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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

研究課題

研究課題/領域番号 25286077
研究種目

基盤研究(B)

配分区分一部基金
応募区分一般
研究分野 光工学・光量子科学
研究機関国立研究開発法人情報通信研究機構

研究代表者

三木 茂人  国立研究開発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)

研究分担者 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)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円)
2015年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2014年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円)
2013年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円)
キーワード光子検出器 / 量子光学 / 超伝導デバイス / 超伝導材料・素子 / 量子エレクトロニクス
研究成果の概要

本研究では、超伝導単一光子検出器(SSPD)の性能向上を目指した開発を実施し、通信波長帯において検出効率70%以上、暗計数率100カウント/秒、タイミングジッタ70psの達成や、SSPDアレイの実現による従来比10倍以上の高速化など、従来技術では達成し得ない領域まで進化させることに成功した。また、SSPDを量子光学研究に展開することにより、90%以上の明瞭度を有する量子インターフェースの実現や、独立光子源からの2光子干渉観測など、これまで実現出来なかった技術の確立に成功した。

報告書

(4件)
  • 2015 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (41件)

すべて 2016 2015 2014 2013 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 9件、 オープンアクセス 4件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (29件) (うち国際学会 5件、 招待講演 7件) 産業財産権 (1件)

  • [国際共同研究] グラスゴー大学(英国)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [雑誌論文] Frequency domain Hong-Ou-Mandel Interference2016

    • 著者名/発表者名
      Toshiki Kobayashi, Rikizo Ikuta, Shuto Yasui, Shigehito Miki, Taro Yamashita, Hirotaka Terai, Takashi Yamamoto, Masato Koashi and Nobuyuki Imoto
    • 雑誌名

      Nature Photonics

      巻: doi:10.1038/nphoton.2016.74 号: 7 ページ: 441-444

    • DOI

      10.1038/nphoton.2016.74

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Fabrication and Characterization of Superconducting Nanowire Single-Photon Detectors on Si Waveguide2015

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Waki, Taro Yamashita, Shin-ichiro Inoue, Shigehito Miki, Hirotaka Terai, Rikizo Ikuta, Takashi Yamamoto, and Nobuyuki Imoto
    • 雑誌名

      IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY

      巻: 25 号: 3 ページ: 2200704-2200704

    • DOI

      10.1109/tasc.2014.2385836

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 加速する超伝導単一光子検出器技術2015

    • 著者名/発表者名
      三木茂人
    • 雑誌名

      電子情報通信学会誌

      巻: 98 ページ: 232-237

    • NAID

      110009917774

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] ダブルサイドキャビティ付超伝導単一光子検出器の特性評価2014

    • 著者名/発表者名
      三木茂人、山下太郎、王鎮、寺井弘高
    • 雑誌名

      ダブルサイドキャビティ付超伝導単一光子検出器の特性評価

      巻: J97-C ページ: 357-364

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Review of superconducting nanowire single-photon detector system design options and demonstrated performance2014

    • 著者名/発表者名
      E. A. Dauler, M. E. Grein, A. J. Kerman, F. Marsili, S. Miki, S. W. Nam, M. D. Shaw, H. Terai, V. B. Verma, and T. Yamashita
    • 雑誌名

      Optical Engineering

      巻: 53 号: 8 ページ: 081907-081907

    • DOI

      10.1117/1.oe.53.8.081907

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Frequency down-conversion of 637 nm light to the telecommunication band for non-classical light emitted from NV centers in diamond2014

    • 著者名/発表者名
      R. Ikuta, T. Kobayashi, S. Yasui, S. Miki, T. Yamashita, H. Terai, M. Fujiwara, T. Yamamoto, M. Koashi, M. Sasaki, Z. Wang, and N. Imoto
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: Vol. 22 号: 9 ページ: 11205-11214

    • DOI

      10.1364/oe.22.011205

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A 64-pixel NbTiN superconducting nanowire single-photon detector array for spatially resolved photon detection2014

    • 著者名/発表者名
      S. Miki, T. Yamashita, Z. Wang, and H. Terai
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 22 ページ: 7811-7820

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Low-filling-factor superconducting single photon detector with high system detection efficiency2013

    • 著者名/発表者名
      T. Yamashita, S. Miki, H. Terai, and Z. Wang
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 21 ページ: 27177-27184

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Observation of two output light pulses from a partial wavelength converter preserving phase of an input light at a single-photon level2013

    • 著者名/発表者名
      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
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 21 ページ: 27865-27872

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nonclassical two-photon interference between independent telecommunication light pulses converted by difference-frequency generation2013

    • 著者名/発表者名
      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
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 88 ページ: 42317-42317

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 導波路結合型SSPDの作製プロセスの検討2016

    • 著者名/発表者名
      和木健太朗、山下太郎、井上振一郎、三木茂人、寺井弘高、生田力三、山本俊、井元信之
    • 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
      2016-03-21
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] アバランシェ型超伝導ナノワイヤ単一光子検出素子の特性評価2016

