摘要
由于有大量的单质量子元件组合，超导量子电路为微波量子光学的发展做出了贡献1．在这些元件中，量子受限参数放大器2，3.，4对于能量范围本质上很低(几十μeV)的量子系统的低噪声读数是必不可少的。5，6．它们也被用来产生非经典状态的光，可以作为量子增强探测的资源7．超导参数放大器，例如量子比特，通常使用约瑟夫森结作为磁可调谐和无耗散非线性的来源。近年来，通过使用半导体纳米线演示微波谐振器和量子比特，努力将半导体薄弱环节引入为电可调谐非线性元件8，9，是二维电子气体10，碳纳米管11和石墨烯12，13．然而，考虑到平衡非线性、耗散、参与和能量尺度的挑战，参数放大器还没有实现半导体薄弱环节。在这里，我们演示了一个利用石墨烯约瑟夫森结的参数放大器，并表明其工作频率可广泛地随栅极电压可调。我们报告增益超过20 dB，噪声性能接近标准量子极限。我们的结果扩展了电可调谐超导量子电路的工具集。它们还为量子计算、量子传感和基础科学等量子技术的发展提供了机会14．
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确认
我们感谢J. Aumentado和F. Lecocq(美国国家标准与技术研究所，Boulder, CO, USA)提供了SNTJ并进行了讨论。这项工作得到了法国国家研究机构(ANR)在Graphmon项目框架下的支持。anr - 19 ce47 - 0007)。K.W.和T.T.感谢JSPS KAKENHI(批准号19H05790, 20H00354和21H05233)的支持。J.R.感谢E. Eyraud和W. Wernsdorfer在低温系统方面的帮助。我们感谢J. Jarreau, L. Del-Rey和D. Dufeu的工作，他们设计和制造了低温系统中使用的样品夹和其他机械件。我们感谢Institut Néel的Nanofab小组在设备制造方面的帮助。我们感谢K.W. Murch和B. Sacépé对手稿的讨论和评论。
作者信息
作者及隶属关系
贡献
K.W.和T.T.培育了h-BN晶体。gb和j。r设计了样品。克格勃和国安局制造了这些装置。g。B。a。j。r。进行了直流测量。G.B.在K.R.A.和J.R.的帮助下进行微波测量，噪声测量由G.B.、A.R.和M.E.在N.R.和J.R.的帮助下实现，数据分析由G.B.在A.R.、N.R.和J.R.的帮助下进行。该项目由F.L.和J.R. G.B.监督。j。r。根据所有作者的意见写了这份手稿。
相应的作者
道德声明
相互竞争的利益
N.R.是Silent Waves的创始人和股东。
同行评审
同行评审信息
自然纳米技术感谢Kin Chung Fong，卓群Hao和其他匿名审稿人对本工作的同行评审所做的贡献。
额外的信息
出版商的注意施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。
扩展数据
扩展数据图1设备的设计。
a)设备示意图(按比例)。谐振器(紫色)电容耦合到传输线(红色)如左图所示。侧门(绿色)用于调谐石墨烯约瑟夫森结(gJJ)(位于谐振器中心)的临界电流。右边的插图显示了gJJ的光学图像。附加的线(蓝色)连接在谐振器的中心附近，用于在gJJ上进行直流测量。它们位于20μM的距离。衬垫和粗线之间的线是键合线。(b)阶段年代11测量并安装在一个裸露的设备，其中gJJ被谐振器的两个部分之间的短取代。
图2石墨烯约瑟夫森结直流特性。
(a)相对于偏置电压的微分电导。暗线表示电压值为2Δ/e时的第一个多重安德烈夫反射(MAR)峰的位置。(b)在偏置电流为7的情况下，在25 mK下测量的栅极电压与差分电阻的关系μA. (c) eRn我c/Δ产品相对于栅极电压。
扩展数据图3实验设置。
噪声测量设置(a)和直流测量设置(b)。这两种设置都使用稀释冰箱，并允许标准微波测量。
扩展数据图4石墨烯约瑟夫森参数放大器的附加噪声。
(a)和(b)提取相对于频率的附加噪声。蓝色曲线表示从石墨烯约瑟夫森参数放大器(gJPA)测量中提取的附加噪声。紫色曲线表示印刷电路板(PCB)测量所提取的附加噪声，即没有JPA的链噪声。红色曲线表示从PCB测量提取的附加噪声计算出的附加噪声，以及在JPA不添加噪声的限制下gJPA的测量增益，即在标准量子极限(SQL)处的预期噪声。
补充信息
补充信息
补充图1-11和讨论(第1-6节)。
权利和权限
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关于本文
引用本文
Butseraen, G.， Ranadive, A.， Aparicio, N.et al。门可调谐石墨烯约瑟夫森参数放大器。Nanotechnol Nat。(2022)。https://doi.org/10.1038/s41565-022-01235-9
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DOI：https://doi.org/10.1038/s41565-022-01235-9
