국립 정보 통신 기술 연구소 (이하 "NICT", 회장 : Sakauchi Masao)는 국립 고급 산업 과학 기술 연구소 (이하 라이브 바카라 : Nakabachi University), 소피아 대학교 (Nakabachi University) 및 Gakushuin University를 제공하기 위해 Ultra-Waplest 밴드를 제공합니다스퀴즈 라이트를 감지하는 광자 번호 식별 기술을 성공적으로 개발했습니다 높은 정확도로 라이브 바카라 된 빛은 레이저 라이트보다 노이즈가 적으므로 현재 레벨의 1,000 배 이상의 대용량 통신을 달성합니다양자 정보 및 커뮤니케이션8441_8521
이 결과는 영국 과학 저널 "과학 보고서"(Nature Publishing Group) (디지털 버전 : 4 월 3 일 목요일 오전 10시)
*이 연구의 일부는 캐비닛 사무소의 최첨단 연구 개발 지원 프로그램 (첫 번째 프로그램), "Quantum Information Processing Project"의 지원으로 수행되었습니다
각 기관의 역할을 분할
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nict: 라이브 바카라 된 광원, 광 도파관 시스템 및 초전도 탐지 시스템을 사용하여 전체 실험 시스템의 설계, 구성, 실험 및 데이터 분석의 책임
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라이브 바카라: 초전도 전이 에지 감지 요소의 성능 개발 및 평가 책임
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Gakushuin University, Sophia University: 공동으로 압박 된 광원을 평가하는 방법을 공동으로 개발
근적외선 영역에서 광 통신 파장 대역에 이르기까지 광범위한 파장 범위를 덮는 광원은 대용량 광학 통신 및광학 일관성 단층 촬영, 분광 측정 및 감지와 같은 다양한 필드에서 사용되었으며 오늘날 1,000 nm 이상의 파장 범위의 광원이 개발되고 있습니다 라이브 바카라 된 빛은 레이저 라이트보다 노이즈가 적으며, 양자 정보 및 통신을위한 광원으로 실질적으로 사용될 것으로 예상되며, 이는 혁신적이고 대용량의 대용량 통신 및 광학 측정을 실현합니다 그러나, 넓은 파장 밴드에서 라이브 바카라 된 빛을 생성하고 광자의 수를 정확하게 측정하기는 어렵고, 지금까지, 특히 광섬유 통신 파장 밴드에서는 불가능했습니다
이번에는 초대형 밴드 라이브 바카라 광원이 있습니다이 광원은 이전 모델의 10 배 이상인 110 nm (주파수 너비의 134 thz)로 라이브 바카라 된 빛을 생성 할 수 있으며 초고속 감수성으로 감지 할 수있는 라이브 바카라 조명초전도 전환 엔드 센서를 사용하여 광자 번호 식별 기술을 성공적으로 개발했습니다 이것은 또한 세계에서 처음으로 짜낸 빛이 된 것으로 나타났습니다광자광자조차도 구성됩니다
지금까지 라이브 바카라 된 빛에 대한 관찰 된 파장 밴드는 10 nm 미만 (예 : 참조 1)이며,이를 10 배 이상 빠르게 확장함으로써 파장 다중화를 통해 양자 통신의 용량을 증가시키는 타당성을 보여 주었다 또한, 광섬유 통신 파장 대역이라는 중요한 파장 대역에서 실현함으로써,이를 저렴한 고성능 광학 구성 요소와 결합하여 실험실 수준에 남아있는 연구 개발이 광섬유 테스트 베드에 대한 경험적 개발로 이동할 수 있습니다 이는 양자 기술을 사용한 대용량 광학 통신 및 초고속 광학 측정을 실현하기위한 연구 개발을 가속화 할 것으로 예상됩니다
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| 그림 : 광대역 스퀴즈 광원 (상단), 초전도 전환 엔드 센서 (아래) |
향후, 우리는 라이브 바카라 된 광원 및 광자 수 식별 기술의 성능을 더욱 향상시키고 광학 측정의 정확도를 향상시키기 위해 노력할 것입니다 또한 광섬유 네트워크에서도 작업 할 것입니다노드 처리에 도입함으로써, 우리는 저전력과 대용량의 광 통신을 달성하기 위해 연구 개발을 계속 수행 할 것입니다
