近日，大阪大學量子資訊與量子生命研究中心、濱松光量子學株式會社和資訊通信研究機構（NICT）共同試製成功了最多12個通道的超導奈米線單光量子偵檢器（SNSPD）系統並進行了實驗，明確了產品化的預期。該研究成果已公佈在9月20日「第83屆應用物理可用能學會秋季學術演講會」上。
圖1 最多12個通道的SNSPD系統。（供圖：大阪大學）
研究團隊開發出了搭載12個SNSPD，冷卻溫度可達2.16K的超低溫SNSPD系統。具備燈火信號輸入、驅動和輸出埠。
2050年日本内閣府登月型研究開發事業目標6的終點，是實現通用型故障容許度量子計算機，目前已經探討了多種方式的提案，其中擁有超高效率且超低暗計數的高端SNSPD系統，乃是實現量子計算機的關鍵。
這種SNSPD系統内，安裝有多個能夠逐一檢測出光量子的超導奈米線單光量子檢測元件，形成多通道的光量子檢測系統。
此次，研究團隊將NICT研發的超導奈米線單光量子檢測元件安裝到了濱松光量子學株式會社研發的超低溫SNSPD系統中，並利用大阪大學研發的量子糾纏光量子對光源，確認了11個SNSPD的工作狀況，實際證實了所有通道都能正常工作。
圖2 由使用了串聯型type-II準相配對分組PPLN波導的自發參量下轉換（SPDC）產生的偏振量子糾纏光量子對以及光量子探測系統。（供圖：大阪大學）
圖3 使用11條通道SNSPD進行量子態層析成像的測量結果。（供圖：大阪大學）
今後，三方將進一步推進SNSPD的高性能化和多通道化，為量子計算機乃至量子網路、量子感測等所有量子2.0技術做出貢獻。
預計2050年前後將會實現的通用型故障容許度量子計算機，有望解決各種社會問題，促進經濟、產業和安全保障的飛躍性發展。日本正為達成這一目標（登月計劃目標6）而在做各種努力。
為了實現這種通用型故障容許度量子計算機，重要的是要像目前的超級計算機一樣將系統分割成一個個模組，再將它們連接為網路狀，形成網路型量子計算機。
在這種網路化過程中，量子計算機利用發射光量子來傳輸量子資訊，使用量子隱形傳態將其傳輸至量子計算機。而對於量子隱形傳態，需要高效率、低暗計數且多通道的超導光量子偵檢器。
如今全球正在競相開發這種高端超導光量子偵檢器，一些國外的創業公司甚至已實現了產品化。而在日本則以NICT為主開展了約20年的研究開發。
此次研發的SNSPD是日本首次實現的高端超導光量子偵檢器。這是一種單光量子偵檢器，利用了對受光面鋪滿超導細線結構的超導現象。為使超導狀態易被破壞而對細線施加了電流偏置，如果光量子被它吸收，超導狀態就會因光量子的能量而破壞，從而可以探測到光量子。
項目負責人山本俊教授表示：「迄今為止日本還沒有製造超導光量子偵檢器的民營企業，這次是日本企業首次成功製造出超導光量子偵檢器。達成登月計劃目標需要很多高性能的光量子偵檢器，滿足這一要求的體制也正在逐漸完善。希望今後通過進一步提升性能，吸引更多客戶，讓產品更具魅力。」
日文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
