CN107683527A - 无线约瑟夫逊参数转换器 - Google Patents

无线约瑟夫逊参数转换器 Download PDF

Info

Publication number
CN107683527A
CN107683527A CN201680028514.5A CN201680028514A CN107683527A CN 107683527 A CN107683527 A CN 107683527A CN 201680028514 A CN201680028514 A CN 201680028514A CN 107683527 A CN107683527 A CN 107683527A
Authority
CN
China
Prior art keywords
frequency
antenna
capacitor
radio switch
converter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201680028514.5A
Other languages
English (en)
Inventor
卡特里娜·斯利瓦
迈克尔·哈特里奇
阿尼鲁德·纳尔拉
希亚姆·尚卡尔
路易吉·弗伦齐奥
罗伯特·J·舍尔科普夫三世
米歇尔·德沃尔特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yale University
Original Assignee
Yale University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yale University filed Critical Yale University
Publication of CN107683527A publication Critical patent/CN107683527A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N10/00—Quantum computing, i.e. information processing based on quantum-mechanical phenomena
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/12—Hollow waveguides
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03D—DEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
    • H03D7/00—Transference of modulation from one carrier to another, e.g. frequency-changing
    • H03D7/005—Transference of modulation from one carrier to another, e.g. frequency-changing by means of superconductive devices
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F19/00—Amplifiers using superconductivity effects
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/70—Photonic quantum communication
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/90—Non-optical transmission systems, e.g. transmission systems employing non-photonic corpuscular radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00—Superconducting devices
    • H10N60/10—Junction-based devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00—Superconducting devices
    • H10N60/10—Junction-based devices
    • H10N60/12—Josephson-effect devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00—Superconducting devices
    • H10N60/80—Constructional details
    • H10N60/805—Constructional details for Josephson-effect devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00—Superconducting devices
    • H10N60/80—Constructional details
    • H10N60/81—Containers; Mountings
    • H10N60/815—Containers; Mountings for Josephson-effect devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N69/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one superconducting element covered by group H10N60/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/02—Coupling devices of the waveguide type with invariable factor of coupling
    • H01P5/022—Transitions between lines of the same kind and shape, but with different dimensions
    • H01P5/024—Transitions between lines of the same kind and shape, but with different dimensions between hollow waveguides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/08—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/08—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices
    • H01P5/10—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices for coupling balanced lines or devices with unbalanced lines or devices
    • H01P5/103—Hollow-waveguide/coaxial-line transitions
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03D—DEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
    • H03D9/00—Demodulation or transference of modulation of modulated electromagnetic waves
    • H03D9/06—Transference of modulation using distributed inductance and capacitance
    • H03D2009/0691—Transference of modulation using distributed inductance and capacitance by means of superconductive devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

描述了一种基于无线约瑟夫逊结的参数转换器。转换器可以形成在具有被配置成无线接收泵送频率、信号频率和空载频率并将接收的频率耦合至转换器的电路的天线的基板上。还可以将电容器制造在相同基板上并且将其尺寸设计成将转换器的操作调整成期望的频率。转换器可以直接耦合至微波波导，并且可以通过向转换器电路施加磁通量来调整成不同的信号频率。

