[發(fā)明專利]無線約瑟夫遜參數(shù)轉(zhuǎn)換器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201680028514.5
• 申請日: 2016-04-15
• 公開（公告）號: CN107683527A
• 公開（公告）日: 2018-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 卡特里娜·斯利瓦;邁克爾·哈特里奇;阿尼魯?shù)隆ぜ{爾拉;希亞姆·尚卡爾;路易吉·弗倫齊奧;羅伯特·J·舍爾科普夫三世;米歇爾·德沃爾特
• 申請（專利權(quán)）人: 耶魯大學(xué)
• 主分類號: H01L27/18
• 分類號: H01L27/18;H04B10/70;H04B10/90;H03D7/00;G06N99/00
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11227
• 代理人: 杜誠,馬驍

政府資助

本發(fā)明是在根據(jù)由美國陸軍研究部授予的W911NF-09-1-0514號授權(quán)的政府支持下做出的。政府對發(fā)明有一定的權(quán)利。

相關(guān)申請

本申請要求于2015年4月17日提交的題為“Wireless Josephson Parametric Converter”的序列號62/149,419的美國臨時申請的權(quán)益，其全部公開內(nèi)容通過引用并入本文。

相關(guān)技術(shù)的討論

存在可用于在微波頻率(例如，約300MHz至約300GHz之間的頻率)下操作的電動系統(tǒng)的許多不同的微波設(shè)備和部件。這樣的設(shè)備和部件的示例包括放大器、耦接器、循環(huán)器、混合器、頻率轉(zhuǎn)換器、諧振器、衰減器、天線和傳輸線。這些設(shè)備和部件可用于從無線通信系統(tǒng)到雷達系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。

各種微波設(shè)備和部件還可以適用于量子信息領(lǐng)域。例如，一些量子信息系統(tǒng)(例如，量子計算機)可以存儲和操作被稱為“量子比特”或“量子位”的量子化狀態(tài)的信息。對量子位的操作可以涉及將微波信號耦合到一個或更多個微波諧振器之中和/或之外，將微波信號耦合到超導(dǎo)集成電路以及耦合來自超導(dǎo)集成電路的微波信號，放大信號，混合和/或解調(diào)信號等，使得可以執(zhí)行量子計算。這些對量子位的操作中的一些操作可能需要使用微波設(shè)備和部件。

在電動系統(tǒng)中一些量子計算系統(tǒng)可以利用與量子位接口的基于約瑟夫遜結(jié)的放大器。常規(guī)的約瑟夫遜結(jié)放大器可以包括形成在基板上的超導(dǎo)元件，其通過引線接合電連接至系統(tǒng)中的其他部件。放大器可以在低溫下操作，并且可以經(jīng)由同軸連接器向處理電子器件提供信號，處理電子器件可以在室溫下操作。可以存在連接在放大器與處理電子器件之間的附加部件(例如，混合耦接器、循環(huán)器、傳輸線等)。

發(fā)明內(nèi)容

本公開的實施方式涉及在電動系統(tǒng)中的可以無線耦合至微波信號并且對微波信號進行操作的基于約瑟夫遜結(jié)的頻率轉(zhuǎn)換器/放大器(通常稱為“轉(zhuǎn)換器”)。在一些實施方式中，轉(zhuǎn)換器可以用于放大一個或更多個微波信號。在一些實現(xiàn)方式中，轉(zhuǎn)換器可以用于無噪聲地轉(zhuǎn)換微波信號的頻率，盡管其他操作模式也是可能的。在涉及量子信息的一些應(yīng)用中，可以在高增益下使用轉(zhuǎn)換器來產(chǎn)生被稱為雙模壓縮態(tài)(two-mode squeezed state)的量子態(tài)。

根據(jù)一些實施方式，轉(zhuǎn)換器可以包括連接至多個約瑟夫遜結(jié)的天線，多個約瑟夫遜結(jié)與天線集成到單個基板上。約瑟夫遜結(jié)可以被布置成形成約瑟夫遜結(jié)參數(shù)轉(zhuǎn)換器(JPC)。轉(zhuǎn)換器可以放置在微波波導(dǎo)腔中或微波腔的結(jié)處。在操作中，轉(zhuǎn)換器可以在一個或更多個微波腔中無線耦合至微波并且與微波相互作用，并且經(jīng)由天線無線發(fā)射一個或更多個放大信號，而不需要電動系統(tǒng)中的其他部件與轉(zhuǎn)換器之間的硬線電連接(例如，傳輸線或引線接合)。

無線約瑟夫遜參數(shù)轉(zhuǎn)換器的一個優(yōu)點是它提供了相位不敏感的放大(不依賴于要放大的信號的相位的放大)。此外，可以避免由與硬線連接相關(guān)聯(lián)的寄生電感和電容引起的信號損失和失真，從而可以比傳統(tǒng)的放大設(shè)備提高信號保真度。

一些實施方式涉及用于微波信號的無線轉(zhuǎn)換器，其包括：基板；多個第一約瑟夫遜結(jié)，多個第一約瑟夫遜結(jié)形成在基板上并連接成環(huán)；以及形成在基板上的與環(huán)鄰近的接地面。無線轉(zhuǎn)換器還可以包括形成在基板上并連接至多個第一約瑟夫遜結(jié)的第一天線，并且包括形成在基板上、朝向與第一天線垂直并且連接至多個約瑟夫遜結(jié)的第二天線。

一些實施方式涉及操作無線轉(zhuǎn)換器的方法。一種操作方法可以包括如下動作：通過形成在基板上并連接成環(huán)的第一批多個約瑟夫遜結(jié)無線接收第一頻率的泵送能量；無線接收來自形成在基板上的第一天線的第二頻率的信號；無線接收來自形成在基板上的第二天線的第三頻率的空載；以及通過多個約瑟夫遜結(jié)將泵送能量轉(zhuǎn)換成第二頻率和第三頻率以改變信號和/或空載。該方法還可以包括利用第一天線無線發(fā)射改變的信號和/或利用第二天線發(fā)射改變的空載。

結(jié)合附圖從以下描述可以更全面地理解本教導(dǎo)的前述和其他方面、實現(xiàn)方式、實施方式和特征。

附圖說明