超导行波参量放大器中二阶效应的量子分析

我们对行波参量放大器(TWPA)进行了量子力学分析，以研究与其运行相关的五种实验现象，即阻抗失配效应、上闲置模的存在、量子与热噪声的存在、压缩态的生成，以及放大过程中预压缩态的保持。我们的分析使用动量算符描述沿 TWPA 量化模的空间演化。我们计算了由 TWPA 与其外部系统间阻抗失配对泵浦幅值以及放大器增益所施加的限制。我们将分析应用于上闲置模，并证明其会导致增益受抑。我们表明理想 TWPA 确实是量子极限的——即其引入半量子零点涨落，这是保相线性放大器可能的最小噪声贡献。我们通过考虑放大器传输线上分布式源的影响分析了与 TWPA 相关的热噪声。我们的分析预测，由于信号与闲置模间的波混频，在高增益极限下热噪声会加倍。我们研究了存在直流偏置电流时 TWPA 的运行，并已表明原则上可生成高度压缩态。然而，使用非简并 TWPA 放大预压缩态通常会削弱压缩优势。