We demonstrate the narrow switching distribution of an underdamped Josephson junction from the zero to the finite voltage state at millikelvin temperatures. We argue that such junctions can be used as ultrasensitive detectors of the single photons in the GHz range, operating close to the quantum limit: a given initial (zero voltage) state can be driven by an incoming signal to the finite voltage state. The width of the switching distribution at a nominal temperature of about T = 10 mK was 4.5 nA, which corresponds to an effective noise temperature of the device below 60 mK.

1.
S.
Anders
,
M. G.
Blamire
,
F. -Im.
Buchholz
,
D.-G.
Crété
,
R.
Cristiano
,
P.
Febvre
,
L.
Fritzsch
,
A.
Herr
,
E.
Il’ichev
,
J.
Kohlmann
 et al,
Physica C
470
,
2079
(
2010
).
2.
A.
Wallraff
,
D. I.
Schuster
,
A.
Blais
,
L.
Frunzio
,
R.-S.
Huang
,
J.
Majer
,
S.
Kumar
,
S. M.
Girvin
, and
R. J.
Schoelkopf
,
Nature
431
,
162
(
2004
).
3.
V.
Zakosarenko
,
N.
Bondarenko
,
S. H. W.
van der Ploeg
,
A.
Izmalkov
,
S.
Linzen
,
J.
Kunert
,
M.
Grajcar
,
E.
Il'ichev
, and
H.-G.
Meyer
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
022501
(
2007
).
4.
C. K.
Andersen
and
K.
Mölmer
,
Phys. Rev. A
87
,
052119
(
2013
).
5.
A.
Wallraff
,
A.
Lukashenko
,
C.
Coqui
,
A.
Kemp
,
T.
Duty
, and
A. V.
Ustinov
,
Rev. Sci. Instrum.
74
,
3740
(
2003
).
6.
H. F.
Yu
,
X. B.
Zhu
,
Z. H.
Peng
,
W. H.
Cao
,
D. J.
Cui
,
Ye
Tian
,
G. H.
Chen
,
D. N.
Zheng
,
X. N.
Jing
,
Li
Lu
 et al,
Phys. Rev. B
81
,
144518
(
2010
).
7.
J. M.
Martinis
and
R. L.
Kautz
,
Phys. Rev. Lett.
63
,
1507
(
1989
).
8.
M.
Castellano
,
R.
Leoni
,
G.
Torrioli
,
F.
Chiarello
,
C.
Cosmelli
,
A.
Costantini
,
G.
Diambrini-Palazzi
,
P.
Carelli
,
R.
Cristiano
, and
L.
Frunzio
,
J. Appl. Phys.
80
,
2922
(
1996
).
9.
J. M.
Martinis
,
M. H.
Devoret
, and
J.
Clarke
,
Phys. Rev. B
35
,
4682
(
1987
).
10.
M. H.
Devoret
,
J. M.
Martinis
, and
J.
Clarke
,
Phys. Rev. Lett.
55
,
1908
(
1985
).
11.
H. A.
Kramers
,
Physica (Utrecht)
7
,
284
(
1940
).
12.
P.
Hanggi
,
P.
Talkner
, and
M.
Borkovec
,
Rev. Mod. Phys.
62
,
251
(
1990
).
13.
A. N.
Malakhov
and
A. L.
Pankratov
,
Physica C
269
,
46
(
1996
).
14.
A. O.
Caldeira
and
A. J.
Leggett
,
Phys. Rev. Lett.
46
,
211
(
1981
).
15.
F. V.
Richard
and
A. W.
Richard
,
Phys. Rev. Lett.
47
,
265
(
1981
).
16.
J. M.
Martinis
and
H.
Grabert
,
Phys. Rev. B
38
,
2371
(
1988
).
17.
H.
Grabert
and
U.
Weiss
,
Phys. Rev. Lett.
53
,
1787
(
1984
).
18.
P.
Silvestrini
,
O.
Liengme
, and
K. E.
Gray
,
Phys. Rev. B
37
,
1525
(
1988
).
19.
A. L.
Pankratov
and
M.
Salerno
,
Phys. Lett. A
273
,
162
(
2000
).
20.
M. G.
Castellano
,
L.
Grönberg
,
P.
Carelli
,
F.
Chiarello
,
C.
Cosmelli
,
R.
Leoni
,
S.
Poletto
,
G.
Torrioli
,
J.
Hassel
, and
P.
Helistö
,
Supercond. Sci. Technol.
19
,
860
(
2006
).
21.
S.
Washburn
,
R. A.
Webb
,
R. F.
Voss
, and
S. M.
Faris
,
Phys. Rev. Lett.
54
,
2712
(
1985
).
22.
A.
Wallraff
,
A.
Lukashenko
,
J.
Lisenfeld
,
A.
Kemp
,
M. V.
Fistul
,
Y.
Koval
, and
A. V.
Ustinov
,
Nature
425
,
155
(
2003
).
23.
M. V.
Fistul
,
A.
Wallraff
,
Y.
Koval
,
A.
Lukashenko
,
B. A.
Malomed
, and
A. V.
Ustinov
,
Phys. Rev. Lett.
91
,
257004
(
2003
).
24.
R.
Fazio
and
H.
van der Zant
,
Phys. Rep.
355
,
235
(
2001
).
25.
K. K.
Likharev
,
Dynamics of Josephson Junctions and Circuits
(
Gordon and Breach
,
New York
,
1986
).
26.
A. L.
Pankratov
and
B.
Spagnolo
,
Phys. Rev. Lett.
93
,
177001
(
2004
).
27.
A. V.
Gordeeva
and
A. L.
Pankratov
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
022505
(
2006
).
28.
G.
Oelsner
,
S. H. W.
van der Ploeg
,
P.
Macha
,
U.
Hubner
,
D.
Born
,
S.
Anders
,
E.
Il'ichev
,
H.-G.
Meyer
,
M.
Grajcar
,
S.
Wünsch
 et al,
Phys. Rev. B
81
,
172505
(
2010
).
29.
M.
Jerger
,
S.
Poletto
,
P.
Macha
,
U.
Hubner
,
E.
Il'ichev
, and
A. V.
Ustinov
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
042604
(
2012
).
30.
A.
Herr
,
A.
Fedorov
,
A.
Shnirman
,
E.
Il'ichev
, and
G.
Schön
,
Supercond. Sci. Technol.
20
,
S450
(
2007
).
31.
A. L.
Pankratov
,
A. V.
Gordeeva
, and
L. S.
Kuzmin
,
Phys. Rev. Lett.
109
,
087003
(
2012
).
You do not currently have access to this content.