约瑟夫森参量放大器（JPA）

读取一个超导量子比特，意味着要捕捉一个微弱到几乎触及物理极限的微波信号。等这个信号爬出低温冰箱、到达一个普通放大器时，放大器自身的噪声早已把它淹没。JPA是一个用约瑟夫森结做成的微型放大器，被安放在最冷的一级、紧挨着芯片，好让它在信号还干净的时候先放大一把。正是这第一把放大，让单次读取成为可能：在一次测量里就分辨出比特是0还是1，而不必把同一个实验平均上千次。

诀窍就藏在'参量'这个词里。JPA本质上是一个微波谐振器，而它的关键'参量'——电感——是由约瑟夫森结（常常排成一个SQUID环路）决定的。一个被称为泵浦的强微波音调让这个电感飞快地上下摆动。当一个频率约为泵浦一半的微弱信号到来时，泵浦便合着拍子把能量喂给它，于是它被放大输出。由于没有什么东西被迫耗散能量，JPA可以逼近标准量子极限，也就是任何相位不敏感放大器被允许添加的最小噪声，大约半个光子的量级。有些JPA工作在'压缩'模式下，能在一个正交分量上做得更好，代价是另一个分量变差。

诚实的代价是带宽和余量。因为JPA是一个谐振器，它只放大很窄的一段频率，往往只有几十兆赫，所以一次只能读取一个或少数几个比特，还得调谐到它们身上。泵浦得太猛它就会饱和或进入非线性；它的泵浦音调和反射功率也必须被小心地布线和隔离。正是这些限制，让这个领域转向行波参量放大器——用一条长长的非线性传输线换掉谐振器，从而放大宽得多的频段，尽管它体积更大、也更难干净地制造出来。