南科大超导量子计算团队在低温低噪声放大器研发方面取得重要进展

记者日前获悉，近日，南方科技大学量子科学与工程研究院超导量子计算团队钟有鹏副研究员带领研究生郭泽臣，赵枢祥，张家蔚等在低温低噪声放大器研发方面取得重要进展。自主研发的低温低噪声放大器(型号：SIQA-LNA1.0)可在4K环境温度下工作，具有低功耗、高增益和低噪声的性能特点。该器件拥有完全的自主知识产权，可实现对进口同类产品的替代。

图1、低温低噪声放大器(SIQA-LNA1.0)实拍图及性能参数表。

低温低噪声放大器(Cryogenic Low Noise Amplifier, Cryo-LNA)工作在低温环境下，用于放大低功率、高精度的射频/微波信号，并尽可能抑制环境噪声。

低温低噪声放大器主要适用于超导量子计算、硅基量子计算，射电天文探测，以及无线通信等领域，是低温测量系统的关键器件。

低温低噪声放大器市场长期被国外厂商垄断，采购周期长、价格高昂，并且近年来许多厂商对中国实施禁运。

在超导量子计算领域，量子比特的数量在近期有望扩展到数千个以上，需要大量工作在4K温区的低噪声放大器来实现超导量子比特的高保真度读取。

南方科技大学量子科学与工程研究院自主研发的低温低噪声放大器可以在4K环境温度下，在保证较低直流功耗的同时，实现高增益和极低噪声温度的指标。

南方科技大学量子科学与工程研究院打破该技术壁垒，用自主研发的低温低噪声放大器，解决了低温测量系统中关键元器件的国产化问题，并为量子计算的规模化提供了技术支持和产品保障。

图2、在4K环境温度下，采用单通道直流供电，对放大器进行增益和噪声温度表征。3~8GHz频段：小信号增益大于28dB，噪声温度小于6.5K，功耗小于34mW。

为了进一步验证自主研发低温低噪声放大器(SIQA-LNA1.0)的性能，研发团队将该放大器模块接入超导量子比特读取线路。在没有约瑟夫森参量放大器的条件下，整个读取线路的噪声性能由低噪声放大器主导。实验测试中，超导量子比特的谐振腔频率在5GHz附近，在合适的读取参数下，得到IQ散点图和态分类直方图，|0>态和|1>态的测量保真度分别达到99.1%和97.6%，与国外同类低温放大器的结果相当。

图3、(a)超导量子比特色散读取的散射系数曲线 (b)超导量子比特读取IQ散点图(c)超导量子比特读取态分类直方图。

【记者】李荣华

【作者】 李荣华

【来源】 南方报业传媒集团南方+客户端