CN113424441B

CN113424441B - Josephson行波参量放大器

Info

Publication number: CN113424441B
Application number: CN202080010420.1A
Authority: CN
Inventors: 维萨·维斯特林; 朱哈·哈塞尔
Original assignee: Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus
Current assignee: Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus
Priority date: 2019-01-24
Filing date: 2020-01-08
Publication date: 2023-03-28
Anticipated expiration: 2040-01-08
Also published as: JP7064057B2; US11515851B2; EP3903415A1; KR102505547B1; JP2022513533A; FI20195045A1; CN113424441A; FI129520B; US20220094320A1; WO2020152393A1; CA3125824A1; CA3125824C; EP3903415B1; KR20210113669A

Abstract

根据本发明的一个示例方面，提供了一种行波参量放大器，其包括：波导传输线，其中包括至少十个Josephson元件，其中至少十个Josephson元件中的每一个都包括回路，具有在回路的一半上的恰好一个第一尺寸的Josephson结以及在回路的另一半上的至少两个第二尺寸的Josephson结，第二尺寸大于第一尺寸；磁通偏置线，被配置为生成穿过至少一个回路中的每一个的磁通量；以及一组电阻器，与磁通偏置线耦接。

Description

Josephson行波参量放大器

技术领域

本发明涉及超导行波参量放大器(TWPA)。

背景技术

参量放大器实际上是混频器，其中可以通过将较弱的输入信号与较强的泵激信号混频来放大较弱的输入信号，从而产生较强的输出信号。参量放大器依靠物理系统的非线性响应来产生放大。这种放大器可以包括驻波参量放大器或行波参量放大器，其中行波参量放大器使用沿传输线分布的一系列非线性元件，诸如例如共面波导。在非线性元件包括约瑟夫森(Josephson)结的情况下，放大器可以被称为Josephson行波参量放大器(JTWPA)。在JTWPA中，Josephson结保持在超导状态并承载超电流。

在使用中，将信号添加到强振荡器信号，产生和信号，其中幅度包络线(amplitudeenvelope)以作为信号频率和振荡器频率之差的频率而呈现变化。由于在波导传输线中相位速度取决于幅度，所以线末端处的和信号的相位将根据两个频率之差而变化。实际上，非线性波导传输线将幅度调制转换为相位调制。如果非线性足够强，这将导致信号频率处的增益。

发明内容

根据一些方面，提供了独立权利要求的主题。在从属权利要求中限定了一些实施方式。

根据本发明的第一方面，提供了一种行波参量放大器，其包括：波导传输线，其中包括至少十个Josephson元件，其中至少十个Josephson元件中的每一个都包括回路，具有在回路的一半上的恰好一个第一尺寸的Josephson结以及在回路的另一半上的至少两个第二尺寸的Josephson结，第二尺寸大于第一尺寸；磁通偏置线，被配置为生成穿过至少一个回路中的每一个的磁通量；以及一组电阻器，其与磁通偏置线耦接。

根据本发明的第二方面，提供了一种制造行波参量放大器的方法，包括：提供波导传输线，其中包括至少十个Josephson元件，其中至少十个Josephson元件中的每一个都包括回路，具有在回路的一半上的恰好一个第一尺寸的Josephson结以及在回路的另一半上的至少两个第二尺寸的Josephson结，第二尺寸大于第一尺寸；提供磁通偏置线，被配置为生成穿过至少一个回路中的每一个的磁场；以及提供一组电阻器，其与磁通偏置线耦接。

附图说明

图1示出了根据本发明的至少一些实施方式的示例放大器；

图2示出了根据文献[2]的示例Josephson元件；

图3示出了根据本发明的至少一些实施方式的示例Josephson元件；以及

图4是根据本发明的至少一些实施方式的方法的流程图。

具体实施方式

根据本文公开的解决方案，通过适当地选择参数，可以使行波参量放大器对包括较大和较小Josephson结的Josephson元件中的较小的Josephson结的尺寸误差不那么敏感。此外，公开了Josephson元件的梯度布局，其使得元件仅对磁场梯度敏感，并且行波参量放大器中的磁通偏置线被提供以生成这样的场梯度。此外，传输线可以是渐变的。总的来说，使用这些增强中的一个或更多个，行波参量放大器可更适合在实际应用中使用，因为它的操作对干扰和制造缺陷不太敏感。

