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超伝導光子検出器による量子制御技術の研究

超导光子探测器量子调控技术研究

基本信息

批准号：
09J05382
负责人：
藤井剛
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Nihon University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2011
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J05382/
关键词：
量子情報通信超伝導転移端センサ表面プラズモンポラリトン光子数識別器暗計数黒体輻射量子干渉ボーズ粒子超伝導転位端センサ検出効率単一光子検出器超伝導ナノワイヤ単一光子検出器量子最適受信機非ガウス状態量子効率カイネティックインダクタンス

项目摘要

光子検出器の重要な性能の一つに暗計数率がある。超伝導転移端センサ(TES)は、低雑音であることから低暗計数率が期待されていたが、実際には数100Hz程度の暗計数率が存在した。この暗計数は、室温での黒体輻射によって発生した光子が光ファイバの端面から結合、伝搬、検出されることで発生するものが主であると考えられていた。今回、TESに接続するファイバの長さ及び温度を変えて、発生する光子のエネルギースペクトルを測定した。その結果、ファイバの長さ及び温度が変わることで、光子のエネルギー及び発生率が変わることがわかった。このことから、ファイバ自身からも多くの光子が発生し、ファイバに結合していることが明らかになった。さらに、数m以上のファイバを接続した場合、端面から結合する光子に比べ、ファイバ自身で発生した光子の割合が大きいことわかった。また、発生した光子の中心エネルギーは、0.60eV以下であった。そのため、このエネルギーの光子を除去するフィルタとして、ファイバの曲げ損失を利用したフィルタを開発した。このフィルタは、信号光子に対しては0.1dB以下の損失で、ファイバ中で発生した光子に対しては13dB程度の減衰であり、低損失かつ高S/N比を実現した。さらに、このフィルタは、ファイバを直径3cmで5回程度巻いたもので、これまでのフィルタに比べ小型かつ安価に作製が可能である。TESを用いた応用実験として、単一表面プラズモンポラリトン(SPP)の量子干渉実験を世界で初めて行った。SPPは伝播損失が非常に大きいため、基本的な量子情報処理の1つである量子干渉を行うことは困難であった。本研究で開発した超伝導転移端センサを用いることで、30dBを超える挿入損失のSPPの干渉計においても、高い明瞭度でSPPの量子干渉を観測することに成功した。この量子干渉の結果は、ボーズ粒子による量子干渉の結果と一致しており、SPPがボーズ粒子であることを証明する結果ともなっている。

Photon detectors have important performance and dark counting rate. Superconductor shift (TES) is expected to be low, but actually a dark count rate of about 100 Hz exists. The number of photons emitted from the black body at room temperature is calculated by combining them with the light emitted from the black body. This time, the length and temperature of the fluorescent tubes connected to TES were changed, and the energy spectrum of the photons emitted was measured. The results of the test, the length and temperature of the photon, and the generation rate of the photon are different. This is the first time that a single photon has been generated. In the case of more than one photon, the end face is combined with the photon, and the photon itself is generated. The center of the photon is below 0.60eV. The first step is to remove the photons from the system and make use of them. For example, the signal photon pair has a loss of less than 0.1 dB, and the photon pair has a attenuation of 13 dB, a low loss, and a high S/N ratio. For example, the diameter of the wire is 3cm and the diameter of the wire is 5 cm. For example, the diameter of the wire is 3cm and the diameter of the wire is 5 cm. The use of TES in quantum physics is the first step in the development of quantum physics. SPP is very difficult to deal with quantum information. This study has successfully measured the quantum interference of SPP with high brightness and 30 dB interference loss. The result of quantum interference is consistent with that of SPP.