単一光子スペクトル計測を実現するオンチップ超伝導単一光子分光検出素子の開発

2020 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19K15472
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分30020:光工学および光量子科学関連
• 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: 藪野 正裕 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所フロンティア創造総合研究室, 研究員 (70777234)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 超伝導単一光子検出器

研究成果の概要

光導波路型分光素子と超伝導ナノワイヤ単一光子検出器(SNSPD)、超伝導デジタル回路を統合した単一光子分光検出システムの実現を目指して研究を行い、①行列読み出し型16素子SNSPDアレイの動作実証、②行列読み出し型SNSPDアレイと超伝導デジタル回路を統合したシステムの動作実証、③従来よりも太い超伝導線路を用いた単一光子検出技術の実証に成功した。またこれらの成果をもとに導波路結合型SNSPDアレイ検出器の設計を行った。

自由記述の分野

超伝導エレクトロニクス、量子光学

研究成果の学術的意義や社会的意義

光の最小単位である光子一個をその波長を識別しながら高感度に検出する単一光子分光検出器は、生命科学から宇宙物理学まで広範な科学分野において基盤技術となることが期待される。本研究では、高感度な単一光子検出器である超伝導ナノワイヤ単一光子検出器(SNSPD)を多素子アレイ化する技術の開発に成功し、またより多数の素子のアレイ化や素子の量産化が可能となる太い超伝導線路を用いた単一光子検出技術の実証にも成功した。またこれらをもとに導波路結合型のSNSPDアレイの設計も行った。以上は、多数の波長チャンネルを備える高感度単一光子分光検出器の実現に繋がる成果である。