图1示出了根据本发明的至少一些实施方式的示例放大器。总的来说，例如在量子计算中，信号可能会因传输衰减到甚至单光子或接近单光子的状态(regime)。检测此类信号由于其幅度低而存在挑战。因此，可以使用合适的放大器来在接收的信号提供给检测器元件之前增大接收的信号的幅度，其中编码到这些接收信号中的信息可以被恢复。作为另一示例，单光子状态通信可以用于使用量子通信以安全方式传送加密密钥，使得无察觉的窃听变得非常困难。

本公开着眼于TWPA的超导实现，其中传输线的中心迹线是基于Josephson结的元件(称为Josephson元件)的阵列，Josephson元件构成非线性电感。非线性允许为沿与强射频、rf、泵激频调(pump tone)相同的方向传播的弱信号提供功率增益的混频过程。泵激频调的强度通过泵激电流幅度Ip与Josephson元件的临界电流Ic之间的比率来测量。非线性的性质取决于元件内的Josephson结的排列。最简单的实现是使用单个Josephson结作为非线性元件：电感的相关泰勒展开是常数加上与(Ip/Ic)^2成正比的项，即克尔(Kerr)非线性。虽然克尔项导致所需的混频过程，但它也会改变泵激频调的波矢，这种影响必须通过色散工程(dispersion engineering)进行补偿。波矢的平衡，也称为相位匹配，允许TWPA增益作为器件长度的函数呈指数增长。由于传输线中嵌入了典型的窄带色散特征，因此在TWPA的这个示例中，增益的中心频率是一个固定量。

存在目标是通过将磁通量自由度引入Josephson元件来实现无克尔非线性的新解决方案。在电感的泰勒展开中，这种替选非线性是与Ip/Ic成比例的项。无克尔操作是有益的，因为不需要色散工程来实现相位匹配。可以自由选择设定增益的中心频率的泵激频率。典型的无克尔元件的主要特征包括(i)超导磁拾取回路，可以被描绘成连接在一起的两个半回路，(ii)Josephson结数量不等的两半的干扰，以及(iii)根据磁通量化原理使屏蔽电流在回路中流动的有限磁通量偏置。在目前的实现中，无克尔元件的特殊弱点是(i)对磁干扰的敏感性，以及(ii)对磁偏置场(magnetic bias field)的不均匀性的敏感性，尤其是在由多个元件组成的阵列中。

此外，TWPA中的普遍问题是泵激电流的耗尽。这是由于传输线中的耗散，或者在TWPA在接近饱和而操作的情况下功率从泵传输到放大信号。泵耗尽限制了TWPA增益，因为混频过程依赖于Ip和Ic之间的合适比率。TWPA中的另一个普遍问题是Ic的制造分布(fabrication spread)，导致传输线电气参数的不均匀性。

图1的JTWPA包括波导，其包括Josephson元件110和平行板电容器120。Josephson元件110通过能够传送电磁波的波导彼此连接，如本领域中已知的那样。波导的一部分如图1所示，在左侧有输入端口，布置为接收要被放大的信号和强振荡器信号，它们在波导中于非线性Josephson元件110中被混频。在右侧的输出端口，获得相位调制放大信号作为输出。例如，两个配线层元件101均可以包括覆盖有绝缘体的超导体。

通常，Josephson元件，诸如单结、超导量子干涉器件(SQUID)、非对称SQUID或更复杂的Josephson元件，诸如磁通量子比特电路，可以使用有效势能来描述：

