Amplificazione parametrica al limite quantistico: ottimlzzazione di ampiificatori TWPA per la lettura dispersiva di qubit transmon per sensori in ricerca di assioni

L'amplificazione parametrica è diventata la tecnologia leader per consentire misure di segnali a microonde altamente efficienti nei circuiti quantistici. Nel nostro gruppo, utilizziamo regolarmente amplificatori parametrici a onda viaggiante (TWPA, Traveling Wave Parametric Amplifiers) nel contesto della ricerca di assioni, poiché consentono sia di minimizzare il rumore introdotto dalla catena di ricezione, sia di avere una grande larghezza di banda operativa. La realizzazione più popolare di questo concetto si basa su linee di trasmissione composte da giunzioni Josephson collegate in serie. I segnali che viaggiano lungo queste linee vengono amplificati dalla modulazione dell'induttanza di Josephson, ottenuta mediante l'iniezione di un tono di pompaggio. L'attività di tesi proposta riguarda le misurazioni del guadagno e della temperatura di rumore di un amplificatore TWPA installato nel refrigeratore a diluizione He3-He4 disponibile presso i laboratori INFN di LNL. L’amplificatore viene utilizzato per la lettura dispersiva del transmon qubit incorporato in un circuito superconduttore che permette di contare fotoni nelle microonde, dispositivi che permettono di aumentare notevolmente la velocità della ricerca di assioni rispetto agli attuali amplificatori lineari allo stato dell'arte. L’attività di tesi prevede: Studio del principio di funzionamento dell’amplificatore: il meccanismo di amplificazione parametrica si basa sul processo di Kerr inverso, che si verifica attraverso la realizzazione di un circuito con centinaia di elementi nonlineari asimmetrici superconduttivi denominati SNAIL. Lo studente avrà modo di capire come le nonlinearità siano il punto di partenza per ottenere amplificazione al limite quantistico. Misure di temperatura di rumore in laboratorio e studio delle perdite introdotte dal TWPA, al variare della temperatura del piatto su cui l’amplificatore è montato. Analisi dei dati acquisiti