論文の概要: Microwave single-photon detection using a hybrid spin-optomechanical quantum interface

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2401.10455v1
• Date: Fri, 19 Jan 2024 02:00:38 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-01-22 17:08:52.180657
• Title: Microwave single-photon detection using a hybrid spin-optomechanical quantum interface
• Title（参考訳）: ハイブリッドスピンオプトメカニカル量子インタフェースを用いたマイクロ波単一光子検出
• Authors: Pratyush Anand, Ethan G. Arnault, Matthew E. Trusheim, and Dirk R. Englund
• Abstract要約: 単一マイクロ波光子を検出するためのハイブリッドスピン-オプトメカニカルインタフェースを提案する。 マイクロ波光子は圧電アクチュエータを介してフォノン共振器に結合される。
• 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: While infrared and optical single-photon detectors exist at high quantum efficiencies, detecting single microwave photons has been an ongoing challenge. Specifically, microwave photon detection is challenging compared to its optical counterpart as its energy scale is four to five orders of magnitude smaller, necessitating lower operating temperatures. Here, we propose a hybrid spin-optomechanical interface to detect single microwave photons. The microwave photons are coupled to a phononic resonator via piezoelectric actuation. This phononic cavity also acts as a photonic cavity with an embedded Silicon-Vacancy (SiV) center in diamond. Phonons mediate the quantum state transfer of the microwave cavity to the SiV spin, in order to allow for high spin-mechanical coupling at the single quantum level. From this, the optical cavity is used to perform a cavity-enhanced single-shot readout of the spin-state. Here, starting with a set of experimentally realizable parameters, we simulate the complete protocol and estimate an overall detection success probability $P_s^0$ of $0.972$, Shannon's mutual information $I^{0}(X;Y)$ of $0.82\ln(2)$, and a total detection time of $\sim2$ $\mu s$. We also talk about the experimental regimes in which $P_s^0$ tends to near unity and $I^{0}(X;Y)$ tends to $\ln(2)$ indicating exactly one bit of information retrieval about the presence or absence of a microwave photon.
• Abstract（参考訳）: 赤外および光単一光子検出器は高い量子効率で存在するが、単一マイクロ波光子を検出することは現在進行中の課題である。 特に、マイクロ波光子検出は、そのエネルギースケールが4桁から5桁小さく、低い動作温度を必要とするため、光学素子と比較すると困難である。 本稿では、単一マイクロ波光子を検出するためのハイブリッドスピンオプトメカニカルインタフェースを提案する。 マイクロ波光子は圧電アクチュエータを介してフォノン共振器に結合される。 この音速キャビティは、ダイヤモンドにケイ素空洞(SiV)を埋め込んだフォトニックキャビティとしても機能する。 フォノンは単一量子レベルで高いスピン-機械的カップリングを可能にするため、マイクロ波空洞のSiVスピンへの量子状態移動を媒介する。 このことから、光キャビティは、スピン状態のキャビティ強化シングルショット読み出しを行うために用いられる。 ここで、実験的に実現可能なパラメータのセットから、完全なプロトコルをシミュレートし、全体的な検出成功確率$P_s^0$$0.972$、シャノンの相互情報$I^{0}(X;Y)$$$0.82\ln(2)$、合計検出時間$\sim2$$\mu s$を推定する。 また、$P_s^0$がユニティに近づき、$I^{0}(X;Y)$が$\ln(2)$に近づき、マイクロ波光子の存在や不在について正確に1ビットの情報検索を示す実験的な状況についても述べる。

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