(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波デバイスであって、
少なくとも１つの単位セルを含む左手系共振器と、
前記左手系共振器に接続された非線形分散媒体であって、前記左手系共振器の一端が前記非線形分散媒体に接続され、前記左手系共振器の反対端がポートに接続されるようにしている、前記非線形分散媒体と、
を備え、前記左手系共振器および前記非線形分散媒体が、量子信号をスクイーズド状態で出力するように構成される、マイクロ波デバイス。
【請求項２】
前記少なくとも１つの単位セルが、第１の導体および第２の導体に接続される、請求項１に記載のマイクロ波デバイス。
【請求項３】
前記第１の導体が、前記非線形分散媒体の第１の端部に接続され、前記第２の導体が、前記非線形分散媒体の第２の端部に接続される、請求項２に記載のマイクロ波デバイス。
【請求項４】
前記少なくとも１つの単位セルが、前記第１の導体のノードにおいて互いに接続されたコンデンサと誘電子とを含み、
前記誘電子の別の端部が、前記第２の導体に接続される、請求項２に記載のマイクロ波デバイス。
【請求項５】
前記左手系共振器が、マイクロ波周波数範囲において複数の共振モードを有するように構成され、前記複数の共振モードが、前記マイクロ波周波数範囲において均等に離隔されない、請求項１乃至４のいずれかに記載のマイクロ波デバイス。
【請求項６】
前記複数の共振モードが、前記マイクロ波周波数範囲４〜２０ＧＨｚにある、請求項５に記載のマイクロ波デバイス。
【請求項７】
前記非線形分散媒体が、ジョセフソン接合である、請求項１乃至６のいずれかに記載のマイクロ波デバイス。
【請求項８】
前記非線形分散媒体が、ジョセフソン接合のアレイである、請求項１乃至６のいずれかに記載のマイクロ波デバイス。
【請求項９】
前記非線形分散媒体が、ＤＣ−ＳＱＵＩＤである、請求項１乃至６のいずれかに記載のマイクロ波デバイス。
【請求項１０】
前記非線形分散媒体が、ＤＣ−ＳＱＵＩＤのアレイである、請求項１乃至６のいずれかに記載のマイクロ波デバイス。
【請求項１１】
マイクロ波デバイスを形成する方法であって、
少なくとも１つの単位セルを含む左手系共振器を提供することと、
前記左手系共振器に接続される非線形分散媒体を提供することであって、前記左手系共振器の一端が前記非線形分散媒体に接続され、前記左手系共振器の反対端がポートに接続されるようにする、前記提供することと、
を含み、前記左手系共振器および前記非線形分散媒体が、量子信号をスクイーズド状態で出力するように構成される、方法。
【請求項１２】
マイクロ波デバイスを使用してスクイーズド状態を発生させるための方法であって、
複数の共振モードがある左手系共振器を有する前記マイクロ波デバイスによって、ポンプ信号および量子信号を受け取ることであって、前記ポンプ信号および前記量子信号が、前記複数の共振モードのうちの第１の共振モードにある、前記受け取ることと、
前記マイクロ波デバイスによって、反射量子信号をスクイーズド状態で出力することと、
を含む、方法。
【請求項１３】
前記左手系共振器の前記複数の共振モードのうちのいずれかを調整する必要なく、前記マイクロ波デバイスによって、前記ポンプ信号および前記量子信号を前記複数の共振モードのうちの第２の共振モードにおいて受け取ることと、
前記反射量子信号を前記スクイーズド状態において出力することと、
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
非線形分散媒体によって、前記左手系共振器の前記複数の共振モードをシフトさせるために磁束を受け取ることをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
マイクロ波デバイスを使用してスクイーズド状態を発生させるための方法であって、
複数の共振モードがある左手系共振器を有する前記マイクロ波デバイスによって、ポンプ信号および量子信号を受け取ることであって、前記量子信号が、前記複数の共振モードのうちの第１の共振モードにあり、前記ポンプ信号が、前記複数の共振モードのうちの前記第１の共振モードの２倍にある、前記受け取ることと、
前記マイクロ波デバイスによって、反射量子信号をスクイーズド状態で出力することと、
を含む、方法。
【請求項１６】
前記ポンプ信号が、磁束量子線を通して入力され、前記量子信号が、前記マイクロ波デバイスに接続されたポートを通して入力される、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超伝導電子デバイスに関し、より詳しくは、超伝導左手系伝送線路共振器においてマイクロ波場のスクイーズド状態を発生させることに関する。
