磁场中超导纳米线谐振器的非线性与参量放大

基于约瑟夫森结（JJ）非线性的非线性超导器件是超导量子电子学的基础，例如可实现孤立两能级超导量子比特和放大器。新兴的自旋、混合自旋/超导（包括马约拉纳）以及纳米磁光量子系统可极大受益于超导非线性，但这些系统中存在强磁场，与对传统 JJ 器件（对施加磁场高度敏感）不相容。一种潜在解决方案是使用动力学电感（KI）非线性。迄今为止，仅有线性 KI 器件被证明可在高磁场中工作，而高磁场下非线性 KI 器件的工作几乎未受关注。在此，我们研究超导纳米线（NW）KI 谐振器的非线性及其作为面内磁场参量放大器的性能。我们研究了由 10 nm 薄 NbTiN 薄膜制成、特征阻抗高达 3 k$\Omega$ 的 NW KI 谐振器的克尔系数，并首次在高达 2 T 的磁场下演示了非简并与简并参量放大。我们发现，宽度为 0.1 $\mu$m 的窄 KI 谐振器在增益、动态范围和噪声方面对高达 $\sim$2 T 的磁场具有鲁棒性，而宽度为 1 $\mu$m 的较宽 KI 谐振器在远低于 2 T 的磁场下增益即遭受显著抑制。对于 0.1 $\mu$m KI 谐振器，相干态观察到约 8 dB 的去放大，意味着噪声压缩的能力。这些结果为开发在高磁场中工作或产生高磁场的非线性量子器件（如自旋、混合自旋/超导以及磁光机械器件）开辟了新途径。