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公開番号2024149021
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-18
出願番号2023062659
出願日2023-04-07
発明の名称信号処理回路および信号処理方法
出願人国立研究開発法人情報通信研究機構
代理人弁理士法人有古特許事務所
主分類H10N 60/12 20230101AFI20241010BHJP()
要約【課題】電流源およびSQUIDによって発生する電圧信号を従来よりも適切に処理し得る信号処理回路を提供する。
【解決手段】信号処理回路は、パルス信号が伝送する第1伝送経路と、パルス信号が第1伝送経路を伝送することによって、第1伝送経路と磁気結合する第1磁場入力部および第2磁場入力部を備えるSQUIDと、電流源およびSQUIDと接続する第2伝送経路と、第1磁場入力部と磁気結合する第1伝送経路の部分と第2磁場入力部と磁気結合する第1伝送経路の部分との間の第1伝送経路に設けられ、パルス信号を遅延させる遅延回路と、を備える。遅延回路で設定されたパルス信号の遅延時間は、パルス信号の立ち上がり時間と立ち下がり時間の合計時間よりも短く、かつ。第1磁場入力部における磁場の向きと第2磁場入力部における磁場の向きとが逆方向であることによって、第2伝送経路を伝送する電圧信号のパルス幅が遅延時間に等しくなる。
【選択図】図2A
特許請求の範囲【請求項１】
所定レベルからピーク値までの立ち上がり時間に比べて前記ピーク値から前記所定レベルまでの立ち下がり時間が長いパルス信号が伝送する第１伝送経路と、
前記パルス信号が前記第１伝送経路を伝送することによって、前記第１伝送経路と磁気結合する第１磁場入力部および第２磁場入力部を備える超伝導量子干渉素子と、
電流源および前記超伝導量子干渉素子と接続する第２伝送経路と、
前記第１磁場入力部と磁気結合する前記第１伝送経路の部分と前記第２磁場入力部と磁気結合する前記第１伝送経路の部分との間の前記第１伝送経路に設けられ、前記パルス信号を遅延させる第１遅延回路と、を備え、
前記第１遅延回路で設定された前記パルス信号の遅延時間は、前記立ち上がり時間と前記立ち下がり時間の合計時間よりも短く、かつ
前記第１磁場入力部における磁場の向きと前記第２磁場入力部における磁場の向きとが逆方向であることによって、前記第２伝送経路を伝送する電圧信号のパルス幅が前記遅延時間に等しくなる信号処理回路。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記パルス信号は、超伝導ナノストリップ単一光子検出器で検出された電流信号である請求項１に記載の信号処理回路。
【請求項３】
複数の前記第１伝送経路のそれぞれと接続する複数の前記超伝導ナノストリップ単一光子検出器と、前記第１伝送経路のそれぞれと磁気結合する複数の前記超伝導量子干渉素子と、複数の光源のそれぞれから前記超伝導ナノストリップ単一光子検出器のそれぞれに出射された光子を伝送する複数の光伝送路と、一対の前記超伝導量子干渉素子のそれぞれに対応する、一対の前記電圧信号のそれぞれの出力タイミングの時間差を前記遅延時間より長くするための遅延構造と、を備え、
前記超伝導量子干渉素子はそれぞれ、前記第２伝送経路において直列に接続されている請求項１または２に記載の信号処理回路。
【請求項４】
前記遅延構造は、前記光伝送路に設けられ、前記光伝送路を伝送する光子を遅延させる光ファイバーを備える請求項３に記載の信号処理回路。
【請求項５】
前記遅延構造は、隣接する前記超伝導量子干渉素子の間の前記第２伝送経路に設けられ、前記第２伝送経路を伝送する信号を遅延させる第２遅延回路を備える請求項３に記載の信号処理回路。
【請求項６】
所定レベルからピーク値までの立ち上がり時間に比べて前記ピーク値から前記所定レベルまでの立ち下がり時間が長いパルス信号が第１伝送経路を伝送するステップと、
前記パルス信号が第１伝送経路を伝送することによって、超伝導量子干渉素子の第１磁場入力部および第２磁場入力部のそれぞれで前記第１伝送経路と磁気結合が行われるステップと、
前記第１磁場入力部と磁気結合する前記第１伝送経路の部分と前記第２磁場入力部と磁気結合する前記第１伝送経路の部分との間に設けられた遅延回路によって、前記立ち上がり時間と前記立ち下がり時間の合計時間よりも短い遅延時間で前記パルス信号を遅延させるステップと、
前記磁気結合によって、電流源および前記超伝導量子干渉素子と接続する第２伝送経路を電圧信号が伝送する際に、前記第１磁場入力部における磁場の向きと、前記第２磁場入力部における磁場の向きとが逆方向であることによって、前記電圧信号のパルス幅が前記遅延時間に等しくなるように前記電圧信号の波形を整形するステップと、を備える信号処理方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は信号処理回路および信号処理方法に関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
超伝導ナノストリップ単一光子検出器（Superconducting nanostrip single-photon detector；以下、ＳＮＳＰＤ）は、従来の単一光子検出器（例えば、アバランシェ・フォトダイオード検出器）に比べて、高い検出効率、高い時間分解能（タイミングジッタ）、低い暗計数率などの優れた性能を備えているので、量子情報通信などの様々な分野への利用が期待されている。