这里E_j是Josephson能量，并且

是超导相。c₂项与Josephson电感的临界电流和线性部分相关，c₃项与3波混频相关，并且c₄项与4波混频相关，其也称为克尔非线性。

通常单结和SQUID，包括不对称SQUID，具有c₃＝0，由此不会发生3波混频，非线性由克尔项提供。3波混频意味着以两倍泵激输入频率的能力，这是理想的。可以通过注入直流电流来激活3波混频，但是克尔项将保持非零。

由克尔项提供的非线性与对谐振相位匹配的需要相关联，实际上，泵激信号沿传输线以规则的间隔被给予小的相位增量。这是因为泵具有与信号(频率fP)和空闲(idler)(频率fI)不同的相速度。这种相位失配随着泵功率增大。能量守恒意味着在输出端存在空闲频率，其频率位于信号频率相对于泵的“镜像”处，fI＝2fP-fS。详细地，在克尔模式下，相位失配和增益取决于相同的参数，克尔非线性。在3波混频的情况下，这三个频率通过fS+fI＝fP相关。为了最小化反射量，TWPA的两端还需要在每个频率fI、fS和fP处具有良好的阻抗匹配。

因此，优选地使用3波混频(即，使用克尔非线性被抑制的c₃项)而不使用4波混频来操作TWPA。因此，可以在没有用于提供克尔模式所需的周期性相位增量的设备的情况下构建放大器。在3波模式下，相位失配和增益取决于不同的非线性项。

具体地，本发明着手解决或至少减轻以下问题：首先，对无克尔TWPA中的磁干扰的敏感性。干扰可能会损害TWPA的超低噪声性能。其次，对无克尔TWPA中的磁偏置场的不均匀性的敏感性。第三，Josephson结的制造分布影响TWPA中的临界电流。这些效应导致传输线阻抗的变化，这是潜在的反射源。反射会导致驻波，驻波将周期性引入TWPA的频率响应中，甚或阻止混频过程提供增益。第四，TWPA中泵激电流的耗尽。这限制了TWPA的最大增益。

A.B.Zorin在[1]中描述了一种解决方案，其中c₃和c₄混频之间的平衡可以通过向rf-SQUID施加合适的外部磁场来控制。因此，在Zorin的系统中可以实现占主导的3波混频。

Frattini等人在[2]中描述了一种磁通量子比特电路，它同时使克尔混频项为零并最大化3波混频项。被文献[2]的作者命名为“Superconducting Nonlinear AsymmetricInductive eLement(超导非线性非对称电感元件)”(即，SNAIL)的该电路如本文所述被修改以实现本实施方式中的Josephson元件110。详细地，在[2]中，Josephson元件具有在回路的一半上的三个大的Josephson结以及在回路的另一半上的一个小的Josephson结。在本解决方案中，使用具有在回路的一半上的至少两个大的Josephson结以及在回路的另一半上的一个小的Josephson结的Josephson元件。这将在后面的图2和图3中示出。

图1的JTWPA在波导中具有散布在Josephson元件110之间的平行板电容器120。每两个平行板电容器120之间的两个Josephson元件110是一个示例，本发明不限于此，实际上，在各实施方式中，每两个平行板电容器120之间可以存在三个或更多个Josephson元件110。平行板电容器120形成传输线的大部分支路电容(shunt capacitance)。图1的JTWPA是共面波导。

图1的JTWPA还配备有磁通偏置线FBL 130。磁通偏置线130是采用蛇形路径的双端口电路，范围从共面波导的一侧到另一侧。如图1所示，磁通偏置线130在其与波导另一侧交叉的位置形成平行板电容器120的上电极。磁通偏置线130通过电阻器140连接到传输线的接地面，在相关频率f1、fS和fP下，电阻器140的值远小于电容器120的电抗阻抗(reactiveimpedance)。电阻器140的目的是提供从平行板电容器120到地的rf路径。同时，电阻器140和磁通偏置线130在频率fI、fS和fP实施接地面的相似的电位。

