[发明专利]一种量子参量放大器

说明书

本发明公开了一种量子参量放大器，量子参量放大器包括依次连接的用于组成振荡放大电路的电容模块、反射式微波谐振腔和可调电感的超导量子干涉装置，超导量子干涉装置远离反射式微波谐振腔的一端接地；且可通过调节可调电感的超导量子干涉装置的电感使反射式微波谐振腔的谐振频率等于待放大信号的频率，待放大信号从电容模块处耦合进入振荡放大电路，振荡放大电路在泵浦信号的作用下放大待放大信号，并产生若干种闲频信号，还包括第二微波谐振腔，连接在反射式微波谐振腔远离电容模块的一端，第二微波谐振腔的谐振频率与其中一种闲频信号的频率相等，本发明量子参量放大器处于最佳工作模式的泵浦信号的频率无需选择为待放大信号频率的倍频。

技术领域

本发明属于信号放大器领域，特别是一种量子参量放大器。

背景技术

在量子计算领域中，为了得到量子芯片的运算结果，我们需要对量子芯片输出的信号即量子比特读取信号进行采集和分析，通常量子比特读取信号非常微弱，一般需要在量子比特读取信号的输出线路中加多级放大器用以提高信号强度，通常，前级的放大器采用量子参量放大器。量子参量放大器工作时，附带的噪声低至接近量子极限的水平，这正是其名称的由来。

现有量子参量放大器基于非线性混频原理工作，为了有效的将量子比特读取信号进行放大，使得量子参量放大器工作在最佳模式需要额外施加频率与待放大信号频率或者其倍频接近的泵浦信号，例如对应施加的泵浦信号接近待放大信号对应的是四波混频工作模式，施加的泵浦信号接近两倍的待放大信号频率对应的是三波混频工作模式。

综上，现有的量子参量放大器在最佳工作模式下，即泵浦信号的频率必须选择为待放大信号频率的倍频，在输出的信号中存在频率极其接近待放大信号频率的无关信号，这些无关信号由于频率过于接近待放大信号从而很难通过滤波器消除，它们会干扰量子比特读取信号的解调过程，导致量子芯片运算结果的解调保真度与解调效率大幅降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种量子参量放大器，以解决现有技术中的不足，使得量子参量放大器处于最佳工作模式的泵浦信号的频率无需选择为待放大信号频率的倍频。

本发明采用的技术方案如下：

一种量子参量放大器，量子参量放大器包括依次连接的用于组成振荡放大电路的电容模块、反射式微波谐振腔和可调电感的超导量子干涉装置；所述可调电感的超导量子干涉装置远离所述反射式微波谐振腔的一端接地；且可通过调节所述可调电感的超导量子干涉装置的电感使所述反射式微波谐振腔的谐振频率等于待放大信号的频率，其中：所述待放大信号从所述电容模块处耦合进入所述振荡放大电路，所述振荡放大电路在泵浦信号的作用下放大所述待放大信号，并产生若干种闲频信号；

所述量子参量放大器还包括第二微波谐振腔，所述第二微波谐振腔连接在所述反射式微波谐振腔远离所述电容模块的一端，其中：所述第二微波谐振腔的谐振频率与其中一种所述闲频信号的频率相等。

进一步的，所述可调电感的超导量子干涉装置包括互感耦合连接的超导量子干涉仪和磁通调制电路；

所述超导量子干涉仪为由若干约瑟夫森结并联构成的闭环装置；

所述磁通调制电路用于通过调节所述闭环装置的磁通量进而调节所述超导量子干涉仪的电感。

进一步的，所述超导量子干涉仪为由两个约瑟夫森结并联构成的闭环装置。

进一步的，所述磁通调制电路包括依次连接的磁通调制线和用于产生偏置电流的电流装置；

其中：所述磁通调制线用于传输所述偏置电流，并使所述偏置电流与所述超导量子干涉仪互感耦合。

进一步的，所述磁通调制线为共面波导微带传输线。

进一步的，所述电流装置为电流源、或依次连接的可以提供所述偏置电流的电压源与电阻。