We report the fabrication and characterization of an impedance matched Josephson parametric amplifier (IMPA). A multisection transmission line transformer (TLT) is utilized, which can reduce the input impedance and provide a wide impedance matched bandwidth. In addition, the whole IMPA device is fabricated on a LaAlO3 substrate with a dielectric constant of 23.4, much larger compared to the commonly used intrinsic silicon substrate, to provide larger grounded capacitance, making the fabrication of the multisection TLT more precise and reliable. The experimental results show that by adjusting the working point, the amplifier has a bandwidth of 580 MHz with a gain of more than 15 dB. The average input saturation power is about −115 dBm within the bandwidth. Additionally, its noise performance is close to the quantum-limited level.
REFERENCES
1.
C. M.
Caves
, Phys. Rev. D
26
, 1817
(1982
).2.
J.
Aumentado
, IEEE Microwave Mag.
21
, 45
(2020
).3.
P. D.
Nation
, J. R.
Johansson
, M. P.
Blencowe
, and F.
Nori
, Rev. Mod. Phys.
84
(1
), 1–24
(2012
).4.
P.
Krantz
, M.
Kjaergaard
, F.
Yan
, T. P.
Orlando
, S.
Gustavsson
, and W. D.
Oliver
, Appl. Phys. Rev.
6
, 021318
(2019
).5.
A. A.
Clerk
, M. H.
Devoret
, S. M.
Girvin
, F.
Marquardt
, and R. J.
Schoelkopf
, Rev. Mod. Phys.
82
, 1155
(2010
).6.
Z. R.
Lin
, K.
Inomata
, W. D.
Oliver
, K.
Koshino
, Y.
Nakamura
, J. S.
Tsai
, and T.
Yamamoto
, Appl. Phys. Lett.
103
, 132602
(2013
).7.
S.
Barzanjeh
, D. P.
DiVincenzo
, and B. M.
Terhal
, Phys. Rev. B
90
, 134515
(2014
).8.
S.
Schaal
, I.
Ahmed
, J. A.
Haigh
, L.
Hutin
, B.
Bertrand
, S.
Barraud
, M.
Vinet
, C.-M.
Lee
, N.
Stelmashenko
, J. W. A.
Robinson
et al, Phys. Rev. Lett.
124
, 067701
(2020
).9.
R.
Vijay
, C.
Macklin
, D. H.
Slichter
, S. J.
Weber
, K. W.
Murch
, R.
Naik
, A. N.
Korotkov
, and I.
Siddiqi
, Nature
490
, 77
(2012
).10.
M.
Malnou
, D. A.
Palken
, L. R.
Vale
, G. C.
Hilton
, and K. W.
Lehnert
, Phys. Rev. Appl.
9
, 044023
(2018
).11.
A.
Grimsmo
and A.
Blais
, npj Quantum Inf.
3
, 20
(2017
).12.
S.
Pogorzalek
, K. G.
Fedorov
, M.
Xu
, A.
Parra-Rodriguez
, M.
Sanz
, M.
Fischer
, E.
Xie
, K.
Inomata
, Y.
Nakamura
, E.
Solano
et al, Nat. Commun.
10
, 2604
(2019
).13.
B. H.
Schneider
, A.
Bengtsson
, I. M.
Svensson
, T.
Aref
, G.
Johansson
, J.
Bylander
, and P.
Delsing
, Phys. Rev. Lett.
124
, 140503
(2020
).14.
W.
Wustmann
and V.
Shumeiko
, Phys. Rev. B
87
, 184501
(2013
).15.
B.
Yurke
and E.
Buks
, J. Lightwave Technol.
24
, 5054
(2006
).16.
J. Y.
Mutus
, T. C.
White
, E.
Jeffrey
, D.
Sank
, R.
Barends
, J.
Bochmann
, Y.
Chen
, Z.
Chen
, B.
Chiaro
, A.
Dunsworth
et al, Appl. Phys. Lett.
103
, 122602
(2013
).17.
J. Y.
Mutus
, T. C.
White
, R.
Barends
, Y.
Chen
, Z.
Chen
, B.
Chiaro
, A.
Dunsworth
, E.
Jeffrey
, J.
Kelly
, A.
Megrant
et al, Appl. Phys. Lett
104
, 263513
(2014
).18.
T.
Elo
, T. S.
Abhilash
, M. R.
Perelshtein
, I.
Lilja
, E. V.
Korostylev
, and P. J.
Hakonen
, Appl. Phys. Lett.
114
, 152601
(2019
).19.
X.
Zhou
, V.
Schmitt
, P.
Bertet
, D.
Vion
, W.
Wustmann
, V.
Shumeiko
, and D.
Esteve
, Phys. Rev. B
89
, 214517
(2014
).20.
A.
Ranadive
, M.
Esposito
, L.
Planat
, E.
Bonet
, C.
Naud
, O.
Buisson
, W.
Guichard
, and N.
Roch
, Nat. Commun.
13
, 1737
(2022
).21.
C.
Macklin
, K.
O'Brien
, D.
Hover
, M. E.
Schwartz
, V.
