JP2010109697A - Microwave photon detector and detecting method - Google Patents

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Yasunobu Nakamura
泰信 中村
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NEC Corp
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
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NEC Corp
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microwave photon detector that can detect an individual photon of microwave. <P>SOLUTION: Superconducting quantum bits are coupled with a superconducting resonator for optically receiving microwaves and a superconducting resonator for reading quantum bits. Microwave photons resonantly-incident on the resonator for optically receiving excites a coupling mode of the quantum bits and the resonator. A nonlinear resonator for reading quantum bits, having a different resonance frequency, is continuously driven by an external microwave source, and its responding amplitude or phase is continuously measured. Once the quantum bits are excited by incidence of signal photons, response of the resonator for reading has noncontinuous changes, and single photon detection is obtained. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、量子情報処理装置や低雑音高感度測定機器に用いられるマイクロ波光子検出器及びマイクロ波光子検出方法に関する。   The present invention relates to a microwave photon detector and a microwave photon detection method used in a quantum information processing apparatus and a low noise high sensitivity measuring instrument.

近年のマイクロ波技術の発展を受け、特に、マイクロ波を用いた通信技術、高周波回路技術、マイクロ波天文学、量子情報処理技術などの分野において、微小マイクロ波信号の計測技術の果たす役割はますます大きくなっている。   With the development of microwave technology in recent years, the role of measurement technology of micro microwave signals is increasing in the fields of communication technology using microwaves, high frequency circuit technology, microwave astronomy, quantum information processing technology, etc. It is getting bigger.

微小マイクロ波信号計測に関連した技術としては、低雑音増幅器による信号増幅、局部発振器から出力されるコヒーレントなマイクロ波とのミキシングによるホモダイン計測・ヘテロダイン計測、またパワーメータを用いたパワー計測などが主に用いられる。また、線形増幅器における量子雑音限界を乗り越えるために、非線形回路を用いたパラメトリック増幅器も実現されている。   Technologies related to micro microwave signal measurement are mainly signal amplification using a low noise amplifier, homodyne measurement / heterodyne measurement using mixing with a coherent microwave output from a local oscillator, and power measurement using a power meter. Used for. In addition, in order to overcome the quantum noise limit in a linear amplifier, a parametric amplifier using a nonlinear circuit has also been realized.

一方、赤外以上の大きなエネルギーを持つ電磁波の計測においては光電子増倍管(フォトマル)、アバランシェフォトダイオードなど単一光子検出器が頻繁に用いられている。個々の光子の入力に反応するこのような検出器を用いて、光子数計測、異なるチャンネル間での光子数相関、光子数の時間的統計計測などが行われ、入力信号光の状態の評価に役立つとともに、量子暗号技術などの応用にも用いられている。   On the other hand, single photon detectors such as photomultiplier tubes (photomultipliers) and avalanche photodiodes are frequently used in the measurement of electromagnetic waves having large energy above infrared. Using such a detector that responds to the input of individual photons, photon number measurement, photon number correlation between different channels, temporal statistical measurement of the number of photons, etc. are performed to evaluate the state of the input signal light In addition to being useful, it is also used for applications such as quantum cryptography.

しかしながら、上記した大きなエネルギーを持つ電磁波を計測する光電子増倍管等を微小マイクロ波光子の計測に適用することは困難であるため、微小マイクロ波光子を計測するマイクロ波光子検出器は実現されていないのが実情である。   However, since it is difficult to apply a photomultiplier tube or the like for measuring electromagnetic waves having large energy to the measurement of micro microwave photons, a microwave photon detector for measuring micro microwave photons has not been realized. There is no actual situation.

近年、量子情報処理技術の発展を受け、従来、コヒーレントマイクロ波を主に対象にしていたマイクロ波工学においても、非古典的状態すなわちスクイーズド状態や光子数状態などを対象にした応用も関心を持たれている。特に、超伝導量子回路において、非特許文献1〜3に示されているように、マイクロ波帯域の超伝導共振器や超伝導量子ビットを用いてそのような状態を発生する研究がなされている。   In recent years, with the development of quantum information processing technology, microwave engineering, which has been mainly targeted at coherent microwaves, is also interested in non-classical states such as squeezed states and photon number states. Is held. In particular, in superconducting quantum circuits, as shown in Non-Patent Documents 1 to 3, research has been conducted to generate such a state using a superconducting resonator in the microwave band or a superconducting qubit. .