【背景技術】
【０００２】
光はスクイーズする(squeezed)ことができる。特に、スクイーズすることができるのは光の量子雑音である。光のスクイーズド状態であるそのようなスクイーズド光は、量子光学の分野で研究されている光の特殊な形態である。光の量子雑音は、光子の存在の直接的な結果であり、光子は光の最小のエネルギー量子である。理想的な光ダイオードを用いて光が検出されたとき、あらゆる光子は光電子に変換される。スクイーズド光の場合、結果として生じる光電流は、驚くほど低い雑音を示す。雑音は、独立した光子の存在およびそれらの統計的到着時間に期待する最小雑音よりも低い。独立した（無相関の）光子を有する光の量子雑音は、しばしばショット雑音と呼ばれる。次いで、光自体はいわゆるコヒーレント状態またはグラウバ状態である。ショット雑音は、可能な最小雑音と期待され得る。しかし、スクイーズド光は、グラウバ状態よりも少ない雑音を示すこともある。光のスクイーズド状態は、光の非古典的状態のクラスに属する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、マイクロ波デバイスにおいてマイクロ波場のスクイーズド状態を発生させる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
１つまたは複数の実施形態によれば、マイクロ波デバイスが提供される。マイクロ波デバイスは、少なくとも１つの単位セルを含む左手系共振器と、左手系共振器に接続された非線形分散媒体であって、左手系共振器の一端が非線形分散媒体に接続され、左手系共振器の反対端がポートに接続されるようにしている、非線形分散媒体と、を含む。左手系共振器および非線形分散媒体は、量子信号をスクイーズド状態で出力するように構成される。
【０００５】
１つまたは複数の実施形態によれば、マイクロ波デバイスを形成する方法が提供される。方法は、少なくとも１つの単位セルを含む左手系共振器を提供することと、左手系共振器に接続される非線形分散媒体を提供することであって、左手系共振器の一端が非線形分散媒体に接続され、左手系共振器の反対端がポートに接続されるようにする、提供することと、を含む。左手系共振器および非線形分散媒体は、量子信号をスクイーズド状態で出力するように構成される。
【０００６】
１つまたは複数の実施形態によれば、マイクロ波デバイスを使用してスクイーズド状態を発生させるための方法が提供される。方法は、複数の共振モードがある左手系共振器を有するマイクロ波デバイスによって、ポンプ信号および量子信号を受け取ることを含む。ポンプ信号および量子信号は、複数の共振モードのうちの第１の共振モードにある。また、方法は、マイクロ波デバイスによって、反射量子信号をスクイーズド状態で出力することを含む。
【０００７】
１つまたは複数の実施形態によれば、マイクロ波デバイスを使用してスクイーズド状態を発生させるための方法が提供される。方法は、複数の共振モードがある左手系共振器を有するマイクロ波デバイスによって、ポンプ信号および量子信号を受け取ることを含む。量子信号は、複数の共振モードのうちの第１の共振モードにあり、ポンプ信号は複数の共振モードのうちの第１の共振モードの２倍にある。また、方法は、マイクロ波デバイスによって、反射量子信号をスクイーズド状態で出力することを含む。
【０００８】
次に、添付の図面を参照して本発明の実施形態を単なる例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】Ｉ−Ｑ平面における真空状態雑音の例の図である。
【図２】Ｉ−Ｑ平面におけるコヒーレント状態雑音の例の図である。
【図３】Ｉ−Ｑ平面におけるスクイーズド真空雑音の例の図である。
【図４】１つまたは複数の実施形態による、スクイーズド光状態を発生させるためのマイクロ波デバイスに利用される半無限無損失左手系伝送線路の回路の図である。
【図５】Ｉ−Ｑ平面におけるスクイーズド光の例の図である。
【図６】Ｉ−Ｑ平面におけるスクイーズド光の例の図である。
【図７】１つまたは複数の実施形態による、スクイーズド光状態を発生させるマイクロ波デバイスの回路の略図である。
【図８】１つまたは複数の実施形態による、スクイーズド光状態を発生させるマイクロ波デバイスの回路の略図である。
【図９】１つまたは複数の実施形態による、スクイーズド光状態を発生させるマイクロ波デバイスの回路の略図である。
【図１０】１つまたは複数の実施形態による、マイクロ波デバイスを形成する方法のフローチャートである。
