Irreversible Qubit-Photon Coupling for the Detection of Itinerant Microwave Photons

Autor: Edouard Ivanov, Zaki Leghtas, Thibault Capelle, Emmanuel Flurin, Raphaël Lescanne, Samuel Deléglise, Emanuele Albertinale, Ulysse Reglade, Thibaut Jacqmin
Přispěvatelé: Laboratoire de Physique Théorique de l'ENS [École Normale Supérieure] (LPTENS), Fédération de recherche du Département de physique de l'Ecole Normale Supérieure - ENS Paris (FRDPENS), École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), QUANTum Information Circuits (QUANTIC), Mines Paris - PSL (École nationale supérieure des mines de Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Inria de Paris, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Laboratoire de physique de l'ENS - ENS Paris (LPENS), Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Département de Physique de l'ENS-PSL, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Département de Physique de l'ENS-PSL, Université Paris sciences et lettres (PSL), Laboratoire Kastler Brossel (LKB (Jussieu)), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Quantronics Group (QUANTRONICS), Service de physique de l'état condensé (SPEC - UMR3680), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Laboratoire de physique de l'ENS - ENS Paris (LPENS), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL), Centre Automatique et Systèmes (CAS), Physique Mésoscopique, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Département de Physique de l'ENS-PSL, Z. L. acknowledges support from the ANR grant ENDURANCE, and the EMERGENCES grant ENDURANCE of Ville de Paris. S. D. acknowledges support from the ANR grant QuNaT. E. I. acknowledges support from the European Union’s Horizon 2020 Programme for Research and Innovation under Grant Agreement No. 722923 (Marie Curie ETN-OMT). E. A. acknowledges support from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Marie Sklodowska-Curie Grant Agreement No. 765267. The devices were fabricated within the consortium Salle Blanche Paris Centre. E. F. acknowledges support fromt he ENS Junior Research Chair under grant LabEX ENS-ICFP: No. ANR-10-LABX-0010 and No. ANR-10-IDEX-0001-02 PSL* and from the ANR grant DARKWADOR:ANR-19-CE47-0004. This work has been supported by the Paris Île-de-France Region in the framework of DIMSIRTEQ (Domaine d’intérêt majeur science et ingénierie en région Ile-de-France pour les technologies quantiques)., ANR-16-ACHN-0012,ENDURANCE,Processus multi-photons dans des circuits supraconducteurs pour la correction d'erreur quantique(2016), ANR-14-CE26-0002,QuNaT,Convertisseur Quantique Nanomécanique(2014), Laboratoire de Physique Théorique de l'ENS (LPTENS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), MINES ParisTech - École nationale supérieure des mines de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Inria de Paris, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria), École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-MINES ParisTech - École nationale supérieure des mines de Paris, Laboratoire de physique de l'ENS - ENS Paris (LPENS (UMR_8023))
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Physical Review X
Physical Review X, 2020, 10 (2), ⟨10.1103/PhysRevX.10.021038⟩
Physical Review X, American Physical Society, 2020, 10 (2), ⟨10.1103/PhysRevX.10.021038⟩
Physical Review X, Vol 10, Iss 2, p 021038 (2020)
ISSN: 2160-3308
DOI: 10.1103/physrevx.10.021038
Popis: International audience; Single photon detection is a key resource for sensing at the quantum limit and the enabling technologyfor measurement-based quantum computing. Photon detection at optical frequencies relies on irreversiblephotoassisted ionization of various natural materials. However, microwave photons have energies 5 ordersof magnitude lower than optical photons, and are therefore ineffective at triggering measurable phenomenaat macroscopic scales. Here, we report the observation of a new type of interaction between a single two-level system (qubit) and a microwave resonator. These two quantum systems do not interact coherently;instead, they share a common dissipative mechanism to a cold bath: the qubit irreversibly switches to itsexcited state if and only if a photon enters the resonator. We have used this highly correlated dissipationmechanism to detect itinerant photons impinging on the resonator. This scheme does not require any priorknowledge of the photon waveform nor its arrival time, and dominant decoherence mechanisms do nottrigger spurious detection events (dark counts). We demonstrate a detection efficiency of 58% and a recordlow dark count rate of 1.4 per millisecond. This work establishes engineered nonlinear dissipation as a keyenabling resource for a new class of low-noise nonlinear microwave detectors.
Databáze: OpenAIRE
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