論文の概要: Continuous wideband microwave-to-optical converter based on
room-temperature Rydberg atoms
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2302.08380v2
- Date: Wed, 11 Oct 2023 16:07:15 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-10-16 04:12:48.941951
- Title: Continuous wideband microwave-to-optical converter based on
room-temperature Rydberg atoms
- Title（参考訳）: 室温Rydberg原子を用いた連続広帯域マイクロ波-光変換器
- Authors: Sebastian Bor\'owka, Uliana Pylypenko, Mateusz Mazelanik, Micha{\l}
Parniak
- Abstract要約: 我々は、Rydberg原子を用いて、室温でも光およびマイクロ波光子の自然な広帯域結合を可能にし、控えめな設定を用いる。
我々は,Rydberg原子のアンサンブルを用いた近赤外光信号に対して,自由空間6波混合法を用いて,13.9mathrmGHzの連続波変換を行う。
Rydbergフォトニックコンバータは、前代未聞の変換ダイナミックレンジが57マンスムdB$で、広帯域の変換帯域は16マンスムMHz$である。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The coupling of microwave and optical systems presents an immense challenge
due to the natural incompatibility of energies, but potential applications
range from optical interconnects for quantum computers to next-generation
quantum microwave sensors, detectors or coherent imagers. Several engineered
platforms have emerged that are constrained by specific conditions, such as
cryogenic environments, impulse protocols, or narrowband fields. Here we employ
Rydberg atoms that allow for the natural wideband coupling of optical and
microwave photons even at room temperature and with the use of a modest setup.
We present continuous-wave conversion of a $13.9\ \mathrm{GHz}$ field to a
near-infrared optical signal using an ensemble of Rydberg atoms via a
free-space six-wave mixing process, designed to minimize noise interference
from any nearby frequencies. The Rydberg photonic converter exhibits an
unprecedented conversion dynamic range of $57\ \mathrm{dB}$ and a wide
conversion bandwidth of $16\ \mathrm{MHz}$. Using photon counting, we
demonstrate the readout of photons of free-space $300\ \mathrm{K}$ thermal
background radiation at $1.59\
\mathrm{nV}\mathrm{cm}^{-1}(\mathrm{rad}/\mathrm{s})^{-1/2}$ ($3.98 \
\mathrm{nV}\mathrm{cm}^{-1}\mathrm{Hz}^{-1/2}$) with the sensitivity down to
$3.8\ \mathrm{K}$ of noise-equivalent temperature, allowing us to observe
Hanbury Brown and Twiss interference of microwave photons.
- Abstract（参考訳）: マイクロ波と光学系の結合は、エネルギーの自然な非互換性から大きな課題となっているが、量子コンピュータの光インターコネクトから次世代量子マイクロ波センサ、検出器、コヒーレント撮像器に至るまで、潜在的な応用範囲は幅広い。
低温環境、インパルスプロトコル、狭帯域フィールドなど、特定の条件で制約されるいくつかのエンジニアリングプラットフォームが出現している。
ここでは、Rydberg原子を用いて、室温でも光およびマイクロ波光子の自然な広帯域結合を可能とし、控えめな設定を用いる。
我々は、近接周波数からのノイズ干渉を最小限に抑えるために、Rydberg原子のアンサンブルを用いて、13.9\ \mathrm{GHz}$フィールドを近赤外光信号に連続波変換する。
rydbergphotonicコンバータは、前代未聞の変換ダイナミックレンジが$57\ \mathrm{db}$、広い変換帯域幅が$16\ \mathrm{mhz}$である。
光子計数を用いて、自由空間300\ \mathrm{k}$ 熱背景放射を1.59\ \mathrm{nv}\mathrm{cm}^{-1}(\mathrm{rad}/\mathrm{s})^{-1/2}$="3.98 \ \ \mathrm{nv}\mathrm{cm}^{-1}\mathrm{hz}^{-1/2}$) で読み出し、感度を3.8\ \ \mathrm{k}$ ノイズ等価温度まで下げ、ハンベリーブラウンとtwiss干渉を観測できることを示した。
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