利用 transmon 量子比特直接激发探测隐光子暗物质

我们提出一种利用超导 transmon 量子比特激发来探测暗物质的新方法。假设存在质量为 $O(10)\ \mu{\rm eV}$ 的隐光子暗物质，其与普通光子的微小动力学混合会通过经典的波-物质振荡诱导出一个有效的交流电场。当共振时，这作为量子比特的相干驱动场，使其从基态演化为第一激发态。我们评估了这种演化速率及测量中的可观测激发数，以及对隐光子暗物质的探测灵敏度。对于选定的质量，使用单个标准 transmon 量子比特可达到 $\epsilon \sim 10^{-12}-10^{-14}$（其中 $\epsilon$ 为隐光子的动力学混合参数）。对基于 SQUID 的频率可调 transmon 的简单扩展，能够在合理的运行时间内将质量扫描覆盖整个 $4-40\ \mu{\rm eV}$（$1-10$ GHz）范围。随量子比特数量增加的灵敏度可扩展性，也使其成为契合超导量子计算机技术快速发展的一个有前景的平台。