2021 Fiscal Year Final Research Report

Onchip quantum photonic circuit integrated with superconducting single photon detectors

Research Project

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Project/Area Number	19H02206
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
Research Institution	National Institute of Information and Communications Technology
Principal Investigator	Miki Shigehito 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所神戸フロンティア研究センター, 主任研究員 (30398424)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	寺井弘高国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所神戸フロンティア研究センター, 室長 (10359094) 宮嶋茂之国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所神戸フロンティア研究センター, 主任研究員 (50708055) 藪野正裕国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所神戸フロンティア研究センター, 研究員 (70777234)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	超伝導光子検出器 / 量子光学回路
Outline of Final Research Achievements	We have developed a waveguide-coupled superconducting nanowire single photon detector (WG-SSPD), and succeeded to observe photon interference by an on-chip quantum interferometer using WG-SSPD integrated on a Si waveguide. We also developed and demonstrated the operation of a superconducting single flux quantum (SFQ) circuit for QPC as a signal processing for quantum photonic circuit (QPC). In particular, we succeeded to observe two-photon interference by using a SFQ coincidence circuit. We also conducted a study of hybrid integration in which the Si waveguide and WG-SSPD are bonded together for the large-scale QPC, and simulated that the photon absorption to the WG-SSPD. We confirmed the effective absorption to the WG-SSPD by the finite element simulation.
Free Research Field	超伝導検出器
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	現在、国内外において量子暗号技術や量子インターネットの実現にむけて、光子を用いた量子情報通信技術の研究開発が進められているが、オンチップ量子光学回路(QPC)は光学機能素子を光導波路によって集積化することで、極めて小面積領域内に低損失で安定性の高い量子情報システムを構築することが可能となることから重要な技術として期待される。QPCにおいて光子検出器は重要な役割を担うが、本提案における導波路結合型超伝導ナノワイヤ単一光子検出器(WG-SSPD)はQPC上で100%近い検出効率が期待されるため、WG-SSPDの開発および集積化技術が実現すれば、スケーラブルなオンチップQPC回路の実現が期待される。