如图所示，磁通偏置线130在波导的一侧平行于波导延伸，然后在与平行板电容器120中的一个平行板电容器相对应的位置延伸到波导的另一侧，以在波导的所述另一侧再次平行于波导延伸。在通量偏置线130平行于波导延伸的情况下，如图所示，它可以与电阻器140连接，每个电阻器可以形成围绕接触孔150的回路。电阻器140包括当前的多层JTWPA中的金属层。电阻器140部分地覆盖超导材料以形成接触，其中电阻器140的电阻方面是在电阻器140覆盖绝缘体而不是超导体之处产生的。

Josephson元件110的操作参数包括这些元件具有在回路的一半上的至少两个大的Josephson结以及在回路的另一半上的一个小的Josephson结。具体地，可以在回路的一半上具有两个且仅两个大的Josephson结，并且在回路的另一半上具有一个且仅一个小的Josephson结。此外，小的结的临界电流相比于较大的结的临界电流小一个阿尔法(alpha)因子。在本Josephson元件110中，alpha可以是0.27。此外，在本解决方案中，穿过元件110的回路的磁通量可以是磁通量子的0.40倍。因此，一个参数组合可以是两个大的Josephson结和一个小的Josephson结，它们的关系为0.27，磁场为磁通量子的0.40倍。

电阻器的耗散增大了平行板电容器120的介电损耗。磁通偏置线130中的直流电流为Josephson元件110生成磁场梯度。电阻器140防止该电流泄漏到接地面，它们还可以防止从接地面和交叉点形成超导回路。这种超导回路可能导致磁通量量化。可以提供相对于波导地浮动的电流源，用于在磁通偏置线130中生成直流电流。

传输线中的耗散量可以通过平行板电容器120的有效损耗角正切(loss tangent)来表示。当沿传输线的特性阻抗恒定时，由于耗散，泵激电流和泵激电压二者都经历指数衰减。如果Ip和Ic之间保持固定的比率以确保混频过程尽管有耗散但仍保持是强的，这将是所期望的。为此，可以应用位置相关电容或位置相关临界电流。主要由平行板电容器120组成的位置相关支路电容的表达式在下面导出。电容变化沿传输线保持固定的泵激电流幅度，代价是泵激电压幅度的衰减更快。从输入到输出到TWPA，支路电容120将增大。特性阻抗将据此减小，并且可以在器件的输出处采用阻抗匹配器件。阻抗匹配器件的示例是Klopfenstein渐变和指数渐变

在下文中，使用了以下符号：

a：单位单元物理长度

G：单位单元的支路电导

V：电压

C：单位单元电容

C₀：输入处，即在x＝0处的线电容

tanδ：C的损耗角正切

ω：角频率

L：单位单元电感

x：物理坐标

Z：特性阻抗

单位单元内耗散的功率读为“Re{VG^*V^*}/2”，以及从TWPA输入到位置x的总耗散是积分：

写V＝ZI，其中电流幅度|I|被假设为常数，并且

进一步，插入G＝omega*C*tanδ，

重要的是，这种耗散不会随着C的可能变化而改变。另一方面，考虑传递到位置x的功率，即，

这样常数|I|的自洽解将其自身呈现为

本实施方式实现的技术效果包括消除用于超导电路的磁屏蔽，其通常包括高导磁(high-permeability)层和超导层的组合。Josephson元件的梯度设计放宽了无克尔TWPA的磁屏蔽要求，允许节约系统成本和尺寸。无克尔Josephson元件的梯度布局使元件仅对磁场梯度敏感，而不是还对磁场的幅度进行响应。此外，将泵激电流和临界电流之间的比率保持在固定值的能力能够实现更高的TWPA增益。无克尔Josephson元件的参数选择使单元对最小的Josephson结的尺寸的误差一阶不敏感。此外，磁通偏置线130产生必要的磁场梯度，并通过低值电阻器连接到传输线的地。传输线阻抗沿线逐渐改变可保持Ip和Ic之间的恒定比率。

