基于 DUV 光刻定义的平面结构的量子极限 traveling-wave 参数放大器
量子物理
2026-03-17 v1
摘要
经济波微子电子的持续扩张得益于深紫外（DUV）光刻的精度和可重复性。实现大规模超导量子处理器需要遵循类似可扩展制造路径的低温微波组件。这一需求尤为迫切，因为 traveling-wave 参数放大器（TWPAs）是高 circuit 密度设备，最近的实现已展现出高增益、宽带宽、高饱和功率和接近量子极限的噪声性能，但在 footprint、插入损耗和可扩展集成之间仍存在权衡。本文展示了一个通过混合方案制造的四波混合 TWPA，该方案将 DUV 定义的平面电路元素与电子束图案化的约瑟夫森结晶体相结合，标志着向完全可扩展制造的第一步。该器件在紧凑 footprint 与 3-11 GHz 宽带增益之间取得平衡，平均 1 dB 压缩点为 -102 dBm。通过使用平面电容降低损耗，该器件接近量子极限，添加噪声接近 0 和 1.5 量子极限以上，平均为 4-8 GHz 频段的 0.4 量子。相位匹配带状隧穿窄窄，带宽为 43 MHz，符合振荡器频率偏差小于 1% 的一致性，表明 DUV 光刻所实现的均匀性。这些结果表明 DUV 定义的平面元素可实现紧凑、低损耗、接近量子极限的 TWPA，为大规模量子系统的高密度低温微波硬件提供了可行之路。
引用
@article{arxiv.2603.14455,
title = {Quantum-limited traveling-wave parametric amplifier based on DUV lithography-defined planar structures},
author = {Hao Li and Marco Scigliuzzo and Evgenii Guzovskii and Seog-Tae Han and Kyungho Han and Tobias J. Kippenberg},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.14455},
year = {2026}
}