【図１１】１つまたは複数の実施形態による、マイクロ波デバイスを使用してスクイーズド状態を発生させるための方法のフローチャートである。
【図１２】１つまたは複数の実施形態による、マイクロ波デバイスを使用してスクイーズド状態を発生させるための方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
関連した図面を参照して様々な実施形態を本明細書において説明する。代替実施形態は、本文書の範囲から逸脱することなく考案することができる。様々な接続および位置関係（例えば、上に、下に、隣接してなど）が以下の説明におけるおよび図面における要素間に記載されることに留意されたい。これらの接続または位置関係あるいはその両方は、他に記述がない限り、直接または間接的であることができ、この点において限定的であることは意図されていない。したがって、実体の結合は、直接結合または間接的結合のいずれかを表すことができ、実体間の位置関係は、直接または間接的位置関係であることができる。間接的位置関係の例として、層「Ｂ」の上に層「Ａ」を形成することへの言及は、層「Ａ」および層「Ｂ」の関連した特性および機能が中間層によって実質的に変更されない限り、１つまたは複数の中間層（例えば、層「Ｃ」）が、層「Ａ」と層「Ｂ」との間にある状況を含む。
【００１１】
スクイーズド光は、電磁界の一方の直交位相（例えば、振幅または位相）の量子雑音分散が標準量子限界（ＳＱＬ）（ハイゼンベルグの不確定性原理によって設定される）未満であるが、他方の直交性（orthogonal quadrature）（例えば、振幅または位相）の量子雑音分散がＳＱＬを超える電磁界の特殊な状態である。光のそのような非古典的状態は、１）光を使用して探査することができる物理量の測定精度の向上、２）量子画像化の質および分解能の向上、３）真空雑音をスクイーズすることによる原子コヒーレンスの放射崩壊の抑制（原子が受ける）、および４）あるマイクロ波量子ゲートの忠実度の向上など、物理学の様々な領域において応用され得る。
【００１２】
１つまたは複数の実施形態は、マイクロ波デバイスの異なる固有モードの高周波電流の波腹位置において分散非線形媒体に結合された左手系伝送線路共振器を有するマイクロ波デバイスを含む。マイクロ波デバイスは、給電線に直接接続することができ、または給電線に容量結合することもできる。ポンプ・トーンは、量子信号と同じポートを使用して注入することができ、またはマイクロ波デバイスの非線形分散媒体を形成する直流（ＤＣ：direct current）超伝導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ：superconducting quantum interference device）にオンチップ磁束量子線を通して誘導結合することもできる。ポンプ・トーンの周波数は、真空のスクイーズド状態の発生に使用されるマイクロ波デバイスの固有モードの共振周波数に設定することができ、またはポンプがオンチップ磁束量子線を通して注入される場合には、この共振周波数の２倍において設定することもできる。マイクロ波デバイスは、同じマイクロ波デバイスの磁束可変共振周波数に頼ることなく、デバイスを直接使用して異なる周波数におけるオンデマンド・スクイーズド状態を発生させる機能を提供する。
【００１３】
図１、２、３、５、および６は、Ｉ−Ｑ平面における光の真空状態、光のコヒーレント状態、および光のスクイーズド状態（真空およびコヒーレント）の例を示す（その場合、ＩおよびＱが電磁界の２つの直交性を表す）。Ｑ軸は１つの直交位相または直交位相成分を表し、Ｉ軸はＱ軸に直角の別の直交位相（すなわち、別の直交位相成分）を表す。ＩＱ平面のこの図において、光の状態を表す円盤／円または楕円の中心は、光状態の平均のＩおよびＱ成分を表すが、中心の周りの楕円の円盤／円の幅は、その状態に関連した雑音の標準偏差を表すことに留意されたい。
【００１４】
図１は、Ｉ−Ｑ平面における真空状態雑音の例である。Ｉ直交位相における不確定性（Ｉの標準偏差）とＱ直交位相における不確定性（Ｑの標準偏差）との積は、結果として真空状態の不確定性関係１０５となり、それは量子力学によって許容される最小量（標準量子限界ＳＱＬと呼ばれる）に等しい。
【００１５】
図２は、Ｉ−Ｑ平面におけるコヒーレント状態雑音の例である。Ｉにおける不確定性とＱ直交位相成分との積は、真空状態の場合と同様であるコヒーレント光の不確定性関係１１０を示す。ＩＱの図において、原点からの円盤／楕円の中心の距離は、信号
【数１】
0006931051.tif 000002