Description

无线约瑟夫逊参数转换器
政府资助
本发明是在根据由美国陆军研究部授予的W911NF-09-1-0514号授权的政府支持下做出的。政府对发明有一定的权利。
相关申请
本申请要求于2015年4月17日提交的题为“Wireless Josephson ParametricConverter”的序列号62/149,419的美国临时申请的权益，其全部公开内容通过引用并入本文。
相关技术的讨论
存在可用于在微波频率(例如，约300MHz至约300GHz之间的频率)下操作的电动系统的许多不同的微波设备和部件。这样的设备和部件的示例包括放大器、耦接器、循环器、混合器、频率转换器、谐振器、衰减器、天线和传输线。这些设备和部件可用于从无线通信系统到雷达系统的广泛应用。
各种微波设备和部件还可以适用于量子信息领域。例如，一些量子信息系统(例如，量子计算机)可以存储和操作被称为“量子比特”或“量子位”的量子化状态的信息。对量子位的操作可以涉及将微波信号耦合到一个或更多个微波谐振器之中和/或之外，将微波信号耦合到超导集成电路以及耦合来自超导集成电路的微波信号，放大信号，混合和/或解调信号等，使得可以执行量子计算。这些对量子位的操作中的一些操作可能需要使用微波设备和部件。
在电动系统中一些量子计算系统可以利用与量子位接口的基于约瑟夫逊结的放大器。常规的约瑟夫逊结放大器可以包括形成在基板上的超导元件，其通过引线接合电连接至系统中的其他部件。放大器可以在低温下操作，并且可以经由同轴连接器向处理电子器件提供信号，处理电子器件可以在室温下操作。可以存在连接在放大器与处理电子器件之间的附加部件(例如，混合耦接器、循环器、传输线等)。
发明内容
本公开的实施方式涉及在电动系统中的可以无线耦合至微波信号并且对微波信号进行操作的基于约瑟夫逊结的频率转换器/放大器(通常称为“转换器”)。在一些实施方式中，转换器可以用于放大一个或更多个微波信号。在一些实现方式中，转换器可以用于无噪声地转换微波信号的频率，尽管其他操作模式也是可能的。在涉及量子信息的一些应用中，可以在高增益下使用转换器来产生被称为双模压缩态(two-mode squeezed state)的量子态。
根据一些实施方式，转换器可以包括连接至多个约瑟夫逊结的天线，多个约瑟夫逊结与天线集成到单个基板上。约瑟夫逊结可以被布置成形成约瑟夫逊结参数转换器(JPC)。转换器可以放置在微波波导腔中或微波腔的结处。在操作中，转换器可以在一个或更多个微波腔中无线耦合至微波并且与微波相互作用，并且经由天线无线发射一个或更多个放大信号，而不需要电动系统中的其他部件与转换器之间的硬线电连接(例如，传输线或引线接合)。
无线约瑟夫逊参数转换器的一个优点是它提供了相位不敏感的放大(不依赖于要放大的信号的相位的放大)。此外，可以避免由与硬线连接相关联的寄生电感和电容引起的信号损失和失真，从而可以比传统的放大设备提高信号保真度。
一些实施方式涉及用于微波信号的无线转换器，其包括：基板；多个第一约瑟夫逊结，多个第一约瑟夫逊结形成在基板上并连接成环；以及形成在基板上的与环邻近的接地面。无线转换器还可以包括形成在基板上并连接至多个第一约瑟夫逊结的第一天线，并且包括形成在基板上、朝向与第一天线垂直并且连接至多个约瑟夫逊结的第二天线。
一些实施方式涉及操作无线转换器的方法。一种操作方法可以包括如下动作：通过形成在基板上并连接成环的第一批多个约瑟夫逊结无线接收第一频率的泵送能量；无线接收来自形成在基板上的第一天线的第二频率的信号；无线接收来自形成在基板上的第二天线的第三频率的空载；以及通过多个约瑟夫逊结将泵送能量转换成第二频率和第三频率以改变信号和/或空载。该方法还可以包括利用第一天线无线发射改变的信号和/或利用第二天线发射改变的空载。
结合附图从以下描述可以更全面地理解本教导的前述和其他方面、实现方式、实施方式和特征。
附图说明
技术人员将理解，本文描述的附图仅用于说明的目的。应当理解，在一些实例中，实施方式的各个方面可以被夸大或放大，以便于理解实施方式。在附图中，贯穿附图相同的附图标记通常指代相同的特征、功能上类似的和/或结构上类似的元件。附图不一定按比例绘制，而是重点放在说明教导的原理。在附图涉及集成装置的微细加工的情况下，仅示出可以并行制造的大量多个器件中的仅一个装置。对附图做出的方向性参考(顶部、底部、之上、之下等)仅仅旨在对读者的辅助。在实施方式中，设备可以以任意合适的方式取向。附图并不旨在以任何方式限制本教导的范围。
图1描绘了根据一些实施方式的可以在其中使用转换器的电动系统；
图2A描绘了根据一些实施方式的微波频率转换器/放大器系统；
图2B描绘了根据一些实施方式的微波频率转换器/放大器系统；
图3描绘了根据一些实施方式的用于将转换器系统的有源电路安装在两个微波腔之间的安装板；
图4A描绘了根据一些实施方式的用于微波转换器的有源电路的元件；
图4B是有源电路的元件的与图4A中的切割线对应的截面图；
图4C描绘了根据一些实施方式的用于微波转换器的有源电路的参考电位平面；
图4D描绘了根据一些实施方式的用于微波转换器的有源电路的元件；
图5A描绘了根据一些实施方式的转换器电路的元件；
图5B是转换器电路的元件的与图5A中的切割线对应的截面图；
图6是根据一些实施方式的与微波转换器的有源电路对应的电路示意图；
图7示出了用于微波转换器的有源电路和对于不同空载天线长度的振荡器Q值的计算结果；
图8A是微细加工的无线约瑟夫逊参数有源电路的元件的放大图像；
图8B是微细加工的无线约瑟夫逊参数有源电路的元件的放大图像，其示出了设备中心处的约瑟夫逊结转换器电路的进一步细节；
图9A示出了在信号频率下的作为无线转换器的频率的函数的测量增益值；
图9B示出了在空载频率下的作为无线转换器的频率的函数的测量增益值；
图10示出了指示用于无线转换器的不同饱和功率点和动态范围的增益饱和曲线；
图11示出了用于无线转换器的信号频率的可调频率放大；
图12A示出了用于无线转换器的信号频率的扫频调曲线；
图12B示出了用于无线转换器的空载频率的扫频调曲线；
图13描绘了根据一些实施方式的用于操作无线转换器的方法的动作；以及
图14描绘了根据一些实施方式的用于操作无线转换器以纠缠量子位的方法的动作。
从下面结合附图的详细描述中，实施方式的特征和优点将变得更加明显。
具体实施方式
通过介绍，量子信息处理使用诸如能量量子化、叠加和纠缠的量子力学现象，以常规信息处理中未利用的方式对信息进行编码和处理。例如，可以在多个量子位上对要解决的问题的初始状态进行编码。计算可能涉及根据量子力学规则对量子位的操纵和相互作用。可以读取量子位的最终状态以确定问题的解。使用量子计算而不是常规的经典计算可以显著更快地解决一些计算问题(最应注意的是，破解加密代码和复杂多状态系统的演进)。
术语“量子位”用于量子信息处理领域以指代编码信息本身(即量子比特)，并且也用于指保持信息的物理系统。
量子位可以由具有至少两个正交状态的任何物理量子力学系统形成。用于对信息进行编码的状态被称为“计算基础”。例如，光子偏振、电子自旋和核自旋是可用作量子位来对量子信息处理的信息进行编码的二能级物理系统的示例。量子位的不同物理实现具有不同的优点和缺点。例如，虽然光子偏振受益于长的相干时间和简单的单量子位操作，但是无法创建简单的多量子位门。
还提出了基于其他物理系统的量子位。基于超导约瑟夫逊结的量子位包括“相位量子”(其中计算基础是约瑟夫逊结中库珀对的量子化能态)，“磁通量量子位”(其中计算基础是超导环路中循环电流的方向)，以及“电荷量子位”(其中计算基础是在超导岛上存在或不存在库珀对)。基于超导器件的量子位可以表现出强大的量子位-量子位耦合，例如，可以使得多量子位门的实现比基于光子的量子位更容易实现。
无论用于形成量子位的系统的选择是什么，系统都应允许大量量子位的可扩展性(例如，数千或更多)。为了使量子信息处理成为可行的技术工具，系统应该能够仔细配置并且控制大量量子位和这些量子位之间的相互作用。例如，量子位应该具有长的相干时间(在不操作的情况下维持其状态的能力)，能够被单独操纵，能够与一个或更多个其他量子位相互作用以实现多量子位门，并且能够有效地进行初始化和测量。
本申请中描述的实施方式涉及可用于针对量子信息处理的量子电动(QED)系统的基于超导约瑟夫逊结的频率转换器/放大器。例如，转换器可用于对从量子位(例如，在电子读取链中)接收的微波信号进行操作。转换器被配置成与其放置的微波环境无线相互作用，从而可以减少硬线链路对量子信息保真度的劣化影响。尽管在本申请中的量子信息处理的上下文中主要描述了转换器，但是其可以用于例如光机械谐振器、半导体量子位或轴子检测器的微波信号处理的其他领域，以进行放大和/或频率转换。
图1描绘了其中可以使用频率转换器/放大器系统120的电动系统100。在一些实施方式中，电动系统100可以包括经由传输链路115耦合至转换器系统的信号源110。传输链路还可以将来自泵送源105的能量耦合至转换器120。在一些情况下，还可以耦合信号处理电子器件140以接收来自转换器的一个或更多个放大信号或经频率转换的信号。转换器120可以包括超导电路元件，并且可以在操作时被保持在低温温度。从信号源110接收到的信号可以由转换器120进行频率转换和/或放大，并且经放大的信号或经频率转换的信号可以被发送到处理电子器件140或其他下游部件。在一些实施方式中，源110处的微波循环器可以将信号耦合至转换器120、耦合来自转换器120的信号，以及将信号耦合至处理电子器件140。在一些实现中，第二“空载”源130可以经由传输链路115耦合至转换器系统，并且返回的空载输出可以耦合至相同或不同的处理电子器件。当对从信号源110接收到的信号进行操作时，转换器可以将来自泵送源105的泵送频率ωp的能量转换成第二频率ωs(称为“信号”频率)的放大信号中的能量，以及第三频率ωi(被称为“空载”频率)的能量。
在一些实施方式中，信号源110可以包括量子信息处理系统的一个或更多个量子位。在一些情况下，信号源110可以包括来自量子逻辑门的输出。根据一些实施方式，传输链路可以包括微波带状线、波导腔或同轴电缆(例如，小型版本A(SMA)微波电缆)。泵送源105可以包括以约3GHz至约25GHz之间的泵送频率ωp操作的微波振荡器，其可以是频率可调的或者可以不是频率可调的，并且可以是功率可调的。
本发明人已经认识到并理解，因为在系统中的放大器与邻近部件(例如，波导、同轴或微带传输链路等)之间可能需要互连，因此将基于约瑟夫逊结的放大器集成到如图1所示的QED系统中可能具有挑战性。此外，这些放大器可能需要诸如定向耦接器和/或混合耦接器的辅助微波部件来操作。因此，可能会产生影响信号质量的潜在不良后果。例如，与某些微波部件的硬线链路可能会引入寄生电感、电容和损耗，从而可能降低测量效率，因而降低量子位读取数的保真度。此外，硬线链路和一些部件可能导致放大器看到的阻抗的复杂频率依赖性，这可能会限制放大器的可调性和性能。
在图2A中描绘了根据第一实施方式的转换器系统120的进一步细节。转换器的有源电路(如图3中所示)可以形成在基板上并且安装在第一微波波导210与第二微波波导220之间的结区235处。转换器系统120还可以包括分别连接至第一波导和第二波导的第一波导延伸部232和第二波导延伸部234。在一些实施方式中，转换器系统120还可以包括导电线圈240，导电线圈240围绕波导或波导延伸部中的一个缠绕并且具有可以连接至电流源的引线245，以使电流流过线圈并在波导的结区235内产生磁场。例如，波导210、220和波导延伸部232、234可以与配合凸缘215处的紧固件连接。
在一些实施方式中，第一波导210和第二波导220可以包括同轴微波腔适配器(例如，从得克萨斯州(Texas)的Allen的Fairview Microwave Inc.可得到的型号WR-90)，尽管在一些情况下可以使用简单的微波腔或谐振器。第一波导210可以包括用于向第一波导的腔提供和接收去往和来自第一波导的腔的微波频率(例如，信号频率)的同轴连接器205。第一波导的微波腔可以具有沿第一方向取向的长横向尺寸D1L。第二波导220可以具有沿与第一波导210的长横向尺寸D1L正交的方向上取向的长横向尺寸。第二波导可以包括用于提供和接收去往和来自第二波导220的微波频率(例如，空载频率)的同轴连接器207。第一波导和第二波导可以由高导电材料(例如，铝、铜或任意其他合适的导电材料)形成。
第一波导延伸部232和第二波导延伸部234可以由诸如铜或铝的高导电性且非磁性材料形成。第一波导延伸部可以包括具有与第一波导210的长横向尺寸近似匹配的长横向尺寸D1L的微波腔并且沿与第一波导相同的方向取向。第二波导延伸部234也可以包括具有与第二波导220的长横向尺寸匹配的长横向尺寸的微波腔并且沿与第二波导相同的方向取向。可以选择由第一波导210和第一波导延伸部232形成的微波腔的总长度，使得在连接器205处引入的期望信号频率下的微波场中的节点不会出现在结区235处。在一些情况下，第一波导210和第一波导延伸部232的长度可以大于约10mm。可以选择由第二波导220和第二波导延伸部234形成的微波腔的总长度，使得在连接器207处引入的期望空载频率下的微波场中的节点不会出现在结区235处。在一些情况下，第二波导220和第二波导延伸部234的长度可以大于约10mm。通过以这种方式选择这些邻接的微波腔的长度，可以改善结区235处与有源电路的电磁耦合。
在一些实施方式中，波导延伸部232、234中的一者或两者可以包括用于将泵送能量施加到转换器系统120的一个或更多个同轴连接器206。在一些情况下，如图2A中所示，同轴连接器206可以位于波导腔的相对边。通过将基本相同的相位和幅度的泵送信号施加到微波腔的相对侧，可以使得所得的在腔内激励的电动场关于腔的中心轴更加对称。本发明人已经发现，对称泵送场改善了转换器的操作。
图2B描绘了转换器系统122的替代实施方式。在一些实施方式中，第一微波波导212和第二微波波导222可以连接至公共安装板237，公共安装板237内安装有转换器的有源电路。如图中所示，在安装板237内可以安装导电线圈，并且来自线圈引线245可以在安装板外部延伸。安装板237还可以包括用于向转换器施加泵送能量的一个或更多个同轴连接器206。
图3中示出了安装板237和有源电路350的进一步细节，图3是与图2B中的切割线对应的截面图。根据一些实施方式，有源电路350可以形成在基板上并且居中地安装在转换器系统的区域内，其中来自第一波导或第一波导延伸部232的微波腔和第二波导或第二波导延伸部234的微波腔邻接。在一些实施方式中，可以存在形成在安装板237中的第一凹部310以容纳有源电路350。第一凹部310的一部分可以与第一波导212的微波腔的形状和取向近似地匹配。在安装板237的反面可以是与第二波导222的微波腔的尺寸和取向近似匹配的第二凹部320。两个凹部310、320可以在板237的中心处相交，以形成通过板的净孔。对于图2A中所描绘的实施方式，两个波导延伸部232、234的腔可以在结区235的安装有有源电路350处相交。在安装板237中可以存在用于将第一波导212、第二波导222和安装板237紧固在一起的孔307。
在一些实施方式中，安装板237可以包括形成在板中的沟槽315，以容纳诸如图2A中所示的线圈的导电线圈。并且允许引线245在板外部延伸。板体305可以由非磁性材料(例如铝或铜)形成。将电流施加到沟槽315中的线圈可以产生流过有源电路350的磁通量(沿图纸进入或从图纸出来的方向)。通过将线圈定位成更靠近有源电路，产生磁通量需要更少的电流，并且在有源电路处可以产生更均匀的磁场。围绕有源电路的沟槽315不必是圆形的并且可以是任意合适的形状。在一些实施方式中，例如，线圈可以放置在凹部310内。尽管线圈可以集成在与有源电路350相同的基板上，但是集成可能需要与基板的硬线电连接。
