光量子情報処理のための高速超伝導光子数識別器の研究

光量子信息处理快速超导光子数鉴别器研究

基本信息

批准号：
22K14615
负责人：
三津谷有貴
金额：
$ 2.91万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究課題では、光量子計算のための超伝導光子数識別器の動作速度の高速化に関する研究を実施している。本研究では、新たに超伝導材料の検討から始め、特にモリブデンを候補として超伝導転移端センサ型の光子数識別器の開発を行う。これにより高い計数率特性を有する検出器を実現することを目的としている。高計数率特性を実現しつつも、光子数識別能を失わない（エネルギー分解能を維持）するためには、それらを両立しうる超伝導転移温度を有する超伝導転移端センサの開発が必要となる。本研究では比較的高い超伝導転移温度を有するモリブデンを用いて、また、常伝導金属として金を用いて、これらの近接二重薄膜によって超伝導転移温度を調整することとした。初年度はモリブデン・金の二重薄膜の設計と開発を実施した。まず、高速性とエネルギー分解能を両立する超伝導転移温度として、700 mK程度を目標値として設定した。モリブデン単体の超伝導転移温度は920 mK程度であるため、これをモリブデン・金の近接二重薄膜によって700 mK程度まで低下させる。この膜厚の設計として、Usadel方程式を用いて近接二重薄膜の転移温度を計算するコードを開発した。それによってモリブデンの厚さ30 nm、金の厚さ2 nmによって704 mK程度の超伝導転移温度を得られることが分かった。また、スパッタ装置において実際にモリブデンの成膜を実施し、スパッタレートの算出を行った。これにより、所望の厚さを有する薄膜の作成を行うための条件を導き出すことができた。これにより、次年度以降において、実際に光子検出器を開発する準備を行うことができた。

在这个研究项目中，我们正在研究提高用于光量子计算的超导光子数鉴别器的运行速度。在这项研究中，我们将从研究新的超导材料开始，特别是我们将开发一种使用钼作为候选材料的超导过渡边缘传感器型光子数鉴别器。这样做的目的是实现具有高计数率特性的检测器。为了实现高计数率特性而不损失光子数辨别能力（保持能量分辨率），有必要开发一种具有能够实现这两种特性的超导转变温度的超导转变边缘传感器。在本研究中，我们使用具有相对较高超导转变温度的钼和作为普通导电金属的金，并决定利用这两个相邻的双薄膜来调节超导转变温度。第一年，我们设计开发了钼金双薄膜。首先，我们设定约 700 mK 的目标值作为同时实现高速和能量分辨率的超导转变温度。由于单独钼的超导转变温度约为920 mK，因此通过使用钼和金的紧密双薄膜将该温度降低至约700 mK。为了设计这个薄膜厚度，我们开发了一个代码，使用 Usadel 方程计算紧密排列的双薄膜的转变温度。结果发现，当钼厚度为30nm、金厚度为2nm时，可以获得约704mK的超导转变温度。此外，使用溅射装置实际形成钼膜，并计算溅射速率。这使得导出产生所需厚度的薄膜的条件成为可能。因此，我们能够从明年开始为光子探测器的实际开发做好准备。