2020 Fiscal Year Research-status Report
Superconducting photon-number resolving detector for continuous-variable quantum information processing
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20K15187
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
遠藤 護 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (90848003)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 光子数識別器 / 超伝導ナノストリップ型光子検出器 / 波形パターンマッチング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2020年度の目標は超伝導型光子検出器の性能を向上させ、連続量光量子情報処理に必要な光子数識別性能を実現することである。量子コンピュータの実現に向けて、連続量光量子情報処理は特に着目されているが、誤り耐性のある万能量子計算の実現には高性能光子数識別器が不可欠となる。
今年度は、従来光子の有無のみを判別できるとされていた超伝導ナノストリップ型光子検出器（SNSPD）に対し、先行研究にならい低雑音の低温増幅器を組み合わせることによって光子数識別性能を付与させることに成功した。これはSNSPDに入射する光子数に応じて、出力電気信号の立ち上がり波形が変化することを利用した光子数識別器であり、100 psオーダーの立ち上がり信号を信号対雑音比良く取得し解析する必要がある。応募者らは、高速な信号に対応した配線、増幅器などを用い4光子までの光子数識別を実現した。この方式の課題は、入射光子数が増えるに従い、立ち上がり波形が重なり区別がつきにくくなるという点であった。応募者らは波形パターンマッチングの手法を取り入れることで、測定系を変更することなく光子数識別性能を5光子まで拡張した。さらに、光子数識別性能を正確に見積もるために、検出器トモグラフィーと呼ばれる手法を用いて検出器の量子的な性能評価を行い、連続量光量子情報処理に使用できうる光子数識別器であることを確認した。
さらに、光子数識別器を利用した応用として、非ガウス型状態と呼ばれるような特殊な量子状態の効率的な生成方法に関する理論研究も合わせて行い、実験・理論の両局面から研究を遂行することができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
最大5光子まで測定可能な超伝導ナノストリップ型光子数識別器の開発に成功し、連続量光量子情報処理に必要な性能を持つことが確認できたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
複数のセンサを並列にすることにより、最大測定可能光子数を向上させる。また、波形パターンマッチングによる手法は現在オフラインで行っているが、リアルタイムで実行できるような信号処理技術を開発する。さらに、開発した光子数識別器を用い、非ガウス型状態と呼ばれる量子状態の生成を行う。
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