人工Λ型三準位系を応用したマイクロ波単一光子検出

• 研究課題/領域番号: 15K17731
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 原子・分子・量子エレクトロニクス
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 猪股 邦宏 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 客員研究員 (50525772)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2016年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2015年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
• キーワード: 単一マイクロ波光子検出 / 人工Λ型原子 / 回路量子電磁力学 / 超伝導量子ビット / マイクロ波共振器 / マイクロ波単一光子検出 / 人工Λ型三準位系

研究成果の概要

単一光子検出は，光とマイクロ波の両領域における量子光学実験において必須の技術である．しかしながら，マイクロ波量子のエネルギーは光のそれと比較して4～5桁小さいため，マイクロ波単一光子の高効率検出は極めて困難である．
我々は，超伝導マイクロ波共振器と超伝導量子ビットを結合させた回路を用いることによって，導波路を伝搬するマイクロ波単一光子の高効率検出に成功した．マイクロ波単一光子検出効率として，66±6 %（伝播マイクロ波光子検出効率としては世界最高），ダークカウント確率1.4±0.1 %，光子検出レート1.3 MHzを達成した．

研究成果

• [雑誌論文] Displacement of propagating squeezed microwave states (2016)
  • 著者名/発表者名: K. G. Fedorov, L. Zhong, S. Pogorzalek, P. Eder, M. Fischer, J. Goetz, E. Xie, F. Wulschner, K.Inomata, T. Yamamoto, Y. Nakamura, R. Di Candia, U. Las Heras, M. Sanz, E. Solano, E. P. Menzel, F. Deppe, A. Marx, and R. Gross
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 117 号: 2 ページ: 020502-020502
  • DOI: 10.1103/physrevlett.117.020502
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Single microwave-photon detector using an artificial Λ-type three-level system (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Inomata, Z. R. Lin, K. Koshino, W. D. Oliver, J. S. Tsai, T. Yamamoto, and Y. Nakamura
  • 雑誌名: Nature Commun. 巻: 7 号: 1
  • DOI: 10.1038/ncomms12303
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Superradiant phase transition in a superconducting circuit in thermal equilibrium (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Bamba, K. Inomata, and Y. Nakamura
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 117 号: 17 ページ: 173601-173601
  • DOI: 10.1103/physrevlett.117.173601
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Dressed-state engineering for continuous detection of itinerant microwave photons (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Koshino, Z. R. Lin, K. Inomata, T. Yamamoto, and Y. Nakamura
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 93 号: 2 ページ: 023824-023824
  • DOI: 10.1103/physreva.93.023824
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Theory of microwave single-photon detection using an impedance-matched Λ system (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Koshino, K. Inomata, Z. Lin, Y. Nakamura and T. Yamamoto
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 91 号: 4 ページ: 043805-043805
  • DOI: 10.1103/physreva.91.043805
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Single Microwave-Photon Detector (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Inomata, Z. R. Lin, K. Koshino, W. D. Oliver, J. S. Tsai, T. Yamamoto, Y. Nakamura
  • 学会等名: 29th International Symposium on Superconductivity (ISS 2016)
  • 発表場所: Tokyo International Forum, Chiyoda-ku, Tokyo, Japan
  • 年月日: 2016-12-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Josephson parametric amplifier/oscillator and its application to quantum information processing (2016)
  • 著者名/発表者名: Z. R. Lin, K. Inomata, K. Koshino, J. S. Tsai, T. Yamamoto, Y. Nakamura
  • 学会等名: 29th International Symposium on Superconductivity (ISS 2016)
  • 発表場所: Tokyo International Forum, Chiyoda-ku, Tokyo, Japan
  • 年月日: 2016-12-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Single Microwave-Photon Detector for Quantum Information (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Inomata, Z. R. Lin, K. Koshino, W. D. Oliver, J. S. Tsai, T. Yamamoto, Y. Nakamura
  • 学会等名: International Workshop on Superconducting Sensors and Detectors (IWSSD 2016)
  • 発表場所: Advanced Industrial Science and Technology, Tsukuba, Ibaraki, Japan
  • 年月日: 2016-11-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 超伝導量子回路を用いたマイクロ波光子検出器 (2016)
  • 著者名/発表者名: 猪股 邦宏, Lin Zhirong, 越野 和樹, Oliver William, 蔡 兆申, 山本 剛, 中村 泰信
  • 学会等名: 電子情報通信学会 超伝導エレクトロニクス研究会
  • 発表場所: 東北大学電気通信研究所, 宮城県仙台市
  • 年月日: 2016-10-26
