量子通信の実現に向けた超広帯域スクィーズド光源を開発：新技術

産業技術総合研究所、情報通信研究機構などは光ファイバー通信波長帯で超広帯域のスクィーズド光源と、スクィーズド光を高精度に検出する光子数識別技術の開発に成功したと発表した。量子通信の実用化に向けた開発を加速させる成果だという。

[EE Times Japan]

　産業技術総合研究所（以下、産総研）と情報通信研究機構（以下、NICT）、上智大学、学習院大学は2014年4月3日、光ファイバー通信波長帯で超広帯域のスクィーズド光源^＊）と、スクィーズド光を高精度に検出する光子数識別技術の開発に成功したと発表した。スクィーズド光は、レーザー光よりも雑音が小さく、現在の1000倍以上の大容量通信を実現する量子情報通信や光計測の飛躍的な高精度化に不可欠な光源とされ、産総研などは、「今回の成果により、量子情報通信などの技術の実用化に向けた研究開発が加速されるものと期待している」としている。

　スクィーズド光は、レーザー光よりも雑音が小さいことなどから、通信容量の革新的な大容量化を実現できる可能性があり期待を集めている。しかし、スクィーズド光を広い波長帯域で生成し、その光子数を正確に計測するのは難しく、特に光ファイバー通信波長帯域では実現できていなかった。

　今回、産総研やNICTなどは、従来の10倍以上の波長幅110nm（周波数幅では13.4THz）のスクィーズド光を光ファイバー通信帯域で生成できる超広帯域のスクィーズド光源を開発。同時にスクィーズド光を超高感度で検出できる超電導転移端センサーを用いた光子識別技術の開発に成功したという。

実験装置の図（クリックで拡大） 出典：産総研/NICT

生成したスクィーズド光の波長スペクトル 出典：産総研/NICT

　今回の開発成果を用いて、スクィーズド光の光子が偶数個の光子から構成されるという特殊な性質（偶数光子性）を直接観測することに「世界で初めて成功した」とする。「従来のスクィーズド光の観測波長帯域は10nm以下であり、それを一気に10倍以上に広げたことにより、波長多重による量子通信の大容量化の実現可能性を実証した。光ファイバー通信波長帯という重要な波長帯で実現したことで、安価で高性能な光部品との組み合わせが可能になり、実験室レベルにとどまっていた研究開発を光ファイバーテストヘッド上での実証的開発に移行させていくことが可能になった」としている。

　産総研などでは今後、スクィーズド光源と光子数識別技術の性能をさらに改善させながら光計測の高精度化に取り組むとともに、「光ファイバーネットワークのノード処理に導入することで光通信の低電力、大容量化を実現するための研究開発を進めていく」としている。

＊）スクィーズド光

　レーザー光は位相のそろった最もきれいな状態の波だが、ある時間の1点における波の振幅の値を完全な精度で決めることは不可能で、必ず「ぼやけ」すなわち揺らぎを伴う。この揺らぎは量子力学の不確定性原理に起因しており、量子揺らぎと呼ばれ、完全に消し去ることは原理的に不可能である。しかし、ある位相の領域（時間間隔）での量子揺らぎを抑圧することは可能である。そのかわり、別の位相(正確には90度ずれた位相)の揺らぎは逆に大きくなってしまう。このように量子揺らぎを人為的に制御した光がスクィーズド光である。スクィーズド光を使って量子揺らぎが抑圧された位相の領域を適切に選んで情報処理を行えば、量子揺らぎに制限されない高度な情報処理が可能となる。スクィーズド光は、理想的には2個、4個、6個……、といった偶数個の光子で構成される。

左は、理想的なレーザー光の量子揺らぎで位相によらず一定になっている。右は、スクィーズド光の量子揺らぎ。180°ごとの位相で量子揺らぎを抑圧できる

（産総研/NICTなどのリリースより抜粋）