具有高饱和功率的高效泵浦约瑟夫森参量放大器

基于电路 QED 的量子信息处理依赖于低噪声放大来进行信号读取。在微波超导电路领域，这种放大通常通过约瑟夫森参量放大器 (JPA) 实现。过去，这些放大器表现出较低的功率附加效率 (PAE)，即泵浦功率转换为输出信号功率的大致比例。这一点日益重要，因为近期构建高饱和功率放大器的尝试往往以极低的 PAE 为代价，这反过来给低温恒温器带来了高热负荷，并限制了稀释制冷机可容纳的此类设备数量。在此，我们对 PAE 的上限进行了数值研究。我们关注一类由非线性电感块旁路电容组成的参量放大器。首先，通过考虑由任意多项式电流 - 相位关系描述的非线性块，我们为这类放大器设立了基准。接下来，我们提出了非线性块的两种电路实现方案。最后，我们研究了多项式放大器的级联。我们发现，虽然增益较高的放大器具有较低的 PAE，但无论增益如何，与现有最先进设备相比仍有相当大的改进空间。例如，对于功率增益为 20 dB 的相位敏感放大器，典型 JPA 的 PAE 约为 0.1%，我们更简单电路 JPA 的 PAE 为 5.9%，更复杂电路 JPA 的 PAE 为 34%，任意多项式放大器的 PAE 为 48%，而我们的级联放大器 PAE 至少为 95%。