の振幅を表し、その場合、（Ｉｃ，Ｑｃ）はＩＱ平面における信号の平均値の座標を表すことに留意されたい。あるいは、信号の振幅は、
【数２】
0006931051.tif 000003
と表すことができ、その場合、ｎはコヒーレント光における光子の平均数であり、θ＝ｔａｎ（Ｑｃ／Ｉｃ）はコヒーレント光の位相を表す。
【００１６】
図３は、Ｉ−Ｑ平面におけるスクイーズド真空状態の例である。ＩとＱとの直交位相成分の不確定性の積は、スクイーズド真空状態の不確定性関係１１５を示し、それは、図１の真空状態と同様に量子力学（ＳＱＬ）によって許容される最小量に等しい。図３のスクイーズド真空と図１の真空状態との主な違いは、真空状態において、両方の直交位相における不確定性が等しく、スクイーズド真空において、１つの直交位相（例えば、Ｑ）における不確定性が直交膨張直交位相（orthogonal inflated quadrature）（例えば、Ｉ）における不確定性よりも小さいことである（スクイーズド直交位相）。この例において、Ｑ直交位相における雑音は、真空レベル未満に低減される。
【００１７】
図５は、Ｉ−Ｑ平面におけるスクイーズド光の例である。ＩとＱとの直交位相成分の不確定性の積は、スクイーズド・コヒーレント光の不確定性関係１２０を示し、その場合、信号の直交位相（phase quadrature）における雑音（不確定性）はスクイーズされるが、信号の振幅直交位相（amplitude quadrature）における雑音（不確定性）は増加される。
【００１８】
図６は、Ｉ−Ｑ平面におけるスクイーズド光の例である。ＩとＱとの直交位相成分の不確定性の積は、スクイーズド光の不確定性関係１２５を示し、その場合、振幅における雑音（不確定性）はスクイーズされるが、直交位相（phase quadrature）における雑音（不確定性）は増加される。
【００１９】
次に、本発明の態様に移ると、図４は、１つまたは複数の実施形態による、スクイーズド光状態を発生させるためのマイクロ波デバイス４００の構築（以下に説明する）に利用することができる超伝導半無限無損失左手系伝送線路共振器２１５の回路である。
【００２０】
単位セル２０５は、誘電子Ｌｌに接続されたコンデンサＣｌを含み、その場合、「ｌ」は左手系伝送線路を表す。誘電子Ｌｌの他端は接地される。単位セル２０５は、別の単位セルに接続され、それは更に別の単位セルに接続され、・・・とされる。単位セル２０５は、マイクロ波デバイス４００に対してＮの時間繰り返される。
【００２１】
左手系伝送線路の分散関係は、
【数３】
0006931051.tif 000004
と表され、その場合、Δｘは単位セルの大きさであり、ｋｌは波動ベクトルである。分散関係とは、左手系伝送線路の共振モードが周波数領域において均等に分散されず、または離隔されないことを意味する。
【００２２】
左手系伝送線路の位相および群速度は、対向する向き
【数４】
0006931051.tif 000005
を有し、その場合、ｋはｋｌである。これは、波動は一方の方向に伝搬するが、エネルギーは他方の方向に伝搬することを意味する。この関係の１つの結果は、左手系伝送線路において、低周波数が短波長に対応することである。対照的に、分散関係が波動ベクトルとともに増加する右手系伝送線路において、低周波数は長波長に対応する。
【００２３】
左手系伝送線路の特性インピーダンスは、各単位セルに対して
【数５】
0006931051.tif 000006
である。
【００２４】
左手系伝送線路の低周波数限界は
【数６】
0006931051.tif 000007
である。低周波数限界とは、左手系伝送線路共振器２１５の最低共振周波数のことであり、２番目、３番目、４番目などの他の共振モードは、低周波数限界よりも高い（大きい）。
【００２５】
図７は、１つまたは複数の実施形態による、超伝導マイクロ波デバイス４００の回路の略図である。マイクロ波デバイス４００は、非線形分散媒体４０５に接続された左手系伝送線路共振器２１５を含む。一実装形態において、非線形分散媒体４０５は、ジョセフソン接合（ＪＪ）またはジョセフソン接合（ＪＪ）のアレイであることができる。マイクロ波デバイス４００は、互いに直列に接続された１つまたは複数の単位セル２０５を含む。
【００２６】
左手系伝送線路共振器２１５の反対端は、デバイスポート４１０に接続される。左手系伝送線路共振器２１５は、結合コンデンサ４１５を介してデバイスポート４１０に結合することができる。一実装形態において、デバイスポート４１０は、９０°または１８０°ハイブリッド結合器などのハイブリッド結合器であることができる。
【００２７】