图3示出了两个波导腔的长横向尺寸D1L、D2L被布置成彼此基本正交。如图所示，有源电路350可以居中地被定位并且位于两个波导腔的接头处。有源电路可以包括具有两个天线半部371a、371b的集成的第一天线371和具有两个天线半部372a、372b的集成的第二天线372。第一天线317可以被配置成无线耦合至第一波导212(或210)中的微波和/或激励第一波导212(或210)中的微波，并且第二天线可以被配置成无线耦合至第二波导222(或220)中的微波和/或激励第二波导222(或220)中的微波。
通过在横向尺寸上延长两个微波腔，每个腔可以支持偏振微波。例如，第一微波腔可以取向成其长横向尺寸在X方向上，如凹部320所示，并且可以被成形为支持可以耦合至第一天线371的Y指向的线性偏振(沿着Y方向偏振的电场)。第二微波腔可以被成形并且取向成支持可以耦合至第二天线372的X指向的线性偏振。因此，信号频率可以耦合至第一天线371并且空载频率可以耦合至第二天线372。通过使微波腔正交偏振并且耦合天线371、372，减小了在第一波导与第二波导之间的信号微波和空载微波的直接交叉耦合，这改善了由转换器处理的信号的保真度。
根据一些实施方式，第一微波腔的短横向尺寸D1S可以在约0.05λs至约0.5λs之间，其中λs是待由第一波导210(或212)支持的期望信号频率ωs的波长。第一天线371可以具有小于或近似等于第一微波腔的短横向尺寸的端至端长度(例如，在约0.1D1S至约D1S之间)。第二微波腔的短横向尺寸D2S可以在约0.05λi至约0.5λi之间，其中λi是待由第二波导220(或222)支持的期望空载频率ωi的波长。第二天线372可以具有小于或近似等于第二微波腔的短横向尺寸的端至端长度。在一些实施方式中，每个微波腔的长横向尺寸D1L、D1L可以近似等于短横向尺寸的两倍，尽管在其他实施方式中可以使用更长或更短的尺寸。
在有源电路350附近的位置处，可以存在一个或更多个导体360，导体360突出穿过板237(或波导延伸部232、234)中的一个或更多个对应孔进入微波腔并连接至同轴连接器206(在图3中未示出)。导体360可以用作天线，以将微波泵送能量无线递送至微波腔中以激励有源电路350。尽管被描绘为从波导腔的短边缘突出，但是导体360可以从波导腔的长边缘的中心突出，并且在有源电路350的两侧可以存在成对的导体360(例如，延伸到第一波导腔和第二波导腔中)。在一些情况下，导体可以与微波腔的边缘表面齐平，或者可以延伸到微波腔中2mm。导体可以连接至SMA电缆的中心导体，并且每个导体可以用具有基本相同的相位和幅度的微波信号来激励。
在有源电路350的中心处，可以存在包含附加电路的接地面区域355。图4A和图4B中示出了根据一些实施方式的接地面区域中电路的进一步细节。接地面区域355可以包括电容器442、444、432、434，电容器442、444、432、434连接至第一天线371和第二天线372并且还连接至转换器电路450。接地面区域355的外围405可以是矩形的，尽管也可以使用其他形状，并且包括如图4B中所示的表面高度的台阶。
在接地面区域中，可以存在使用任意合适的微细加工技术在基板402上以任何合适形状形成的导电膜404。导电膜404可以支持超导性并且用作有源电路的接地面或参考电位平面。导电膜404可以由以下材料中的一种或任意合适的组合形成：铌、铝、铌氮化物、铌钛氮化物、钛氮化物和铼。在一些情况中可以另外地或替选地使用支持超导性的其他材料。根据所选择的材料，导电膜的厚度可以在约30nm至约500nm之间。接地面的横向尺寸可以在约200微米至约1mm之间。基板可以包括绝缘体(例如，蓝宝石、石英、熔融石英、陶瓷、半导体)，并且可以安装在载体上或可以不安装在载体上。
绝缘层406(例如，氧化物或氮化物)可以沉积在导电膜404上，并且具有在约50nm至约250nm之间的厚度。此外，可以使用微细加工技术在绝缘层和导电膜104的一部分上形成导电板，以形成第一电容器442、第二电容器444、第三电容器432和第四电容器434。图4B描绘了第一电容器442的导电板442a。导电板的尺寸和绝缘层的厚度可以选择成为四个电容器提供期望的电容。对于约6GHz至约12GHz范围内的信号频率和空载频率，电容值可以在约6pF至约20pF之间。第一电容器442和第二电容器444可以连接至第一天线371的第一半部和第二半部，并且第三电容器432和第四电容器434可以连接至第二天线372的第一半部和第二半部。
在一些实施方式中，用于形成电容器442、444、432、434的导电板的材料可以支持超导性。可以使用相同的材料来形成第一天线371和第二天线372，并且还可以用于形成下面更详细描述的转换器电路450。用于形成导电板和转换器电路的材料的示例包括以下材料中的一种或组合：铝、铌、铌氮化物、铌钛氮化物、钛氮化物和铼。在一些实施方式中，转换器电路的一部分、用于电容器的导电板的一部分和天线半部的一部分可以形成在同一材料沉积层中并且电连接。根据一些实施方式，用于形成转换器电路450的材料的超导临界温度Tc1小于用于形成导电膜104的材料的超导临界温度Tc2。
在图4C中描绘了用于提供参考电位平面的导电膜404的示例性图案，尽管可以使用其他图案。导电膜404可以被图案化成具有转换器电路450所在的中心开口区域407的环形。本发明人已经认识到并且理解可以通过施加通过转换器电路的磁通量来在频率方面调整转换器，并且因此认识到需要穿过导电膜404的切口或间隙403以允许当导电膜处于超导状态时通量通过导电膜。间隙403可以具有在约50nm至约10微米宽之间的宽度WG，尽管更窄的宽度可以贡献寄生电容。本发明人还认识到并且理解当间隙403沿着第一天线371的对称轴或第二天线372的对称轴取向时，获得转换器电路的改进的性能。通过沿对称轴取向间隙403，可以减少两个偏振信号微波和空载微波之间的交叉耦合。在一些实施方式中，可以存在穿过电膜404延伸的与第一切口正交的附加切口。在一些情况下，可以存在从导电膜404中的开口区域407延伸到导电膜404的边缘或拐角的单个切口(例如，沿着一个天线半部的方向或者与天线半部成角度延伸)。
图4D描绘了在接地面区域355附近的有源电路的元件的替代实施方式。在该实施方式中，可以存在连接至天线半部并且位于与接地面区域邻近的叉指电容器441、445、431、435。叉指电容器可以由单层导电材料形成。叉指电容器可以替代地用于平行板电容器或与平行板电容器相加使用。叉指电容器可以串联地连接在天线与转换器电路之间。在一些实施方式中，可以通过改变电容器上的指状物数目、指状物之间的间隔以及指状物的长度来调整交叉电容器的电容。这可以允许有源电路的微调(例如，改变电路的Q值)，以改善信号频率和/或空载频率的频率转换或放大。
在一些实施方式中，天线可以不与叉指电容器组合使用。而是，叉指电容器可以连接至同一基板上的集成引线接合焊盘。然后可以在接合焊盘和信号源、空载源和/或泵送源之间制作引线接合。此外，可以使用相对于一个或两个天线轴对称地切割的接地面(例如，如图4C中所示)。
在图5A和图5B中描绘了转换器电路450的实施方式的进一步细节，图5B是与图5A所示的切割线对应的正视图。在一些实施方式中，转换器电路可以包括被布置成形成约瑟夫逊参数转换器(JPC)的多个约瑟夫逊结。诸如约瑟夫逊参数转换器(JPC)的基于约瑟夫逊结的参数放大器(paramps)可以在超导量子位的量子非破坏(QND)读取链中起重要作用。很可能以后在涉及量子纠错和其他量子信息处理应用的系统中继续使用paramps。根据一些实施方式，可以存在通过导电迹线510连接在一起以形成外环530的第一批多个约瑟夫逊结515。可以存在第二批多个约瑟夫逊结525，第二批多个约瑟夫逊结525连接至中心焊盘540并且连接至外环上的第一约瑟夫逊结515之间的节点，形成在每个内部环路中具有两个或更多个约瑟夫逊结的内部电路回路。外环上的节点可以连接至与第一天线371的半部和第二天线372的半部连接的电容器(例如，电容器442、444、432、434)的板。
根据一些实施方式，约瑟夫逊结515、525可以使用例如由聚(甲基丙烯酸甲酯)/甲基丙烯酸甲酯双层抗蚀剂形成的悬空桥接掩模和双角度蒸发形成，如1977年G.J.Dolan的“Offset masks for lift-off photoprocessing,”Applied Physics Letters，31卷,第5版第337页至第339页所述，其通过引用并入本文。可以以第一角度执行第一沉积以形成结的第一接触，随后以第二角度沉积第二沉积以形成结的第二接触。在两个沉积之间，可以在结的第一沉积上形成薄的势垒层527(例如通过氧化)，以提供库珀对隧穿的势垒。根据一些实施方式，其中信号频率和空载频率在约6GHz至约12GHz之间，第一结515可以具有约4μA至约10μA之间的临界电流值，并且第二结525可以具有在约8μA至约15μA之间的临界电流值。在一些实现中，第一结515可以具有在约1μA至约2μA之间或约2μA至约4μA之间的临界电流值。第一结515可以有助于电路的参数放大，并且第二结525不会有助于电路的参数放大。第二结可以有助于稳定电路并允许电路的磁通量偏置。
根据一些实施方式，微波转换器的有源电路350包括使用天线直接耦合和无线耦合至微波波导腔的集总元件约瑟夫逊参数转换器。集总元件JPC可以包括具有明显小于耦合至电路的微波辐射的波长(例如，小于1/4波长)的尺寸的电路元件。由于尺寸差异，所以可以忽略JPC的元件内的电磁传播效应。在邻接微波波导中具有正交线性偏振的益处在于，偏振与施加到转换器的差分驱动器较好地匹配，以通过外环530的约瑟夫逊结515驱动正确的电流图案。
图6中描绘了根据一个示例的用于微波转换器的有源电路350的电路原理图600。在一些实施方式中，有源电路可以包括如图所示连接的连接至多个约瑟夫逊结J1、J2的第一天线A1的第一天线半部A1a和第二天线半部A1b。具有基本相同值的电容器C1可以连接在参考电位与位于第一天线半部和约瑟夫逊结之间的节点之间。第一天线的尺寸可以设定成并且布置成接收和/或发送转换器的信号频率下的第一偏振的微波信号。约瑟夫逊结J1、J2的布置为转换器电路提供了电感，并且可以增加寄生电容。电容器C1的值可以选择成将转换器调整针对信号输入的期望的操作频率。然后第一天线可以设计成(例如，其长度选择成)使结和电容器电路的阻抗与第一天线的阻抗匹配，这可以改善从天线半部到约瑟夫逊结的功率传递。
有源电路还可以包括第二天线A2的第一天线半部A2a和第二天线半部A2b。第二天线的尺寸可以设定成并且布置成以转换器的空载频率接收和/或发送第二偏振(与第一偏振正交)的微波信号。第二天线半部还可以连接至多个约瑟夫逊结。具有基本上相同值的电容器C2可以连接在参考电位与位于第二天线半部和约瑟夫逊结之间的节点之间。电容器C2的值可以选择成将转换器输入调整成空载频率，并且第二天线被设计成结和电容器电路的阻抗与第二天线的阻抗匹配。
可以参照图2A、图3和图6来理解有源电路350的操作。第一频率的泵送能量可以经由同轴连接器206和导体360耦合至微波波导210、220的腔中。该泵送能量经由第一天线和第二天线耦合至转换器电路450，并且驱动电流通过约瑟夫逊结。由于它们非线性行为和在电路中的布置，所以约瑟夫逊结形成非线性振荡器，其经由天线无线耦合至相邻腔中的微波辐射。在充分的非线性情况下，第一频率ωp的泵送能量(即，泵送光子)可以被参数地转换成经由连接器205、207耦合至微波腔中的信号频率ωs和空载频率ωi的能量。在这个过程中，微波泵送光子被转换成信号光子和空载光子。关于信号频率和空载频率的要求在于它们的和(在共轭下的频率变换)或差(无共轭下的频率转换)等于泵频率：|ωs±ωi|＝ωp。对于信号(或空载)放大，ωs+ωi＝ωp。对于频率转换(例如，将信号频率上编码的信息转换成空载频率上编码的相同信息)，|ωs–ωi|＝ωp。信号波和空载波可以在邻接的微波波导210、220(或212、222)内具有相同或不同的空间模式。
可以在制造期间调节电容器C1和C2以及约瑟夫逊结电路电感Lj的值(例如，通过调节电容板和结接触的尺寸)，大致调整设备操作至期望的频率范围。转换器还可以包括来自互连的附加或杂散电感Lstray。C1和Lj的值可以选择成赋予有源电路谐振频率ωr～[(Lj+Lstray)C]-0.5，其近似等于待由转换器放大的信号频率，其中C是电容器C1和C2的组合电容。设备操作的期望频率范围可以包括在约2GHz至约25GHz之间的具有约500MHz的带宽的信号频率的子范围。可以通过向线圈240施加电流来实现针对信号频率处的放大的微调，这改变通过转换器电路450的磁通量。该通量在外部约瑟夫逊结环中感应出超导电流，这改变振荡器的影响泵、信号和空载相互作用的三波过程的非线性行为。最终的结果是使产生峰值信号增益的频率移位。
进行数值模拟，以评估转换器非线性振荡器针对信号频率的品质因子(Q值)和空载频率的品质因子(Q值)。模拟结果示于图7。对于模拟，在信号天线长度保持固定的同时改变空载天线的长度，并且为每个空载天线长度计算信号频率的Q值和空载频率的Q值。针对信号频率的第一组计算的Q值710表明，改变空载天线的长度不会明显影响信号频率的Q值。这表示信号频率和空载频率的良好去耦。将空载天线的长度改变约50％可以使空载频率的Q值改变多于三个数量级，如空载频率的计算Q值720所示。当改变信号天线长度并且空载天线长度恒定时，产生一组类似的曲线。
本发明人已经认识到并且理解，转换器的瞬时增益带宽(至少实现期望信号增益的频率带宽)与信号的Q因子成反比，并且转换器的饱和功率点(信号增益开始饱和时的信号输入功率的水平)随信号Q增加而单调增加。因此，在瞬时增益带宽与转换器的饱和功率点之间存在折衷。图7示出了可以通过在制造期间调节有源电路的天线的长度来设置转换器系统120的瞬时增益带宽(并且结果是饱和功率点)。在一些实施方式中，可以将第一天线和第二天线的长度设定为提供约20至约60之间的Q值。根据操作频率，Q值的这个范围可以对应于约6mm至约8mm之间的天线长度。其他实施方式中可以使用Q的其他值，例如在损害瞬时增益带宽的情况下增加饱和功率点。
制造有源电路350和转换器系统120以示出微波信号和空载频率的参数放大。对于该示出，期望在约10GHz下的信号放大。图8A和图8B示出了有源电路350的在蓝宝石基板上微细加工的部分的放大图像。接地面区域355在图8A中作为暗方形区域可见。接地面由约150nm厚的Nb膜形成，其被图案化为具有约600μm×600μm的宽度和长度。第一天线371和第二天线372的连接至形成在接地面区域内的平行板电容器的部分也是可见的。端至端天线长度均为约7mm，并且由铝形成。
在图8B中，在接地面的开口区域内可以看到转换器电路450的进一步细节。转换器电路包括如图5A中描绘的约瑟夫逊结的布置，其中较小的外结被设计成具有约2μA至约4μA之间的临界电流，并且较大的结被设计成具有约4μA至8μA之间的临界电流。为了形成平行板电容器432、434、442、444，将约160nm厚的氮化物层沉积在基板上方的接地面之上。铝也用于形成平行板电容器的板和转换器电路450。图8B中还可见的是穿过电容器442和444延伸的凹陷810。凹陷是间隙403(在图4C中描绘出)与接地面交叉的结果，这在两个电容器的顶板中产生凹区。
