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。

该研究主题正在进行有关提高光子数辨别符的工作速度以进行照片Quantum计算的研究。在这项研究中，我们将使用钼作为候选者来检查新的超导材料，并开发超导过渡端传感器类型的光子数鉴别器。这旨在实现具有较高计数率特征的检测器。为了获得高计数率特征，但不会丢失光子数辨别能力（维持能量分辨率），有必要使用具有超导过渡温度的超导过渡端传感器来与这些特征兼容。在这项研究中，使用了相对较高的超导过渡温度的钼，并使用这些特写双重薄膜调整了金属作为正常导电金属，并作为正常导电金属进行了调整。在第一年，我们设计并开发了钼和黄金的双薄膜。首先，将目标值设置为大约700 MK作为超导过渡温度，这既可以达到高速和能量分辨率。仅钼的超导性过渡温度约为920 mk，因此通过钼和金的双重薄膜将其降低至约700 mk。为了设计这种薄膜厚度，我们开发了一个代码来使用USADEL方程计算近双薄膜的过渡温度。这证明，可以以30 nm的钼厚度和2 nm的金厚度获得约704 MK的超导过渡温度。此外，钼实际上被沉积在溅射装置中，并计算了溅射速率。这允许得出条件，以制备具有所需厚度的薄膜。这使我们能够为下一个财政年度及以后的光子探测器的实际开发做准备。