迈向用于轴子搜寻的脉冲单微波光子探测器的进展
量子物理
2023-02-16 v1 仪器与探测器
摘要
轴子探测需要低至单光子极限的终极灵敏度。在微波区域这对应于 yJ 量级的能量。这种极端灵敏度必须与极低的暗计数率相结合，因为轴子转化为微波光子的概率被认为非常低。为应对这一复杂任务，我们遵循了两种有前景的方法，均依赖于基于约瑟夫森效应的超导器件。第一种是使用单个约瑟夫森结（JJ）作为开关探测器（即利用存在微波光子时超导到正常态的转变）。我们设计了一个由共面波导终止于电流偏置约瑟夫森结的器件。我们测试了其对脉冲（脉冲持续时间 10 ns）微波信号的效率，因为该配置更接近于实际的轴子搜寻实验。我们展示了我们的器件能够达到频率 8 GHz、约 10 个光子的探测能力。第二种方法基于由仅通过超导量子比特网络（SQN）耦合的两个谐振腔构成的本征量子器件。该方法依赖于对谐振腔光子的量子非破坏测量。我们展示了向谐振腔注入射频功率时，传输系数（S21）中谐振谷的频率位置可被调制高达 4 MHz。我们预期，一旦优化，两种器件均有潜力达到单光子灵敏度。
引用
@article{arxiv.2302.07556,
title = {Stepping closer to pulsed single microwave photon detectors for axions search},
author = {A. D'Elia and A. Rettaroli and S. Tocci and D. Babusci and C. Barone and M. Beretta and B. Buonomo and F. Chiarello and N. Chikhi and D. Di Gioacchino and G. Felici and G. Filatrella and M. Fistul and L. G. Foggetta and C. Gatti and E. Il'ichev and C. Ligi and M. Lisitskiy and G. Maccarrone and F. Mattioli and G. Oelsner and S. Pagano and L. Piersanti and B. Ruggiero and G. Torrioli and A. Zagoskin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2302.07556},
year = {2023}
}