具有有源电路的基板如图2A所描绘的安装在频率转换器/放大器系统中并且无线操作。在两个微波腔之间安装有芯片，并且没有制作至芯片的硬线连接。在第一示出中，将约18GHz频率的泵送能量施加到同轴连接器206，并且将要放大的信号频率施加到第一波导210。改变泵送功率的量以改变在信号频率和空载频率下的增益量。当泵送能量施加到设备时，扫描信号频率。使用背景噪声来提供空载频率的信号。
图9A示出了作为信号频率的函数并且作为施加的泵送功率的函数的信号放大。结果表明，信号的峰值放大出现在约9.99GHz处，并且增益量随着施加的泵送功率的增加而增加。通过增加泵送功率，转换器的增益G可以从约5dB增加至约25dB。从图9A的结果还可以看出，瞬时增益带宽(例如，曲线上的增益降低了3dB的点之间的频率范围)随着信号增益的增加而减小。在5dB的峰值增益下，瞬时增益带宽约为13MHz。
图9B示出了空载频率的增益曲线。对于空载，观察到约5dB至约25dB之间的增益值。空载的峰值增益出现在约8.27GHz处。瞬时增益带宽也随着空载增益的增加而减小。
在一系列测量中对转换器的饱和功率点进行了评估并且结果示在图10中。对于这些测量中的每一个测量，信号频率被设置在峰值增益值G，并且输入到设备的信号功率的量增加了约80dB。如图9A所示，通过改变递送到转换器的泵送功率的量来设定不同的峰值增益值。结果表明，对于不同的初始增益值，放大和增益压缩的饱和开始于不同的输入信号功率。例如，对于约-40dBm的输入信号功率(在生成器处测量)，产生5dB的标称增益设定下的1dB增益压缩点(其可以被视为转换器的饱和功率点)，而对于约-60dBm的输入信号功率，产生25dB的标称增益设定下的1dB增益压缩点。对于这些测量，估计由于信号生成器与转换器之间的连接，输入信号衰减约73dB。因此，对于约25dB的增益，饱和点出现在对转换器的约-140dBm至约-120dBm的输入之间。
图10的结果示出了转换器的饱和功率点随着增益的增加而减小。饱和功率点也是转换器动态范围的测量，其延伸到真空量子波动。本发明人已经认识到并且理解，转换器的饱和功率点与信号输入的转换器的Q因子成反向缩放，并且也随着转换器的临界电流近似线性地缩放。可以通过改变电路的约瑟夫逊结的结尺寸和隧穿势垒来调节临界电流。根据一些实施方式，转换器系统120的饱和功率点可以通过信号输入的设备的Q因子的设计、约瑟夫逊结的设计和/或施加的泵送能量的量来确定。
还示出了转换器系统的可调性，并且结果示于图11中。对于该示出，不同量的电流Ic被递送到导电线圈240以产生通过转换器电路450的不同水平的磁通量。在每个电流设置下，在测量信号增益的同时扫描输入信号的频率。在通过导电线圈240的第一电流设定为0.97mA下，信号频率的峰值增益出现在约10.09GHz处。在第二电流设定为约1.07mA下，信号频率的峰值增益出现在约9.76GHz处。在与其他测量不同的时间点测量1.07mA的数据点。在测量之间，系统中背景通量的残余(residual)变化。如果没有发生变化，则对于小于0.9mA的电流值将产生在1.07mA下观察到的频率。图11的结果示出了可以容易地调整在至少400MHz的范围内产生放大的频率。
获得了对于转换器的信号频率和空载频率的扫频调整曲线并且示于图12A和图12B中。对于这些测量，递送到导电线圈240的电流在-1.5mA至+1.5mA之间变化，同时扫描信号频率和空载频率以在每个电流设置下找到峰值增益频率。因为在零电流偏置下观测到信号增益，所以系统包括残余或背景磁场。在迹线上绘制的所有频率下均未观察到增益，并且增益的存在取决于转换器电路中在相关通量和频率下如何驱动电流。
参照图12A，对于在第一峰值1210附近的频率和包括第一峰值1210的频率以及在第二峰值1220附近的频率和包括第二峰值1220的频率观察到用于信号放大的最高增益值。参照图12B，在包括第三峰值1230和第四峰值1240的频率处观察到用于空载频率的最高增益。这些结果表明优选操作频率范围在扫频调整曲线中的所选峰值附近。
操作转换器系统120的方法与转换器系统的各种实施方式相关联。根据一些实施方式并参照图13，操作转换器系统120的方法1300可以包括在包括约瑟夫逊结的有源电路(例如约瑟夫逊参数转换器电路)处无线接收第一频率的泵送能量(动作1310)，并且在有源电路处无线接收第二频率的信号(动作1320)。例如，可以向有源电路提供泵送能量和信号，该有源电路具有将来自一个或更多个微波腔的泵送能量和信号能量以及空载能量耦合到电路中的天线。方法1300还可以包括利用连接至天线的转换器电路参数地操作信号(动作1330)。在一些情况下，对信号进行操作可以包括对信号进行参数放大。在一些情况下，对信号进行操作可以包括将信号频率的输入参数频率转换成空载频率的输出。根据一些实施方式，可以利用用于接收信号、空载和泵送能量的同一天线来重新辐射信号和空载。在一些实施方式中，操作转换器系统120的方法1300还可以包括接收通过转换器电路的磁通量的变化以及接收和/或放大不同的信号频率(动作1340)。
如图14所描绘的，也可以设想操作转换器系统120的其他方法。本发明人已经认识到并且理解转换器系统120可以用于量子信息处理以纠缠量子位。在一些实施方式中，方法1400可以包括在约瑟夫逊参数转换器处无线接收泵送能量(动作1410)。泵送能量可以通过与转换器电路集成在基板上的一个或更多个天线无线耦合至转换器，并且可以将基板安装在邻接的微波腔之间。方法1400还可以包括在转换器系统120的信号端口处无线接收代表第一量子位的第一信号(动作1420)，以及在转换器系统空载端口处无线接收代表第二量子位的第二信号(动作1430)。微波循环器可以连接至信号端口和空载端口，从而可以对来自每个端口的信号进行测量。根据一些实施方式，该方法还可以包括对来自转换器系统120的信号端口205和/或空载端口207的输出进行测量(动作1440)。测量的动作能够导致量子位的纠缠(例如测量将量子位投射成纠缠状态)。使用参数化转换器的纠缠的更多细节可以在2015年7月的M.Silveri等人的“Theory of remote entanglement via quantum limitedphase-preserving amplification,”arXiv:1507.00732[quant-ph]中找到，其通过引用并入本文。
虽然已经给出了转换器系统的示例尺寸，但是转换器系统的尺寸可以随着与转换器相互作用的微波的波长缩放。例如，在较高频率下，转换器电路、电容器、接地面、天线和波导腔的尺寸可以小于在较低频率下操作的转换器的尺寸。对于高频率，可以在组装在一起的一个或两个基板上形成邻接波导和有源电路。
根据本实施方式的无线转换器系统可以包括少量的部件，其单个品质在最终组装之前可以单独控制。这可以允许可靠地制造微波频率转换器/放大器，这些微波频率转换器/放大器更不容易受到导致降低的频率转换器/放大效率的杂散耗散的影响。经由微细加工灵活地调节设备电容和电感和天线长度的能力可以有助于针对特定应用调整转换器(例如，将针对特定应用的动态范围、增益或带宽作为目标)。在一些实施方式中，用于无线耦合和放大的特征是容易制造的，因此可以以合理的成本批量生产放大器。
无线频率转换器/放大器可以用于各种微波应用，并且可以用作其他设备的构建块。例如，在一些实施方式中，两个无线JPC可以连接在一起以形成低噪声定向放大器。
本实施方式的无线频率转换器/放大器可以满足或超过常规的有线的基于约瑟夫逊结的放大器的增益和带宽性能，并且超过常规的有线的基于约瑟夫逊结的放大器的动态范围、可调性和效率。本发明人已经认识到并且理解，在一些实施方式中，可以通过使用微细加工天线和芯片上的集成阻抗匹配元件从一些微波QED系统中消除中间元件(例如，混合耦接器和相关联的印刷电路部件)，其中芯片可以直接安装在微波腔中。芯片可以包括用于执行量子信息处理的超导元件。可以经由微波波导同轴适配器来发送和接收去往和来自芯片的信号。通过使用无线架构简化微波环境可以减少或消除当前限制电路QED系统的测量效率的损耗源。
可以实现无线约瑟夫逊参数转换器的各种配置。这些配置包括但不限于以下配置中的任何一种或组合。
(1)一种用于微波信号的无线转换器，包括：基板；多个第一约瑟夫逊结，所述多个第一约瑟夫逊结形成在所述基板上并连接成环；形成在基板上的与该环邻近的接地面；第一天线，所述第一天线形成在基板上并连接至多个第一约瑟夫逊结；以及第二天线，所述第二天线形成在所述基板上，朝向与所述第一天线垂直并且连接至多个第一约瑟夫逊结。
(2)根据(1)所述的无线转换器，其中，所述转换器被配置成接收第一频率的泵送能量，所述第一天线的尺寸被设定成与第二频率电磁能耦合，并且所述第二天线的尺寸被设定成与不同于所述第二频率的第三频率的电磁能耦合，并且其中，所述第一频率基本上等于所述第二频率和所述第三频率之和或者所述第二频率和所述第三频率的之差。
(3)根据(1)或(2)所述的无线转换器，其中，所述第一天线的第一半部连接至所述环的第一边上的两个约瑟夫逊结之间的第一节点，并且所述第一天线的第二半部连接至所述环的第二边上的两个约瑟夫逊结之间的第二节点；并且所述第二天线的第一半部连接至所述环的第三边上的两个约瑟夫逊结之间的第三节点，并且所述第二天线的第二半部连接至所述环的第四边上的两个约瑟夫逊结之间的第四节点。
(4)根据(1)或(2)所述的无线转换器，其中，所述多个第一约瑟夫逊结被布置成形成约瑟夫逊参数转换器。
(5)根据(4)所述的无线转换器，其中，所述转换器能够在约400MHz宽的可调频率范围内提供20dB的增益。
(6)根据(4)所述的无线转换器，其中，所述转换器能够提供约25dB的增益，其中在约-140dBm至约-120dBm之间的值处出现约1dB的压缩。
(7)根据(1)所述的无线转换器，还包括第一电容器，所述第一电容器连接至所述第一天线的第一半部与所述环之间的第一节点；第二电容器，所述第二电容器连接至所述第一天线的第二半部与所述环之间的第二节点；第三电容器，所述第三电容器连接至所述第二天线的第一半部与所述环之间的第三节点；以及第四电容器，所述第四电容器连接至所述第二天线的第二半部与所述环之间的第四节点。
(8)根据(7)所述的无线转换器，其中，所述第一电容器至所述第四电容器包括形成在所述基板上的平行板电容器。
(9)根据(7)所述的无线转换器，其中，所述第一电容器至所述第四电容器包括形成在所述基板上的叉指电容器。
(10)根据(7)所述的无线转换器，其中，所述第一电容器和所述第二电容器具有基本上相同的第一电容，并且所述第三电容器和所述第四电容器具有基本相同的第二电容，所述第二电容与所述第一电容不同。
(11)根据(7)所述的无线转换器，其中，所述第一电容器至所述第四电容器至少部分地由用于形成多个第一约瑟夫逊结的同一材料层形成。
(12)根据(11)所述的无线转换器，其中，所述同一材料层形成所述第一天线和所述第二天线。
(13)根据(11)所述的无线转换器，其中，所述同一材料层支持超导性。
(14)根据(7)、(8)和(10)至(13)中的任一项所述的无线转换器，其中，所述接地面形成第一电容器至第四电容器的参考电位板。
(15)根据(1)、(2)和(7)至(13)中的任一项所述的无线转换器，其中，所述接地面包括导电膜，所述导电膜被图案化成具有穿过所述膜的至少一个切口的环形形状，其中所述切口防止所述环形形状膜周围的圆形电流流动。
(16)根据(15)所述的无线转换器，其中，所述至少一个切口相对于第一天线和/或所述第二天线对称地划分所述接地面。
(17)根据(1)、(2)和(7)至(13)中的任一项所述的无线转换器，还包括第二批多个约瑟夫逊结，所述第二批多个约瑟夫逊结位于所述第一批多个约瑟夫逊结内并连接至所述第一批多个约瑟夫逊结。
(18)根据(17)所述的无线转换器，其中，所述第二批多个约瑟夫逊结的结尺寸大于第一批多个约瑟夫逊结的结尺寸。
(19)根据(17)所述的无线转换器，还包括导电线圈，所述导电线圈本定位成与所述环邻近并且被配置成当向所述线圈施加电流时提供穿过所述环的磁通量。
(20)根据(1)、(2)和(7)至(13)中的任一项所述的无线转换器，还包括：第一波导，所述第一波导邻接所述基板的第一侧并且具有第一长横轴；所述第一波导中的第一端口，所述第一端口用于将第一能量耦合至第一波导和耦合来自第一波导的第一能量；第二波导，所述第二波导邻接基板的与第一侧相对的第二侧并且具有与所述第一长横轴基本上成正交的第二长横轴；以及所述第二波导中的第二端口，所述第二端口用于将第二能量耦合至第二波导和耦合来自第二波导的第二能量。
(21)根据(20)所述的无线转换器，还至少包括第三端口，所述第三端口用于耦合泵送能量至多个第一约瑟夫逊结。
(22)根据(1)、(2)和(7)至(13)中的任一项所述的无线转换器，所述无线转换器包括在量子信息处理系统中。
可以实践用于操作无线约瑟夫逊参数转换器的各种方法。方法可以包括但不限于合适组合动作的以下组合中的一种或更多种。
(23)一种操作无线转换器的方法，所述方法包括以下动作：通过形成在基板上并连接成环的第一批多个约瑟夫逊结无线接收第一频率的泵送能量；无线接收来自形成在所述基板上的第一天线的第二频率的信号；无线接收来自形成在所述基板上的第二天线的第三频率的空载；通过所述多个约瑟夫逊结将泵送能量转换成所述第二频率和所述第三频率；以及利用所述第一天线无线发射改变的信号。
(24)根据(23)所述的方法，其中，所述频率转换将所述第二频率接收的输入转换成所述第三频率的输出。
(25)根据(23)所述的方法，其中，所述转换将以所述第二频率接收的输入放大成所述第二频率的放大输出。
(26)根据(23)所述的方法，还包括：
接收通过所述环的磁通量的变化；以及
响应于所接收的磁通量的所述变化，将泵送能量转换成与第二频率不同的第四频率。
(27)根据(26)所述的方法，还包括将电流施加到导电线圈以控制所述磁通量的量。
(28)根据(23)至(27)中的任一项所述的方法，其中，从第一量子位接收所述信号，并且从第二量子位接收所述空载，并且还包括至少测量来自所述第一天线的输出信号。
(29)根据(28)所述的方法，其中，所述测量涉及所述第一量子位和所述第二量子位。
本文描述的技术可以被实现为一种方法，已经提供了所述方法的至少一个示例。作为方法的一部分执行的动作可以以任何适当的方式排序。因此，可以构造其中以与所示的顺序不同的顺序执行动作的实施方式，其可以包括同时执行某些动作，即使在说明性实施方式中示出为顺序动作。此外，一种方法可以包括比在一些实施方式中所示出的那些动作更多的动作，以及比在其他实施方式中示出的那些动作少的动作。
使用数值的程度的术语(例如，“近似”、“基本上”和“约”)可以用于意指在一些实施方式中在目标尺寸的±20％内，在一些实施方式中在目标尺寸的±10％内，在一些实施方式中在目标尺寸的±5％内，以及在一些实施方式中在目标尺寸的±2％内。这些程度的术语包括目标尺寸。实施方式还包括使用说明书中给出的确切数值表示的范围或值(即省略程度的术语)。
由此已经描述了本发明的至少一个说明性实施方式，本领域技术人员将容易想到各种改变、修改和改进。这样的改变、修改和改进意在在本发明的精神和范围内。因此，前面的描述仅作为示例，并不意在作为限制。本发明仅由所附权利要求及其等同内容限定。

