横浜国立大学，ソニーグループ，LQUOMは，量子インターネットを実現する構成方式として有力な周波数多重化量子中継に向けて，単一光子のシングルショット高分解能分光システムの開発に成功した（ニュースリリース）。
量子通信は，完全な情報セキュリティを保証する通信方式として，インターネットを初めとした通信への付加のみならず，量子コンピュータのクラウド使用の安全性保証にも必要な技術として期待される。
さらに，地球規模の量子通信ネットワーク量子インターネットでは，様々な量子デバイスが結ばれることにより，次世代の情報通信基盤と期待される。量子インターネットは，量子状態を送信するインフラであり，そのための基礎が量子もつれの共有能力となっている。
地球上に張り巡らされた光ファイバネットワークに導入された量子通信によって，この量子もつれ共有の長距離実装が待望されているが，長距離化には量子中継技術が必要になる。
これまで様々な量子中継方式が提案されてきたが，その中でも周波数多重量子中継は通信レートを大幅に向上できる有力な手法として注目されている。周波数多重量子中継を実現するには，どの周波数モードで光子のもつれ生成が成功したかを同時に識別する必要がある。
量子中継に搭載される量子メモリの帯域は限られているため，効率的な多重化には，できるだけ狭い周波数間隔の光子をシングルショットで高精度に分光できる手法が求められる。さらに，量子中継器への実装を見据えると，システムは可能な限り簡素で拡張性の高い構成であることが望まれる。
そこで研究グループは，室温動作が可能で拡張性に優れた分光システムを構築し，単一光子レベルでのシングルショット高分解能分光を実証した。
今回，研究グループはVIPAと単一光子アバランシェダイオード（SPAD）アレイを統合した，単一光子の高分解能シングルショット分光法を提案し，単一光子レベルの光パルスを用いた原理実証に成功した。VIPAは，異なる周波数の光を，異なる空間にマッピングする光学素子であり，SPADアレイは，複数の高感度検出画素を備え，光子の空間情報を識別できる。
両者を組み合わせることで，異なる周波数の光を異なる画素で同時に捉え，単一光子の周波数を一度の測定で識別することが可能になる。
さらに，この分光システムの理論効率を用いた場合の量子通信レートを評価したところ，現実的な周波数モード数で，多重化しない単一モード構成のほぼ理想的な状況を上回る性能を達成できることが確認された。
研究グループは，この分光システムは量子センシングなど幅広い分野での応用が期待されるとしている。
