We report the design, fabrication, and characterization of parametric amplifiers based on nonlinearities arising from current-induced pair-breaking in high kinetic inductance superconducting nanowires. We call these devices microwave entangler circuits (MEC), as they are intended for use in cluster state generation. The MECs are implemented as high quality factor lumped-element LC resonators and designed to support three-wave mixing, targeting a resonance frequency of 4.5 GHz and total loss rates below 2 MHz. Fabrication involved sputtering of 14 nm NbTiN films followed by lithography and reactive ion etching to define the nanoscale circuits.

Resonator properties were characterized in a rapid thermal cycle cryostat at temperatures down to 1.7 K to extract the resonant frequency, and both internal and external loss rates. Parametric amplification from three-wave mixing was demonstrated with the application of a combined DC bias and high-frequency pump. Both signal and idler gain were observed, with gain up to 18 dB. A theoretical framework was also developed to model the operation of the MECs. The models help explain the observed gain and nonlinear response. This work lays the groundwork for future cluster state generation experiments.

I detta examensarbete presenteras designen, tillverkningen och karaktäriseringen av parameteriska förstärkare baserade på de icke-linjäriteter som uppstår genom ströminducerad parbrytning i supraledande nanotrådar med hög kinetisk induktans. Vi kallar dessa apparater Microwave Entangler Circuits (MEC), eller sammanflätande mikrovågskretsar, eftersom de är avsedda för att generera klustertillstånd. MEC:arna är implementerade som LC-kretsar med högt godhetstal och är konstruerade för trevågsblandning, med en resonansfrekvens på 4,5 GHz och en total dämpning under 2 MHz. Tillverkningen bygger på förstoftning av NbTiN-filmer om 14 nm följt av litografi och reaktiv jonetsning för att definera kretsarna i nanoskala.

Kretsarnas egenskaper karaktäriserades i en kryostat för snabba temperaturcykler vid temperaturer ned till 1,7 K för att bestämma deras resonansfrekvens samt intern och extern dämpning. Parametrisk förstärkning genom trevågsblandning demonstrerades genom den kombinerade appliceringen av en likström och en högfrekvent pumpsignal. Förstärkning av både signal- och idlervågor kunde observeras, med förstärkning upp till 18 dB. En teoretisk modell för MEC:ernas funktion utvecklades också. Modellen ger en god beskrivning av den observerade förstärkningen och kretsarnas icke-linjära respons. Detta arbete lägger grunden för framtida experiment med generering av klustertillstånd.