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Stroboscopic detection of itinerant microwave photons

Zeller, Hanna und Danner, Lukas und Hofheinz, Max und Padurariu, Ciprian und Ankerhold, Joachim und Kubala, Björn Heiko (2026) Stroboscopic detection of itinerant microwave photons. Physical Review Research, 8 (3), 033145. American Physical Society. doi: 10.1103/xnm9-98cm. ISSN 2643-1564.

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

Offizielle URL: https://dx.doi.org/10.1103/xnm9-98cm

Kurzfassung

We present a scheme to detect itinerant microwave radiation at the single photon level. Using existing Josephson-photonics devices, where two microwave cavities are coupled by a dc-voltage-biased superconducting junction, we theoretically show how to implement a stroboscopically repeated, near-projective measurement of a photon impinging on one of the cavities. Optimizing rate, duration, and strength of the measurement by flux control of the junction and developing a threshold protocol to detect the photon from a homodyne measurement of the radiation output of the other cavity, we achieve highly efficient detection with low dark counts. By cascading the detector with a preamplifier, where a similar two-cavity Josephson-photonics device acts as a photon multiplier, we can further improve the device to reach a detection efficiency of 88.5% with a dark count rate of ~10-4⁢ gamma_a, set by the resonance width gamma_a of the absorbing cavity. These results for a preamplification factor of 2 suggest that higher preamplification factors may yield near-unity efficiencies.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/226065/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Stroboscopic detection of itinerant microwave photons
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Zeller, HannaNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0009-0000-8264-1431NICHT SPEZIFIZIERT
Danner, LukasLukas.Danner (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hofheinz, MaxInstitut Quantique, Universite de Sherbrooke, Sherbrooke, Quebec J1K 2R1, Canadahttps://orcid.org/0000-0002-6921-730XNICHT SPEZIFIZIERT
Padurariu, CiprianInstitut für Komplexe Quantensysteme and IQST, Universität Ulm, Ulm, Germanyhttps://orcid.org/0000-0001-9568-2080NICHT SPEZIFIZIERT
Ankerhold, JoachimInstitut für Komplexe Quantensysteme and IQST, Universität Ulm, Albert-Einstein-Allee 11, 89069, Ulm, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kubala, Björn HeikoBjoern.Kubala (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-6685-0233224036930
Datum:2026
Erschienen in:Physical Review Research
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:8
DOI:10.1103/xnm9-98cm
Seitenbereich:033145
Verlag:American Physical Society
ISSN:2643-1564
Status:veröffentlicht
Stichwörter:quantum microwaves, Josephson devices superconducting microwave detectors single photon detectors
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:17 Aug 2026 12:18
Letzte Änderung:17 Aug 2026 12:18

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