Claims (29)

1.一种用于微波信号的无线转换器，包括：
基板；
多个第一约瑟夫逊结，所述多个第一约瑟夫逊结形成在所述基板上并连接成环；
形成在所述基板上的与所述环邻近的接地面；
第一天线，所述第一天线形成在所述基板上并连接至所述多个第一约瑟夫逊结；以及
第二天线，所述第二天线形成在所述基板上，朝向与所述第一天线垂直并且连接至所述多个第一约瑟夫逊结。
2.根据权利要求1所述的无线转换器，其中，所述转换器被配置成接收第一频率的泵送能量，所述第一天线的尺寸被设定成与第二频率的电磁能耦合，并且所述第二天线的尺寸被设定成与不同于所述第二频率的第三频率的电磁能耦合，并且其中，所述第一频率基本上等于所述第二频率和所述第三频率之和，或者所述第二频率和所述第三频率之差。
3.根据权利要求1或2所述的无线转换器，其中，
所述第一天线的第一半部连接至所述环的第一边上的两个约瑟夫逊结之间的第一节点，并且所述第一天线的第二半部连接至所述环的第二边上的两个约瑟夫逊结之间的第二节点；并且
所述第二天线的第一半部连接至所述环的第三边上的两个约瑟夫逊结之间的第三节点，并且所述第二天线的第二半部连接至所述环的第四边上的两个约瑟夫逊结之间的第四节点。
4.根据权利要求1或2所述的无线转换器，其中，所述多个第一约瑟夫逊结被布置成形成约瑟夫逊参数转换器。
5.根据权利要求4所述的无线转换器，其中，所述转换器能够在约400MHz宽的可调频率范围内提供20dB的增益。
6.根据权利要求4所述的无线转换器，其中，所述转换器能够提供约25dB的增益，其中在约-140dBm至约-120dBm之间的值处出现约1dB的压缩。
7.根据权利要求1所述的无线转换器，还包括：
第一电容器，所述第一电容器连接至所述第一天线的第一半部与所述环之间的第一节点；
第二电容器，所述第二电容器连接至所述第一天线的第二半部与所述环之间的第二节点；
第三电容器，所述第三电容器连接至所述第二天线的第一半部与所述环之间的第三节点；以及
第四电容器，所述第四电容器连接至所述第二天线的第二半部与所述环之间的第四节点。
8.根据权利要求7所述的无线转换器，其中，所述第一电容器至所述第四电容器包括形成在所述基板上的平行板电容器。
9.根据权利要求7所述的无线转换器，其中，所述第一电容器至所述第四电容器包括形成在所述基板上的叉指电容器。
10.根据权利要求7所述的无线转换器，其中，所述第一电容器和所述第二电容器具有基本上相同的第一电容，并且所述第三电容器和所述第四电容器具有基本相同的第二电容，所述第二电容与所述第一电容不同。
11.根据权利要求7所述的无线转换器，其中，所述第一电容器至所述第四电容器至少部分地由用于形成所述多个第一约瑟夫逊结的同一材料层形成。
12.根据权利要求11所述的无线转换器，其中，所述同一材料层形成所述第一天线和所述第二天线。
13.根据权利要求11所述的无线转换器，其中，所述同一材料层支持超导性。
14.根据权利要求7、8和10至13中的任一项所述的无线转换器，其中，所述接地面形成所述第一电容器至所述第四电容器的参考电位板。
15.根据权利要求1、2和7至13中的任一项所述的无线转换器，其中，所述接地面包括导电膜，所述导电膜被图案化成具有穿过所述膜的至少一个切口的环形形状，其中所述切口防止所述环形形状膜周围的圆形电流流动。
16.根据权利要求15所述的无线转换器，其中，所述至少一个切口相对于所述第一天线和/或所述第二天线对称地划分所述接地面。
17.根据权利要求1、2和7至13中的任一项所述的无线转换器，还包括第二批多个约瑟夫逊结，所述第二批多个约瑟夫逊结位于所述第一批多个约瑟夫逊结内并连接至所述第一批多个约瑟夫逊结。
18.根据权利要求17所述的无线转换器，其中，所述第二批多个约瑟夫逊结的结尺寸大于所述第一批多个约瑟夫逊结的结尺寸。
19.根据权利要求17所述的无线转换器，还包括导电线圈，所述导电线圈被定位成与所述环邻近并且被配置成当向所述线圈施加电流时提供穿过所述环的磁通量。
20.根据权利要求1、2和7至13中的任一项所述的无线转换器，还包括：
第一波导，所述第一波导邻接所述基板的第一侧并且具有第一长横轴；
所述第一波导中的第一端口，所述第一端口用于将第一能量耦合至所述第一波导和耦合来自所述第一波导的第一能量；
第二波导，所述第二波导邻接所述基板的与所述第一侧相对的第二侧并且具有与所述第一长横轴基本上成正交的第二长横轴；以及
所述第二波导中的第二端口，所述第二端口用于将第二能量耦合至所述第二波导和耦合来自所述第二波导的第二能量。
21.根据权利要求20所述的无线转换器，还至少包括第三端口，所述第三端口用于耦合泵送能量至所述多个第一约瑟夫逊结。
22.根据权利要求1、2和7至13中的任一项所述的无线转换器，所述无线转换器被包括在量子信息处理系统中。
23.一种操作无线转换器的方法，所述方法包括：
通过形成在基板上并连接成环的第一批多个约瑟夫逊结无线接收第一频率的泵送能量；
无线接收来自形成在所述基板上的第一天线的第二频率的信号；
无线接收来自形成在所述基板上的第二天线的第三频率的空载；
通过所述多个约瑟夫逊结将泵送能量转换成所述第二频率和所述第三频率；以及
利用所述第一天线无线发射改变的信号。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述频率转换将以所述第二频率接收的输入转换成所述第三频率的输出。
25.根据权利要求23所述的方法，其中，所述转换将以所述第二频率接收的输入放大成所述第二频率的放大输出。
26.根据权利要求23所述的方法，还包括：
接收通过所述环的磁通量的变化；以及
响应于所接收的磁通量的所述变化，将泵送能量转换成与所述第二频率不同的第四频率。
27.根据权利要求26所述的方法，还包括将电流施加到导电线圈以控制所述磁通量的量。
28.根据权利要求23至27中的任一项所述的方法，其中，从第一量子位接收所述信号，并且从第二量子位接收所述空载，并且还包括至少测量来自所述第一天线的输出信号。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述测量涉及所述第一量子位和所述第二量子位。
CN201680028514.5A 2015-04-17 2016-04-15 无线约瑟夫逊参数转换器 Pending CN107683527A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562149419P 2015-04-17 2015-04-17
US62/149,419 2015-04-17
PCT/US2016/027817 WO2016168642A1 (en) 2015-04-17 2016-04-15 Wireless josephson parametric converter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107683527A true CN107683527A (zh) 2018-02-09