非特許文献1〜3に記載され状態を評価・応用するうえで光子数検出技術は重要な役割を果たすものと予測されるが、マイクロ波光子を正確に計測するマイクロ波光子検出回路及び検出方法は、前述したように、未だ提案されていない。   The photon number detection technique described in Non-Patent Documents 1 to 3 is expected to play an important role in evaluating and applying the state, but a microwave photon detection circuit and a detection method for accurately measuring microwave photons As mentioned above, it has not been proposed yet.

他方、量子コンピュータを構成する量子回路に関する技術として、特許文献1には、超伝導レゾネータ及びマイクロ波パルスを用いて、複数の超伝導粒子ビット素子を相互に結合させ、量子ビット素子の実装及び量子演算を容易にする量子回路が開示されている。   On the other hand, as a technology relating to a quantum circuit constituting a quantum computer, Patent Document 1 discloses that a plurality of superconducting particle bit devices are coupled to each other using a superconducting resonator and a microwave pulse, and the implementation and quantum A quantum circuit that facilitates operations is disclosed.

また、特許文献2には、量子ビット間の結合を電子ガスにより静電的に制御することによって結合力を大きくできる量子ビットの結合方法が記載されている。   Patent Document 2 describes a qubit coupling method that can increase the coupling force by electrostatically controlling coupling between qubits with an electron gas.

Amplification and squeezing of quantum noise with a tunable Josephson metamaterial (arXiv:cond-mat/0806.0659, 4 Jun 2008)Amplification and squeezing of quantum noise with a tunable Josephson metamaterial (arXiv: cond-mat / 0806.0659, 4 Jun 2008) Generating single microwave photons in a circuit (Nature (London)/Vol. 449/328, 17 Jul 2007)Generating single microwave photons in a circuit (Nature (London) / Vol. 449/328, 17 Jul 2007) Generation of Fock states in a superconducting quantum circuit (Nature (London)/Vol. 454/310, 17 Jul 2008)Generation of Fock states in a superconducting quantum circuit (Nature (London) / Vol. 454/310, 17 Jul 2008) 特開2006−165812号公報JP 2006-165812 A 特開2007−287933号公報JP 2007-287933 A

従来の測定技術を微小マイクロ波光子に適用した場合、単一光子検出ができないという問題がある。そのため、光子数計測や光子数統計計測ができず、未知のマイクロ波信号を測定評価するうえで得られる情報に制限があった。   When the conventional measurement technique is applied to micro microwave photons, there is a problem that single photon detection cannot be performed. For this reason, photon count measurement and photon count statistical measurement cannot be performed, and there is a limit to information obtained when measuring and evaluating an unknown microwave signal.

他方、特許文献1及び2は、量子ビット間の結合を制御することを開示しているだけで、光子、特に、微小マイクロ波光子の検出技術については全く示唆していない。   On the other hand, Patent Documents 1 and 2 only disclose controlling coupling between qubits, and do not suggest any technique for detecting photons, particularly micro-microwave photons.

本発明は、上記した課題の少なくとも一部を改善しようとするものである。   The present invention is intended to improve at least a part of the problems described above.

本発明の一態様に係るマイクロ波光子検出器は、マイクロ波受光用の超伝導共振器および量子ビット読み出し用の超伝導共振器と結合された超伝導量子ビットを有する。   A microwave photon detector according to one aspect of the present invention includes a superconducting qubit coupled to a superconducting resonator for receiving microwaves and a superconducting resonator for reading qubits.

本発明の他の態様では、入力光子に応答して、量子ビットを励起し、当該量子ビットの励起状態を読み出すことによって、マイクロ波光子を検出することを特徴とするマイクロ波光子検出方法が得られる。   In another aspect of the present invention, there is provided a microwave photon detection method characterized by detecting a microwave photon by exciting a qubit in response to an input photon and reading the excited state of the qubit. It is done.

