報道発表　超伝導単一光子検出システム開発に成功、世界最高性能を実現　～将来の量子情報通信技術を支えるコア技術の構築へ大きく前進～

独立行政法人情報通信研究機構（以下「NICT」という。理事長：宮原秀夫）は、将来の量子情報通信技術のキーデバイスである光子検出器を、超伝導技術により実現し、世界最高のシステム性能（動作速度50MHz、検出効率3%）を達成しました。開発したシステムは、超伝導薄膜検出素子と光ファイバを実装した超伝導検出器パッケージ及び100V、15Aで駆動可能な小型冷凍機により構成され、実用化・製品化に向けた小型化と高い可搬性を実現しました。

【背景】

　絶対に破られることのない量子暗号などの量子情報通信技術は、近年、次世代暗号技術や情報通信技術として注目されています。量子情報通信技術では、微弱な光が持つ光の粒子（単一光子）を情報のキャリアとして利用しているため、高速・低雑音な単一光子検出器の開発は不可欠となっています。現在、市販されている光子検出器はアバランシェ・フォトダイオード(APD)*1ですが、アフターパルスなどの問題により、動作速度が数メガヘルツ(MHz)まで制限されています。一方、超伝導単一光子検出器(SSPD)*2は、APDより5けた以上高い性能を示しますが、極薄超伝導薄膜の作成、微細加工の困難さとともに、極低温で動作するため、実用化に向けたシステム化、小型化にも困難であるとされています。

【今回の成果】

　今回、NICTの独自な高品質素子作製技術と光ファイバ実装技術、さらに実用化に向けたシステム化技術を開発し、国産第1号機となる超伝導単一光子検出システムの開発に成功しました（補足資料図1）。開発した検出システムは、100V、15Aで駆動可能な小型冷凍機と、光ファイバを実装した超伝導検出器パッケージ（補足資料図2）の6チャンネルにより構成されています。検出素子は、厚さ5ナノメートル、幅100ナノメートルの超伝導窒化ニオブ(NbN)ナノワイヤ検出素子（補足資料図3）です。システム性能として、動作速度50MHz、検出効率3%などの世界最高性能を示しました。

【今後の展望】

　今回の成果では、既に、量子暗号鍵配布フィールド実験に使用し得る性能を達成しました。今後、検出効率及び動作速度などの性能向上によって、APDなどを凌駕する究極な光子検出器として期待され、量子情報通信分野だけではなく、量子光学、宇宙物理学、生体質量分析、新薬開発、低エネルギー粒子検出など様々な分野での実用化も可能となります。
　なお、NICTは、本システムを、9月30日(火)～10月4日(土)に幕張メッセで開催される「CEATEC JAPAN 2008」 http://www.ceatec.com/に出展します。

＜用語解説＞

1	アバランシェ・フォトダイオード(APD)
	半導体におけるアバランシェ倍増（雪崩現象とも呼ばれる）現象を利用して受光感度を上昇させるフォトダイオードである。
	APD： Avalanche Photodiodeの略語

*2	超伝導単一光子検出器(SSPD)
	厚さ数ナノメートル、幅100ナノメートル（1万分の１ミリメートル）ほどの超伝導体細線に光ファイバから単一光子が入射すると、超伝導状態が壊れることを利用し、光子を検出する。　半導体APD検出器に比べ極めて低雑音で、かつ光子の到来時間を正確にとらえることが可能。
	SSPD：Superconducting Single Photon Detectorの略語