具有 $10^\mathrm{-22}$ $\mathrm{W/\sqrt{Hz}}$ 灵敏度的循环工作单微波光子计数器

单光子探测在量子光学的发展中发挥了重要作用。由于光子能量小五个数量级，其在微波领域的实现具有挑战性。近年来，基于超导量子比特或辐射热计的单微波光子探测器（SMPDs）研发取得了显著进展。本文提出了一种实用的 SMPD，其通过四波混频过程将入射光子不可逆地转移到 transmon 量子比特的激发态。该器件实现了探测效率 $\eta = 0.43$ 和工作暗计数率 $\alpha = 85$ $\mathrm{s^{-1}}$，主要源于输入线中的非平衡微波光子。相应的功率灵敏度为 $\mathcal{S} = 10^{-22}$ $\mathrm{W/\sqrt{Hz}}$，比现有最优水平低一个数量级。该探测器以占空比 $\eta_\mathrm{D}=0.84$ 连续工作数小时，并在 7 GHz 附近提供至少 50 MHz 的频率可调谐性。