本発明によれば、入力光子によって量子ビットを励起させ、この状態を読み出し用共振器で読み出すことにより、単一光子を検出できるマイクロ波非牛検出器及び検出方法が得られる。   According to the present invention, a microwave non-cochlear detector and a detection method capable of detecting a single photon can be obtained by exciting a qubit with input photons and reading out this state with a readout resonator.

本発明の実施の形態を説明する前に、本発明の原理を説明しておく。   Before describing the embodiment of the present invention, the principle of the present invention will be described.

本発明に係るマイクロ波光子検出器は、受光用共振器と読み出し用共振器とを備え、受光用共振器及び読み出し用共振器に結合された量子ビットとを備えた構成を備えている。この構成によれば、受光用共振器に共鳴的に入射したマイクロ波光子は量子ビットと共振器の結合モードを励起する。別の共振周波数を持つ量子ビット読み出し用共振器は、外部マイクロ波源により連続的に駆動され、その応答の振幅または位相が連続的に計測されている。信号光子の入射により量子ビットが励起されると、読み出し用共振器の応答に不連続な変化が生じ、単一光子検出が実現される。   The microwave photon detector according to the present invention includes a light receiving resonator and a reading resonator, and includes a light receiving resonator and a qubit coupled to the reading resonator. According to this configuration, the microwave photons that have entered the light receiving resonator in a resonant manner excite the coupled mode of the qubit and the resonator. A qubit readout resonator having another resonance frequency is continuously driven by an external microwave source, and the amplitude or phase of the response is continuously measured. When a qubit is excited by the incidence of a signal photon, a discontinuous change occurs in the response of the readout resonator, and single photon detection is realized.

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。   Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1を参照すると、本発明の第1の実施の形態に係るマイクロ波光子検出器の回路図が示されている。被測定入力信号である微小マイクロ波光子は入力信号ポート101から超伝導LC回路で構成される共振角周波数ω1を持つ受光用共振器102に入力される。また、入射したマイクロ波光子のうち、受光用共振器102を透過した光子は50Ω終端103により吸収される。   Referring to FIG. 1, a circuit diagram of a microwave photon detector according to the first embodiment of the present invention is shown. A micro microwave photon that is an input signal to be measured is input from an input signal port 101 to a light receiving resonator 102 having a resonance angular frequency ω1 constituted by a superconducting LC circuit. Of the incident microwave photons, the photons transmitted through the light receiving resonator 102 are absorbed by the 50Ω termination 103.

一方、受光用共振器102は3つのジョセフソン素子と、2つの自己インダクタンスL1及びL2によって構成された超伝導磁束量子ビット105と誘導的に結合されている。図示された例では、受光用共振器102の超伝導インダクタンスLと超伝導磁束量子ビット105のインダクタンスL1によって定まる相互インダクタンスを含む受光用誘導結合104を形成している。   On the other hand, the light receiving resonator 102 is inductively coupled to a superconducting flux qubit 105 constituted by three Josephson elements and two self-inductances L1 and L2. In the illustrated example, a light receiving inductive coupling 104 including a mutual inductance determined by the superconducting inductance L of the light receiving resonator 102 and the inductance L1 of the superconducting flux qubit 105 is formed.

受光用誘導結合104における結合エネルギーgは共振器の減衰速度κや量子ビットのエネルギー緩和速度γと比較してずっと大きく、いわゆる強結合極限にある。   The coupling energy g in the inductive coupling 104 for receiving light is much larger than the attenuation rate κ of the resonator and the energy relaxation rate γ of the qubit, and is in the so-called strong coupling limit.

更に、図示されたマイクロ波光子検出器は、読み出し用共振器106を備え、当該読み出し用共振器106は超伝導磁束量子ビット105と誘導的に結合されている。図示された読み出し用共振器は、読み出し用非線形共振器106によって構成され、当該読み出し用非線形共振器106は単一のジョセフソン接合107、インダクタンスL3、及びキャパシタンスによって構成されている。尚、図示された受光用共振器102及び読み出し用非線形共振器106はいずれも超伝導共振器である。   Further, the illustrated microwave photon detector includes a readout resonator 106, which is inductively coupled to the superconducting flux qubit 105. The illustrated readout resonator is constituted by a readout nonlinear resonator 106, and the readout nonlinear resonator 106 is constituted by a single Josephson junction 107, an inductance L3, and a capacitance. The illustrated light receiving resonator 102 and readout nonlinear resonator 106 are both superconducting resonators.

