量子マイクロ波光技術

量子マイクロ波光テクノロジー
マイクロ波光技術光技術とマイクロ波技術の利点を信号処理、通信、センシングなどの分野で融合させた、強力な分野へと成長しました。しかしながら、従来のマイクロ波光子システムは、特に帯域幅と感度の点でいくつかの重要な制約に直面しています。これらの課題を克服するため、研究者たちは量子マイクロ波光子学の研究を始めています。これは、量子技術の概念とマイクロ波光子学を融合させた、刺激的な新分野です。

量子マイクロ波光技術の基礎
量子マイクロ波光技術の核心は、従来の光技術を置き換えることである。光検出器の中でマイクロ波光子リンク高感度単一光子光検出器を搭載。これにより、システムは単一光子レベルまで極めて低い光パワーレベルで動作可能となり、帯域幅の拡大も期待できます。
一般的な量子マイクロ波光子システムには、次のものがあります。1. 単一光子源 (例: 減衰レーザー) 2.電気光学変調器マイクロ波/RF信号のエンコード用 3. 光信号処理コンポーネント 4. 単一光子検出器（例：超伝導ナノワイヤ検出器） 5. 時間依存単一光子計数（TCSPC）電子デバイス
図 1 は、従来のマイクロ波光子リンクと量子マイクロ波光子リンクの比較を示しています。

重要な違いは、高速フォトダイオードの代わりに単一光子検出器とTCSPCモジュールを使用していることです。これにより、極めて微弱な信号を検出できるようになり、帯域幅も従来の光検出器の限界を超えることが期待されます。

単一光子検出方式
単一光子検出方式は、量子マイクロ波光子システムにとって非常に重要です。動作原理は次のとおりです。1. 測定信号と同期した周期的なトリガー信号がTCSPCモジュールに送信されます。2. 単一光子検出器は、検出された光子を表す一連のパルスを出力します。3. TCSPCモジュールは、トリガー信号と各検出光子間の時間差を測定します。4. 複数のトリガーループの後、検出時間ヒストグラムが作成されます。5. このヒストグラムは、元の信号の波形を再構成できます。数学的には、特定の時間に光子を検出する確率は、その時の光パワーに比例することが示されています。したがって、検出時間のヒストグラムは、測定信号の波形を正確に表すことができます。

量子マイクロ波光技術の主な利点
従来のマイクロ波光学システムと比較して、量子マイクロ波フォトニクスにはいくつかの重要な利点があります。1. 超高感度：単一光子レベルまでの極めて微弱な信号を検出します。2. 帯域幅の拡大：光検出器の帯域幅によって制限されず、単一光子検出器のタイミングジッターによってのみ影響を受けます。3. 強化された耐干渉性：TCSPC再構成により、トリガーにロックされていない信号を除去できます。4. 低ノイズ：従来の光電検出および増幅によって発生するノイズを回避します。