1. Multiplexed Photon Number Measurement
- Author
-
Essig, Antoine, Ficheux, Quentin, Peronnin, Théau, Cottet, Nathanaël, Lescanne, Raphaël, Sarlette, Alain, Rouchon, Pierre, Leghtas, Zaki, Huard, Benjamin, Laboratoire de Physique de l'ENS Lyon (Phys-ENS), École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), 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, École normale supérieure - Paris (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), 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), 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), Department of Electronics and Information Systems - Ghent University (ELIS), Universiteit Gent = Ghent University (UGENT), Centre Automatique et Systèmes (CAS), This work is made possible through the support of Fondation Del Duca, IDEX Lyon (Contract No. ANR-16-IDEX-0005) and Contract No. ANR JCJC-HAMROQS., ANR-16-IDEX-0005,IDEXLYON,IDEXLYON(2016), École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon, Physique Mésoscopique, Laboratoire de physique de l'ENS - ENS Paris (LPENS (UMR_8023)), 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)-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)-MINES ParisTech - École nationale supérieure des mines de 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), MINES ParisTech - École nationale supérieure des mines de Paris, Universiteit Gent = Ghent University [Belgium] (UGENT), and Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
- Subjects
Quantum Physics ,Technology and Engineering ,Condensed Matter - Mesoscale and Nanoscale Physics ,[PHYS.QPHY]Physics [physics]/Quantum Physics [quant-ph] ,Physics ,QC1-999 ,Mesoscale and Nanoscale Physics (cond-mat.mes-hall) ,FOS: Physical sciences ,Quantum Physics (quant-ph) ,[SPI.AUTO]Engineering Sciences [physics]/Automatic - Abstract
When a two-level system -- a qubit -- is used as a probe of a larger system, it naturally leads to answering a single yes-no question about the system state. Here we propose a method where a single qubit is able to extract, not a single, but many bits of information about the photon number of a microwave resonator using continuous measurement. We realize a proof-of-principle experiment by recording the fluorescence emitted by a superconducting qubit reflecting a frequency comb, thus implementing multiplexed photon counting where the information about each Fock state -- from 0 to 8 -- is simultaneously encoded in independent measurement channels. Direct Wigner tomography of the quantum state of the resonator evidences the back-action of the measurement as well as the optimal information extraction parameters. Our experiment unleashes the full potential of quantum meters by replacing a sequential quantum measurements with simultaneous and continuous measurements separated in the frequency domain., Comment: This new version of the manuscript adds several results compared to the first versions
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- 2021
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