Создан сверхпроводящий усилитель с обратной изоляцией для квантовых вычислений

Исследователи из Университета Гренобль-Альпы, CNRS, компании Silent Waves и Технологического института Карлсруэ разработали новый сверхпроводящий усилитель, который решает ключевую проблему в обработке микроволновых сигналов для квантовых технологий. Устройство описано в журнале Nature Electronics.

Параметрическое усиление и изоляция в TWPAI. Автор: Nature Electronics (2025). DOI: 10.1038/s41928-025-01489-w

Современные сверхпроводящие усилители бегущей волны (TWPA) способны почти без шумов усиливать слабые микроволновые сигналы, что критически важно для считывания состояния кубитов. Однако их главный недостаток — отсутствие направленности, из-за чего энергия может распространяться обратно к источнику, ухудшая работу всей системы.

Новое устройство, созданное командой Арпита Ранадиве и Бекима Фазилиджи, основано на джозефсоновских переходах. Оно не только усиливает сигнал, идущий вперёд, но и преобразует волны, пытающиеся распространиться назад, в более высокие частоты, эффективно блокируя их.

Динамическое фазовое согласование для усиления. Автор: Nature Electronics (2025). DOI: 10.1038/s41928-025-01489-w

«Подход использует нелинейность третьего порядка для усиления и нелинейность второго порядка для повышения частоты обратно распространяющихся мод, обеспечивая обратную изоляцию», — пояснили авторы работы.

В ходе испытаний усилитель показал усиление до 20 дБ и обратную изоляцию до 30 дБ в полосе частот более 500 МГц, сохраняя при этом уровень шума, близкий к квантовому пределу. Эта разработка открывает новые возможности для создания более эффективных и стабильных систем считывания в квантовых компьютерах и других устройствах квантовой информатики.

Исследование доступно в журнале Nature Electronics и на arXiv.