场的材料，磁场兼容性可进一步提高。我们还发现，当温度升至 3 K 时（受 Nb 地平面限制），增益不会退化，而 ΔSNR 随温度升高而持续下降，符合预期。这表明 KI-TWPA 可用于需要在相对较高温度下进行的实验。KI-TWPA 在高磁场下的可操作性为自旋量子比特、自旋系综、拓扑量子比特、低功耗核磁共振以及轴子暗物质搜寻开辟了广泛的应用前景。
引用
@article{arxiv.2509.15043,
title = {Magnetic-Field and Temperature Limits of a Kinetic-Inductance Traveling-Wave Parametric Amplifier},
author = {Lucas M. Janssen and Farzad Faramarzi and Henry G. LeDuc and Sahil Patel and Gianluigi Catelani and Peter K. Day and Yoichi Ando and Christian Dickel},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.15043},
year = {2025}
}