《Nature Communications》：Coherent microwave comb generation via the Josephson effect
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本项研究致力于解决高频谱纯度、低功耗集成化微波频率源的瓶颈问题。研究人员利用超导量子干涉器件（SQUID）中的交流约瑟夫森效应，通过时变磁驱动周期性产生电压脉冲，成功在芯片上生成了覆盖高达46个模式的相干微波频率梳。其单谐波发射功率在4-8 GHz带宽内具有40 dB的动态范围（-170 dBm至-130 dBm）。这项成果将光学频率梳技术成功移植到固态领域，为量子技术等领域提供了全新的、具有微米级尺寸和超低功耗特性的片上信号生成方案。
在精密测量领域，频率梳因其谱线间的完美相干性而成为一把极其精准的“光尺”。如今，光学频率梳技术已相当成熟，但在从吉赫兹到太赫兹的频谱范围内，如何在芯片上构建一个既低损耗又能产生相干频率梳的发射源，仍是悬而未决的挑战。这限制了相关技术在便携化、集成化量子系统中的应用前景。
为解决这一难题，研究人员将目光投向了超导电路。这项发表在《Nature Communications》上的研究，创新性地利用超导量子干涉器件（Superconducting Quantum Interference Device, SQUID）中的交流约瑟夫森效应（ac Josephson effect），成功在芯片上演示了相干微波频率梳的生成。
为开展研究，作者主要采用了以下关键技术方法：核心是基于SQUID的超导器件设计与微纳加工技术；通过施加精密的时变磁场作为驱动源，在SQUID中诱导出周期性的电压脉冲，其频谱即构成频率梳；并利用低温微波测量系统对生成频率梳的谱线功率、相干性及动态范围等关键参数进行表征。
主要研究结果如下：
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相干微波频率梳的生成：通过向SQUID施加一个时间依赖的磁性驱动，研究人员成功在器件中产生了周期性的电压脉冲。在频域中，这些脉冲表现为一个包含多达46个谱模（文章中报告至46模）的频率梳，直接证明了利用约瑟夫森效应产生多频相干信号的可行性。
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发射功率与动态范围表征：测量显示，在器件层面，每个谐波的发射功率在-170 dBm至-130 dBm之间。在4-8 GHz的带宽内，功率动态范围达到了40 dB，这表明生成的频率梳不仅谱线丰富，而且具有可观的信号强度和良好的功率均匀性。
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器件的微型化与低功耗特性：研究所用的频率梳发生器具有微米尺度的尺寸，并且得益于超导系统的本征特性，其功耗极低。这种微型化和低损耗的特点，为其与需要极低噪声环境的先进低温电子学（例如超导量子比特读出电路）进行集成铺平了道路。
研究结论与意义：
本研究成功演示了一种基于超导量子干涉器件和约瑟夫森效应的片上相干微波频率梳生成器。该方法产生的频率梳具有谱模多、动态范围大、相位相干性好的特点。更重要的是，该方案充分发挥了超导系统微米级集成 footprint 和超低功耗的天然优势。这项工作标志着将成熟的光学频率梳技术向固态领域，特别是超导量子电路平台的一次重要移植。它不仅为量子计算中的多频率信号生成与同步、量子传感中的高精度测量提供了全新的硬件基础，也为在更广泛的微波至太赫兹频段开发紧凑、高效的集成化频率源开辟了新的技术路径，有望催生量子技术领域的新应用。
