論文の概要: Searching for Dark Matter with a Superconducting Qubit
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2008.12231v3
- Date: Fri, 26 Feb 2021 17:42:02 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-04 19:39:45.274476
- Title: Searching for Dark Matter with a Superconducting Qubit
- Title（参考訳）: 超伝導量子ビットを用いた暗黒物質の探索
- Authors: Akash V. Dixit, Srivatsan Chakram, Kevin He, Ankur Agrawal, Ravi K.
Naik, David I. Schuster, and Aaron Chou
- Abstract要約: 軸イオン隠蔽光子のような低質量ボソニック暗黒物質候補の検出機構は、電磁場との潜在的な相互作用を利用する。
本稿では,新しいマイクロ波光子計数法と隠蔽光子暗黒物質に対する新しい排除限界について報告する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.0590294143351064
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Detection mechanisms for low mass bosonic dark matter candidates, such the
axion or hidden photon, leverage potential interactions with electromagnetic
fields, whereby the dark matter (of unknown mass) on rare occasion converts
into a single photon. Current dark matter searches operating at microwave
frequencies use a resonant cavity to coherently accumulate the field sourced by
the dark matter and a near standard quantum limited (SQL) linear amplifier to
read out the cavity signal. To further increase sensitivity to the dark matter
signal, sub-SQL detection techniques are required. Here we report the
development of a novel microwave photon counting technique and a new exclusion
limit on hidden photon dark matter. We operate a superconducting qubit to make
repeated quantum non-demolition measurements of cavity photons and apply a
hidden Markov model analysis to reduce the noise to 15.7 dB below the quantum
limit, with overall detector performance limited by a residual background of
real photons. With the present device, we perform a hidden photon search and
constrain the kinetic mixing angle to $\epsilon \leq 1.68 \times 10^{-15}$ in a
band around 6.011 GHz (24.86 $\mu$eV) with an integration time of 8.33 s. This
demonstrated noise reduction technique enables future dark matter searches to
be sped up by a factor of 1300. By coupling a qubit to an arbitrary quantum
sensor, more general sub-SQL metrology is possible with the techniques
presented in this work.
- Abstract（参考訳）: axionやhidden photonのような低質量ボソニック暗黒物質候補の検出機構は、電磁場との潜在的な相互作用を利用して、稀にダークマター(未知質量)が1つの光子に変換される。
マイクロ波周波数で動作する現在のダークマターサーチでは、共鳴キャビティを用いてダークマターによって引き起こされる磁場をコヒーレントに蓄積し、ほぼ標準量子制限(SQL)線形増幅器でキャビティ信号を読み取る。
ダークマター信号に対する感度をさらに高めるためには、サブsql検出技術が必要である。
本稿では,新しいマイクロ波光子計数法と隠れ光子暗黒物質に対する新たな排除限界について述べる。
超伝導量子ビットを運用し、キャビティ光子の繰り返し量子非退化測定を行い、ノイズを量子限界より15.7db低くするために隠れマルコフモデル解析を適用し、全体的な検出器性能は実光子の残差によって制限される。
本装置では,隠れた光子探索を行い,8.33秒の積分時間を持つ約6.011ghz (24.86$\mu$ev)のバンドにおいて,運動混合角を$\epsilon \leq 1.68 \times 10^{-15}$に制限する。
このノイズ低減技術により、将来の暗黒物質探索を1300倍に高速化することができる。
量子ビットを任意の量子センサに結合することにより、この研究で提示された技術によりより一般的なSQLサブSQLメトロジーが可能になる。
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