論文の概要: Microwave single-photon detection using a hybrid spin-optomechanical quantum interface
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2401.10455v2
- Date: Fri, 17 Jan 2025 21:03:46 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-01-22 19:37:18.727159
- 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光子検出
- Authors: Pratyush Anand, Ethan G. Arnault, Matthew E. Trusheim, Kurt Jacobs, 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。
これらの結果から,マイクロ波域での低雑音・高効率単一光子検出が可能であることが示唆された。
- 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: Semiconductor single-photon detectors cannot be straightforwardly adapted for the microwave regime, primarily because microwave photons carry far less energy and thus require cryogenic temperatures and specialized architectures. Here, we propose a hybrid spin-optomechanical interface to detect single microwave photons where the microwave photons are coupled to a phononic resonator via piezoelectric actuation. This phononic cavity also acts as a photonic cavity with either a single embedded Silicon-Vacancy (SiV) center in diamond or an ensemble of these centers, bridging optical single-photon detection protocols into the microwave domain. We model the detection process as a communication channel whose capacity is quantified by the mutual information \(I(A;B)\) between the true photon occupancy (A) and the detector outcome (B). Depending on experimentally achievable parameters, simulations predict \(I(A;B)\) in the range \(0.57\,\ln(2)\) to \(0.67\,\ln(2)\), corresponding to true-positive (detection) probabilities above 90\% and false-positive (dark count) probabilities below 10\% per detection interval. These results suggest a viable path to low-noise, high-efficiency single-photon detection at microwave frequencies.
- Abstract（参考訳）: 半導体単光子検出器はマイクロ波系に簡単に適応できないが、主にマイクロ波光子がはるかに少ないエネルギーを消費するため、低温と特殊なアーキテクチャを必要とする。
本稿では、電子レンジ光子を圧電アクチュエータを介して共振器に結合した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。
この音波キャビティは、ダイヤモンドに1つのSiV(Si-Vacancy)中心を埋め込んだフォトニックキャビティとしても機能し、電子領域に光単光子検出プロトコルをブリッジする。
我々は、検出過程を、真の光子占有率(A)と検出結果(B)の相互情報(I(A;B)\)によってキャパシティを定量化した通信チャネルとしてモデル化する。
実験的に達成可能なパラメータによって、シミュレーションは、(0.57\,\ln(2)\) から \(0.67\,\ln(2)\) の範囲で \(I(A;B)\) を予測する。
これらの結果から,マイクロ波域での低雑音・高効率単一光子検出が可能であることが示唆された。
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