Low-Noise Amplification and Frequency Conversion with a Multiport Microwave Optomechanical Device

Caspar Ockeloen-Korppi, Erno Damskägg, Juha-Matti Pirkkalainen, T. T. Heikkilä, Francesco Massel, Mika Sillanpää

Tutkimustuotos: LehtiartikkeliArticleScientificvertaisarvioitu

70 Sitaatiot (Scopus)
411 Lataukset (Pure)

Abstrakti

High-gain amplifiers of electromagnetic signals operating near the quantum limit are crucial for quantum information systems and ultrasensitive quantum measurements. However, the existing techniques have a limited gain-bandwidth product and only operate with weak input signals. Here, we demonstrate a two-port optomechanical scheme for amplification and routing of microwave signals, a system that simultaneously performs high-gain amplification and frequency conversion in the quantum regime. Our amplifier, implemented in a two-cavity microwave optomechanical device, shows 41 dB of gain and has a high dynamic range, handling input signals up to 1013 photons per second, 3 orders of magnitude more than corresponding Josephson parametric amplifiers. We show that although the active medium, the mechanical resonator, is at a high temperature far from the quantum limit, only 4.6 quanta of noise is added to the input signal. Our method can be readily applied to a wide variety of optomechanical systems, including hybrid optical-microwave systems, creating a universal hub for signals at the quantum level.
AlkuperäiskieliEnglanti
Artikkeli041024
Sivumäärä7
JulkaisuPhysical Review X
Vuosikerta6
DOI - pysyväislinkit
TilaJulkaistu - 28 lokak. 2016
OKM-julkaisutyyppiA1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessä

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Low-Noise Amplification and Frequency Conversion with a Multiport Microwave Optomechanical Device'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.
  • Matalien lämpötilojen kvantti-ilmiöiden ja komponenttien huippuyksikkö

    Sillanpää, M. (Vastuullinen tutkija)

    01/01/201531/12/2017

    Projekti: Academy of Finland: Other research funding

  • CAVITYQPD: Cavity quantum phonon dynamics

    Välimaa, A. (Projektin jäsen), Ockeloen-Korppi, C. (Projektin jäsen), Santos, J. T. (Projektin jäsen), Damskägg, E. (Projektin jäsen), Sillanpää, M. (Vastuullinen tutkija), Rissanen, I. (Projektin jäsen), Kervinen, M. (Projektin jäsen), Brandt, M. (Projektin jäsen), Sulkko, J. (Projektin jäsen), Pirkkalainen, J.-M. (Projektin jäsen), Zhou, J. (Projektin jäsen), Mahato, S. (Projektin jäsen), Mercier de Lepinay, L. (Projektin jäsen), Mishra, H. (Projektin jäsen), Wang, C. (Projektin jäsen), Tong, F. (Projektin jäsen) & Crump, W. (Projektin jäsen)

    20/11/201431/12/2020

    Projekti: EU: ERC grants

  • Mesoscopic heattronics: thermal and nonequilibrium effects and fluctuations in nanoelectronics

    Golubev, D. (Projektin jäsen), Pöyhönen, K. (Projektin jäsen), Kauppila, V. (Projektin jäsen), Khan, R. (Projektin jäsen), Väyrynen, J. (Projektin jäsen), Virtanen, P. (Projektin jäsen), Silaev, M. (Projektin jäsen), Massel, F. (Projektin jäsen), Voutilainen, J. (Projektin jäsen), Laakso, M. (Projektin jäsen), Heikkilä, T. (Vastuullinen tutkija) & Gomez Paez, S. (Projektin jäsen)

    01/01/201031/12/2015

    Projekti: EU: ERC grants

Siteeraa tätä