图2示出了根据文献[2]的示例Josephson元件。在图像的上半部分，Josephson元件被示出为具有在回路的一半上的三个大的结以及在回路的另一半上的一个小的Josephson结。如图所示，结的Josephson能量以比率α相互关联。

该图的下半部分示出了参数集α＝0.29,Φ_ext/Φ₀＝0.41的示例电位。换句话说，这里的外部磁场是磁通量子的0.41倍。这获得了三阶非线性而没有四阶非线性，换句话说，c₃≠0且c₄＝0。

在Josephson元件具有一个小的结和n个大的结的情况下，可以如下确定参数集。Josephson元件的电感能量可以表示为

其中

是小的结上的超导相位，α是结尺寸的比率，E_J是大的结的Josephson能量，

是减小的外部磁通量：

/>

Φ_ext是外部磁通量并且Φ₀是磁通量子，自然常数h/(2e)。这里h是普朗克常数，e是电子电荷。

阶段1：寻求作为

的函数的电感能量的最小值。所述最小值处的/>

表示为/>

搜索可以限制在参数空间α<1/n，以避免具有多个最小值。在参数空间α>＝1/n中存在如下风险，对于/>

的某些值存在不止一个最小值。多个最小值的情况导致Josephson元件的不希望的滞后。

阶段2：针对描述电感能量在最小值附近的

依赖性的有效电位U_eff进行泰勒展开。

阶段3：c₂作为α和

的函数被调查以建立，其中dc₂/dα＝0。

阶段4：c₄作为α和

的函数被调查以建立，其中c₄＝0。

阶段5：建立最优参数对(α,Φ_ext)，其中dc₂/dα＝0且c4＝0。这里也c₃≠0。n＝2和n＝3的最优参数如下所示：

n	α	Φ<sub>ext</sub>/Φ<sub>0</sub>	c<sub>3</sub>	c<sub>4</sub>
					2	0.27	0.40	-0.030	0
3	0.12	0.36	-0.016	0

图3示出了根据本发明的至少一些实施方式的示例Josephson元件。在该图的上半部分，显示了Josephson元件，具有在回路的一半上的两个大的Josephson结以及在回路的另一半上的一个较小的Josephson结。

在该图的下部，示出了梯度测量Josephson元件，具有n＝2个较大的Josephson结I₁和一个较小的Josephson结I₂，如该图的上部中那样。超导部分301和隧道结302包括在Josephson元件中。示出了两个临界电流I₁的结和一个临界电流I₂的结，它们的Josephson能量以α彼此相关，如图的上部中那样。

回路实际上相对容易制造使得它们是对称的。结的示例值为I₁＝＝13.7μA和I₂＝3.7μA。该元件在最佳Φ_ext处的Josephson电感串联扩展将达到5μA乘以[1+0,50(Ip/Ic)+0,00(Ip/Ic)²+…]。所示元件对小的结尺寸I₂中的误差是一阶不敏感的。

图4是根据本发明的至少一些实施方式的方法的流程图。所示方法的阶段可以在例如工厂设备、辅助装置或个人计算机中执行，或者在被配置为控制其功能的控制装置中执行(当安装在其中时)。

阶段410包括提供其中包括至少十个Josephson元件的波导传输线，其中至少十个Josephson元件中的每一个包括回路，具有在回路的一半上的一个第一尺寸的结和在回路的第二半上的至少两个第二尺寸的结，第二尺寸大于第一尺寸。阶段420包括提供磁通偏置线，该磁通偏置线被配置为生成穿过至少一个回路中的每一个回路的磁场。阶段430包括提供与磁通偏置线耦接的一组电阻器。

如上文所述，结可以包括Josephson结。一旦施加直流电流以穿过磁通偏置线，磁通偏置线就可以生成所需的磁场梯度。恰好一个表示一个且不超过一个，而恰好二个表示二个且不超过二个。

