约瑟夫逊结（JJ）及其可调谐特性（包括非线性）在超导量子比特和放大器中起着重要作用。JJ与电路量子电动力学架构一起构成了量子信息处理的许多关键组件。在量子电路中，微弱微波信号经常需要要求将低噪声进行放大，实现这一目的的常用器件是约瑟夫森参量放大器（JPA）。现有的JPA主要是基于在超导量子干涉器件几何结构中实现的Al–AlOx–Al隧道结，其中磁通量是调谐频率的旋钮。近年来，二维（2D）范德华JJs的发展为构建电路量子电动力学器件提供了新的机会，并能实现使用栅极电势调谐结特性和工作点的额外优点，然而截止目前，量子噪声限制放大器组件仍然未能实现。
最近，来自印度Tata基础研究所凝聚态物理与材料科学系的Mandar M. Deshmukh等人提出使用石墨烯JJ构建量子噪声限制的JPA，其线性谐振门可调谐性达到了3.5 GHz，并有望通过将传感器与量子放大器集成，进一步开发2D范德华材料可扩展器件架构。
文章要点：
1) 研究发现在24 dB情况下放大了10 MHz带宽和−130 dBm饱和功率，其性能与最佳的单结JPAs已经基本相近；
2) 另外，该研究使用的栅极可调JPA可以在量子限制噪声范围内正常工作，这使其成为高灵敏度信号处理的一个潜在应用器件；
3) 研究成功揭示了新型测辐射热计的相关理念，利用石墨烯的低热容量以及JJ非线性可以实现嵌入量子噪声限制放大器内的极其灵敏的微波辐射热计。
参考资料：
Sarkar, J., Salunkhe, K.V., Mandal, S. et al. Quantum-noise-limited microwave amplification using a graphene Josephson junction. Nat. Nanotechnol. (2022).
DOI: 10.1038/s41565-022-01223-z
https://doi.org/10.1038/s41565-022-01223-z
本文来自纳米人，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