デバイスポート４１０は、デバイス給電線に接続することができる。デバイス給電線は、半無限右手系伝送線路３１５であることができる。右手系伝送線路３１５は、中心導体と外部導体とを有する同軸ケーブル、マイクロストリップ、ストリップ線路などとして実装することができる。左手系伝送線路共振器２１５は、個別単位セルから組み立てられ、図４に示すような集中素子を使用して実現される。
【００２８】
マイクロ波デバイス４００または左手系伝送線路共振器２１５あるいはその両方は、対象の周波数範囲（例えば、３〜２０ＧＨｚ）において複数の共振モード、すなわち、高密度の共振モードを有する多モード共振器である。多モード共振器の共振モードに関連した高周波電流は、ＪＪ４０５の位置において最大である。したがって、ＪＪは、異なる共振モードに強力に結合する。言い換えれば、左手系伝送線路共振器２１５は、複数の共振モードを有することができる。
【００２９】
次に、説明はマイクロ波デバイス４００の動作に移る。マイクロ波ポンプ信号４５０が共振時にデバイスポート４１０を介して入力される。本明細書において説明するように、左手系伝送線路共振器２１５は、対象のマイクロ波周波数範囲において高密度の共振モードを有し、マイクロ波ポンプ信号４５０は、これらの共振モードのうちの１つにおいて入力される。同時にまたはほぼ同時に、量子信号４６０が、デバイスポート４１０を介してマイクロ波周波数において入力される。量子信号４６０は、マイクロ波ポンプ信号４５０と同じまたはほぼ同じ周波数において入力される。量子信号４６０は、スクイーズすべきである信号／光である。
【００３０】
マイクロ波ポンプ信号４５０は、この例ではＪＪまたはＪＪのアレイである非線形分散媒体４０５に強力に結合される。マイクロ波ポンプ信号４５０および量子信号４６０は、単位セル２０５中を伝搬／移動し、非線形分散媒体４０５と相互作用する。ポンプ信号４５０により、量子信号４６０はスクイーズされる。量子信号４６０は、入力マイクロ波ポンプ信号４５０と入力マイクロ波量子信号４６０との間の位相差により、直交位相のうちの一方においてスクイーズされ、他方の直交位相において増幅される。したがって、反射量子信号４６０’は、スクイーズド状態を示す。反射量子信号４６０’は、入力量子信号４６０のマイクロ波周波数（実装形態における入力ポンプ信号４５０と同じ）において反射され、それは左手系伝送線路共振器２１５の共振モードのうちの１つに対応する。対象のマイクロ波周波数において、左手系伝送線路共振器２１５がｆ１、ｆ２、ｆ３、．．．ｆＮにおいて共振周波数／モードを有し、その場合、Ｎは左手系共振器２１５の共振モードの最後であるとする。例えば、ポンプ信号４５０および量子信号４６０は、周波数ｆ１（例えば、４ＧＨｚ）において入力され、反射量子信号４６０’は、ポンプ信号４５０と量子信号４６０との間の位相差によりスクイーズされる。反射量子信号４６０’は、周波数ｆ１（例えば、４ＧＨｚ）において出力される。類推によって、同じマイクロ波デバイス４００は、ポンプ信号４５０および量子信号４６０の両方を周波数ｆ２（例えば、４．５ＧＨｚ）において印加し、それによって結果としてスクイーズされた反射量子信号４６０’となることによって、周波数ｆ２（例えば、４．５ＧＨｚ）において量子信号４６０をスクイーズするのに利用することができる。周波数ｆＮ（例えば、８．２ＧＨｚ）まで継続すると、同じマイクロ波デバイス４００は、ポンプ信号４５０および量子信号４６０の両方を周波数ｆＮ（例えば、８．２ＧＨｚ）において印加し、それによって、結果としてスクイーズされた反射量子信号４６０’（周波数ｆＮにおいて）となることによって、量子信号４６０を周波数ｆＮ（例えば、８．２ＧＨｚ）においてスクイーズするのに利用することができる。マイクロ波デバイス４００は、左手系伝送線路共振器２１５の共振周波数を調整する必要を有することなく、共振周波数／モードｆ１、ｆ２、ｆ３、．．．ｆＮにおいて（一致するポンプおよび量子周波数を使用して）スクイーズド状態を発生させるように構成されることを理解されたい。すなわち、左手系伝送線路共振器２１５が、例えば、対象のマイクロ波周波数範囲内（例えば、４〜２０ＧＨｚ）に２０の共振モードを有するので、異なる共振モードに対して働くように左手系伝送線路共振器２１５を調整する必要なしにである。
【００３１】
完全性のために、反射ポンプ信号４５０’もデバイスポート４１０の外に反射されることに留意されたい。コンデンサ（コンデンサ内の誘電材料を除いて）、伝送線路／導体４８０、４８２、ジョセフソン接合／ＤＣ−ＳＱＵＩＤ（薄い絶縁材料を除いて）、および共振器２１５、３１５を含むマイクロ波デバイス４００は、超伝導材料製である。さらに、ポート４１０または磁束量子線６０５（以下に説明する）あるいはその両方は、低損失常伝導金属製であり、または超伝導材料製であることができる。超伝導材料（約１０〜１００ミリケルビン（ｍＫ）または約４Ｋなどの低温における）の例には、ニオブ、アルミニウム、タンタルなどが含まれる。
