在信號處理系統中,一個低噪聲、高增益的前端放大器是提高系統靈敏度的關鍵。量子計算機同樣依賴於放大器的性能。

爲了獲得量子芯片運行的結果,我們會施加一個特殊的探測信號,並在隨後的線路中將其檢測出來加以分析。爲了維持量子芯片的相干性,我們要求探測信號爲一個微弱的短脈衝,通常由1-10個光子構成的調製波形組成。如此微弱的信號,極易淹沒在噪聲中,目前市場上最好的商用放大器也無法達到可靠讀出真實信號的效果。

本源量子研製出一款基於超導約瑟夫森結構的量子參數放大器OriginQ-IMPA-6650。該放大器工作在6-7GHz頻段內,工作中心可調,增益最高可達20dB。

相比第一代的量子參數放大器OriginQ-LJPA系列(未公開發布),IMPA系列量子參數放大器的增益帶寬提高了10倍,具有典型>400 MHz的增益帶寬,可用於寬帶弱信號放大,特別適用於量子計算研究。它的噪聲溫度不到400 mK,比同頻段最好的商用放大器低一個數量級。使用量子參數放大器OriginQ-IMPA-6650作爲量子計算機系統的最前級放大器,能夠使得整個系統的信噪比提高5-20倍。

本源量子研製出量子參數放大器,噪聲低至量子極限水平

量子參數放大器OriginQ-IMPA-6650的結構示意圖,芯片尺寸不到3mm×3mm

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量子參數放大器OriginQ-IMPA-6650的成品示意圖,整體尺寸大約3 cm×2 cm×2 c

性能測試

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量子參數放大器OriginQ-IMPA-6650增益實測數據


本源量子研製出量子參數放大器,噪聲低至量子極限水平

量子參數放大器OriginQ-IMPA-6650增益帶寬實測數據

其中紅色曲線爲應用在量子芯片測試時的增益數據,藍色爲一組對比測試數據。在調節增益中心的過程中,OriginQ-IMPA-6650的增益帶寬最大可以達到480 MHz。

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量子參數放大器OriginQ-IMPA-6650 -1 dB飽和功率實測數據,其中功率的參考點設爲-


本源量子研製出量子參數放大器,噪聲低至量子極限水平

量子參數放大器OriginQ-IMPA-6650 噪聲溫度實測數據,最低噪聲溫度僅爲300 mK左右

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