Family

ID=57127028

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680028514.5A Pending CN107683527A (zh) 2015-04-17 2016-04-15 无线约瑟夫逊参数转换器

Country Status (9)

Country Link
US (1) US10693566B2 (zh)
EP (1) EP3284115B1 (zh)
JP (1) JP6742028B2 (zh)
KR (1) KR20180004132A (zh)
CN (1) CN107683527A (zh)
CA (1) CA2981493A1 (zh)
HK (1) HK1251077A1 (zh)
SG (1) SG11201708202TA (zh)
WO (1) WO2016168642A1 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110133379A (zh) * 2019-06-12 2019-08-16 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 约瑟夫森结寄生电感的测量方法
CN110288092A (zh) * 2019-04-01 2019-09-27 北京大学 一种超导量子比特的长寿命存储装置及其存储方法
CN112400178A (zh) * 2018-08-28 2021-02-23 国际商业机器公司 基于天线的量子位退火方法
CN112513890A (zh) * 2018-08-28 2021-03-16 国际商业机器公司 用于量子位退火的天线芯片的结构

Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2927326C (en) 2013-10-15 2024-02-27 Yale University Low-noise josephson junction-based directional amplifier
US9948254B2 (en) 2014-02-21 2018-04-17 Yale University Wireless Josephson bifurcation amplifier
WO2016138406A1 (en) 2015-02-27 2016-09-01 Yale University Josephson junction-based circulators and related systems and methods
US10404214B2 (en) 2015-02-27 2019-09-03 Yale University Techniques for producing quantum amplifiers and related systems and methods
US10068181B1 (en) 2015-04-27 2018-09-04 Rigetti & Co, Inc. Microwave integrated quantum circuits with cap wafer and methods for making the same
WO2017123940A1 (en) 2016-01-15 2017-07-20 Yale University Techniques for manipulation of two-quantum states and related systems and methods
US10740688B2 (en) * 2016-03-11 2020-08-11 Rigetti & Co, Inc. Impedance-matched microwave quantum circuit systems
US11121301B1 (en) 2017-06-19 2021-09-14 Rigetti & Co, Inc. Microwave integrated quantum circuits with cap wafers and their methods of manufacture
CN111164619B (zh) 2017-08-09 2023-10-31 谷歌有限责任公司 减少量子比特网格中的寄生相互作用以用于表面代码错误校正
CN117709473A (zh) 2017-08-09 2024-03-15 谷歌有限责任公司 减少量子网格中的寄生相互作用
AU2017426939C1 (en) * 2017-08-09 2021-10-14 Google Llc Frequency pattern for reducing parasitic interactions in a qubit grid
WO2019118442A1 (en) 2017-12-11 2019-06-20 Yale University Superconducting nonlinear asymmetric inductive element and related systems and methods
US10133986B1 (en) * 2018-01-30 2018-11-20 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Quantum computing with photonic/ionic tuning of entanglement
US10320331B1 (en) * 2018-07-30 2019-06-11 International Business Machines Corporation Applications of a superconducting device that mixes surface acoustic waves and microwave signals
US10707812B2 (en) 2018-07-30 2020-07-07 International Business Machines Corporation Superconducting device that mixes surface acoustic waves and microwave signals
US10348245B1 (en) 2018-07-30 2019-07-09 International Business Machines Corporation Applications of surface acoustic wave resonators coupled to a josephson ring modulator
US10615826B2 (en) * 2018-07-30 2020-04-07 United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Josephson junction-based transceiver
US10944362B2 (en) 2018-07-30 2021-03-09 International Business Machines Corporation Coupling surface acoustic wave resonators to a Josephson ring modulator
US10573685B1 (en) 2018-08-03 2020-02-25 International Business Machines Corporation Symmetrical qubits with reduced far-field radiation
US11050009B2 (en) * 2018-08-28 2021-06-29 International Business Machines Corporation Methods for annealing qubits with an antenna chip
JP6856592B2 (ja) * 2018-09-12 2021-04-07 株式会社東芝 電子回路及び計算装置
US10700257B2 (en) 2018-10-15 2020-06-30 International Business Machines Corporation Flux-biasing superconducting quantum processors
TWI809224B (zh) * 2018-11-22 2023-07-21 國立研究開發法人科學技術振興機構 非線性微波濾波器
US11501196B2 (en) * 2018-11-26 2022-11-15 International Business Machines Corporation Qubit tuning by magnetic fields in superconductors
EP3912200B1 (en) 2019-01-17 2024-05-15 Yale University Josephson nonlinear circuit
US11289637B2 (en) 2019-04-11 2022-03-29 International Business Machines Corporation Transmon qubits with trenched capacitor structures
US11940392B2 (en) 2019-04-18 2024-03-26 International Business Machines Corporation Measurement scheme for superconducting qubits using low-frequency microwave signals within a dilution refrigerator
US20220263483A1 (en) * 2019-07-09 2022-08-18 Millimeter Wave Systems, LLC Cryogenic parametric amplifier control apparatus
US11417822B2 (en) 2019-12-17 2022-08-16 International Business Machines Corporation Frequency multiplexing for qubit readout
KR20210101541A (ko) 2020-02-10 2021-08-19 김유정 피젯기능이 있는 휴대폰 케이스
CN111953308B (zh) * 2020-08-21 2022-07-12 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种磁通驱动约瑟夫森参量放大器及其制备方法
US11621387B2 (en) 2021-03-11 2023-04-04 International Business Machines Corporation Quantum device with low surface losses
US11888471B2 (en) 2021-12-27 2024-01-30 International Business Machines Corporation Josephson parametric converter having impedance-matching networks