【００３２】
入力量子信号４６０が入力ポンプ信号４５０と同相であるとき、これにより、反射量子信号４６０’は増幅される（この直交位相において信号および雑音の両方）。しかし、入力量子信号４６０が入力ポンプ信号４５０と９０°位相がずれている（直交している）とき、これにより、反射量子信号４６０’はスクイーズされる（この直交位相において信号および雑音の両方）。どちらの直交位相がスクイーズされ、どちらの直交位相が増幅されるかを設計することは、量子信号４６０とポンプ信号４５０との間の位相差（９０°位相がずれているかまたは同相である、すなわち、位相差が何もないことがある）に基づくことを当業者は理解する。
【００３３】
図７における回路の変形として、図８は、１つまたは複数の実施形態による、超伝導マイクロ波デバイス４００の回路の略図である。マイクロ波デバイス４００は、非線形分散媒体４０５に接続された左手系伝送線路共振器２１５を含む。しかし、この場合に、非線形分散媒体４０５は、ＪＪのアレイまたはＤＣ−ＳＱＵＩＤあるいはその両方である。マイクロ波デバイス４００の動作は、図７および８と同じあり、動作は繰り返して説明しない。
【００３４】
図８において、非線形分散媒体４０５は、外部磁束ΦＥＸＴを印加することによって調整することができる。磁束は、例えば、数メガヘルツ、数十メガヘルツ、または１ギガヘルツなど、ｆ１、ｆ２、ｆ３、．．．ｆＮの周りのある周波数範囲において共振周波数／モードｆ１、ｆ２、ｆ３、．．．ｆＮを上または下にシフトさせるのに利用することができる。
【００３５】
言い換えれば、磁束を何も印加しないとき左手系伝送線路共振器２１５の共振周波数／モードｆ１、ｆ２、ｆ３、．．．ｆＮは、例えば、５、５．１５、５．２５、６、６．５、７．．．２０ＧＨｚであるように設計される場合、共振周波数／モードｆ１、ｆ２、ｆ３、．．．ｆＮを１〜１００ＭＨｚだけ下にシフトさせるために磁束ΦＥＸＴを非線形分散媒体４０５（例えば、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ）に印加することができる。各共振周波数に対する周波数シフトの正確な量は、各共振モードに対するデバイスの総インダクタンスに対する印加した磁束による、非線形分散媒体４０５（例えば、ＤＣ−ＳＱＵＩＤ）のインダクタンス変化の作用により異なることがある。
【００３６】
図９は、１つまたは複数の実施形態による、変更を加えたマイクロ波デバイス４００の回路の略図である。図９におけるマイクロ波デバイス４００は、ここではオンチップ磁束量子線６０５を含む。これまでは、ポンプ信号は、量子信号４６０と全く同じように図７および８におけるデバイスポート４１０を通して駆動された。しかし、図９においては、ポンプ信号４５０は、共振周波数の２倍であるポンプ周波数ｆｐにおいてオンチップ磁束量子線６０５を通して駆動される。上記に説明したように、左手系伝送線路共振器２１５は、共振周波数／モードｆ１、ｆ２、ｆ３、．．．ｆＮを有し、これまでは、量子信号４６０およびポンプ信号４５０の両方は、同じ（またはほぼ同じ）共振周波数／モードｆ１、ｆ２、ｆ３、．．．ｆＮにおいて入力された（すなわち、一度に１つずつ）。
【００３７】
しかし、図９においては、入力ポンプ信号４５０は、相互インダクタンスによって非線形分散媒体４０５を駆動するためにオンチップ磁束量子線６０５上で伝送され、非線形分散媒体４０５は、ＤＣ−ＳＱＵＩＤまたはＤＣ−ＳＱＵＩＤのアレイである。また、入力ポンプ信号４５０は、マイクロ波デバイス４００の特定の共振周波数／モードの２ｘである周波数を有する。したがって、所与の共振周波数ｆ１（例えば、６ＧＨｚ）に対しては、ポンプ周波数ｆｐは２ｆ１（例えば、１２Ｈｚ）であり、量子信号周波数ｆｑはｆ１（例えば、６ＧＨｚ）である。したがって、反射量子信号４６０’は、ｆ１（例えば、６ＧＨｚ）である量子信号周波数ｆｑにおいてスクイーズド信号／光である。これは、ポンプ周波数ｆｐが２ｆ２であるとき、量子信号周波数ｆｑがｆ２であり、反射量子信号４６０’もｆｑ＝ｆ２にあり、・・・、ポンプ周波数ｆｐが２ｆＮであるとき、量子信号周波数ｆｑがｆＮであり、反射量子信号４６０’もｆｑ＝ｆＮにあるような、共振周波数／モードｆ１、ｆ２、ｆ３、．．．ｆＮのそれぞれに対して類似している。
【００３８】
