25/07/12 10:21:14.40 DD1LLbxE.net
>>177
>>MOCの中核をなすのは、シリコン基板上に形成された光共振器と超伝導マイクロ波共振器だ。これらの共通の領域に配置された色中心が、マイクロ波信号と光信号の間の変換を担っている。
>>電子のスピン状態は、マイクロ波帯の電磁場とエネルギーを交換できる一方で、軌道状態（原子核の周りを回る状態）は光と結びついている。つまり、色中心はマイクロ波と光の双方に“窓口”をもっており、その三波混合によって量子情報の変換が実行されるという仕組みだ。
>>特筆すべきは、共鳴周波数に正確に合わせるだけで変換できる点にある。通常はノイズの影響を避けるために、信号と共鳴周波数の間に数百メガヘルツから数ギガヘルツのずれを設ける必要がある。それが今回の研究では、信号をあえて外部と結合していない自然な固有の周波数に一致させることで、高効率かつ低ノイズな変換が可能になることが示された。
>>研究チームは今回、理論解析だけでなく具体的なデバイスの設計も提案している。超伝導マイクロ波共振器には、光の漏れ込みによる損傷を抑えるために、光導波路と物理的に距離をとる構造を採用した。また、光の一部が界面からしみ出すように伝わるエバネッセント場についても、導波路と共振器の距離をわずか数マイクロメートル離すことで急激に小さくし、超伝導体内部に光が到達するのを防いでいる。
>>それでもわずかに光が入り込んだ場合、超伝導体内部では準粒子が生成される。準粒子とは、超伝導状態を支えている電子の結びつきが崩れることで現れる仮想粒子であり、これがマイクロ波の共振性能を損なう原因となる。したがって、こうした準粒子の生成を最小限に抑える設計が不可欠というわけだ。
>>材料として注目されているのが、シリコンの内部に形成されるTセンターとErセンターと呼ばれる構造である。Tセンターは半金属元素のテルル（Te）に由来する欠陥構造で、光信号との結合が強いことから0.14μWという極めて低い電力で動作する。一方、Erセンターは希土類元素のエルビウム（Er）イオンに起因しており、通信波長帯の光に対応できるほか、磁場との相互作用が強いという利点もある。それぞれが異なる特性をもつことから、用途に応じた使い分けが検討されている。