СИСТЕМЫ АНАЛИЗА И ОБРАБОТКИ ДАННЫХ

Аннотация
Разработана и экспериментально исследована новая компактная конструкция криогенного многоканального фильтра нижних частот СВЧ-диапазона с широкой полосой заграждения до 50 ГГц и отсутствием паразитных полос пропускания. Приводятся результаты экспериментальных исследований S21-матриц фильтра при криогенных температурах 77 K и 4,2 К на частотах от 10 МГц до 50 ГГц. Экспериментально полученная амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) данной фильтрующей структуры показывает эффективность предложенного фильтра в улучшении уровня внеполосного подавления более 60 дБ в широком частотном спектре, отсутствие паразитных полос пропускания, способность работать при криогенных температурах до 10 мК. Основой предложенных фильтров является комбинированная структура дифференциальной линии передачи и мелкодисперсных металлических порошков. Разработанный фильтр обладает малыми размерами и легко монтируется в рефрижератор растворения. Фильтр предназначен для высокочувствительных измерений характеристик состояний трехконтактных сверхпроводниковых квантовых битов, индуктивно связанных с высокодобротным резонатором, работающих при температурах ниже 50 мК на частотах 1–50 ГГц, а также может быть использован для любых физических измерений, требующих высокую помехозащищенность в линиях передачи и измерений низкочастотных сигналов.

Список литературы
[1] Josephson Persistent-Current Qubit / J.E. Mooij, T.P. Orlando, L. Levitov, Lin Tian, C.H. Wal van der, S. Lloyd // Science. – 1999. – Vol. 285. – P. 1036–1039.

[2] Evidence for Entangled States of Two Coupled Flux Qubits / A. Izmalkov, M. Grajcar, E. Il’ichev, Th. Wagner,

H.-G. Meyer, A.Yu. Smirnov, M.H.S. Amin, A.M. Brink van der, A.M. Zagoskin // Phys. Rev. Lett. – 2004. – Vol. 93. – P. 037003-1–037003-4.

[3] Consistency of Ground State and Spectroscopic Measurements on Flux Qubits / A. Izmalkov, S.H.W. Ploeg van der, S.N. Shevchenko, M. Grajcar, E. Il’ichev, U. Huebner, A.N. Omelyanchouk, H.-G. Meyer // Phys. Rev. Lett. – 2008. – Vol. 101. – P. 017003-1–017003-4.

[4] Clarke J., Wilhelm F.K. Superconducting quantum bits // Nature. – 2008. – Vol. 453. – P. 1031–1042.

[5] Weak continuous monitoring of a flux qubit using coplanar waveguide resonator / G. Oelsner, S.H.W. Ploeg van der, P. Macha, U. Hübner, D. Born, S. Anders, E. Il’ichev, H.-G. Meyer, M. Grajcar, S. Wuensch, M. Siegel, A.N. Omelyan-chouk, O. Astaviev // Phys. Rev. B. – 2010. – Vol. 81. – P. 172505-1–172505-4.

[6] Quantum Nondemolition Measurement of a Superconducting Qubit / T. Picot, R. Schouten, C.J.P.M. Harmans, J.E. Mooij // Phys. Rev. Lett. – 2010. – Vol. 105. – P. 040506-1–040506-4.

[7] The morphology of Al-based submicron Josephson junction / V.V. Roddatis, U. Hübner, B.I. Ivanov, E. Il’ichev, H.-G. Meyer, M.V. Koval’chuk, A.L. Vasiliev // J. of Appl. Phys. – 2011. – Vol. 110, № 12. – P. 123903-1–123903-4.

[8] A wideband, low-noise superconducting amplifier / Ho Eom Byeong, P.K. Day, H.G. LeDuc, J. Zmuidzinas // Nature Phys. – 2012. – Vol. 8, № 8. – P. 623–627.

[9] Intermodulation and parametric amplification in a superconducting stripline resonator integrated with a dc-SQUID / B. Abdo, O. Suchoi, E. Segev, O. Shtempluck, M. Blencowe, E. Buks // Europhys. Lett. – 2009. – Vol. 85, № 6. – P. 68001-1–68001-6.

[10] Flux qubits and readout device with two independent flux lines / B.L.T. Plourde, T.L. Robertson, P.A. Reichardt, T. Hime, S. Linzen, C.-E. Wu, J. Clarke // Phys. Rev. B. – 2005. – Vol. 72. – P. 060506-1–060506-4.

[11] Readout of a qubit array via a single transmission line / M. Jerger, S. Poletto, P. Macha, U. Huebner, A. Lukashenko, E. Il’ichev, A.V. Ustinov // Europhys. Lett. – 2011. – Vol. 96. – P. 40012-1–40012-4.

[12] Frequency division multiplexing readout and simultaneous manipulation of an array of flux qubits / T.M. Jerger, S. Poletto, P. Macha, U. Huebner, E. Il’ichev, A.V. Ustinov // Appl. Phys. Lett. – 2012. – Vol. 101. – P. 042604-1–042604-4.

