論文の概要: Continuously Expanding the Response Frequency of Rydberg Atom-Based Microwave Sensor by Using Quantum Mixer

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.17088v1
• Date: Wed, 24 Jul 2024 08:34:49 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-07-25 14:23:43.963797
• Title: Continuously Expanding the Response Frequency of Rydberg Atom-Based Microwave Sensor by Using Quantum Mixer
• Title（参考訳）: 量子ミキサーを用いたライドバーグ原子系マイクロ波センサの応答周波数連続拡大
• Authors: Sheng-Xian Xiao, Tao Wang,
• Abstract要約: 我々は、制御された駆動場と量子ミキサーとヘテロダイン技術を組み合わせて応答周波数範囲を拡大する。 その結果,Rydberg原子系MW受信機は感度が高く,帯域幅も極めて広いことが判明した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.821019887657395
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Microwave electric (MW) field measurements utilizing Rydberg atoms have witnessed significant advancements, achieving remarkable sensitivity, albeit limited to discrete MW frequencies resonant with Rydberg states. Recently, various continuous-frequency measurement schemes have emerged. However, when the MW detuning surpasses 1 GHz, the sensitivity degrades by over an order of magnitude compared to resonant measurements. In this paper, we successfully extend the response frequency range by harnessing a controlled driving field in conjunction with a quantum mixer and heterodyne technology, theoretically enabling infinite scalability. Notably, second-order effects stemming from quantum mixing necessitate careful consideration to ensure accurate electric field measurements. In addition, compared to resonant measurements, the sensitivity decline for far-detuned MW fields exceeding 1 GHz is less than twice, representing a significant improvement of several orders of magnitude over alternative schemes. Furthermore, the sensitivity of far-detuned MW fields can be efficiently enhanced by augmenting the intensity and frequency of the controlled field. For detunings ranging from 100 MHz to 2 GHz, we present optimal sensitivity values and the corresponding methods to achieve them. Our findings pave the way for Rydberg atom-based MW receivers characterized by both high sensitivity and an exceptionally broad bandwidth.
• Abstract（参考訳）: ライドバーグ原子を用いたマイクロ波電界測定(MW)は、ライドバーグ状態と個別のMW周波数共鳴に制限されるにもかかわらず、顕著な感度を達成し、顕著な進歩をみせた。 近年、様々な連続周波数測定方式が出現している。 しかし、MWデチューニングが1GHzを超えると、感度は共鳴測定よりも1桁以上低下する。 本稿では、量子ミキサーとヘテロダイン技術と組み合わせて制御された駆動場を利用して応答周波数範囲を拡張し、理論的には無限のスケーラビリティを実現する。 特に、量子混合による2階効果は、正確な電場測定を保証するために慎重に考慮する必要がある。 また, 共振器測定と比較して1GHzを超える遠距離のMWフィールドの感度低下は2倍以下であり, 代替方式よりも数桁の精度向上が見られた。 さらに、制御されたフィールドの強度と周波数を増大させることにより、遠距離補正されたMWフィールドの感度を効率的に向上することができる。 100MHzから2GHzまでのデチューニングには、最適感度値とそれに対応する方法を提案する。 その結果,Rydberg原子系MW受信機は感度が高く,帯域幅も極めて広いことが判明した。

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