【０００３】
ここで、ＳＮＳＰＤは、約２．３ケルビン(Ｋ)程度の冷凍機内での動作が必要不可欠となるが、多数個のＳＮＳＰＤの受光部が配されたマルチピクセルＳＮＳＰＤアレイを冷凍機内で動作させるには、ＳＮＳＰＤより出力されるパルス信号読出に必要となる伝送ケーブルの数が増加する。すると、外部からケーブルを介して生じる熱侵入が引き起され、これにより、マルチピクセルＳＮＳＰＤアレイの極低温動作が困難になる可能性がある。このため、ＳＮＳＰＤの多チャンネル化には、冷凍機内でＳＮＳＰＤの信号を多重化し、高い読み出し速度を維持しながら、ケーブル数を低減可能なシステム設計が必要となる。また、１台の冷凍機に実装できるＳＮＳＰＤの素子数は、冷凍機の冷却パワーと多チャンネルのＳＮＳＰＤシステムの消費電力で決まる。従って、拡張性の高い多チャンネルのＳＮＳＰＤシステムの実用化には、低消費電力性に優れた多重読み出し方式の開発が必要となる。
【０００４】
そこで、本開示者らは、ＳＮＳＰＤの個数よりも少ない伝送ケーブル数でマルチピクセルＳＮＳＰＤアレイの信号を読み出すための超伝導単一磁束量子(ＳＦＱ)または超伝導量子干渉素子（Superconducting quantum interference device；以下、ＳＱＵＩＤ）を備える信号処理回路を提案した（例えば、特許文献１－５などを参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特許第５４１９１２２号公報
特許第５８４６６２６号公報
特許第５８７５０４５号公報
特許第６５９８３０２号公報
国際公開第２０２０／１７９５５４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本開示は、一例として、電流源およびＳＱＵＩＤによって発生する電圧信号を従来よりも適切に処理し得る信号処理回路および信号処理方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様(aspect)の信号処理回路は、所定レベルからピーク値までの立ち上がり時間に比べて前記ピーク値から前記所定レベルまでの立ち下がり時間が長いパルス信号が伝送する第１伝送経路と、前記パルス信号が前記第１伝送経路を伝送することによって、前記第１伝送経路と磁気結合する第１磁場入力部および第２磁場入力部を備えるＳＱＵＩＤと、電流源および前記ＳＱＵＩＤと接続する第２伝送経路と、前記第１磁場入力部と磁気結合する前記第１伝送経路の部分と前記第２磁場入力部と磁気結合する前記第１伝送経路の部分との間の前記第１伝送経路に設けられ、前記パルス信号を遅延させる第１遅延回路と、を備え、前記第１遅延回路で設定された前記パルス信号の遅延時間は、前記立ち上がり時間と前記立ち下がり時間の合計時間よりも短く、かつ前記第１磁場入力部における磁場の向きと前記第２磁場入力部における磁場の向きとが逆方向であることによって、前記第２伝送経路を伝送する電圧信号のパルス幅が前記遅延時間に等しくなる。
【０００８】
本開示の一態様の信号処理方法は、所定レベルからピーク値までの立ち上がり時間に比べて前記ピーク値から前記所定レベルまでの立ち下がり時間が長いパルス信号が第１伝送経路を伝送するステップと、前記パルス信号が第１伝送経路を伝送することによって、ＳＱＵＩＤの第１磁場入力部および第２磁場入力部のそれぞれで前記第１伝送経路と磁気結合が行われるステップと、前記第１磁場入力部と磁気結合する前記第１伝送経路の部分と前記第２磁場入力部と磁気結合する前記第１伝送経路の部分との間に設けられた遅延回路によって、前記立ち上がり時間と前記立ち下がり時間の合計時間よりも短い遅延時間で前記パルス信号を遅延させるステップと、前記磁気結合によって、電流源および前記ＳＱＵＩＤと接続する第２伝送経路を電圧信号が伝送する際に、前記第１磁場入力部における磁場の向きと、前記第２磁場入力部における磁場の向きとが逆方向であることによって、前記電圧信号のパルス幅が前記遅延時間に等しくなるように前記電圧信号の波形を整形するステップと、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本開示の一態様の信号処理回路および信号処理方法は、電流源およびＳＱＵＩＤによって発生する電圧信号を従来よりも適切に処理し得る、という効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１Ａは、従来の信号処理回路の一例を示す図である。
図１Ｂは、ＳＮＳＰＤから出力されるパルス信号一例を示す図である。
図２Ａは、第１実施形態の信号処理回路の一例を示す図である。
図２Ｂは、図２Ａの信号処理回路によって処理される信号のタイムチャートの一例を示す図である。
図３は、ＳＱＵＩＤに入力する磁場をキャンセルさせることで、電圧信号の信号波形を適切に整形できることをシミュレーションによって検証した結果の一例を示す図である。
図４Ａは、第２実施形態の信号処理回路の一例を示す図である。
図４Ｂは、図４Ａの信号処理回路によって処理される信号のタイムチャートの一例を示す図である。
図５Ａは、第２実施形態の変形例の信号処理回路の一例を示す図である。
図５Ｂは、図５Ａの信号処理回路によって処理される信号のタイムチャートの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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