应当理解，所公开的本发明的实施方式不限于在此公开的特定结构、工艺步骤或材料，而是扩展到相关领域的普通技术人员将认识到的其等效物。还应当理解，本文所使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，并不旨在进行限制。

说明书通篇对一个实施方式或实施方式的引用意味着结合所述实施方式描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施方式中。因此，在本说明书各处出现的用语“在一个实施方式中”或“在实施方式中”不一定都指代同一实施方式。在使用诸如例如大约或基本上这样的术语来引用数值的情况下，还公开了准确的数值。

如本文所使用的，为了方便起见，多个项目、结构元件、组成元件和/或材料可以呈现在公共列表中。然而，这些列表应被解释为如同列表中的每个成员都被单独标识为单独的和唯一的成员。因此，此类名单中的任何独立成员均不应仅基于它们在共同群体中的呈现，而没有相反的迹象而被解释为事实上等同于同一名单中的任何其他成员。此外，本发明的各实施方式和示例可在本文中连同其各种部件的替选方案一起被提及。应理解，此类实施方式、示例和替选方案不应被解释为事实上彼此的等价物，而是应被视为本发明的单独且自主的表示。

此外，在一个或更多个实施方式中，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式组合。在前面的描述中，提供了许多具体细节，诸如长度、宽度、形状等的示例，以提供对本发明实施方式的详尽的理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，本发明可以在没有一个或多个具体细节的情况下，或者通过其他方法、部件、材料等来实施。在其他情况下，公知的结构、材料或操作未被详细示出或描述以避免混淆本发明的方面。

尽管前述实施方式说明了本发明在一个或多个特定应用中的原理，但对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，可以在没有创新能力的实践下，以及在不背离本发明的原理和构思的情况下，进行实现方案的形式、用途和细节上的许多修改。因此，本发明不旨在受到限制，除非由所阐述的权利要求限制。

动词“包括”和“包含”在本文中用作开放性限制，既不排除也不要求存在未列举的特征。除非另有明确说明，否则从属权利要求中记载的特征可以相互自由组合。此外，应当理解，本文通篇使用的“一个”或“一”，即单数形式并不排除复数形式。

工业适用性

本发明的至少一些实施方式在工业上应用于低幅度信号的放大。

缩写列表

f1 空闲频率

fP 振荡器/泵激频率

fS 信号频率

Ic Josephson 结的临界电流

Ip 泵激电流幅度

JTWPA Josephson 行波参量放大器

SQUID 超导量子干涉器件

TWPA 行波参量放大器

附图标记列表

110	Josephson元件
		120	支路电容器(平行板电容器)
130	磁通偏置线
		140	电阻器
150	接触孔
		101	配线层元件
301	超导部分
		302	隧道结
410–420	图4的方法的阶段

引用文献列表

[1]A.B.Zorin:“Josephson traveling-wave parametric amplifier withthree-wave mixing”,arXiv:1602.026550v3,2016年9月19日。

[2]N.E.Frattini,U.Vool,S.Shankar,A.Narla,K.M.Sliwa and M.H.Devoret,“3-wave mixing Josephson dipole element”,arXiv:1702.00869v3,2017年6月1日。

Claims

1.一种行波参量放大器，包括：

共面波导传输线，其中包括至少十个Josephson元件，其中所述至少十个Josephson元件中的每一个Josephson元件都包括回路，具有在所述回路的一半上的恰好一个第一尺寸的Josephson结以及在所述回路的第二半上的至少两个第二尺寸的Josephson结，所述第二尺寸大于所述第一尺寸；

磁通偏置线，被配置为生成穿过至少一个所述回路中的每一个回路的磁通量，包括双端口电路，所述双端口电路具有从所述共面波导传输线的一侧到另一侧反复变动的路径，所述磁通偏置线在与布置在所述共面波导传输线上的平行板电容器相对应的位置与所述共面波导传输线交叉；以及

