論文の概要: Bolometer operating at the threshold for circuit quantum electrodynamics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2008.04628v1
- Date: Tue, 11 Aug 2020 11:13:04 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-06 13:59:39.682383
- Title: Bolometer operating at the threshold for circuit quantum electrodynamics
- Title（参考訳）: 回路量子電磁力学のしきい値で動作するボロメータ
- Authors: R. Kokkoniemi, J.-P. Girard, D. Hazra, A. Laitinen, J. Govenius, R. E.
Lake, I. Sallinen, V. Vesterinen, P. Hakonen, M. M\"ott\"onen
- Abstract要約: 実験では,30, rmzW/sqrtrmHz$の雑音等価パワーを持つボルメータを, 現在の記録と同等に実証した。
この改良は、グラフェン単層を極めて低い比熱を持つ活性物質として利用することに起因する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Radiation sensors based on the heating effect of the absorbed radiation are
typically relatively simple to operate and flexible in terms of the input
frequency. Consequently, they are widely applied, for example, in gas
detection, security, THz imaging, astrophysical observations, and medical
applications. A new spectrum of important applications is currently emerging
from quantum technology and especially from electrical circuits behaving
quantum mechanically. This circuit quantum electrodynamics (cQED) has given
rise to unprecedented single-photon detectors and a quantum computer supreme to
the classical supercomputers in a certain task. Thermal sensors are appealing
in enhancing these devices since they are not plagued by quantum noise and are
smaller, simpler, and consume about six orders of magnitude less power than the
commonly used traveling-wave parametric amplifiers. However, despite great
progress in the speed and noise levels of thermal sensors, no bolometer to date
has proven fast and sensitive enough to provide advantages in cQED. Here, we
experimentally demonstrate a bolometer surpassing this threshold with a noise
equivalent power of $30\, \rm{zW}/\sqrt{\rm{Hz}}$ on par with the current
record while providing two-orders of magnitude shorter thermal time constant of
500 ns. Importantly, both of these characteristic numbers have been measured
directly from the same device, which implies a faithful estimation of the
calorimetric energy resolution of a single 30-GHz photon. These improvements
stem from the utilization of a graphene monolayer as the active material with
extremely low specific heat. The minimum demonstrated time constant of 200 ns
falls greatly below the state-of-the-art dephasing times of roughly 100 {\mu}s
for superconducting qubits and meets the timescales of contemporary readout
schemes thus enabling the utilization of thermal detectors in cQED.
- Abstract（参考訳）: 吸収された放射線の加熱効果に基づく放射センサは、通常、入力周波数の観点から操作が比較的簡単で柔軟である。
そのため、ガス検出、セキュリティ、thzイメージング、天体物理観測、医療用途など、広く応用されている。
量子技術、特に量子力学的に動く電気回路から、新しい重要な応用のスペクトルが現われつつある。
この回路量子電磁力学(cQED)は、前例のない単一光子検出器と量子コンピュータを特定のタスクで古典的スーパーコンピュータに優越させた。
温度センサは、量子ノイズに悩まされず、より小さく、よりシンプルで、一般的な移動波パラメトリック増幅器よりも6桁ほど少ない電力を消費するため、これらのデバイスを強化するのに魅力的である。
しかし、熱センサーの速度とノイズレベルが大幅に向上したにもかかわらず、これまでのボロメーターはcQEDの利点を提供するのに十分な速度と感度が証明されていない。
ここでは,このしきい値を超えるボロメータを,現在の記録と同等に$30\, \rm{zW}/\sqrt{\rm{Hz}}$で実証するとともに,500 nsの温度定数を2次短縮した。
重要なことに、これらの特徴数はどちらも同じ装置から直接測定されており、これは単一の30GHz光子のエネルギー分解能を忠実に推定することを意味する。
これらの改良は、グラフェン単層を極めて低い比熱を持つ活性物質として利用することに起因する。
200 nsの最小実証時間定数は、超伝導量子ビットの約100 {\mu}の最先端のデファスメント時間を大幅に下回り、現在の読み出しスキームのタイムスケールを満たし、cqedにおける熱検出器の利用を可能にする。
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