利用场编程约瑟夫森放大器进行非互易微波信号处理

我们报道了场编程约瑟夫森放大器（FPJA）的设计与实现——这是一种紧凑且无损的超导电路，可以通过一组微波驱动进行 \textit{原位} 编程，以执行互易与非互易的频率转换和放大。在本工作中，我们演示了四种工作模式：频率转换（$-0.5~\mathrm{dB}$ 传输，$-30~\mathrm{dB}$ 反射）、环行（$-0.5~\mathrm{dB}$ 传输，$-30~\mathrm{dB}$ 反射，$30~\mathrm{dB}$ 隔离度）、相位保留放大（增益 $>20~\mathrm{dB}$，$1~\mathrm{photon}$ 的附加噪声）以及定向相位保留放大（$-10~\mathrm{dB}$ 反射，$18~\mathrm{dB}$ 正向增益，$8~\mathrm{dB}$ 反向隔离度，$1~\mathrm{photon}$ 的附加噪声）。该系统表现出与理论预测的定量一致性。基于带有 Nb/Al-AlO$_x$/Nb 约瑟夫森结的梯度型超导量子干涉器件（SQUID），FPJA 对磁通噪声一阶不敏感，并且可以在低温下无磁屏蔽运行。由于其灵活的设计以及与现有超导制造技术的兼容性，FPJA 为与超导量子电路（如量子比特或微波光机械系统）的片上集成提供了一条直接的途径。