[13] Multiplexed dispersive readout of superconducting phase qubits / Yu Chen, D. Sank, P. O’Malley, T. White, R. Barends, B. Chiaro, J. Kelly, E. Lucero, M. Mariantoni, A. Megrant, C. Neill, A. Vainsencher, J. Wenner, Y. Yin, A.N. Cleland, J.M. Martinis // Appl. Phys. Lett. – 2012. – Vol. 101. – P. 182601-1–182601-4.

[14] Low noise, low power consumption high electron mobility transistors amplifier, for temperatures below 1 K / N. Oukhanski, M. Grajcar, E. Il’ichev, H.-G. Meyer // Rev. of Sci. Instruments. – 2003. – Vol. 74, № 2. – P. 1145–1146.

[15] Kiviranta M. Use of SiGe bipolar transistors for cryogenic readout of SQUIDs // Superconductor Science and Technology. – 2006. – Vol. 19, № 12. – P. 1297–1302.

[16] Oukhanski N., Stolz R., Meyer H.-G. High slew rate, ultra stable direct-coupled readout for dc superconducting quantum interference devices // Appl. Phys. Lett. – 2006. – Vol. 89. – P. 063502-1–063502-3.

[17] Drung D., Hinnrichs C. and Barthelmess H.-J. Low-noise ultra-high-speed dc SQUID readout electronics // Superconductor Science and Technology. – 2006. – Vol. 19, № 5. – P. 235–241.

[18] Cryogenic Semiconductor Amplifier for RSFQ-Circuits With High Data Rates at 4.2 K / S. Wuensch, Th. Ortlepp, E. Crocoll, F.H. Uhlmann, M. Siegel // IEEE Trans. on Appl. Superconductivity. – 2009. – Vol. 19, № 3. – P. 574–579.

[19] Cryogenic ultra-low-noise SiGe transistor amplifier / B.I. Ivanov, M. Trgala, M. Grajcar, E. Il‘ichev, H.-G. Meyer // Rev. of Sci. Instruments. – 2001. – Vol. 82, № 10. – P. 104705-1–104705-3.

[20] Иванов Б.И. Фильтры гармоник для систем измерения характеристик сверхпроводниковых квантовых битов // Науч. вестн. НГТУ. – 2010. – № 2 (39). – С. 81–90.

[21] Иванов Б.И., Клименко Д.Н. Микрополосковые фильтры шпилечного типа для комнатных и криогенных высокочувствительных систем измерений // Науч. вестн. НГТУ. – 2011. – № 4 (45). – С. 155–160.

[22] Narrow bandpass cryogenic filter for microwave measurements / B.I. Ivanov, D.N. Klimenko, A.N. Sultanov, E. Il'ichev, H.-G. Meyer // Rev. of Sci. Instruments. – 2013. – Vol. 84, № 5. – P. 054707-1–054707-4.

[23] Low- and high-temperature superconducting microwave filters / S.H. Talisa, A. Janocko, Ch. Moskowitz, J. Talvaccio, J.F. Billing, R. Brown, D.C. Buck, C.K. Jones, B.R. McAvoy, G.R. Wagner, D.H. Watt // IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques. – 1991. – Vol. 39, № 9. – P. 1448–1454.

[24] Matthaei G.L. Narrow-band, fixed-tuned, and tunable bandpass filters with zig-zag hairpin-comb resonators // IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques. – 2003. – Vol. 51, № 4. – P. 1214–1219.

[25] Larkins G.L., Socorregut R., Vlasovthaei Yu.A. Superconducting microstrip hairpin filter with BaTiO3 patches // IEEE Trans. on Appl. Superconductivity. – 2003. – Vol. 13, № 2. – P. 724–726.

[26] A 9 pole bandpass filter at 2.7 GHz with Y1Ba2Cu3O7-δ coplanar wave guides on a sapphire substrate / S. Wuensch, E. Crocoll, M. Neuhaus, T.A. Scherer, A. Stassen, H.-J. Wermund, W. Jutzi, O. Lochner // IEEE Trans. on Appl. Superconductivity. – 2003. – Vol. 13, № 2. – P. 276–279.

[27] Zhang G. and Lancaster M.J. Dual-band microstrip bandpass filter using stepped-impedance resonators with new coupling schemes // IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques. – 2006. – Vol. 54, № 10. – P. 3779–3785.

[28] Comparison of cryogenic filters for use a single electronics experiments / K. Bladh, D. Gunnarsson, E. Hurfeld, S. Devi, C. Kristoffersson, B. Smålander, S. Pehrson, T. Claeson, P. Delsing and M. Taslakov // Rev. of Sci. Instruments. – 2003. – Vol. 74, № 3. – P. 1323–1327.

[29] Lukashenko A., Ustinov A.V. Improved powder filters for qubit measurements // Rev. of Sci. Instruments. – 2008. – Vol. 79, № 1. – P. 014701-1–014701-4.