2018 Fiscal Year Annual Research Report
Demonstration of a superconducting single photon detector of new principle
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16K14261
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
馬渡 康徳 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (70358068)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
全 伸幸 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (20455439)
藤井 剛 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (30709598)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 超伝導 / 単一光子検出器 / 量子化磁束 / 単一磁束量子回路 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究開発では，新原理に基づく超伝導単一光子検出器の原理実証を行う．バイアス電流を運ぶ超伝導ナノストリップが光子を吸収して生じる量子化磁束を，単一磁束量子(SFQ)回路により検出することにより単一光子を計数する新型検出器であり，常伝導転移をともなう従来型の超伝導ナノストリップ検出器に比べて桁違いの計数率が期待される．
前年度に評価した Nb 薄膜の物性値(磁場侵入長やコヒーレンス長)を基に，超伝導ナノストリップと SFQ 回路を集積したモノリシック検出システムの設計見直しを行った．特に，超伝導ナノストリップと SFQ 回路がともに正常動作するようバイアス電流を分配する回路について再検討し，ナノストリップと SFQ 回路で構成される閉回路に存在していた抵抗を不要とし，その閉回路を(抵抗のない)超伝導ループとすることが可能であることが明らかになった．この新設計により，光子を吸収した超伝導ストリップに発生した量子化磁束が磁束量子化の条件を保ったまま閉回路に捉えられ，SFQ 回路で確実に検出されるようになった．つまり，磁束量子化を利用するという本検出器の特徴を最大に活かすような回路を構成することができた．さらに，この新たな設計に基づいて超伝導ナノストリップと SFQ 回路を集積したモノリシック検出システムを作製し，その基本動作を実験的に検証した．現時点では，まだ光照射による単一光子検出の実証には至っていないが，今後はその実証を進める予定である．なお，本研究開発の起点となった特許「光子検出装置及び光子検出方法」が査定されたことを付記する．
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