基于 X 参数的量子计算用约瑟夫森行波参量放大器设计与仿真
量子物理
2022-12-01 v1 应用物理
摘要
我们提出了一种基于“量子适配” X 参数的高效、准确且全面的分析框架，用于在存在有损电路元件耗散的情况下分析通用多端口非线性参量电路。我们将该方法应用于约瑟夫森行波参量放大器（JTWPAs）——这是超导和自旋量子比特量子计算架构中的关键组件，由于其包含数千个线性和非线性电路元件，对其进行精确建模极具挑战性。X 参数由经典非线性电路的谐波平衡解生成，随后被映射到场阶梯算符基上，使得与多个相互作用模式中每一个相关联的能量对应于光子占据数，而非经典功率波。我们给出了通用多端口多频参量电路量子效率的显式关系，并对两种不同的 JTWPA 设计进行了评估。其增益和量子效率与对时域解进行傅里叶分析所得结果一致，但在精度、速度上有所提升，且能够无缝包含真实世界损伤、统计变化、寄生效应以及阻抗失配（带内和带外）。该统一流程在 Keysight 的 PathWave Advanced Design System (ADS) 中实现，并由 MIT 作者独立实现于开源仿真代码 JosephsonCircuits.jl 中。
引用
@article{arxiv.2211.05328,
title = {X-parameter based design and simulation of Josephson traveling-wave parametric amplifiers for quantum computing applications},
author = {Kaidong Peng and Rick Poore and Philip Krantz and David E. Root and Kevin P. O'Brien},
journal= {arXiv preprint arXiv:2211.05328},
year = {2022}
}
备注
11 pages, 8 figures, accepted for publication at IEEE International Conference on Quantum Computing and Engineering (QCE22)