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2924421B2 (ja) * 1992-03-05 1999-07-26 三菱電機株式会社 マイクロ波回路
US20010025012A1 (en) * 2000-03-27 2001-09-27 Yoshinobu Tarutani Superconductor signal amplifier
CN101548512A (zh) * 2006-12-05 2009-09-30 高通股份有限公司 在无线网络中减小基站切换过程中的回程利用的方法和系统
JP2013004717A (ja) * 2011-06-16 2013-01-07 Nippon Signal Co Ltd:The テラヘルツ検出器

Family Cites Families (101)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3275943A (en) 1959-04-10 1966-09-27 Zenith Radio Corp Dual output channel electron beam parametric amplifier with noise elimination
US3723755A (en) 1970-10-12 1973-03-27 A Morse Parametric amplifier
US3663886A (en) 1970-12-17 1972-05-16 Nasa Parametric amplifiers with idler circuit feedback
US4403189A (en) 1980-08-25 1983-09-06 S.H.E. Corporation Superconducting quantum interference device having thin film Josephson junctions
US4344052A (en) 1980-09-29 1982-08-10 International Business Machines Corporation Distributed array of Josephson devices with coherence
US4585999A (en) 1984-04-27 1986-04-29 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Radiofrequency amplifier based on a dc superconducting quantum interference device
JPS6167304A (ja) 1984-09-11 1986-04-07 Agency Of Ind Science & Technol 抵抗結合型ジヨセフソン電力増幅回路
US4924234A (en) 1987-03-26 1990-05-08 Hughes Aircraft Company Plural level beam-forming network
GB2219434A (en) 1988-06-06 1989-12-06 Philips Nv A method of forming a contact in a semiconductor device
US5105166A (en) 1989-11-30 1992-04-14 Raytheon Company Symmetric bi-directional amplifier
US5326986A (en) * 1991-03-05 1994-07-05 University Of Houston - University Park Parallel N-junction superconducting interferometer with enhanced flux-to-voltage transfer function
US5254950A (en) 1991-09-13 1993-10-19 The Regents, University Of California DC superconducting quantum interference device usable in nuclear quadrupole resonance and zero field nuclear magnetic spectrometers
JP3206192B2 (ja) 1993-03-15 2001-09-04 ダイキン工業株式会社 Ｓｑｕｉｄ磁束計
US5635834A (en) 1993-09-15 1997-06-03 The Broken Hill Proprietary Company Limited SQUID detector with flux feedback coil sized and located to produce uniform feedback flux
FI950805A (fi) 1994-02-24 1995-08-25 Shimadzu Corp Suprajohtava tunneliliitos ja menetelmä sen valmistamiseksi
US5493719A (en) 1994-07-01 1996-02-20 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Integrated superconductive heterodyne receiver
US5661494A (en) * 1995-03-24 1997-08-26 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration High performance circularly polarized microstrip antenna
JPH104320A (ja) 1996-06-14 1998-01-06 Kokusai Chodendo Sangyo Gijutsu Kenkyu Center 超電導体ミキサー及びその位相制御方法
RU2106717C1 (ru) 1996-08-07 1998-03-10 Научно-исследовательский институт измерительных систем Способ анизотропного травления кристаллов кремния
JP2913029B1 (ja) 1998-03-18 1999-06-28 工業技術院長 ジョセフソン論理集積回路の構成方法
US6578018B1 (en) 1999-07-27 2003-06-10 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha System and method for control using quantum soft computing
JP4130065B2 (ja) 2000-03-27 2008-08-06 株式会社日立製作所 超電導量子干渉素子及び超電導回路
US6627915B1 (en) 2000-08-11 2003-09-30 D-Wave Systems, Inc. Shaped Josephson junction qubits
US6549059B1 (en) 2001-02-23 2003-04-15 Trw Inc. Underdamped Josephson transmission line
WO2002093181A1 (fr) 2001-05-15 2002-11-21 Synchro Co., Ltd. Detecteur de forme d'onde et systeme de suivi d'etat l'utilisant
EP1262911A1 (en) 2001-05-30 2002-12-04 Hitachi Europe Limited Quantum computer
US6803599B2 (en) 2001-06-01 2004-10-12 D-Wave Systems, Inc. Quantum processing system for a superconducting phase qubit
US6621374B2 (en) 2001-07-19 2003-09-16 Lockheed Martin Corporation Splitter/combiner using artificial transmission lines, and paralleled amplifier using same
RU2212671C1 (ru) 2001-10-11 2003-09-20 Алексенко Андрей Геннадьевич Туннельный нанодатчик механических колебаний и способ его изготовления
US6614047B2 (en) 2001-12-17 2003-09-02 D-Wave Systems, Inc. Finger squid qubit device
US7002174B2 (en) 2001-12-18 2006-02-21 D-Wave Systems, Inc. Characterization and measurement of superconducting structures
US6908779B2 (en) 2002-01-16 2005-06-21 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor device and method for manufacturing the same
US7307275B2 (en) 2002-04-04 2007-12-11 D-Wave Systems Inc. Encoding and error suppression for superconducting quantum computers
US6911664B2 (en) 2002-04-15 2005-06-28 D-Wave Systems, Inc. Extra-substrate control system
US6900454B2 (en) 2002-04-20 2005-05-31 D-Wave Systems, Inc. Resonant controlled qubit system
FR2839389B1 (fr) 2002-05-03 2005-08-05 Commissariat Energie Atomique Dispositif de bit quantique supraconducteur a jonctions josephson
JP4066012B2 (ja) 2002-08-12 2008-03-26 富士通株式会社 超電導ドライバ回路及び超電導機器
US6943368B2 (en) 2002-11-25 2005-09-13 D-Wave Systems, Inc. Quantum logic using three energy levels
US7364923B2 (en) 2003-03-03 2008-04-29 The Governing Council Of The University Of Toronto Dressed qubits
WO2004084132A2 (en) 2003-03-18 2004-09-30 Magiq Technologies, Inc. Universal quantum computing
US7230266B2 (en) 2003-05-15 2007-06-12 D-Wave Systems Inc. Conditional Rabi oscillation readout for quantum computing
DK1634351T3 (da) * 2003-06-13 2008-08-18 Qest Quantenelektronische Syst Superledende kvanteantenne
JP4113076B2 (ja) 2003-08-28 2008-07-02 株式会社日立製作所 超電導半導体集積回路
WO2005050555A2 (en) 2003-10-22 2005-06-02 The Johns Hopkins University Photon quantum processing and the zeno effect
US20050134377A1 (en) 2003-12-23 2005-06-23 Dent Paul W. Doherty amplifier
US20050250651A1 (en) 2004-03-29 2005-11-10 Amin Mohammad H S Adiabatic quantum computation with superconducting qubits
US7225674B2 (en) * 2004-04-30 2007-06-05 The Regents Of The University Of California Self-stabilizing, floating microelectromechanical device
WO2006011451A1 (ja) 2004-07-27 2006-02-02 Japan Science And Technology Agency ジョセフソン量子計算素子及びそれを用いた集積回路
JP4836064B2 (ja) 2004-08-16 2011-12-14 独立行政法人理化学研究所 量子状態読出回路
US7253654B2 (en) 2004-11-08 2007-08-07 D-Wave Systems Inc. Superconducting qubits having a plurality of capacitive couplings
US7268576B2 (en) 2004-11-08 2007-09-11 D-Wave Systems Inc. Superconducting qubit with a plurality of capacitive couplings
US7533068B2 (en) 2004-12-23 2009-05-12 D-Wave Systems, Inc. Analog processor comprising quantum devices
JP4595069B2 (ja) 2005-06-09 2010-12-08 独立行政法人産業技術総合研究所 準平面導波路型ジョセフソン接合アレー構造体、それを用いたデジタル−アナログ変換器、プログラマブルジョセフソン電圧標準用接合アレー、ジョセフソン電圧標準用チップ、ジョセフソン電圧発生装置
US7375802B2 (en) 2005-08-04 2008-05-20 Lockheed Martin Corporation Radar systems and methods using entangled quantum particles
US8164082B2 (en) 2005-09-30 2012-04-24 Wisconsin Alumni Research Foundation Spin-bus for information transfer in quantum computing
US7836007B2 (en) 2006-01-30 2010-11-16 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Methods for preparing entangled quantum states
US7870087B2 (en) 2006-11-02 2011-01-11 D-Wave Systems Inc. Processing relational database problems using analog processors
EP2126800A4 (en) 2006-12-05 2012-07-11 Dwave Sys Inc SYSTEMS, METHODS AND DEVICES FOR LOCAL PROGRAMMING OF QUANTUM PROCESSOR ELEMENTS
US7724020B2 (en) 2007-12-13 2010-05-25 Northrop Grumman Systems Corporation Single flux quantum circuits
AU2008200506B2 (en) 2007-02-05 2011-12-08 Newsouth Innovations Pty Limited Interfacing at Low Temperature using CMOS Technology
CA2681138C (en) 2007-04-05 2016-06-07 D-Wave Systems Inc. Physical realizations of a universal adiabatic quantum computer
WO2008134875A1 (en) 2007-05-02 2008-11-13 D-Wave Systems, Inc. Systems, devices, and methods for controllably coupling qubits
US7899092B2 (en) 2007-05-22 2011-03-01 Magiq Technologies, Inc. Fast quantum gates with ultrafast chirped pulses
US7859744B2 (en) 2007-07-27 2010-12-28 Magiq Technologies, Inc. Tunable compact entangled-photon source and QKD system using same
US7498832B2 (en) 2007-08-03 2009-03-03 Northrop Grumman Systems Corporation Arbitrary quantum operations with a common coupled resonator
US8149494B1 (en) 2007-09-07 2012-04-03 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Two-photon absorption switch having which-path exclusion and monolithic mach-zehnder interferometer
US20090074355A1 (en) 2007-09-17 2009-03-19 Beausoleil Raymond G Photonically-coupled nanoparticle quantum systems and methods for fabricating the same
US7932515B2 (en) 2008-01-03 2011-04-26 D-Wave Systems Inc. Quantum processor
EP2263332A2 (en) * 2008-03-12 2010-12-22 Hypres Inc. Digital radio-frequency tranceiver system and method
JP2011518409A (ja) 2008-03-30 2011-06-23 ヒルズ， インコーポレイテッド 超伝導ワイヤおよびケーブルならびにその製造方法
US7932514B2 (en) 2008-05-23 2011-04-26 International Business Machines Corporation Microwave readout for flux-biased qubits
US7969178B2 (en) 2008-05-29 2011-06-28 Northrop Grumman Systems Corporation Method and apparatus for controlling qubits with single flux quantum logic
WO2009152180A2 (en) 2008-06-10 2009-12-17 D-Wave Systems Inc. Parameter learning system for solvers
US7724083B2 (en) 2008-08-05 2010-05-25 Northrop Grumman Systems Corporation Method and apparatus for Josephson distributed output amplifier
US8179133B1 (en) 2008-08-18 2012-05-15 Hypres, Inc. High linearity superconducting radio frequency magnetic field detector
JP5091813B2 (ja) 2008-09-17 2012-12-05 株式会社東芝 量子ゲート方法および装置
CN102427890A (zh) 2009-03-26 2012-04-25 Ntnu技术转让公司 具有导电过孔的晶片键合的cmut阵列
KR101307490B1 (ko) 2009-03-30 2013-12-11 메기가 코포레이션 상부 포스트-패시베이션 기술 및 하부 구조물 기술을 이용한 집적 회로 칩
EP2249173A1 (en) 2009-05-08 2010-11-10 Mbda Uk Limited Radar apparatus with amplifier duplexer
IT1398934B1 (it) 2009-06-18 2013-03-28 Edison Spa Elemento superconduttivo e relativo procedimento di preparazione
FR2950877B1 (fr) 2009-10-07 2012-01-13 Commissariat Energie Atomique Structure a cavite comportant une interface de collage a base de materiau getter
US8111083B1 (en) 2010-12-01 2012-02-07 Northrop Grumman Systems Corporation Quantum processor
US8416109B2 (en) 2010-12-16 2013-04-09 Hypres, Inc. Superconducting analog-to-digital converter with current amplified feedback
US8642998B2 (en) 2011-06-14 2014-02-04 International Business Machines Corporation Array of quantum systems in a cavity for quantum computing
US8508280B2 (en) 2011-07-11 2013-08-13 Northrop Grumman Systems Corporation Qubit readout via resonant scattering of josephson solitons
US9256773B2 (en) 2011-07-27 2016-02-09 Féinics Amatech Teoranta Capacitive coupling of an RFID tag with a touch screen device acting as a reader
US8954125B2 (en) 2011-07-28 2015-02-10 International Business Machines Corporation Low-loss superconducting devices
US8861619B2 (en) 2011-08-16 2014-10-14 Wisconsin Alumni Research Foundation System and method for high-frequency amplifier
US8837544B2 (en) 2011-10-28 2014-09-16 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Quantum optical device
US8841764B2 (en) 2012-01-31 2014-09-23 International Business Machines Corporation Superconducting quantum circuit having a resonant cavity thermalized with metal components
US9041427B2 (en) 2012-12-13 2015-05-26 International Business Machines Corporation Quantum circuit within waveguide-beyond-cutoff
US9350460B2 (en) * 2013-04-23 2016-05-24 Raytheon Bbn Technologies Corp. System and method for quantum information transfer between optical photons and superconductive qubits
CA2927326C (en) 2013-10-15 2024-02-27 Yale University Low-noise josephson junction-based directional amplifier
US9948254B2 (en) 2014-02-21 2018-04-17 Yale University Wireless Josephson bifurcation amplifier
US9892365B2 (en) 2014-02-28 2018-02-13 Rigetti & Co., Inc. Operating a multi-dimensional array of qubit devices
WO2016138406A1 (en) 2015-02-27 2016-09-01 Yale University Josephson junction-based circulators and related systems and methods
US10404214B2 (en) 2015-02-27 2019-09-03 Yale University Techniques for producing quantum amplifiers and related systems and methods
US9697473B2 (en) 2015-06-29 2017-07-04 International Business Machines Corporation Incorporating arrays of Josephson junctions in a Josephson junction ring modulator in a Josephson parametric converter
WO2017065856A2 (en) 2015-07-24 2017-04-20 Yale University Techniques of oscillator state manipulation for quantum information processing and related systems and methods
US9467126B1 (en) 2015-11-17 2016-10-11 Northrop Grumman Systems Corporation Josephson current source systems and method
WO2017123940A1 (en) 2016-01-15 2017-07-20 Yale University Techniques for manipulation of two-quantum states and related systems and methods

