JCO：基于集总元件方法和谐平衡的非线性超导电路优化框架

《IEEE Transactions on Applied Superconductivity》：JCO: Optimization Framework for Nonlinear Superconducting Circuits Using a Lumped-Element Approach and Harmonic Balance

　　

摘要：

在本文中，我们介绍了JosephsonCircuitsOptimizer.jl（JCO），这是一个基于Julia语言的JosephsonCircuits.jl库的仿真与优化框架。该框架采用集总元件方法对包含约瑟夫森结（JJs）和其他非线性元件的超导电路进行建模，同时运用了谐波平衡技术（一种频域分析方法），从而提供了一种比传统时域仿真更高效的计算方式。JCO通过高斯过程实现贝叶斯优化算法，根据特定设备指标自动评估最优电路参数，并确定能够实现预定性能函数的最佳工作点。这使得该框架特别适用于具有强非线性和高维耦合设计参数的电路。为了展示其功能，我们重点优化了一种基于超导非线性不对称电感元件（SNAILs）的约瑟夫森行波参量放大器（JTWPA），该放大器工作在三波混频（3WM）模式下。该器件由多个单元格组成，每个单元格内包含一个带有多个约瑟夫森结的环路，能够在接近量子噪声极限的情况下放大微弱量子信号。通过整合高效的仿真和优化策略，该框架能够系统地开发适用于各种应用的超导电路。