図９により、量子信号４６０および反射量子信号４６０’は、それら自体のデバイスポート４１０を有することが可能になり、したがって、ポンプ信号４５０から分離される。マイクロ波デバイス４００は、量子信号４６０および反射量子信号４６０’に対して反射動作するように構成される。しかし、マイクロ波デバイス４００は、相互インダクタンスを通して非線形分散媒体４０５に結合されるオンチップ磁束量子線６０５のため、マイクロ波ポンプ信号４５０に対して伝送動作するように構成される。
【００３９】
図１０は、１つまたは複数の実施形態による、マイクロ波デバイス４００を形成する方法のフローチャート７００である。ブロック７０５において、左手系共振器２１５が少なくとも１つの単位セル２０５を含む。ブロック７１０において、非線形分散媒体４０５が、左手系共振器２１５の一端が非線形分散媒体４０５に接続され、左手系共振器２１５の反対端がポート４１０に接続されるように左手系共振器２１５に接続される。左手系共振器２１５および非線形分散媒体４０５は、（反射）量子信号４６０’をスクイーズド状態で出力するように構成される。
【００４０】
少なくとも１つの単位セル２０５は、第１の導体４８０および第２の導体４８２に接続される。第１の導体４８０は、非線形分散媒体４０５の第１の端部に接続され、第２の導体４８２は、非線形分散媒体４０５の第２の端部に接続される。少なくとも１つの単位セル２０５は、第１の導体４８０のノードにおいて互いに接続されたコンデンサＣｌと誘電子Ｌｌとを含み、誘電子Ｌｌの別の端部は、第２の導体４８２に接続される。
【００４１】
左手系共振器２１５は、対象のマイクロ波範囲において複数の共振モードｆ１、ｆ２、ｆ３、．．．ｆＮを有するように構成され、複数の共振モードは、均等に離隔されない。複数の共振モードは４〜２０ＧＨｚの間にある。
【００４２】
非線形分散媒体４０５は、図７に表すようにジョセフソン接合である。非線形分散媒体４０５は、図７および８に表すようにジョセフソン接合のアレイである。非線形分散媒体４０５は、図８および９に表すようにＤＣ−ＳＱＵＩＤである。非線形分散媒体４０５は、図８および９に表すようにＤＣ−ＳＱＵＩＤのアレイである。
【００４３】
図１１は、１つまたは複数の実施形態による、マイクロ波デバイス４００を使用してスクイーズド状態を発生させるための方法のフローチャート８００である。ブロック８０５において、複数の共振モードがある左手系共振器２１５を有するマイクロ波デバイス４００は、ポンプ信号４５０および量子信号４６０を受け取るように構成され、その場合、ポンプ信号４５０および量子信号４６０は、複数の共振モードのうちの第１の共振モードに（例えば、周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３、．．．ｆＮのうちの任意の１つに）ある。
【００４４】
ブロック８１０において、マイクロ波デバイス４００は、反射量子信号４６０’をスクイーズド状態で出力するように構成される。少数の状態例を図１、２、および３に示すが、当業者によって理解されるように、直交位相ＩおよびＱは、様々な程度までスクイーズできることが理解される。
【００４５】
マイクロ波デバイス４００は、左手系共振器２１５の複数の共振モードのうちのいずれかを調整する必要なく、ポンプ信号４５０および量子信号４６０を複数の共振モードのうちの第２の共振モード（例えば、周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３、．．．ｆＮのうちの別の１つ）において受け取り、反射量子信号４６０’をスクイーズド状態で出力するように構成される。非線形分散媒体４０５（マイクロ波デバイス４００の）は、左手系共振器２１５の複数の共振モードをシフトさせるために磁束ΦＥＸＴを受け取るように構成される。
【００４６】
図１２は、１つまたは複数の実施形態による、マイクロ波デバイス４００を使用してスクイーズド状態を発生させるための方法のフローチャート９００である。ブロック９０５において、複数の共振モードがある左手系伝送線路共振器２１５を有するマイクロ波デバイス４００は、ポンプ信号４５０および量子信号４６０を受け取るように構成され、その場合、量子信号４６０は、複数の共振モードのうちの第１の共振モードに（例えば、周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３、．．．ｆＮのうちの任意の１つに）あり、ポンプ信号は、複数の共振モードのうちの第１の共振モードの２倍に（例えば、量子信号４６０として周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３、．．．ｆＮのうちの同じ１つの２倍に）ある。ブロック９１０において、マイクロ波デバイス４００は、反射量子信号４６０’をスクイーズド状態で出力するように構成される。
