Ménard, G. and Peugeot, A. and Padurariu, Ciprian and Rolland, C. and Kubala, Björn and Mukharsky, Y. and Iftikhar, Z. and Altimiras, C. and Roche, P. and le Sueur, H. and Joyez, P. and Vion, D. and Esteve, D. and Ankerhold, Joachim and 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.
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Official URL: https://doi.org/10.1103/PhysRevX.12.021006
Abstract
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.
| Item URL in elib: | https://elib.dlr.de/186088/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Document Type: | Article | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Title: | Emission of Photon Multiplets by a dc-Biased Superconducting Circuit | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Authors: |
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| Date: | 8 April 2022 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Journal or Publication Title: | Physical Review X | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Refereed publication: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Open Access: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gold Open Access: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In SCOPUS: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In ISI Web of Science: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Volume: | 12 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DOI: | 10.1103/PhysRevX.12.021006 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Page Range: | 021006 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Publisher: | American Physical Society | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ISSN: | 2160-3308 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Status: | Published | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Keywords: | superconductivity, Josephson effect, microwave quantum optics, bunching, nonlinear optics, strong coupling QED | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Research field: | Aeronautics, Space and Transport | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program: | Space | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program Themes: | Communication, Navigation, Quantum Technology | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research area: | Raumfahrt | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Program: | R KNQ - Communication, Navigation, Quantum Technology | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research theme (Project): | R - Potential of synthetic aperture quantum radars | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Location: | Ulm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Institutes and Institutions: | Institute of Quantum Technologies > Theoretical Quantum Physics | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited By: | Kubala, Björn Heiko | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited On: | 12 Apr 2022 21:56 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Last Modified: | 12 Apr 2022 21:56 |
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