論文の概要: Measuring weak microwave signals via current-biased Josephson Junctions II: Arriving at single-photon detection sensitivity
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.20570v1
- Date: Thu, 23 Oct 2025 13:57:50 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-10-25 03:08:18.033202
- Title: Measuring weak microwave signals via current-biased Josephson Junctions II: Arriving at single-photon detection sensitivity
- Title（参考訳）: 電流バイアスジョゼフソン接合による弱いマイクロ波信号の測定 II:単一光子検出感度での検出
- Authors: Y. Q. Chai, M. Y. Wang, S. N. Wang, P. H. Ouyang, L. F. Wei,
- Abstract要約: 電流バイアスジョセフソン接合(CBJJ)はジョセフソンしきい値検出器(JTD)として機能する。
非平衡JTDを用いて弱いマイクロ波信号の高感度検出を行うことができる。
- 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: It is well known that the current-biased Josephson junction (CBJJ) can serve as a Josephson threshold detector (JTD) for the sensitive detection of weak microwave signals. Based on the recent work (PRB {\bf 111}, 024501 (2025)) on the detection sensitive limit of the usual equilibrium JTD, here we numerically demonstrate that a non-equilibrium JTD can be alternatively utilized to implement the higher sensitive detection of a weak microwave signal, arriving at its energy quantum limit. In the presence of thermal noise, we numerically simulate the phase dynamics for the CBJJ in the JTD with the different sweep rates of the biased currents, and find that the SCDs of the JTD with and without the microwave signal input show different behaviors. It is demonstrated that, depending on how high the sweep rate of the biased current being applied, the JTD can be operated in either the equilibrium- or the non-equilibrium state. Specifically, under the rapidly non-adiabatic driving, the SCDs of the JTD are obviously insensitive to the thermal noises, which means that the non-equilibrium JTD can possess a higher achievable detection sensitivity, compared with its equilibrium state counterpart. Consequently, the non-equilibrium JTD can be utilized to implement the desired single microwave-photon detection. Also, some of the achievable performance indexes, such as the dynamic range, detection bandwidth, and the photon-number resolvability, etc., of the non-equilibrium JTD have been estimated, when it serves as a wideband microwave single-photon detector.
- Abstract（参考訳）: 電流バイアスのジョセフソン接合(CBJJ)は、弱いマイクロ波信号の感度検出のためのジョセフソンしきい値検出器(JTD)として機能することが知られている。
本稿では、通常の平衡JTDの検出感度限界に関する最近の研究(PRB {\bf 111}, 024501 (2025))に基づいて、非平衡JTDが、そのエネルギー量子限界に達する弱いマイクロ波信号の高感度検出を実現するために、代替的に利用できることを数値的に示す。
熱雑音の存在下では,JTDにおけるCBJJの位相ダイナミクスをバイアス電流のスイープレートで数値的にシミュレートし,マイクロ波信号入力を伴わないJTDのSCDが異なる挙動を示すことを確認する。
バイアス電流のスイープレートがどれだけ高いかによって、JTDは平衡状態または非平衡状態のいずれかで動作可能であることが示されている。
特に、急速非断熱駆動下では、JTDのSCDは明らかに熱雑音に敏感であり、非平衡JTDはその平衡状態と比較して高い達成可能な検出感度を持つことができる。
これにより、非平衡JTDを用いて所望の単一マイクロ波光子検出を行うことができる。
また、広帯域マイクロ波単光子検出器として機能する際、非平衡JTDのダイナミックレンジ、検出帯域、光子数分解性などの達成可能な性能指標が推定されている。
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