このように、読み出し用非線形共振器106はジョセフソン接合107を非線形回路要素として加えた共振器であり、受光用共振器102の共振角周波数ω1と大きく離れた共振角周波数ω2を持っている。   As described above, the readout nonlinear resonator 106 is a resonator to which the Josephson junction 107 is added as a nonlinear circuit element, and has a resonance angular frequency ω 2 that is far away from the resonance angular frequency ω 1 of the light receiving resonator 102.

また、読み出し用非線形共振器106の自己インダクタンスL3と超伝導磁束量子ビット105の自己インダクタンスL2とによって定まる相互インダクタンスを含む読み出し用誘導結合108により、超伝導磁束量子ビット105と読み出し用非線形共振器106は、結合されている。   Also, the superconducting flux qubit 105 and the readout nonlinear resonator 106 are provided by the readout inductive coupling 108 including a mutual inductance determined by the self-inductance L3 of the readout nonlinear resonator 106 and the self-inductance L2 of the superconducting flux qubit 105. Are combined.

この状態で、読み出し用非線形共振器106は読み出し用マイクロ波源109で連続的に駆動されている。読み出し用非線形共振器106の応答は読み出し用ポート110から検出される。   In this state, the readout nonlinear resonator 106 is continuously driven by the readout microwave source 109. The response of the readout nonlinear resonator 106 is detected from the readout port 110.

図示されたマイクロ波光子検出器の有効帯域は、受光用共振器102の減衰速度κで決まる。入力するマイクロ波の帯域はκ程度、すなわち、個々の光子の時間的広がりは1/κ程度であることが必要である。入力光の中心周波数は、受光用共振器102内で共振器と超伝導磁束量子ビット105の結合系によって形成される励起量子準位のうち最も低いエネルギー(ω1−g)に設定する。   The effective band of the illustrated microwave photon detector is determined by the attenuation rate κ of the light receiving resonator 102. The input microwave band needs to be about κ, that is, the time spread of individual photons needs to be about 1 / κ. The center frequency of the input light is set to the lowest energy (ω1-g) among the excited quantum levels formed by the coupled system of the resonator and the superconducting flux qubit 105 in the light receiving resonator 102.

この状態で、光子が受光用共振器102内に到着すると、上記した励起量子準位のうち最も低い準位が励起される。一方、読み出し用非線形共振器106は、動的双安定状態が生じるような高いパワーで駆動されていて、超伝導磁束量子ビット105が励起されたときにのみ、閾値の変化により双安定状態間のスイッチングが起こり、この不連続な応答が読み出し用ポート110から検出される。   In this state, when a photon arrives in the light receiving resonator 102, the lowest level among the above-described excited quantum levels is excited. On the other hand, the read-out nonlinear resonator 106 is driven at such a high power that a dynamic bistable state is generated, and only when the superconducting flux qubit 105 is excited, the change in threshold value causes a change between the bistable states. Switching occurs and this discontinuous response is detected from the read port 110.

この信号が検出された場合には、読み出し用マイクロ波源109のパワーを一旦上げ下げして、動的安定状態のリセットを行う。   When this signal is detected, the power of the readout microwave source 109 is temporarily increased or decreased to reset the dynamic stable state.

図2を参照すると、図1に示された読み出し用非線形共振器106の特性が示されており、ここでは、角周波数と振幅とが非線形特性を示している。具体的に説明すると、共振角周波数がω1のときには、振幅はp1からp2に変化し、共振各周波数がω1からω2に低下すると、振幅p3に止まることなくp4まで低下する。   Referring to FIG. 2, the characteristics of the readout nonlinear resonator 106 shown in FIG. 1 are shown. Here, the angular frequency and the amplitude indicate the nonlinear characteristics. More specifically, when the resonance angular frequency is ω1, the amplitude changes from p1 to p2, and when each resonance frequency decreases from ω1 to ω2, it decreases to p4 without stopping at the amplitude p3.

