論文の概要: Noise Mitigation in Single Microwave Photon Counting by Cascaded Quantum Measurements
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.14804v1
- Date: Thu, 20 Feb 2025 18:26:48 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-02-21 14:27:04.817583
- Title: Noise Mitigation in Single Microwave Photon Counting by Cascaded Quantum Measurements
- Title（参考訳）: カスケード量子計測による単一マイクロ波光子計数におけるノイズ低減
- Authors: Alexandre S. May, Leo Sutevski, Jeanne Solard, Gil Cardoso, Léon Carde, Louis Pallegoix, Raphael Lescanne, Denis Vion, Patrice Bertet, Emmanuel Flurin,
- Abstract要約: 単一マイクロ波光子検出器(SMPD)が最近初めて実証された。
これらの検出器は量子制限増幅方式に対して大きな利点がある。
動作感度は5.9(6)時間10-23textW/sqrttextHz$は入力線内の熱光子によって制限される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 32.73124984242397
- License:
- Abstract: While single-photon counting is routinely achieved in the optical domain, operational single microwave photon detectors (SMPDs) have only recently been demonstrated. SMPDs are critical for sensing weak signals from incoherent emitters, with applications ranging from the detection of individual electron spins and dark-matter candidates to advancements in hybrid quantum devices and superconducting quantum computing. These detectors offer a substantial advantage over quantum-limited amplification schemes by bypassing the standard quantum limit for power detection, therefore further reductions in their intrinsic noise are essential for advancing quantum sensing at microwave frequencies. Several SMPD designs utilize the state of a superconducting qubit to encode the detection of an itinerant photon, and rely on a non-destructive photon-qubit interaction. Here, we leverage this Quantum-Non-Demolition feature by repeatedly measuring the impinging photon with cascaded Four-Wave-Mixing processes and encoding the detection on several qubits. This cascaded detector mitigates the intrinsic local noise of individual qubits, achieving a two-order-of-magnitude reduction in intrinsic detector noise at the cost of halving the efficiency. We report an intrinsic sensitivity of $8(1)\times10^{-24}\text{W}/\sqrt{\text{Hz}}$, with an operational sensitivity of $5.9(6)\times 10^{-23}\text{W}/\sqrt{\text{Hz}}$ limited by thermal photons in the input line.
- Abstract（参考訳）: 単一光子計数法は光学領域では日常的に行われているが、単一のマイクロ波光子検出器(SMPD)は近年まで実証されていない。
SMPDは、個々の電子スピンやダークマター候補の検出から、ハイブリッド量子デバイスや超伝導量子コンピューティングの進歩に至るまで、非コヒーレントエミッターからの弱い信号を感知するために重要である。
これらの検出器は、電力検出の標準量子限界をバイパスすることにより、量子制限増幅方式に対して大きな優位性を提供するため、その固有ノイズの低減は、マイクロ波における量子センシングの進展に不可欠である。
いくつかのSMPD設計では超伝導量子ビットの状態を利用して、イテナント光子の検出を符号化し、非破壊光子-量子ビット相互作用に依存する。
ここでは、この量子非破壊特性を利用して、干渉光子をカスケードしたフーウェーブミキシングプロセスで繰り返し測定し、複数の量子ビット上で検出を符号化する。
本発明のカスケード検出器は、個々のキュービットの固有局所雑音を軽減し、その効率を半減させるコストで固有検出器ノイズの2次低減を実現する。
演算感度は5.9(6)\times 10^{-23}\text{W}/\sqrt{\text{Hz}}$。
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