2019 Fiscal Year Annual Research Report
Onchip quantum photonic circuit integrated with superconducting single photon detectors
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19H02206
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| Research Institution | National Institute of Information and Communications Technology |
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Principal Investigator |
三木 茂人 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所フロンティア創造総合研究室, 主任研究員 (30398424)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藪野 正裕 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所フロンティア創造総合研究室, 研究員 (70777234)
宮嶋 茂之 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所フロンティア創造総合研究室, 研究員 (50708055)
寺井 弘高 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所フロンティア創造総合研究室, 上席研究員 (10359094)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 超伝導単一光子検出器 / 量子光学回路 / 超伝導論理回路 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
量子光学回路の集積化を実現するためには、量子光導波路の大規模化かつ、多数個の超伝導単一光子検出器を導波路上に実現しなければならず、開発困難性が非常に高い。そこで、本研究では別々に製作した光導波路と超伝導単一光子検出器を貼り合わせにより集積化を実現する新規手法を検討する。そのための第一歩として、Silicon-on-Insulator(SOI)基板を用いて光導波路を作製し、導波路上に超伝導薄膜を貼り合わせた場合の吸収率を評価する必要がある。そこで、今年度はSOI基板を用いて光導波路の作製、および超伝導ナノワイヤに用いられる超伝導窒化ニオブチタン(NbTiN)薄膜の成膜を行った。また、これらを貼り合わせた際に光導波路を伝搬する光がNbTiN薄膜に効率よく吸収するかを評価することのできるシステムの構築を行った。また、本研究の目的としては、光学回路、超伝導単一光子検出器、および超伝導信号処理回路を組み合わせて集積化する事である。そこで、量子光学回路の信号処理として最も重要な回路となる同時計数が可能な回路を超伝導単一磁束量子(SFQ)回路を用いて開発をおこなった。開発した同時計数回路と２個の超伝導単一光子検出器を冷凍機内に実装し、動作実証を行った結果、ある時間窓(～200ps)の間に2個の超伝導単一光子検出器が光子を検出した場合、SFQ同時計数回路から出力信号が得られることを確認した。また、チタンサファイアレーザおよびPPKTP結晶の導入により、量子光学回路の動作を評価するための量子もつれ光子対源の整備を実施した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
光導波路結合型超伝導単一光子検出素子の実現手法として、研究計画当初は、光導波路上に超伝導単一光子検出素子を直接作製する手法を検討していたが、回路規模の増大に伴う実現の困難性に直面するため、新たな手法の検討を開始したため、研究開発に遅れが生じている。
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| Strategy for Future Research Activity |
導波路結合型超伝導単一光子検出素子の実現の為のアプローチとして、新たな手法の検討を行っているが、もし上手くいかなかった場合も考慮して、当初考えていた方式も並行して計画を進める。また、超伝導信号処理回路も含めた集積化が本研究の目標ではあるが、独立した技術としても研究開発を進め、成果・知見を十分に蓄積した後に集積化に目指した開発を実施する予定である。
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