論文の概要: Scalable architecture for dark photon searches: Superconducting-qubit proof of principle
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.18315v1
- Date: Mon, 24 Mar 2025 03:43:27 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-03-25 14:33:52.787009
- Title: Scalable architecture for dark photon searches: Superconducting-qubit proof of principle
- Title（参考訳）: ダーク光子探索のためのスケーラブルアーキテクチャ:超伝導量子ビット原理の証明
- Authors: Runqi Kang, Qingqin Hu, Xiao Cai, Wenlong Yu, Jingwei Zhou, Xing Rong, Jiangfeng Du,
- Abstract要約: 基本的な質量範囲感度ジレンマは、常に暗い光子探索実験を悩ませている。
超伝導量子ビットをサブ波長ハロスコープユニットとして用いる新しいアーキテクチャを提案し,実証する。
原理実証実験として、我々は3量子ビットチップを設計、製造し、スケーラブルな暗光子探索を成功させた。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.489571163690301
- License:
- Abstract: The dark photon is a well-motivated candidate of dark matter due to its potential to open the window of new physics beyond the Standard Model. A fundamental mass-range-sensitivity dilemma is always haunting the dark photon searching experiments: The resonant haloscopes have excellent sensitivity but are narrowband, and vice versa for the non-resonant ones. A scalable architecture integrating numerous resonant haloscopes will be a desirable solution to this dilemma. However, even the concept of scalable searching remains rarely explored, due to the size limitation of conventional haloscopes imposed by the dark photon wavelength. Here we propose and demonstrate a novel architecture using superconducting qubits as sub-wavelength haloscope units. By virtue of the scalability of superconducting qubits, it is possible to integrate multiple qubits with different frequencies on a chip-scale device. Furthermore, the frequencies of the qubits can be tuned to extend the searching mass range. Thus, our architectures allow for searching for dark photons in a broad mass range with high sensitivity. As a proof-of-principle experiment, we designed and fabricated a three-qubit chip and successfully demonstrated a scalable dark-photon searching. Our work established constraints on dark photons in the mass range of 15.632 $\mu$eV$\sim$15.638 $\mu$eV, 15.838 $\mu$eV$\sim$15.845 $\mu$eV, and 16.463 $\mu$eV$\sim$16.468 $\mu$eV, simultaneously, and the constraints are much more stringent than the cosmology constraints. Our work can be scaled up in the future to boost the scrutiny of new physics and extended to search for more dark matter candidates, including dark photons, axions and axion-like particles.
- Abstract（参考訳）: ダークフォトンは、標準モデルを超えた新しい物理学の窓を開く可能性から、ダークマターの好意的な候補である。
基本質量範囲感度ジレンマは、常にダーク光子探索実験を悩ませている:共鳴ハロスコープは優れた感度を持つが、狭帯域である。
多数の共振ハロスコープを統合するスケーラブルなアーキテクチャは、このジレンマに対する望ましい解決策となるだろう。
しかし、暗い光子波長によって課せられる従来のハロスコープのサイズ制限のため、スケーラブルな探索の概念でさえほとんど研究されていない。
本稿では,超伝導量子ビットをサブ波長ハロスコープ単位として用いる新しいアーキテクチャを提案する。
超伝導量子ビットのスケーラビリティにより、チップスケールデバイスに異なる周波数で複数の量子ビットを統合することができる。
さらに、量子ビットの周波数を調整して探索質量範囲を拡張することもできる。
このように、我々のアーキテクチャは、高感度で広い質量範囲の暗黒光子を探索することができる。
原理実証実験として、我々は3量子ビットチップを設計、製造し、スケーラブルな暗光子探索を成功させた。
我々の研究は、15.632 $\mu$eV$\sim$15.638 $\mu$eV, 15.838 $\mu$eV$\sim$15.845 $\mu$eV, 16.463 $\mu$eV$\sim$16.468 $\mu$eVの質量範囲におけるダーク光子に関する制約を確立した。
我々の研究は将来、新しい物理学の精査を強化し、ダーク光子、アクシオン、アクシオンのような粒子を含むより暗い物質候補を探すために拡張される可能性がある。
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