一组电阻器，所述电阻器将所述磁通偏置线耦接至所述共面波导传输线的接地面。

2.根据权利要求1所述的行波参量放大器，其中，所述至少十个Josephson元件中的每一个Josephson元件不呈现克尔非线性，或者呈现可忽略的克尔非线性贡献，以及其中，所述至少十个Josephson元件中的每一个呈现三波混频。

3.根据权利要求2所述的行波参量放大器，其中，所述第一尺寸的结的Josephson能量与所述第二尺寸的结的Josephson能量的比率被配置为部分地或完全地消除所述克尔非线性。

4.根据权利要求3所述的行波参量放大器，其中，所述Josephson能量的比率由结的面积配置。

5.根据权利要求3所述的行波参量放大器，其中，所述Josephson能量的比率由结的超导临界电流密度配置。

6.根据权利要求2所述的行波参量放大器，其中，所述行波参量放大器被配置为使电流能够在所述磁通偏置线中生成，以致穿过所述回路的磁通量对应于最小化所述克尔非线性的操作点。

7.根据权利要求1所述的行波参量放大器，其中，穿过至少一个所述回路中的每一个回路的磁通量为磁通量子的0.40倍，以及其中，所述至少十个Josephson元件中的每一个Josephson元件包括在回路的第二半上的恰好两个第二尺寸的结，其中，第一尺寸的结的Josephson能量是第二尺寸的结的Josephson能量的0.27倍。

8.根据权利要求1所述的行波参量放大器，其中，所述共面波导传输线包括不止十五个Josephson元件。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的行波参量放大器，其中，所述磁通偏置线形成平行板的上电极或下电极，所述平行板形成所述共面波导传输线的支路电容器，所述支路电容器是平行板电容器。

10.根据权利要求9所述的行波参量放大器，其中，所述磁通偏置线通过电阻器连接到所述共面波导传输线的接地面，在所述行波参量放大器被配置为放大的频率下所述电阻器相比于所述支路电容器的电抗阻抗而具有较小值。

11.根据权利要求9所述的行波参量放大器，其中，所述行波参量放大器被配置为在所述磁通偏置线中施加直流电流以生成磁场梯度。

12.根据权利要求11所述的行波参量放大器，其中，所述回路中的每一个被配置为梯度配置以对来自环境的均匀磁场不敏感。

13.根据权利要求9所述的行波参量放大器，其中，所述共面波导传输线包括两个Josephson元件的组，所述组通过布置在所述共面波导传输线上的支路电容器被彼此隔开。

14.根据权利要求9所述的行波参量放大器，其中，所述支路电容器的值沿所述传输线的波传播方向不是恒定的，以补偿沿所述传输线的微波衰减。

15.根据权利要求1所述的行波参量放大器，还包括在所述共面波导传输线的至少一端处的阻抗匹配器件。

16.根据权利要求15所述的行波参量放大器，其中，所述阻抗匹配器件包括渐变传输线匹配元件。

17.根据权利要求16所述的行波参量放大器，其中，所述渐变传输线匹配元件包括Klopfenstein渐变。

18.根据权利要求16所述的行波参量放大器，其中，所述渐变传输线匹配元件包括指数渐变。

19.一种制造行波参量放大器的方法，包括：

提供共面波导传输线，其中包括至少十个Josephson元件，其中所述至少十个Josephson元件中的每一个Josephson元件都包括回路，具有在所述回路的一半上的恰好一个第一尺寸的Josephson结以及在所述回路的第二半上的至少两个第二尺寸的Josephson结，所述第二尺寸大于所述第一尺寸；

提供磁通偏置线，所述磁通偏置线被配置为生成穿过至少一个所述回路中的每一个回路的磁场，包括双端口电路，所述双端口电路具有从所述共面波导传输线的一侧到另一侧反复变动的路径，所述磁通偏置线在与布置在所述共面波导传输线上的平行板电容器相对应的位置与所述共面波导传输线交叉；以及

提供一组电阻器，所述电阻器将所述磁通偏置线耦接至所述共面波导传输线的接地面。