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2924421B2 (ja) * 1992-03-05 1999-07-26 三菱電機株式会社 マイクロ波回路
US20010025012A1 (en) * 2000-03-27 2001-09-27 Yoshinobu Tarutani Superconductor signal amplifier
CN101548512A (zh) * 2006-12-05 2009-09-30 高通股份有限公司 在无线网络中减小基站切换过程中的回程利用的方法和系统
JP2013004717A (ja) * 2011-06-16 2013-01-07 Nippon Signal Co Ltd:The テラヘルツ検出器

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. NARLA，ET AL: "Wireless Josephson amplifier", 《APPLIED PHYSICS LETTERS》 *
BALEEGH ABDO, ET AL: "Nondegenerate three-wave mixing with the Josephson ring modulator", 《PHYSICAL REVIEW B》 *
干耀国,金荧荧,王璟璟,孙学军,陈达: "超导约瑟夫森结微波单光子量子态测量的研", 《兰州文理学院学报(自然科学版)》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112400178A (zh) * 2018-08-28 2021-02-23 国际商业机器公司 基于天线的量子位退火方法
CN112513890A (zh) * 2018-08-28 2021-03-16 国际商业机器公司 用于量子位退火的天线芯片的结构
CN112400178B (zh) * 2018-08-28 2024-05-17 国际商业机器公司 基于天线的量子位退火方法
CN112513890B (zh) * 2018-08-28 2024-05-28 国际商业机器公司 用于量子位退火的天线芯片的结构
CN110288092A (zh) * 2019-04-01 2019-09-27 北京大学 一种超导量子比特的长寿命存储装置及其存储方法
CN110133379A (zh) * 2019-06-12 2019-08-16 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 约瑟夫森结寄生电感的测量方法
CN110133379B (zh) * 2019-06-12 2020-07-31 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 约瑟夫森结寄生电感的测量方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3284115B1 (en) 2023-06-07
US10693566B2 (en) 2020-06-23
JP6742028B2 (ja) 2020-08-19
EP3284115A4 (en) 2019-04-03
EP3284115A1 (en) 2018-02-21
HK1251077A1 (zh) 2019-01-18
KR20180004132A (ko) 2018-01-10
CA2981493A1 (en) 2016-10-20
JP2018516456A (ja) 2018-06-21
US20180138987A1 (en) 2018-05-17
SG11201708202TA (en) 2017-11-29
WO2016168642A1 (en) 2016-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107683527A (zh) 无线约瑟夫逊参数转换器
US11271533B2 (en) Wireless Josephson bifurcation amplifier
US9948267B2 (en) Magnetoresistive effect device
CN107924982B (zh) 多模约瑟夫逊参数转换器
Kiselev et al. T-shaped spin filter with a ring resonator
CN110024292A (zh) 量子限制约瑟夫森放大器
JP6367236B2 (ja) 電子スピン共鳴用共鳴装置
JPS5943103B2 (ja) ジヨセフソン・デバイス配列体
US7471165B2 (en) High-frequency balun
JP2009225213A (ja) パラメトリック増幅器
Malherbe et al. A Transition from Rectangular to Nonradiating Dielectric Waveguide (Short Paper)
JP4985963B2 (ja) 円偏波平面機能アンテナ
US10839305B2 (en) Multi-band coupling for superconducting qubits based on coplanar cross-shape resonators
CN114665836B (zh) 基于双节四分之一波长变换线的阻抗匹配约瑟夫森参量放大器
Puskely et al. Design of a compact wideband antenna array for microwave imaging applications
JP2023511014A (ja) 帯域パラメトリック増幅器、増幅回路
KR101151916B1 (ko) 임피던스 및/또는 편파 매칭된 평면 안테나
WO2024007756A1 (zh) 超导阻抗变换参量放大器的确定方法、装置、超导阻抗变换参量放大器、电子设备、计算机程序产品以及计算机可读存储介质
CN113937452B (zh) 一种基于e型谐振器的四路正交信号发生器
Gudibandi et al. Observation of type‐II kind of correlated photon generation from a classical circularly polarized slot antenna
Gu et al. A 2.5 D Broadband Non-reciprocal Metasurface Based on Aperture-Coupled Feed Structures
Zeng et al. Design of A Quadrature Signal Generator with Filtering Response Using Stub-Loaded Resonators
Su A rigorous derivation of the relation between the effective area and the directive gain and its extension to lossy antennas
Bao et al. Nonreciprocal amplification of spin-wave signals
JP2021010091A (ja) 伝送回路一体型マイクロ波発生素子

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20180209