超伝導磁束量子ビット105が入力光子に入射によって励起されると、超伝導磁束量子ビット105に誘導的に結合された非線形共振器106は、図3に示すようなヒステリシス特性によって特徴付けられる双安定状態を示す。   When the superconducting flux qubit 105 is excited by incidence on the input photon, the nonlinear resonator 106 inductively coupled to the superconducting flux qubit 105 has a bistable characteristic characterized by hysteresis characteristics as shown in FIG. Indicates the state.

より具体的に説明すると、図3に示すように、単一光子Pが入射し量子ビット105が励起され、この結果、曲線c1に従って非線形共振器106の出力振幅は増加して点d1に達すると、非線形共振器106の振幅は振幅a1まで急激に増加する。入力光子が入射されなくなると、非線形共振器106の振幅は曲線c2にしたがって低下し、点d2に達すると振幅a2まで低下して、この状態で安定する。   More specifically, as shown in FIG. 3, when a single photon P is incident and the qubit 105 is excited, as a result, the output amplitude of the nonlinear resonator 106 increases according to the curve c1 and reaches the point d1. The amplitude of the nonlinear resonator 106 increases rapidly to the amplitude a1. When the input photon is not incident, the amplitude of the nonlinear resonator 106 decreases according to the curve c2, and when reaching the point d2, it decreases to the amplitude a2 and stabilizes in this state.

このような特性を備えた共振器106を用いることにより、単一光子を個々に計測することができる。   By using the resonator 106 having such characteristics, single photons can be individually measured.

受光用共振器102の共振角周波数ω1に対応した共振周波数f1は2−8GHzとする。超伝導磁束量子ビット105は周回電流が100−500nA、外部磁束として量子化磁束の半分の磁束を印加し、0状態と1状態のエネルギー差が受光用共振器102と近いものを用いる。磁束量子ビット105と受光用共振器102はインダクタンスL、L1を介して誘導的に結合され、g=100MHz程度にする。受光用共振器102の減衰速度κは1MHz程度、超伝導磁束量子ビット105のエネルギー緩和速度も1MHzにする。   The resonance frequency f1 corresponding to the resonance angular frequency ω1 of the light receiving resonator 102 is 2-8 GHz. The superconducting magnetic flux qubit 105 uses a circular current of 100-500 nA, a magnetic flux that is half of the quantized magnetic flux as an external magnetic flux, and an energy difference between the 0 state and the 1 state close to that of the light receiving resonator 102. The magnetic flux qubit 105 and the light receiving resonator 102 are inductively coupled via inductances L and L1 so that g = about 100 MHz. The attenuation rate κ of the light receiving resonator 102 is about 1 MHz, and the energy relaxation rate of the superconducting magnetic flux qubit 105 is also 1 MHz.

他方、読み出し用非線形共振器106は共振角周波数ω2が10GHz程度、Q値は1000程度に設計される。量子ビットとの結合エネルギーは10MHz程度にする。ジョセフソン接合の臨界電流は1−3μA程度で、読み出し用非線形共振器106内の光子数が100−1000程度になると双安定状態が実現できる。   On the other hand, the readout nonlinear resonator 106 is designed so that the resonance angular frequency ω2 is about 10 GHz and the Q value is about 1000. The binding energy with the qubit is about 10 MHz. The critical current of the Josephson junction is about 1-3 μA, and a bistable state can be realized when the number of photons in the readout nonlinear resonator 106 is about 100-1000.

双安定状態間のスイッチングが起こる閾値は、超伝導磁束量子ビット105の状態に依存する。動作温度はマイクロ波の周波数スケールよりも低い必要があるので10mK程度とする。   The threshold at which switching between bistable states occurs depends on the state of the superconducting flux qubit 105. Since the operating temperature needs to be lower than the microwave frequency scale, it is about 10 mK.

