論文の概要: Quantum metrology of low frequency electromagnetic modes with frequency upconverters
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2210.05576v2
- Date: Fri, 12 Jul 2024 16:57:21 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-07-16 06:06:24.327453
- Title: Quantum metrology of low frequency electromagnetic modes with frequency upconverters
- Title（参考訳）: 周波数アップコンバータを用いた低周波電磁モードの量子力学
- Authors: Stephen E. Kuenstner, Elizabeth C. van Assendelft, Saptarshi Chaudhuri, Hsiao-Mei Cho, Jason Corbin, Shawn W. Henderson, Fedja Kadribasic, Dale Li, Arran Phipps, Nicholas M. Rapidis, Maria Simanovskaia, Jyotirmai Singh, Cyndia Yu, Kent D. Irwin,
- Abstract要約: RQUは、超伝導ループとジョセフソン接合からなるジョセフソン干渉計を用いて、低周波電磁モードとマイクロ波Cバンドのモードの間のパラメトリック相互作用を実装している。
我々は量子増幅器理論を用いてRQUの性能を解析し、RQUがこの周波数範囲で量子制限オプアンプとして動作可能であることを示す。
RQUを用いて低周波からマイクロ波Cバンドへの信号アップコンバージョンを示し、完全なBAEの実現に向けた必要なステップである46.9$;dBの位相感度利得(指数比)を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We present the RF Quantum Upconverter (RQU) and describe its application to quantum metrology of electromagnetic modes between dc and the Very High Frequency band (VHF) ($\lesssim$300MHz). The RQU uses a Josephson interferometer made up of superconducting loops and Josephson junctions to implement a parametric interaction between a low-frequency electromagnetic mode (between dc and VHF) and a mode in the microwave C Band ($\sim$ 5GHz), analogous to the radiation pressure interaction between electromagnetic and mechanical modes in cavity optomechanics. We analyze RQU performance with quantum amplifier theory, and show that the RQU can operate as a quantum-limited op-amp in this frequency range. It can also use non-classical measurement protocols equivalent to those used in cavity optomechanics, including back-action evading (BAE) measurements, sideband cooling, and two-mode squeezing. These protocols enable experiments using dc--VHF electromagnetic modes as quantum sensors with sensitivity better than the Standard Quantum Limit (SQL). We demonstrate signal upconversion from low frequencies to microwave C band using an RQU and show a phase-sensitive gain (extinction ratio) of $46.9$\;dB, which is a necessary step towards the realization of full BAE.
- Abstract（参考訳）: 本稿では、RF量子アップコンバータ(RQU)と、そのdcと超高周波数帯域(VHF)間の電磁モードの量子メトロジーへの応用について述べる(\lesssim$300MHz)。
RQUは、超伝導ループとジョセフソン接合からなるジョセフソン干渉計を用いて、低周波電磁モード(dcとVHF)とマイクロ波Cバンド(\sim$5GHz)のパラメトリック相互作用を実装する。
我々は量子増幅器理論を用いてRQUの性能を解析し、RQUがこの周波数範囲で量子制限オプアンプとして動作可能であることを示す。
また、バックアクション回避(BAE)測定、サイドバンド冷却、二モードスクイーズなど、キャビティ光学で使用されるものと同等の古典的な測定プロトコルを使用することもできる。
これらのプロトコルは、標準量子限界(SQL)よりも感度のよい量子センサとして、dc--VHF電磁モードを用いた実験を可能にする。
RQUを用いて低周波からマイクロ波Cバンドへの信号アップコンバージョンを示し、完全なBAEの実現に向けた必要なステップである46.9$\;dBの位相感度ゲイン(指数比)を示す。
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