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Emission of Photon Multiplets by a dc-Biased Superconducting Circuit

Ménard, G. und Peugeot, A. und Padurariu, Ciprian und Rolland, C. und Kubala, Björn und Mukharsky, Y. und Iftikhar, Z. und Altimiras, C. und Roche, P. und le Sueur, H. und Joyez, P. und Vion, D. und Esteve, D. und Ankerhold, Joachim und Portier, F. (2022) Emission of Photon Multiplets by a dc-Biased Superconducting Circuit. Physical Review X, 12, 021006. American Physical Society. doi: 10.1103/PhysRevX.12.021006. ISSN 2160-3308.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
1MB

Offizielle URL: https://doi.org/10.1103/PhysRevX.12.021006

Kurzfassung

We observe the emission of bunches of k≥1 photons by a circuit made of a microwave resonator in series with a voltage-biased tunable Josephson junction. The bunches are emitted at specific values V_k of the bias voltage, for which each Cooper pair tunneling across the junction creates exactly k photons in the resonator. The latter is a microfabricated spiral coil which resonates and leaks photons at 4.4 GHz in a measurement line. Its characteristic impedance of 1.97 kΩ is high enough to reach a strong junction-resonator coupling and a bright emission of the k-photon bunches. We show that a rotating-wave approximation treatment of the system accounts quantitatively for the observed radiation intensity, from k=1 to 6, and over 3 orders of magnitude when varying the Josephson energy E_J. We also measure the second-order correlation function of the radiated microwave to determine its Fano factor F_k, which in the low E_J limit confirms with F_k ≃ k the emission of k-photon bunches. At larger E_J, a more complex behavior is observed in quantitative agreement with numerical simulations.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/186088/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Emission of Photon Multiplets by a dc-Biased Superconducting Circuit
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Ménard, G.Université Paris-Saclay, CEA, CNRS, SPEC, 91191 Gif-sur-Yvette, Francehttps://orcid.org/0000-0002-1521-8497NICHT SPEZIFIZIERT
Peugeot, A.Université Paris-Saclay, CEA, CNRS, SPEC, 91191 Gif-sur-Yvette, Francehttps://orcid.org/0000-0002-5034-7315NICHT SPEZIFIZIERT
Padurariu, CiprianInstitut für Komplexe Quantensysteme and IQST, Universität Ulm, Albert-Einstein-Allee 11, 89069, Ulm, Germanyhttps://orcid.org/0000-0001-9568-2080NICHT SPEZIFIZIERT
Rolland, C.Université Paris-Saclay, CEA, CNRS, SPEC, 91191 Gif-sur-Yvette, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kubala, BjörnBjoern.Kubala (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-6685-0233NICHT SPEZIFIZIERT
Mukharsky, Y.Université Paris-Saclay, CEA, CNRS, SPEC, 91191 Gif-sur-Yvette, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Iftikhar, Z.Université Paris-Saclay, CEA, CNRS, SPEC, 91191 Gif-sur-Yvette, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Altimiras, C.Université Paris-Saclay, CEA, CNRS, SPEC, 91191 Gif-sur-Yvette, Francehttps://orcid.org/0000-0002-7029-752XNICHT SPEZIFIZIERT
Roche, P.Université Paris-Saclay, CEA, CNRS, SPEC, 91191 Gif-sur-Yvette, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
le Sueur, H.Université Paris-Saclay, CEA, CNRS, SPEC, 91191 Gif-sur-Yvette, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Joyez, P.Université Paris-Saclay, CEA, CNRS, SPEC, 91191 Gif-sur-Yvette, Francehttps://orcid.org/0000-0001-6431-3418NICHT SPEZIFIZIERT
Vion, D.Université Paris-Saclay, CEA, CNRS, SPEC, 91191 Gif-sur-Yvette, Francehttps://orcid.org/0000-0001-6951-8682NICHT SPEZIFIZIERT
Esteve, D.Université Paris-Saclay, CEA, CNRS, SPEC, 91191 Gif-sur-Yvette, Francehttps://orcid.org/0000-0003-4089-4582NICHT SPEZIFIZIERT
Ankerhold, JoachimInstitut für Komplexe Quantensysteme and IQST, Universität Ulm, Albert-Einstein-Allee 11, 89069 Ulm, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Portier, F.Université Paris-Saclay, CEA, CNRS, SPEC, 91191 Gif-sur-Yvette, Francehttps://orcid.org/0000-0001-6987-8776NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:8 April 2022
Erschienen in:Physical Review X
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:12
DOI:10.1103/PhysRevX.12.021006
Seitenbereich:021006
Verlag:American Physical Society
ISSN:2160-3308
Status:veröffentlicht
Stichwörter:superconductivity, Josephson effect, microwave quantum optics, bunching, nonlinear optics, strong coupling QED
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Kommunikation, Navigation, Quantentechnologien
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R KNQ - Kommunikation, Navigation, Quantentechnologie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Potential von synthetischen Apertur-Quantenradaren
Standort: Ulm
Institute & Einrichtungen:Institut für Quantentechnologien > Theoretische Quantenphysik
Hinterlegt von: Kubala, Björn Heiko
Hinterlegt am:12 Apr 2022 21:56
Letzte Änderung:12 Apr 2022 21:56

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