• [学会発表] Single microwave-photon detector using an artificial Λ-type three-level system (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Inomata, Z. R. Lin, K. Koshino, W. D. Oliver, J. S. Tsai, T. Yamamoto, Y. Nakamura
  • 学会等名: The 10th International Symposium on Intrinsic Josephson Effects and Plasma Oscillations in High-Tc Superconductors (Plasma+2016)
  • 発表場所: Nanjing University, Nanjing, China
  • 年月日: 2016-10-10
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Dynamics of flux-driven Josephson Parametric Oscillator (2016)
  • 著者名/発表者名: Z. R. Lin, K. Inomata, K. Koshino, J. S. Tsai, T. Yamamoto, M. Dykman, Y. Nakamura
  • 学会等名: The 10th International Symposium on Intrinsic Josephson Effects and Plasma Oscillations in High-Tc Superconductors (Plasma+2016)
  • 発表場所: Nanjing University, Nanjing, China
  • 年月日: 2016-10-10
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Single microwave-photon detection using an artificial Λ-type three-level atom (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Inomata, Z. R. Lin, K. Koshino, W. D. Oliver, J. S. Tsai, T. Yamamoto, Y. Nakamura
  • 学会等名: MICROPHOTON 2016
  • 発表場所: National Physical Laboratory, Teddington, The United Kingdom)
  • 年月日: 2016-04-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 人工Λ型原子を用いたマイクロ波単一光子の検出 (2016)
  • 著者名/発表者名: 猪股 邦宏
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学大 岡山キャンパス （東京都・目黒区）
  • 年月日: 2016-03-22
  • 招待講演
• [学会発表] Itinerant microwave photon detection using an impedance-matched Λ system (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Inomata, Z. R. Lin, K. Koshino, J. S. Tsai, T. Yamamoto, and Y. Nakamura
  • 学会等名: International Symposium on Nanoscale Transport and Technology
  • 発表場所: NTT Basic research laboratories (Atsugi, Kanagawa)
  • 年月日: 2015-11-19
  • 国際学会
• [学会発表] Itinerant microwave photon detection using an impedance-matched Λ system (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Inomata, Z. R. Lin, K. Koshino, J. S. Tsai, T. Yamamoto, and Y. Nakamura
  • 学会等名: 3rd Riken-NCTU Symposium on Physical and Chemical Science
  • 発表場所: National Chiao Tung University (Hsinchu, Taiwan)
  • 年月日: 2015-11-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 着衣状態エンジニアリングによるマイクロ波単一光子の検出（実験） (2015)
  • 著者名/発表者名: 猪股邦宏，Lin Zhirong，越野和樹，山本剛，中村泰信
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学千里山キャンパス （大阪府・吹田市）
  • 年月日: 2015-09-18
• [学会発表] 着衣状態エンジニアリングによるマイクロ波単一光子の検出（理論） (2015)
  • 著者名/発表者名: 越野和樹，猪股邦宏，Lin Zhirong，山本剛，中村泰信
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学千里山キャンパス （大阪府・吹田市）
  • 年月日: 2015-09-18
• [学会発表] 超伝導量子ビットを用いたタイムビンモード伝搬光子の生成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 石川豊史，河野信吾，楠山幸一，猪股邦宏，増山雄太，野口篤史，田渕豊，山崎歴舟，宇佐美康二，中村泰信
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学千里山キャンパス （大阪府・吹田市）
  • 年月日: 2015-09-18
• [学会発表] Itinerant microwave photon detection in driven circuit QED (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Inomata, Z. Lin, K. Koshino, J. Tsai, T. Yamamoto, and Y. Nakamura
  • 学会等名: 15th International Superconductive Electronics Conference
  • 発表場所: Nagoya University (Nagoya, Aichi)
  • 年月日: 2015-07-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Theory of deterministic switching of a superconducting qubit induced by single microwave photons (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Koshino, K. Inomata, Z. Lin, T. Yamamoto, and Y. Nakamura
  • 学会等名: 15th International Superconductive Electronics Conference
  • 発表場所: Nagoya University (Nagoya, Aichi)
  • 年月日: 2015-07-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Josephson parametric phase-locked oscillator and its application to quantum information processing (2015)
  • 著者名/発表者名: Z. Lin, K. Inomata, K. Koshino, Y. Nakamura, J. Tsai, and T. Yamamoto
  • 学会等名: 15th International Superconductive Electronics Conference
  • 発表場所: Nagoya University (Nagoya, Aichi)
  • 年月日: 2015-07-07
  • 国際学会
• [備考] マイクロ波単一光子の高効率検出を実現 －マイクロ波光子を用いた量子通信、量子情報処理へ応用－
  • URL: http://www.riken.jp/pr/press/2016/20160725_1/
• [備考] マイクロ波単一光子の高効率検出を実現 (60秒でわかるプレスリリース)
  • URL: http://www.riken.jp/pr/press/2016/20160725_1/digest/