실험 장비의 구성 요소 및 초대형 밴드 라이브 바카라 조명 및 초전도 전환 엔드 센서의 특성
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| 그림 1 : 실험 장비 다이어그램 |
그림 1은 실험 장비의 구조를 보여줍니다 레이저로부터의 기본파 (파장 1,535 nm)는 이중 고조파 파 (파장 7675 nm)로 변환되며 펌프 광으로 사용되어 비선형 광학 결정을 자극합니다 비선형 광학 결정은 광학 손실이 낮은 주기적으로 편광 된 역전기 티타 닐 포스페이트 (PPKTP) 결정을 사용합니다 이 PPKTP 결정에서 위상 일치 조건을 조정함으로써 매우 넓은 파장 범위의 라이브 바카라 된 빛을 생성 할 수 있습니다 광대역 라이브 바카라광은 광섬유를 통해 냉장고 내부에 위치한 초전도 전이 엔드 센서로 안내되어 광학 펄스에 포함 된 광자 수를 측정합니다 하나의 입력 광자로부터 2 개의 라이브 바카라 된 광자가 생성되기 때문에, 짝수의 라이브 바카라 된 광자가 이상적으로 측정된다
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| 그림 2 : 생성 된 라이브 바카라광의 파장 스펙트럼 |
그림 2는 생성 된 라이브 바카라광의 파장 분포를 보여줍니다 녹색은 분광계를 사용한 측정 결과이며 분광계의 검출 특성으로 인해 비대칭 모양이 있습니다 분광기가 완전히 특성화되면, 예상 파장 분포는 파장 범위가 150 nm 인 청색으로 표시된 대칭입니다 빨간색 그래프는 기본파로 사용되는 레이저의 파장 분포를 보여줍니다
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| 그림 3 : 초전도 전환 엔드 센서의 특성 |
그림 3A는 초전도 전이 엔드 센서의 신호 출력 파형을 보여주고 그림 3B는 파장 대 감지 효율 특성을 보여줍니다 도 3A에서, 광학 펄스가 센서에 입력 될 때의 출력 신호 파형이 이산임을 알 수있다 이것은 광학 펄스 (광자의 입자 특성)에 함유 된 하나 또는 두 개의 광자의 개별 값이 있다는 사실에 해당합니다 실험에서, 우리는 광 펄스 당 얼마나 많은 광자를 포함하고 주파수 분포를 생성했는지 측정했다 (아래 그림 4A 참조) 그림 3b는 실제 센서 감지 효율의 파장 의존성을 보여줍니다 이것으로부터, 우리는 우리가 사용한 TES가 1,510 ~ 1,580 nm 범위에서 90% 이상의 양자 효율을 보였으며, 또한 1,620 nm에서 75%의 검출 효율을 가졌다는 것을 알 수 있습니다
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| 그림 4 : 초대형 밴드의 광자 번호 분포 |
그림 4는 초대형 밴드 라이브 바카라광의 광자 수 분포를 보여줍니다 도 4A는 광학 펄스를 감지 할 때 TES로부터 얻은 전기 신호의 피크 값의 주파수 분포를 보여준다 이들은 각 간격에 대해 축적되며 그림 4a의 보간 다이어그램은 각 광자에 대한 주파수 분포를 보여줍니다 다음으로,이 보간 다이어그램의 데이터에서 실험 파라미터의 불완전성에 대해 수정 된 통계는 그림 4b에 나와 있습니다 그림 4b에서 광원에는 0, 2, 4 등이 주로 광자를 포함한다는 것을 알 수 있습니다 그림 4c는 얻은 광자 통계에 대한 Krishko (Klyshko)에 대한 판단 조건으로 알려진 양자 지수 (KN)를 적용한 결과입니다 이 지표는 정상 레이저 조명을 약화시키는 것과 같이 고전적인 조명의 경우 1 미만으로 떨어지지 않지만 그림 4c에서는 광자조차도 표시기가 1 미만임을 알 수 있습니다 이것은 라이브 바카라 된 빛의 균일 한 특성을 반영한 결과라고 할 수 있습니다
참조 :
(1)t Gerrits et al,“통신 파장에서 퇴화, 인수 화성, 펄스 라이브 바카라광의 생성”Opt 표현하다19, 24434 (2011)
*86 nm의 변속기 대역이있는 대역 통과 필터가 여기에 사용됩니다 위의 예에서와 같이, 이전의 라이브 바카라 된 광 관측 예에서, 가장 넓은 밴드에서도 파장 범위는 10 nm 미만입니다