Bolkhovsky
, X.
Zhang
, W. D.
Oliver
, and I.
Siddiqi
, Science
350
, 307
(2015
).22.
B. H.
Eom
, P. K.
Day
, H. G.
Leduc
, and J.
Zmuidzinas
, Nat. Phys.
8
, 623
(2012
).23.
L.
Ranzani
, M.
Bal
, K. C.
Fong
, G.
Ribeill
, X.
Wu
, J.
Long
, H.-S.
Ku
, R. P.
Erickson
, D.
Pappas
, and T. A.
Ohki
, Appl. Phys. Lett.
113
, 242602
(2018
).24.
S.
Chaudhuri
, D.
Li
, K. D.
Irwin
, C.
Bockstiegel
, J.
Hubmayr
, J. N.
Ullom
, M. R.
Vissers
, and J.
Gao
, Appl. Phys. Lett.
110
, 152601
(2017
).25.
C.
Neill
, P.
Roushan
, K.
Kechedzhi
, S.
Boixo
, S. V.
Isakov
, V.
Smelyanskiy
, A.
Megrant
, B.
Chiaro
, A.
Dunsworth
, K.
Arya
et al, Science
360
, 195
(2018
).26.
S. R.
Cao
, B. J.
Wu
, F. S.
Chen
, M.
Gong
, Y. L.
Wu
, Y. S.
Ye
, C.
Zha
, H. R.
Qian
, C.
Ying
, S. J.
Guo
et al, Nature
619
, 738
(2023
).27.
T.
Roy
, S.
Kundu
, M.
Chand
, A. M.
Vadiraj
, A.
Ranadive
, N.
Nehra
, M. P.
Patankar
, J.
Aumentado
, A. A.
Clerk
, and R.
Vijay
, Appl. Phys. Lett.
107
, 262601
(2015
).28.
S. S.
Wu
, D. K.
Zhang
, R.
Wang
, Y. L.
Liu
, S. P.
Wang
, Q. C.
Liu
, J. S.
Tsai
, and T. F.
Li
, Chin. Phys. B
31
, 010306
(2022
).29.
J.
Grebel
, A.
Bienfait
, É.
Dumur
, H.-S.
Chang
, M.-H.
Chou
, C. R.
Conner
, G. A.
Peairs
, R. G.
Povey
, Y. P.
Zhong
, and A. N.
Cleland
, Appl. Phys. Lett.
118
, 142601
(2021
).30.
D.
Ezenkova
, D.
Moskalev
, N.
Smirnov
, A.
Ivanov
, A.
Matanin
, V.
Polozov
, V.
Echeistov
, E.
Malevannaya
, A.
Samoylov
, E.
Zikiy
et al, Appl. Phys. Lett.
121
, 232601
(2022
).31.
Y. P.
Lu
, Q.
Zuo
, J. Z.
Pan
, J. L.
Jiang
, X. Y.
Wei
, Z. S.
Li
, W. Q.
Xu
, K. X.
Zhang
, T. T.
Guo
, S.
Wang
et al, Chin. Phys. B
30
, 068504
(2021
).32.
Y. P.
Lu
, W. Q.
Xu
, Q.
Zuo
, J. Z.
Pan
, X. Y.
Wei
, J. L.
Jiang
, Z. S.
Li
, K. X.
Zhang
, T. T.
Guo
, S.
Wang
et al, Appl. Phys. Lett.
120
, 082601
(2022
).33.
K. Q.
Huang
, Q. J.
Guo
, C.
Song
, Y. R.
Zheng
, H.
Deng
, Y. L.
Wu
, Y. R.
Jin
, X. B.
Zhu
, and D. N.
Zheng
, Chin. Phys. B
26
, 094203
(2017
).34.
F. F.
Su
, Z. T.
Wang
, H. K.
Xu
, S. K.
Zhao
, H. S.
Yan
, Z. H.
Yang
, Y.
Tian
, and S. P.
Zhao
, Chin. Phys. B
28
, 110303
(2019
).35.
B. C.
Qing
, L. B.
Nguyen
, X. Y.
Liu
, H. J.
Ren
, W. P.
Livingston
, N.
Goss
, A.
Hajr
, T.
Chistolini
, Z.
Pedramrazi
et al, Phys. Rev. Res.
6
, L012035
(2024
).36.
R.
Kaufman
, T.
White
, M.
Dykman
, A.
Iorrio
, G.
Sterling
, S.
Hong
, A.
Opremcak
, A.
Bengtsson
, L.
Faoro
, J.
Bardin
et al, Phys. Rev. Appl.
20
, 054058
(2023
).37.
38.
K.
Sundqvist
and P.
Delsing
, EPJ Quantum Technol.
1
, 6
(2014
).39.
A.
Narla
, K. M.
Sliwa
, M.
Hatridge
, S.
Shankar
, L.
Frunzio
, R. J.
Schoelkopf
, and M. H.
Devoret
, Appl. Phys. Lett.
104
, 232605
(2014
).© 2025 Author(s). Published under an exclusive license by AIP Publishing.
2025
Author(s)
You do not currently have access to this content.