尚、超伝導磁束量子ビット105は3つのジョセフソン接合を用いたものに限定されず、単一或いは2つのジョセフソン接合を用いたものでも良い。   The superconducting flux qubit 105 is not limited to the one using three Josephson junctions, and may be one using a single or two Josephson junctions.

[発明の他の実施の形態]
受光用共振器102を構成する超伝導共振器としては、集中定数型の構成要素からなるもののかわりに、マイクロストリップライン、コプレーナ伝送線路などの分布定数型のものを用いることもできる。また、共振器は2つのポートを持つ透過型でも1つしかポートのない反射型でもよい。1ポートの場合は、読み出し用共振器106の反射出力はサーキュレータなどを用いてその入力と分離する必要がある。また、超伝導量子ビット105としては、磁束量子ビット以外にも電荷量子ビットを用いることができる。電荷量子ビットの場合には、量子ビットと共振器との結合は静電的なものを用いる。読み出し用共振器106についても同様である。
[Other Embodiments of the Invention]
As the superconducting resonator constituting the light receiving resonator 102, a distributed constant type such as a microstrip line or a coplanar transmission line can be used instead of a lumped constant type component. The resonator may be a transmission type having two ports or a reflection type having only one port. In the case of one port, it is necessary to separate the reflected output of the readout resonator 106 from its input using a circulator or the like. In addition to the magnetic flux qubit, a charge qubit can be used as the superconducting qubit 105. In the case of a charge qubit, electrostatic coupling is used between the qubit and the resonator. The same applies to the reading resonator 106.

上記した実施形態に係るマイクロ波光子検出回路は、超伝導量子ビットをマイクロ波受光用の超伝導共振器および量子ビット読み出し用の超伝導共振器と結合することで、マイクロ波単一光子を観測できると言う効果を有している。   The microwave photon detection circuit according to the above-described embodiment observes a microwave single photon by coupling a superconducting qubit with a superconducting resonator for receiving microwaves and a superconducting resonator for reading qubits. It has the effect of being able to do it.

上記した実施形態では、読み出し用共振器として非線形共振器を用いた例について説明したが、線形共振器を用いても同様に単一光子を検出できる。   In the above-described embodiment, an example in which a nonlinear resonator is used as a readout resonator has been described. However, even if a linear resonator is used, a single photon can be similarly detected.

本発明の活用例として、マイクロ波通信技術、高周波回路技術、マイクロ波天文学、量子情報処理技術などに使用される信号検出回路が挙げられる。   Examples of the application of the present invention include signal detection circuits used in microwave communication technology, high-frequency circuit technology, microwave astronomy, quantum information processing technology, and the like.

本発明のマイクロ波光子検出器の実施の形態を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows embodiment of the microwave photon detector of this invention. 図1に示されたマイクロ波光子検出器に用いられる読み出し用非線形共振器の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the read-out nonlinear resonator used for the microwave photon detector shown by FIG. 図2に示された読み出し用非線形共振器の入力出力特性を示す図である。It is a figure which shows the input output characteristic of the nonlinear resonator for a reading shown by FIG.

符号の説明Explanation of symbols

101 信号入力ポート
102 受光用共振器
103 50Ω終端
104 受光用誘導結合
105 超伝導磁束量子ビット
106 読み出し用非線形共振器
107 ジョセフソン接合
108 読み出し用誘導結合
109 読み出し用マイクロ波源
110 読み出し用出力ポート
101 signal input port 102 light receiving resonator 103 50Ω termination 104 light receiving inductive coupling 105 superconducting flux qubit 106 reading nonlinear resonator 107 Josephson junction 108 reading inductive coupling 109 reading microwave source 110 reading output port

Claims (14)

