基于深紫外光刻平面结构的量子极限行波参量放大器
传统微电子学的持续微型化得益于深紫外(DUV)光刻技术的高精度与可重复性。要实现大规模超导量子处理器,必须开发遵循类似可扩展制造路径的低温微波元件。这一需求在行波参量放大器(TWPAs)等高电路密度器件中尤为迫切——虽然近期成果已展示出高增益、宽带宽、高饱和功率及接近量子极限的低噪声特性,但在尺寸、插入损耗与可扩展集成之间仍需权衡。本研究展示了一种通过混合方案制造的四波混频TWPA:该方案将DUV光刻定义的平面电路元件与电子束刻蚀的约瑟夫森结相结合,迈出了全流程可扩展制造的第一步。该器件在3至11 GHz频段展现宽带增益,平均1 dB压缩点为-102 dBm,同时保持紧凑尺寸。通过采用平面电容器降低损耗,其工作性能接近量子极限:附加噪声约为标准量子极限之上0至1.5个光子,在4至8 GHz频段平均仅0.4个光子。相位匹配阻带宽度保持43 MHz的窄幅,与谐振器频率变化低于1%的结果一致,印证了DUV光刻实现的均匀性优势。这些结果表明,DUV定义的平面元件能实现紧凑、低损耗且接近量子极限的TWPA,为大规模量子系统所需的高密度低温微波硬件提供了可行路径。
量科快讯
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