Amplification and Detection of Single Itinerant Microwave Photons
Notice bibliographique
Résumé
Single-photon detectors are an essential part of the toolbox of modern quantum optics for implementing quantum technologies and enabling tests of fundamental physics. The low energy of microwave photons, the natural signal path for superconducting quantum devices, makes their detection much harder than for visible light. Despite impressive progress in recent years and the proposal and realization of a number of different detector architectures, the reliable detection of a single itinerant microwave photon remains an open topic. Here, we investigate and simulate a detailed protocol for single-photon multiplication and subsequent amplification and detection. At its heart lies a Josephson-photonics device which uses inelastic Cooper-pair tunneling driven by a dc bias in combination with the energy of an incoming photon to create multiple photons, thus compensating for the low-energy problem. Our analysis provides clear design guidelines for utilizing such devices, which have previously been operated in an amplifier mode with a continuous wave input, for counting photons. Combining a formalism recently developed by Mølmer to describe the full quantum state of in- and outgoing photon pulses with stochastic Schrödinger equations, we can describe the full multiplication and detection protocol and calculate performance parameters, such as detection probabilities and dark count rates. With optimized parameters, a high population of a single output mode can be achieved that can then be easily distinguished from vacuum noise in heterodyne measurements of quadratures with a conventional linear amplifier. Realistic devices with two multiplication stages with multiplication of $16$ reach for an impinging Gaussian pulse of length $T$ a detection probability of $84.5\%$ with a dark count rate of $10^{-3}/T$, and promise to outperform competing schemes.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».