    • 著者名/発表者名
      S. Miki, T. Yamashita, H. Terai
    • 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
      2016-03-21
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 誘電体多層膜付きインターリーブ型SSPDアレイの開発2016

    • 著者名/発表者名
      T. Yamashita, S. Miki, H. Terai
    • 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
      2016-03-21
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 時間分解測定による高忠実度なエンタングルメントスワッピング実験2016

    • 著者名/発表者名
      逵本吉郎、杉浦幸大、田中元基、生田力三、三木茂人、山下太郎、寺井弘高、山本俊、小芦雅斗、井元信之
    • 学会等名
      日本物理学会第71回年次大会
    • 発表場所
      東北学院大学泉キャンパス、宮城県仙台市
    • 年月日
      2016-03-21
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] SOI基板を用いた導波路結合型SSPD素子の作製2016

    • 著者名/発表者名
      和木健太朗、山下太郎、井上振一郎、三木茂人、寺井弘高、生田力三、山本俊、井元信之
    • 学会等名
      2016年電子情報通信学会 総合大会
    • 発表場所
      九州大学 伊都キャンパス、福岡県福岡市
    • 年月日
      2016-03-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Superconducting nanowire single-photon detector and its signal readout using superconducting digital electronics2015

    • 著者名/発表者名
      H. Terai, S. Miki, T. Yamashita, K. Makise
    • 学会等名
      8th East Asian Symposium on Superconductive Electronics
    • 発表場所
      Campus of KRISS, Daejeon, Korea
    • 年月日
      2015-11-05
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 誘電体多層膜を用いた可視波長帯超伝導ナノワイヤ単一光子検出器2015

    • 著者名/発表者名
      和木健太朗、Robert Kirkwood、山下太郎、三木茂人、寺井弘高
    • 学会等名
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場、愛知県名古屋市
    • 年月日
      2015-09-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 誘電体多層膜を用いた超伝導ナノワイヤ単一光子検出器の光学設計2015

    • 著者名/発表者名
      山下太郎、三木茂人、寺井弘高
    • 学会等名
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場、愛知県名古屋市
    • 年月日
      2015-09-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] インターリーブ型4エレメント超伝導単一光子検出素子の特性評価2015

    • 著者名/発表者名
      三木茂人、山下太郎、寺井弘高
    • 学会等名
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場、愛知県名古屋市
    • 年月日
      2015-09-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Characterization of multi pixel NbTiN Superconducting Nanowire Single Photon Detectors2015

    • 著者名/発表者名
      S. Miki, T. Yamashita, H. Terai
    • 学会等名
      Single Photon Workshop 2015
    • 発表場所
      University of Geneva, Geneva, Switzerland
    • 年月日
      2015-07-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Flexible optical design and characterization of superconducting nanowire single-photon detectors with dielectric multilayer2015

    • 著者名/発表者名
      T. Yamashita, S. Miki, H. Terai
    • 学会等名
      Single Photon Workshop 2015
    • 発表場所
      University of Geneva, Geneva, Switzerland
    • 年月日
      2015-07-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Multi pixel superconducting single photon detectors with superconducting single flux quantum readout circuit2015

    • 著者名/発表者名
      S. Miki, T. Yamashita, Z. Wang, H. Terai
    • 学会等名
      15th International Superconductive Electronics Conference (ISEC 2015)
    • 発表場所
      名古屋大学、名古屋能楽堂、愛知県名古屋市
    • 年月日
      2015-07-08
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Characterization of NbTiN-Based Superconducting Nanowire Single-Photon Detectors on Si Waveguide2015

    • 著者名/発表者名
      K. Waki, T. Yamashita, S. Inoue, S. Miki, H. Terai, R. Ikuta, T. Yamamoto, N. Imoto
    • 学会等名
      15th International Superconductive Electronics Conference (ISEC 2015)
    • 発表場所
      名古屋大学、名古屋能楽堂、愛知県名古屋市
    • 年月日
      2015-07-06
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development and applications of superconducting nanowire single photon detectors2015

    • 著者名/発表者名
      S. Miki
    • 学会等名
      KPS Spring Meeting 2015
    • 発表場所
      DaejeonConvention Center, Daejeon, Korea
    • 年月日
      2015-04-23
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 時間分解同測定による高明瞭度のHong-Ou-Mandel干渉実験2015

    • 著者名/発表者名
      杉浦幸大、生田力三、三木茂人、山下太郎、寺井弘高、藤原幹生、山本俊、小芦雅斗、佐々木雅英、王鎮、井元信之
    • 学会等名
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      神奈川県平塚市、東海大学湘南キャンパス
    • 年月日
      2015-03-11
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 進化する超伝導単一光子検出器技術と応用分野への波及効果2014