マイクロ波受光用の超伝導共振器、量子ビット読み出し用の超伝導共振器、及び、前記マイクロ波受光用の超伝導共振器と前記量子ビット読み出し用の超伝導共振器を結合する超伝導量子ビットを含むことを特徴とするマイクロ波光子検出器。   A superconducting resonator for receiving microwaves, a superconducting resonator for reading qubits, and a superconducting qubit combining the superconducting resonator for receiving microwaves and the superconducting resonator for reading qubits A microwave photon detector, comprising: 請求項1において、前記読み出し用の超伝導共振器が非線形共振器であることを特徴とするマイクロ波光子検出器。   2. The microwave photon detector according to claim 1, wherein the superconducting resonator for reading is a nonlinear resonator. 請求項1において、前記読み出し用の超伝導共振器が線形共振器であることを特徴とするマイクロ波光子検出器。   2. The microwave photon detector according to claim 1, wherein the superconducting resonator for reading is a linear resonator. 請求項1〜3のいずれかにおいて、前記超伝導量子ビットは超伝導磁束量子ビットであることを特徴とするマイクロ波光子検出器。   4. The microwave photon detector according to claim 1, wherein the superconducting qubit is a superconducting flux qubit. 請求項4において、前記超伝導磁束量子ビットは3つのジョセフソン接合を有していることを特徴とするマイクロ波光子検出器。   5. The microwave photon detector according to claim 4, wherein the superconducting flux qubit has three Josephson junctions. 請求項4又は5において、前記超伝導磁束量子ビットは前記受光用の超伝導共振器及び前記読み出し用の超伝導共振器とそれぞれ相互インダクタンスを介して誘導的に結合されていることを特徴とするマイクロ波光子検出器。   6. The superconducting flux qubit according to claim 4, wherein the superconducting flux qubit is inductively coupled to the light receiving superconducting resonator and the readout superconducting resonator via mutual inductances. Microwave photon detector. 請求項1〜3のいずれかにおいて、前記超伝導量子ビットは超伝導電荷量子ビットであることを特徴とするマイクロ波光子検出器。   4. The microwave photon detector according to claim 1, wherein the superconducting qubit is a superconducting charge qubit. 請求項7において、前記超伝導磁束量子ビットは前記受光用の超伝導共振器及び前記読み出し用の超伝導共振器とそれぞれ容量を介して静電的に結合されていることを特徴とするマイクロ波光子検出器。   8. The microwave according to claim 7, wherein the superconducting flux qubit is electrostatically coupled to the light-receiving superconducting resonator and the readout superconducting resonator via capacitors. Photon detector. 入力光子に応答して、量子ビットを励起し、当該量子ビットの励起状態を読み出すことによって、マイクロ波光子を検出することを特徴とするマイクロ波光子検出方法。   A microwave photon detection method, wherein a microwave photon is detected by exciting a qubit in response to an input photon and reading an excitation state of the qubit. 請求項9において、前記量子ビットの励起状態は、読み出し用の超伝導共振器を用いて読み出すことを特徴とするマイクロ波光子検出方法。   10. The microwave photon detection method according to claim 9, wherein the excited state of the qubit is read using a superconducting resonator for reading. 請求項10において、前記量子ビットは前記入力光子に応答して共振する受光用の超伝導共振器を介して、励起されることを特徴とするマイクロ波光子検出方法。   11. The microwave photon detection method according to claim 10, wherein the qubit is excited through a superconducting resonator for receiving light that resonates in response to the input photon. 請求項11において、前記受光用の超伝導共振器の共振周波数と前記読み出し用の超伝導共振器の共振周波数は互いに異なっていることを特徴とするマイクロ波光子検出方法。   12. The microwave photon detection method according to claim 11, wherein a resonance frequency of the superconducting resonator for light reception and a resonance frequency of the superconducting resonator for reading are different from each other. 請求項12において、前記読み出し用の超伝導共振器を外部マイクロ波源により連続的に駆動しておき、前記入力光子の入射により前記量子ビットが励起されると、前記読み出し用超伝導共振器に不連続な変化を生じさせることにより、前記入力光子を検出することを特徴とするマイクロ波光子検出方法。   13. The readout superconducting resonator according to claim 12, wherein the readout superconducting resonator is continuously driven by an external microwave source, and the qubit is excited by the incidence of the input photon, the readout superconducting resonator is not activated. A microwave photon detection method, wherein the input photons are detected by causing a continuous change. 請求項9〜13のいずれかにおいて、単一光子を検出できることを特徴とするマイクロ波検出方法。   14. The microwave detection method according to claim 9, wherein single photons can be detected.
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