論文の概要: High-Frequency Gravitational Wave Detection with Superconducting Qubits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.02733v1
• Date: Mon, 03 Aug 2026 18:00:03 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-08-05 15:30:22.909628
• Title: High-Frequency Gravitational Wave Detection with Superconducting Qubits
• Title（参考訳）: 超電導量子ビットを用いた高周波重力波検出
• Abstract要約: 高周波重力波(HFGWs)は、高エネルギーで初期の一方向物理学にユニークな窓を提供するが、従来のマクロ干渉法を回避している。 共振マイクロ波キャビティに埋め込まれた超伝導トランスモン量子ビットを利用した新しい量子センシングパラダイムを提案する。 800量子ビットの理想化された大域的レジスタは,標準の巨視的キャビティパワー限界を5桁超過するひずみ感度に達することを実証した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.281545145090378
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: High-frequency gravitational waves (HFGWs) provide a unique window into high-energy and early-universe physics, yet they evade traditional macroscopic interferometry. To bridge this detection gap, we propose a novel quantum-sensing paradigm utilizing superconducting transmon qubits embedded in resonant microwave cavities. Through the inverse Gertsenshtein effect, HFGWs propagating in a static magnetic field resonantly excite a cavity mode. By leveraging the characteristic spin-2 quadrupolar pattern of the induced electromagnetic field, we position qubits directly at the electric-field hot spots of the $\mathrm{TE}_{212}$ mode to act as localized sensors. Crucially, configuring this array as an entangled quantum register via symmetric Dicke states unlocks a fundamental scaling advantage: the signal probability scales quadratically with the qubit number, translating to a $h_{\min} \propto n_q^{-3/4}$ strain sensitivity scaling. We demonstrate that an idealized global register of 800 qubits reaches a strain sensitivity that surpasses standard macroscopic cavity-power limits by five orders of magnitude. Benchmarked against representative axion-haloscope parameters, this collective quantum enhancement decisively mitigates the profound Planck-scale suppression inherent to gravitational interactions, establishing a transformative framework for next-generation HFGW searches in the GHz band.
• Abstract（参考訳）: 高周波重力波(HFGWs)は、高エネルギーで初期の一方向物理学にユニークな窓を提供するが、従来のマクロ干渉法を回避している。 この検出ギャップを埋めるために、共振マイクロ波キャビティに埋め込まれた超伝導トランスモン量子ビットを利用した新しい量子センシングパラダイムを提案する。 逆ガーツェンシュテイン効果により、静磁場中で伝播するHFGWはキャビティモードを共鳴的に励起する。 誘導電磁界の特徴的なスピン2四極パターンを利用することで、電場ホットスポットに直接量子ビットを配置し、局所センサとして機能させる。 重要なことに、この配列を対称ディック状態を介して絡み合った量子レジスタとして構成することは、基本的なスケーリングの利点を解放する: 信号確率は、クォービット数と2次にスケールし、$h_{\min} \propto n_q^{-3/4}$ひずみ感度のスケーリングに変換する。 800量子ビットの理想化された大域的レジスタは,標準の巨視的キャビティパワー限界を5桁超過するひずみ感度に達することを実証した。 代表的軸-ハロスコープパラメータに比較して、この集団量子拡張は、重力相互作用に固有の深いプランクスケールの抑圧を決定的に緩和し、次世代HFGW探索のための変換フレームワークをGHz帯域で確立する。

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