【００４７】
図９に示すように、ポンプ信号４５０は、磁束量子線６０５を通して入力され、量子信号４６０は、マイクロ波デバイス４００に接続されたポート４１０を通して入力される。
【００４８】
実施形態の技術的利点は、マイクロ波デバイスと、マイクロ波デバイスを動作させるための技法とを様々に含む。マイクロ波デバイスの固有モードおよび印加されたポンプ・トーンの周波数によって設定されたある周波数において反射マイクロ波場のスクイーズド状態を発生させる機能は、所望のスクイーズド・モードの共振周波数またはその周波数の２倍のいずれかと一致することができる。この機能は、最先端のジョセフソン・パラメトリック増幅器（ＪＰＡ）が欠けている。何故なら、それらは概して単一の固有モードを有するように設計されるからである。また、技術的利点は、対象の周波数範囲（すなわち、３〜２０ＧＨｚ）において高密度のモードを有するように設計することができ（右手系伝送線路または集中素子製の共振器に比較して）、ＪＪ／ＤＣ−ＳＱＵＩＤ（すなわち、分散非線形媒体）に強力に結合する有限長の左手系伝送線路で形成されるマイクロ波共振器を含む。この多モード・プロパティ（multimode property）の結果として、マイクロ波デバイスは、異なる周波数（その共振周波数に対応する）においてマイクロ波場のオンデマンド・スクイーズド状態を発生させるのに使用することができる。これは、所望の共振周波数において（または磁束ポンピングの場合共振周波数の２倍において）ポンプ駆動を印加することによって実現することができる。他の技術的利点および優位性として、マイクロ波デバイスは、磁束を使用してデバイスの共振周波数を調整する必要なく、同じマイクロ波デバイスを使用して異なる周波数においてマイクロ波場のオンデマンド・スクイーズド状態を発生させることができる。
【００４９】
「約（ａｂｏｕｔ）」という用語およびその変形は、出願時に利用可能な機器に基づく特定の量の測定に関連した誤差の程度を含むことが意図されている。例えば、「約（ａｂｏｕｔ）」は、所与の値の±８％または５％、または２％の範囲を含むことができる。
【００５０】
本発明の実施形態による、方法、装置（システム）、およびコンピュータ・プログラム製品のフローチャートまたはブロック図あるいはその両方を参照して、本発明の態様を本明細書に説明している。フローチャートまたはブロック図あるいはその両方の各ブロック、およびフローチャートまたはブロック図あるいはその両方におけるブロックの組合せは、コンピュータ可読プログラム命令によって実装できることが理解されよう。
【００５１】
図におけるフローチャートおよびブロック図は、本発明の様々な実施形態による、システム、方法、およびコンピュータ・プログラム製品の可能な実装形態のアーキテクチャ、機能、および動作を示す。この点において、フローチャートまたはブロック図における各ブロックは、命令のモジュール、セグメント、または部分を表すことができ、それは指定された論理機能を実装するための１つまたは複数の実行可能な命令を含む。いくつかの代替実装形態において、ブロックにおいて記載された機能は、図において記載された順序以外で起きることができる。例えば、連続して示した２つのブロックは、実際、実質的に同時に実行することができ、またはブロックは、関与する機能により、逆の順序で実行できる場合がある。ブロック図またはフローチャートあるいはその両方の各ブロックは、およびブロック図またはフローチャートあるいはその両方におけるブロックの組合せは、指定された機能または動作を実施し、または特殊用途のハードウェアとコンピュータ命令との組合せを実行する、特殊用途のハードウェア・ベースのシステムによって実装できることも留意されよう。
【００５２】
本発明の様々な実施形態の説明を例示のために提示してきたが、網羅的であること、または本明細書に説明した実施形態に限定されることは意図されていない。多くの変更形態および変形形態は、説明した実施形態の範囲および思想から逸脱することなく当業者には明らかであろう。本明細書に使用した用語は、実施形態の原理、市場で見出される技術に対する実際の適用または技術的改善を最もよく説明するように、あるいは本明細書に説明した実施形態を他の当業者が理解することが可能になるように選択された。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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