超伝導単一光子検出器の超高性能化と量子情報通信への適用による新規パラダイムの創出

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25286077
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: National Institute of Information and Communications Technology
• Principal Investigator: 三木 茂人 独立行政法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所ナノICT研究室, 主任研究員 (30398424)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 寺井 弘高 独立行政法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所ナノICT研究室, 研究マネージャー (10359094) ; 山本 俊 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (10403130)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 超伝導材料・素子 / 量子エレクトロニクス

Research Abstract

1. 超伝導ナノワイヤを含めた多層膜周期構造において、有限要素法を用いた光吸収率のシミュレーション方法の確立を行い、高い光吸収率が得られるためのサンドイッチ型光多層膜構造の設計を行った。また、実際にサンドイッチ型SSPD素子の作製プロセスの確立を行い、実際に試作されたSSPD素子の性能評価を行った結果、75%の非常に高い検出効率の取得に成功した。
2.16ピクセルSSPDアレイ素子、および多重化信号処理用の超伝導単一磁束量子回路に関して、研究計画通り、素子・回路設計を行った。また、次年度以降の高速動作実証にむけて、実際にSSPDアレイ素子およびSFQ多重化回路の試作を行った。
3.高効率化されたSSPDおよび忠実度93%に高精度化された波長変換量子インターフェー
スを用いて2つの独立に用意された光子の波長変換を行い、それらの2光子干渉を観測した。観測された明瞭度の実測値は76%であり、検出器と波長変換量子インターフェースの性能から予想される到達可能な明瞭度として91%を得ることができた。PPLN導波路を用いた高効率な光子対光源の設計および組立を行い、光子対発生を確認した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

平成25年度の研究実施計画に基づき研究を進めており、研究実績にあるようにほぼ計画通りの成果が得られていることから、順調に進展していると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

先に記入したように、研究計画は順調に推移しており、今後においても研究実施計画に基づき研究を推進する。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

購入物品が計上していた金額よりも安価で購入できた。また、当初計画していた出張が少なくなったために、旅費が計上金額よりも抑えられた。
物品費用に充てる。

Research Products

• [Journal Article] A 64-pixel NbTiN superconducting nanowire single-photon detector array for spatially resolved photon detection (2014)
  • Author(s): S. Miki, T. Yamashita, Z. Wang, and H. Terai
  • Journal Title: Optics Express Volume: 22 Pages: 7811-7820
  • DOI: 10.1364
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Low-filling-factor superconducting single photon detector with high system detection efficiency (2013)
  • Author(s): T. Yamashita, S. Miki, H. Terai, and Z. Wang
  • Journal Title: Optics Express Volume: 21 Pages: 27177-27184
  • DOI: 10.1364
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Observation of two output light pulses from a partial wavelength converter preserving phase of an input light at a single-photon level (2013)
  • Author(s): R. Ikuta, T. Kobayashi, H. Kato, S. Miki, T. Yamashita, H. Terai, M. Fujiwara, T. Yamamoto, M. Sasaki, Z. Wang, M. Koashi, and N. Imoto
  • Journal Title: Optics Express Volume: 21 Pages: 27865-27872
  • DOI: 10.1364
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nonclassical two-photon interference between independent telecommunication light pulses converted by difference-frequency generation (2013)
  • Author(s): R. Ikuta, T. Kobayashi, H. Kato, S. Miki, T. Yamashita, H. Terai, M. Fujiwara, T. Yamamoto, M. Koashi, M. Sasaki, Z. Wang, and N. Imoto
  • Journal Title: Physical Review A Volume: 88 Pages: 042317
  • DOI: 10.1103
  • Peer Reviewed
• [Presentation] SFQによる超伝導単一光子検出器アレイ読出し回路
  • Author(s): 寺井弘高、三木茂人、山下太郎、牧瀬圭正、梶野顕明、王鎮
  • Organizer: 2014年電子情報通信学会 総合大会
  • Place of Presentation: 新潟県 新潟大学 五十嵐キャンパス
  • Invited
• [Presentation] 超伝導ナノワイヤを用いた単一光子検出技術の進展
  • Author(s): 三木茂人、山下太郎、王鎮、寺井弘高
  • Organizer: 2014年電子情報通信学会 総合大会
  • Place of Presentation: 新潟県 新潟大学 五十嵐キャンパス
  • Invited
• [Presentation] 64ピクセル超伝導単一光子検出素子の特性評価
  • Author(s): 三木茂人、山下太郎、王鎮、寺井弘高
  • Organizer: 2014年 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 神奈川県 青山学院大学相模原キャンパス
• [Presentation] 64ピクセルSSPDアレイ用SFQ信号処理回路の設計と動作
  • Author(s): 寺井弘高、牧瀬圭正、山下太郎、三木茂人、王鎮
  • Organizer: 2014年 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 新潟県 新潟大学 五十嵐キャンパス
• [Presentation] Recent progress of superconducting single photon detectors
  • Author(s): S. Miki
  • Organizer: Quantum Science Symposium ASIA-2013
  • Place of Presentation: 東京都文京区 東京大学山上会館
• [Presentation] SINGLE-FLUX-QUANTUM READOUT TECHNIQUE FOR MULTI-PIXEL SUPERCONDUCTING NANOWIRE SINGLE-PHOTON DETECTOR ARRAY
  • Author(s): T. Yamashita, S. Miki, H. Terai, K. Makise, Z. Wang
  • Organizer: The 26th International Superconductivity Symposium
  • Place of Presentation: 東京都江戸川区 タワーホール船堀
  • Invited
• [Presentation] Superconducting single photon detectors for near infrared wavelength with high sensitivity, low noise, and high timing resolution
  • Author(s): S. Miki, T. Yamashita, Z. Wang, H. Terai
  • Organizer: 18th International Workshop on Laser Ranging
  • Place of Presentation: 山梨県富士吉田市 ハイランドリゾート ホテル＆スパ
• [Presentation] High performance multichannel superconducting single-photon detector system with Gifford-McMahon cryocooler
  • Author(s): T. Yamashita, S. Miki, Z. Wang, H. Terai
  • Organizer: Single Photon Workshop 2013
  • Place of Presentation: Oak Ridge National Laboratory, TN, U.S
• [Presentation] 64 pixel NbTiN superconducting nanowire single photon detectors with SFQ readout circuit
  • Author(s): S. Miki, T. Yamashita, Z. Wang, K. Makise, H. Terai
  • Organizer: European Conference on Applied Superconductivity (EUCAS2013)
  • Place of Presentation: Magazzini del Cotone, Genova, Italy
• [Presentation] Technologies for superconducting nanowire single-photon detector array system
  • Author(s): S. Miki, T. Yamashita, Z. Wang, K. Makise, H. Terai
  • Organizer: SPIE Defense, Security, and Sensing
  • Place of Presentation: Baltimore Convention Center, Baltimore, Maryland, U.S.
  • Invited