行波参量放大器(TWPAs)磁屏蔽
行波参量放大器(TWPAs)磁屏蔽是专为超导行波参量放大器、量子微波探测系统、低温量子读出电路打造的极低温高精度磁屏蔽组件,采用多层低温级 MuMETAL 坡莫合金复合嵌套成型,完整包裹制冷机内部 TWPA 芯片、超导传输线与谐振回路。
超导 TWPA 依靠超导材料实现极低噪声微波信号放大,对地磁场、制冷机励磁线圈漏磁、工频杂散磁场、周边电路交变磁通极其敏感,外部微弱磁场会破坏超导态、抬升系统噪声、压缩增益带宽、造成信号相位漂移,直接降低量子比特读出保真度。
本屏蔽依托多层梯度磁分流机制,在 mK 级极低温环境下构建低梯度、近零磁本底工作区间,隔绝内外磁场扰动,稳定超导放大性能,广泛用于超导量子计算、单光子微波探测、量子精密测量、低温弱信号读出等前沿科研平台。
采用多层同轴嵌套闭环屏蔽结构,低温工况下静磁屏蔽效能呈指数级提升,解决普通单层屏蔽在稀释制冷机低温环境磁导率大幅下滑、屏蔽失效的痛点;
低温专用退火 MuMETAL 材质,极低矫顽力、近零剩磁,冷热循环无磁化残留,不会引入局部磁场梯度干扰超导器件工作基准;
屏蔽腔体预留微波馈线、直流偏置引线通道,屏蔽接缝做磁桥补偿处理,无磁漏缺口,不破坏微波传输特性、不增加系统插入损耗;
低热导结构设计,屏蔽层热阻高,不会给稀释制冷机带来额外热负载,保障 mK 级低温稳定维持;
整体密闭无粉尘析出、无挥发杂质,适配超高真空极低温洁净环境,可按不同型号 TWPA 芯片尺寸定制,兼容各类商用与自研低温量子放大模块,新机配套与设备改造均可适配。
该 TWPA 专用磁屏蔽具备极低温宽域稳定磁抑制能力,可高效衰减直流地磁场、50Hz 工频交变磁场与制冷设备动态杂磁,将芯片工作区残余磁场压制至皮特斯拉区间,大幅降低磁致超导退化、噪声抬升、增益波动等问题;
材料磁性能低温稳定性优异,10mK~4K 全温区间磁导率无明显衰减,上千次冷热循环后屏蔽效能无劣化,长期连续量子运算无基线漂移;
屏蔽内部磁场梯度极低,全域磁环境均匀,保证多通道阵列 TWPA 增益、相位一致性;结构刚性强、抗微振动,隔绝制冷机振动耦合带来的微磁扰动,不劣化微波信号信噪比;
长期低温真空工况无磁疲劳、无材质老化,持续维持超导参量放大器低噪声、高保真读出性能。
| 检测指标 | 技术参数 | 参数说明 |
|---|---|---|
| 直流静磁场屏蔽衰减率 | ≥99% | 对地磁场、静态杂磁实现万倍以上衰减 |
| 工频磁场屏蔽衰减率 | ≥97%(50Hz~10kHz) | 抑制制冷机、电源交变漏磁干扰 |
| TWPA 芯片区域残余磁场 | ≤3pT | 构建量子级超纯净零磁低温工作环境 |
| 内部磁场梯度 | ≤0.03nT/mm | 避免局部磁偏置造成超导增益不均 |
| 磁致噪声恶化抑制率 | ≥96% | 大幅降低磁场引发的系统噪声抬升 |
| 适配工作温区 | 10mK ~ 4K | 适配稀释制冷机、液氦低温平台 |
| 主体材质 | 多层低温退火 MuMETAL 高导磁合金 | 极低温下保持高磁导率、低剩磁特性 |
| 结构形式 | 多层同轴嵌套闭环腔体,带馈线屏蔽通道 | 磁桥补偿接缝,无磁漏死角 |
| 冷热循环稳定性 | ≥1000 次循环无性能衰减 | 耐受频繁升温降温工况 |
| 设计使用寿命 | ≥50 万小时 | 长期低温量子实验屏蔽性能稳定 |