光電マイクロ波シンセサイザー - 周波数調整可能性と低位相雑音の融合 学術背景 現代の通信、航法、レーダーシステムでは、周波数調整可能で低雑音のマイクロ波源が不可欠です。従来の電子式マイクロ波シンセサイザーは周波数調整可能であるものの、位相雑音が高いため、精密な応用には制限があります。一方で、フォトニクスに基づくマイクロ波シンセサイザーは高いスペクトル純度のレーザーや光周波数コームを活用し、極めて低雑音のマイクロ波信号を生成できます。しかし、フォトニクスアプローチは一般的に周波数調整能力を欠き、サイズ、重量、消費電力の点で大きな課題があり、広範な適用が制限されています。 これらの問題を解決するため、本研究では、簡略化した光周波数分割（Optical Frequency Division, O...

「音響バブル」と次世代耳装着型デバイス：リアルタイムニューラルネットワークを基盤とした革新研究 日常生活の中で、騒音や複雑な音響環境は、特に混雑した場面（例：レストラン、会議室、飛行機内）において会話の明確な認識を難しくしています。従来のノイズキャンセリングヘッドホンは、環境音をある程度抑制することはできますが、音源の距離を識別したり、特定音源の位置に基づいた正確な音場形成はできません。この課題に対処するため、ワシントン大学Paul G. Allenコンピュータサイエンス&エンジニアリング学部、マイクロソフト、そしてAssemblyAIのチームが重要な研究を行いました。同チームは「音響バブル」(Sound Bubbles) を生成可能なスマート耳装着型デバイスを開発し、マルチチャネルマイクロ...

学術的背景と問題提起 計量学の分野では、量子ホール効果（Quantum Hall Effect, QHE）とジョセフソン効果（Josephson Effect）は、それぞれ電気抵抗（オーム）と電圧（ボルト）の量子標準を提供しています。しかし、従来の量子ホール抵抗標準（Quantum Hall Resistance Standards, QHRs）は、超電導磁石などで10テスラ以上の強い磁場を生成する必要があるため、実用的な応用上の制約があります。特にジョセフソン電圧標準（Josephson Voltage Standards, JVS）との統合時には、磁場中ではJVSが正常に動作しないため、大きな課題となっています。このため、外部磁場を必要とせずに、高精度な電気抵抗量子標準を実現することが重...

多フォトトランジスタ‐単メモリスタアレイを基盤とする再構成可能なインセンサー処理：機械学習と生体インスパイア型ニューラルネットワークの融合による新しい視覚計算プラットフォーム 学術背景と問題提起 人工ビジョンシステムは、インテリジェントエッジコンピューティングの重要な構成要素として長年認識されてきましたが、従来のCMOS（相補型金属酸化膜半導体）技術とノイマン型アーキテクチャに基づくシステムは、大きな制約を抱えていました。これらのシステムでは、独立した画像センサー、記憶モジュール、プロセッサ間の物理的分離により、大量のデータ冗長性や信号処理の遅延が生じます。これにより、回路設計の複雑化や消費電力の増加が引き起こされ、リアルタイム処理能力が著しく制限されています。自然環境において、従来型の視覚...

光電偏光固有ベクトルを用いたオンチップ全ストークス偏光計研究 学術背景 光の偏光状態は、光通信、生物医学診断、リモートセンシング、宇宙論など、さまざまな分野で重要な役割を果たしています。ストークスベクトル（Stokes vector）は、光の偏光状態を記述する4つのパラメータであり、光の強度と偏光状態の完全な情報を提供します。従来の偏光計は、プリズム、レンズ、フィルター、波長板といった分離された光学部品に依存しており、それらの大きなサイズが偏光計の小型化と広い応用性を制限していました。 近年、ナノフォトニクスやメタサーフェス（metasurface）の技術が進展し、それらを活用したコンパクトな偏光計が探索されています。しかし、既存のメタサーフェス偏光計は、特に赤外領域においてピクセル配置の調...