論文の概要: Quantum dual-path interferometry scheme for axion dark matter searches
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2201.08291v4
- Date: Thu, 7 Sep 2023 12:18:59 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-09-08 18:27:58.715280
- Title: Quantum dual-path interferometry scheme for axion dark matter searches
- Title（参考訳）: アクシオンダークマター探索のための量子デュアルパス干渉法
- Authors: Qiaoli Yang, Yu Gao, Zhihui Peng
- Abstract要約: 磁場で透過された低温キャビティでは, キャビティ品質係数$Q$により, 1軸光子変換率が向上する。
アクシオンキャビティは、時間的分離を持つ単一光子を放出する量子デバイスと見なすことができる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.1954332045623421
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We propose a dual-path interferometry amplification configuration in cavity
axion dark matter searches. We show quantum-mechanically that in a
low-temperature cavity permeated by a magnetic field, the single axion-photon
conversion rate is enhanced by the cavity quality factor $Q$ and quantitatively
larger than the classical result by a factor $\pi/2$. Under modern cryogenic
conditions, thermal photons in the cavity are negligible; thus, the axion
cavity can be considered a quantum device emitting single photons with temporal
separations. This differs from the classical picture in which axions transition
in batches and the converted energy accumulates in the electromagnetic field
inside the cavity. It reveals a possibility for the axion cavity experiment to
handle the signal sensitivity at the quantum level, e.g., cross-power and
second-order correlation measurements. The correlation of photon field
quadratures in the amplification chain within current technology enhances the
signal-to-noise ratio compared with a single-path amplification scheme based on
a high electronic mobility transistor amplifier or Josephson Parametric
Amplifiers (JPAs). In particular, it is useful to combine the dual-path
interferometry scheme with other techniques, e.g., JPAs, to overcome the
inevitable microwave signal insertion loss (normally $\sim-3\,$dB) in the
channels between the cavity and the quantum-limited amplifiers. This
enhancement would greatly reduce the signal scanning time to improve the
sensitivity of the axion-photon coupling. In addition, the second-order
correlation function measurement in the dual-path scheme can provide an
additional verification of whether the candidate signals are axion converted or
other noises.
- Abstract（参考訳）: キャビティ・アクシオン・ダークマター探索におけるデュアルパス干渉法増幅構成を提案する。
磁場によって透過された低温キャビティにおいて, 1軸光子の変換速度は, キャビティ品質係数$Q$で向上し, 古典的な結果よりも約$\pi/2$で定量的に大きくなることを示す。
現代の低温条件下では、キャビティ内の熱光子は無視できるため、アクシオンキャビティは時間的分離を伴う単一光子を放出する量子デバイスと見なすことができる。
これは、アキソンがバッチで遷移し、変換エネルギーがキャビティ内の電磁場に蓄積する古典的な図とは異なる。
これは、例えば、クロスパワーと2次相関測定のような量子レベルでの信号感度を扱うためのアクシオンキャビティ実験の可能性を明らかにする。
現在の技術における増幅鎖における光子場4次構造の相関は、高い電子移動度トランジスタ増幅器やJosephson Parametric Amplifiers (JPAs) に基づく単一パス増幅方式と比較して信号対雑音比を高める。
特に、共振器と量子制限増幅器の間のチャネルにおける避けられないマイクロ波信号挿入損失(通常$\sim-3\,$dB)を克服するために、二重パス干渉法とJPAなどの他の手法を組み合わせることは有用である。
この強化により信号走査時間が大幅に短縮され、軸-光子結合の感度が向上する。
さらに、二重パス方式の2次相関関数測定により、候補信号がアクシオン変換されているかその他の雑音であるかどうかのさらなる検証を行うことができる。
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