具有无源反向隔离的行波参量放大器

行波参量放大器（TWPA）因其宽带放大和接近量子极限的噪声性能而备受关注。TWPA本质上是非互易的，为前向传播的信号提供增益，而对后向传播的波则呈现传输线损耗。这种固有的非互易性不足以保护敏感的量子器件免受实际系统中来自较热放大级噪声的反作用影响，因此需要使用笨重的低温隔离器。我们提出了一种多级行波参量放大器（mTWPA），通过实现无源带内反向隔离以及近量子极限的噪声性能来解决这一限制。该多级架构由两个模式转换级和一个提供无源隔离的无反射高通滤波器组成。对一个mTWPA原型的实验测量表明，在1.6 GHz带宽内实现了20 dB的前向增益，以及大于35 dB的反向隔离。噪声测量表明其性能为量子极限的1.7倍。这表明，多级TWPA设计复杂性的增加并未导致显著的附加噪声。增益在各放大级之间的设计分布旨在最小化输入端的内部放大器噪声，我们提出了在各级之间重新分配增益的进一步优化策略。这种隔离水平有效地减轻了来自较热放大级的噪声，达到了与传统隔离器相当的性能。mTWPA方法为更高效、更紧凑的量子电路读出系统提供了一条可扩展的路径。