第一列

通用量子電腦硬體技術
超導參數放大器之研發

       量子放大器是在超導量子電腦量子位元訊號多工讀取中的關鍵元件,為實現量子電腦國產化的任務,我們必須有自製此關鍵元件的能力。在此我們提出五年期整合型計畫,主旨在研製超導量子參數放大器,用以支援台灣量子電腦晶片的研發。本計畫包含四個子計畫,子計畫一與子計畫二主要在發展傳輸波型參數放大器(traveling wave parametric amplifier, TWPA),此兩團隊採用不同的方式來製作TWPA。子計畫一將用鈮(Nb)為超導基底的約瑟芬結 (Josephson Junctions, JJs),參數放大器由串接約一千個JJs組成;子計畫二採用氮化鈮鈦 (NbTiN) 超薄超導薄膜傳輸線,利用其非線性動力電感(kinetic inductance)來增加放大增益。子計畫三採用鋁(Al)為超導基底的JJs,製作包含反射式負電阻型及約瑟芬結傳輸波型兩種參數放大器。我們依時程計劃研發通量趨動型、集總元件型與約瑟芬結傳輸波型放大器。計劃中對各類型放大器我們詳列了其規格、逐年任務目標、與目前各團隊彼此合作模式與與目前已完成的相關進度。參與本計畫中的研究員在此主題已合作經年,所列目標元件包含當今最具發展潛力的超導量子參數放大器,此計劃之成功將對台灣量子科技的研發帶來核心助力。

 
       子計畫四將利用參數放大器讀取矽基自旋量子位元(Si-based spin qubit)的量子態。讀取自旋量子位元的物理機制是基於電荷在量子點陣列中的移動造成的量子電容(quantum capacitance),進一步改變震盪器的共振頻率,使得微波反射的相位改變。我們將利用這個讀取機制搭配參數放大器達成更高的自旋讀取保真度(readout fidelity)。

Project Introduction

超導量子參數放大器(QPA)計畫團隊組織與目標。本計畫主要發展以超導鈮與鋁組成的約瑟芬結製作量子參數放大器元件,包含行波參數放大器(TWPA)、動態電感參數放大器(KITWPA)、約瑟芬結參數放大器(JPA)與利用此些元件作為固態 (包含超導與半導體)量子位元(Qubit)的量子態讀取。

團隊組成
  • 共同主持人
  • 李昭德(中央研究院天文及天文物理研究所)
  • 陳永富(國立中央大學物理學系)
  • 蕭子綱(國立清華大學物理學系)
技術亮點
鈮超導基底約瑟芬結傳輸波型參數放大器
  • 此技術欲解決問題:
    製作操作在量子極限雜訊下低溫微波放大器。
  • 重要性/突破性:
    量子放大器是在超導量子電腦量子位元訊號多工讀取中的關鍵元件,為實現量子電腦國產化的任務,我們必須有自製此關鍵元件的能力。
  • 與計畫未來研發方向的關聯性:
    此放大器未來亦可用來研發量子光源。
鈮超導基底約瑟芬結傳輸波型參數放大器

發展中採用鈮(Nb)超導傳輸波型參數放大器(a)-(d) (中央研究院天文與天文物理研究所超導元件實驗室製作)

(e) 元件增益圖示。