近日，大阪大学量子信息与量子生命研究中心、滨松光子学株式会社和信息通信研究机构（NICT）共同试制成功了最多12个信道的超导纳米线单光子探测器（SNSPD）系统并进行了实验，明确了产品化的预期。该研究成果已公布在9月20日“第83届应用物理学会秋季学术演讲会”上。
图1 最多12个信道的SNSPD系统。（供图：大阪大学）
研究团队开发出了搭载12个SNSPD，冷却温度可达2.16K的超低温SNSPD系统。具备光信号输入、驱动和输出端口。
2050年日本内阁府登月型研究开发事业目标6的终点，是实现通用型容错量子计算机，目前已经探讨了多种方式的提案，其中拥有超高效率且超低暗计数的高端SNSPD系统，乃是实现量子计算机的关键。
这种SNSPD系统内，安装有多个能够逐一检测出光子的超导纳米线单光子检测元件，形成多信道的光子检测系统。
此次，研究团队将NICT研发的超导纳米线单光子检测元件安装到了滨松光子学株式会社研发的超低温SNSPD系统中，并利用大阪大学研发的量子纠缠光子对光源，确认了11个SNSPD的工作状况，实际证实了所有信道都能正常工作。
图2 由使用了串联型type-II准相位匹配PPLN波导的自发参量下转换（SPDC）产生的偏振量子纠缠光子对以及光子探测系统。（供图：大阪大学）
图3 使用11条信道SNSPD进行量子态层析成像的测量结果。（供图：大阪大学）
今后，三方将进一步推进SNSPD的高性能化和多信道化，为量子计算机乃至量子网络、量子传感等所有量子2.0技术做出贡献。
预计2050年前后将会实现的通用型容错量子计算机，有望解决各种社会问题，促进经济、产业和安全保障的飞跃性发展。日本正为达成这一目标（登月计划目标6）而在做各种努力。
为了实现这种通用型容错量子计算机，重要的是要像目前的超级计算机一样将系统分割成一个个模块，再将它们连接为网络状，形成网络型量子计算机。
在这种网络化过程中，量子计算机利用发射光子来传输量子信息，使用量子隐形传态将其传输至量子计算机。而对于量子隐形传态，需要高效率、低暗计数且多信道的超导光子探测器。
如今全球正在竞相开发这种高端超导光子探测器，一些国外的创业公司甚至已实现了产品化。而在日本则以NICT为主开展了约20年的研究开发。
此次研发的SNSPD是日本首次实现的高端超导光子探测器。这是一种单光子探测器，利用了对受光面铺满超导细线结构的超导现象。为使超导状态易被破坏而对细线施加了电流偏置，如果光子被它吸收，超导状态就会因光子的能量而破坏，从而可以探测到光子。
项目负责人山本俊教授表示：“迄今为止日本还没有制造超导光子探测器的民营企业，这次是日本企业首次成功制造出超导光子探测器。达成登月计划目标需要很多高性能的光子探测器，满足这一要求的体制也正在逐渐完善。希望今后通过进一步提升性能，吸引更多用户，让产品更具魅力。”
日文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
