Microwave quantum communication using a broadened radiative transition of a superconducting artificial atom

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研究課題「超伝導人工原子の発光遷移の広帯域化とそれを用いたマイクロ波量子通信」の第一段階として、昨年度までに開発したデバイスを用いて伝搬マイクロ波光子の送信実験を行った。高効率に受信できる光子を生成するため、光子の波形と周波数を同時に制御する手法を考案した。この手法の実験的実証には、報告者のサポートのもとで研究室の後輩が取り組んだ。その結果、時間反転対象な波形の光子を共振器の帯域内の任意の周波数で生成することに成功した。研究課題の第二段階としては、多段パーセルフィルタを実装した光子送受信デバイスを作製した。広帯域なフィルタを実現するため、ジョセフソン接合を含む分布定数回路上で多極フィルタを設計する手法を考案した。この手法を用いて設計したデバイスを作製・測定したところ、多段パーセルフィルタは実現されていたが、設計とのずれにより所望の多極フィルタにはなっていなかった。しかし、このデバイスを用いて量子ビットの分散読み出しを試みたところ、世界最高の精度および速度を達成できた。この成果については、「多段パーセルフィルタを用いた超伝導量子ビットの高速な読み出し」として学会発表を行った。また、多極フィルタを設計する中で着想を得た「非線型パーセルフィルタ」を作製した。これは、量子ビットを高速かつ高精度に読み出せるデバイスにおいては、量子ビットが読み出し線内の熱ノイズに敏感になってしまうという問題を解決するものである。非線型パーセルフィルタを実装したデバイスを作製して測定した結果、ノイズには不敏感だが読み出し信号には敏感であるような非線型な応答を確認できた。