    • 著者名/発表者名
      三木茂人
    • 学会等名
      応用物理学会 秋季応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      北海道札幌市、北海道大学札幌キャンパス
    • 年月日
      2014-09-19
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Characterization of multi pixel superconducting nanowire single photon detectors2014

    • 著者名/発表者名
      S. Miki, T. Yamashita, Z. Wang, H. Terai
    • 学会等名
      Applied Superconductivity Conference 2014
    • 発表場所
      The Charlotte Convention Center, Charlotte, U.S.
    • 年月日
      2014-08-14
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Design and testing of SFQ signal processor for 64-pixel SSPD array2014

    • 著者名/発表者名
      H. Terai, K. Makise,T. Yamashita, S. Miki, Z. Wang
    • 学会等名
      Applied Superconductivity Conference 2014
    • 発表場所
      The Charlotte Convention Center, Charlotte, U.S.
    • 年月日
      2014-08-11
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 64ピクセルSSPDアレイ用SFQ信号処理回路の動作と冷凍機実装実験2014

    • 著者名/発表者名
      寺井弘高、三木茂人、山下太郎、竹内尚輝
    • 学会等名
      日本学術振興会超伝導エレクトロニクス146委員会 通信・情報処理分科会第10回研究会
    • 発表場所
      東京都港区、機械振興会館
    • 年月日
      2014-07-23
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] SFQによる超伝導単一光子検出器アレイ読出し回路

    • 著者名/発表者名
      寺井弘高、三木茂人、山下太郎、牧瀬圭正、梶野顕明、王鎮
    • 学会等名
      2014年電子情報通信学会 総合大会
    • 発表場所
      新潟県 新潟大学 五十嵐キャンパス
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 超伝導ナノワイヤを用いた単一光子検出技術の進展

    • 著者名/発表者名
      三木茂人、山下太郎、王鎮、寺井弘高
    • 学会等名
      2014年電子情報通信学会 総合大会
    • 発表場所
      新潟県 新潟大学 五十嵐キャンパス
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 64ピクセル超伝導単一光子検出素子の特性評価

    • 著者名/発表者名
      三木茂人、山下太郎、王鎮、寺井弘高
    • 学会等名
      2014年 第61回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      神奈川県 青山学院大学相模原キャンパス
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 64ピクセルSSPDアレイ用SFQ信号処理回路の設計と動作

    • 著者名/発表者名
      寺井弘高、牧瀬圭正、山下太郎、三木茂人、王鎮
    • 学会等名
      2014年 第61回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      新潟県 新潟大学 五十嵐キャンパス
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Recent progress of superconducting single photon detectors

    • 著者名/発表者名
      S. Miki
    • 学会等名
      Quantum Science Symposium ASIA-2013
    • 発表場所
      東京都文京区 東京大学山上会館
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] SINGLE-FLUX-QUANTUM READOUT TECHNIQUE FOR MULTI-PIXEL SUPERCONDUCTING NANOWIRE SINGLE-PHOTON DETECTOR ARRAY

    • 著者名/発表者名
      T. Yamashita, S. Miki, H. Terai, K. Makise, Z. Wang
    • 学会等名
      The 26th International Superconductivity Symposium
    • 発表場所
      東京都江戸川区 タワーホール船堀
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Superconducting single photon detectors for near infrared wavelength with high sensitivity, low noise, and high timing resolution

    • 著者名/発表者名
      S. Miki, T. Yamashita, Z. Wang, H. Terai
    • 学会等名
      18th International Workshop on Laser Ranging
    • 発表場所
      山梨県富士吉田市 ハイランドリゾート ホテル&スパ
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] High performance multichannel superconducting single-photon detector system with Gifford-McMahon cryocooler

    • 著者名/発表者名
      T. Yamashita, S. Miki, Z. Wang, H. Terai
    • 学会等名
      Single Photon Workshop 2013
    • 発表場所
      Oak Ridge National Laboratory, TN, U.S
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 64 pixel NbTiN superconducting nanowire single photon detectors with SFQ readout circuit

    • 著者名/発表者名
      S. Miki, T. Yamashita, Z. Wang, K. Makise, H. Terai
    • 学会等名
      European Conference on Applied Superconductivity (EUCAS2013)
    • 発表場所
      Magazzini del Cotone, Genova, Italy
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Technologies for superconducting nanowire single-photon detector array system

    • 著者名/発表者名
      S. Miki, T. Yamashita, Z. Wang, K. Makise, H. Terai
    • 学会等名
      SPIE Defense, Security, and Sensing
    • 発表場所
      Baltimore Convention Center, Baltimore, Maryland, U.S.
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [産業財産権] 超伝導単一光子検出器及び超伝導単一光子検出器の光学設計方法2014

    • 発明者名
      山下太郎、三木茂人、寺井弘高
    • 権利者名
      山下太郎、三木茂人、寺井弘高
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2014-250561
    • 出願年月日
      2014-12-11
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

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公開日: 2013-05-21   更新日: 2019-07-29  

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