Superconducting photon-number resolving detector for continuous-variable quantum information processing

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K15187
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Endo Mamoru 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (90848003)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 光子数識別器 / 非ガウス型状態 / 量子コンピュータ

Outline of Final Research Achievements

By examining the rising edge of the superconducting nanostrip photon detector (SNSPD) signal in detail, we have shown that the SNSPD, which was previously thought to discriminate only the presence or absence of photons, has photon number discrimination performance. We also showed that waveform analysis improves the photon number discrimination performance. We also generated non-Gaussian states, which are indispensable for an error-tolerant optical quantum computer, and succeeded in generating high-quality non-Gaussian states in ultrashort optical wave packets with a wavelength of 1545 nm.

Free Research Field

量子光学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

光量子コンピュータは高速で大規模な量子計算が可能なプラットフォームとして注目されている。その最大の課題は、計算に非線形性を付与するために必要な非ガウス型状態と呼ばれる量子状態を如何にして生成するかである。本研究では生成に必要な光子数識別器を開発した。さらに、高速量子計算に適しているが光子エネルギーの小ささから実現が困難であった通信波長帯での非ガウス型状態の生成に成功した。この研究の延長には誤り耐性型量子コンピュータの実現があり、その学術的・社会的意義は極めて大きい。