(57)【要約】  量子エンタングルメント生成装置（３０）は、光周波数２ｆ０の光を発生するレーザー光源（１）と、光周波数２ｆ０の光が入射されるビームスプリッタ（４）及び複数の鏡（５，７，８）でリング状光路が構成されるリング型干渉計（２０）と、リング型干渉計の光路中に挿入され、光周波数２ｆ０の光が入射すると光周波数ｆ０の光を発生する光パラメトリック増幅器（６）と、リング型干渉計の光路中に挿入され、光周波数２ｆ０の光と光周波数ｆ０との相対的な光路長を変化させる分散媒質（９）と、を備え、ビームスプリッタ（４）で分岐されリング型干渉計（２０）内を互いに反対方向へ進む２つの光周波数２ｆ０の光を、光パラメトリック増幅器（６）に入射させることで、リング型干渉計内を互いに反対方向へ進む第１及び第２のスクイーズ光を発生させ、第１及び第２のスクイーズ光の相対的な位相を分散媒質（９）により所定の値に調整し、第１及び第２のスクイーズ光を、ビームスプリッタ（４）で合波することにより量子エンタングルビーム（１０，１１）を生成する。
2009025195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光周波数２ｆ０の光を発生するレーザー光源と、
上記光周波数２ｆ０の光が入射されるビームスプリッタ及び複数の鏡でリング状光路が構成されるリング型干渉計と、
上記リング型干渉計の光路中に挿入され、上記光周波数２ｆ０の光が入射すると光周波数ｆ０の光を発生する光パラメトリック増幅器と、
上記リング型干渉計の光路中に挿入され、上記光周波数２ｆ０の光と上記光周波数ｆ０との相対的な光路長を変化させる分散媒質と、
を備え、
上記ビームスプリッタで分岐され上記リング型干渉計内を互いに反対方向へ進む２つの光周波数２ｆ０の光を上記光パラメトリック増幅器に入射させることで、上記リング型干渉計内を互いに反対方向へ進む第１及び第２のスクイーズ光を発生させ、
上記第１及び第２のスクイーズ光の相対的な位相を上記分散媒質により所定の値に調整し、上記第１及び第２のスクイーズ光を上記ビームスプリッタで合波することにより量子エンタングルビームを生成する、量子エンタングルメント生成装置。
【請求項２】
前記リング型干渉計は、三角形以上の多角形の各辺で光路が構成され、
前記ビームスプリッタは、上記多角形の一頂点に配置され、
前記複数の鏡は、上記多角形の残りの頂点に配置されている、請求項１に記載の量子エンタングルメント生成装置。
【請求項３】
前記リング型干渉計は、前記ビームスプリッタと前記複数の鏡のうち第１及び第２の鏡とが反時計方向に順に配設される三角形状の光路を有しており、
前記分散媒質は、前記ビームスプリッタと上記第１の鏡との間の光路に配置され、
前記光パラメトリック増幅器は、上記第１の鏡と上記第２の鏡との間の光路に配置される、請求項１に記載の量子エンタングルメント生成装置。
【請求項４】
前記リング型干渉計は、前記ビームスプリッタと前記複数の鏡のうち第１〜第３の鏡とが反時計方向に順に配設される矩形形状の光路を有しており、
前記光パラメトリック増幅器は上記第１の鏡と上記第２の鏡との間の光路に配置され、
前記分散媒質は前記ビームスプリッタと上記第３の鏡との間の光路に配置される、請求項１に記載の量子エンタングルメント生成装置。
【請求項５】
前記光パラメトリック増幅器と前記第１の鏡との光軸上及び前記光パラメトリック増幅器と前記第２の鏡との光軸上には、それぞれ集光手段が配設される、請求項３又は４に記載の量子エンタングルメント生成装置。
【請求項６】
前記光パラメトリック増幅器は、電気光学結晶からなる光導波路構造を有している、請求項１に記載の量子エンタングルメント生成装置。
【請求項７】
前記分散媒質は２枚のガラス板からなる、請求項１に記載の量子エンタングルメント生成装置。
【請求項８】
前記レーザー光源が、光周波数ｆ０の光を発生する光源と、該光源から入射される光周波数ｆ０の光を光周波数２ｆ０に変換する第２高調波発生器と、からなる、請求項１に記載の量子エンタングルメント生成装置。
【請求項９】
前記第２高調波発生器が、電気光学結晶からなる光導波路構造を有している、請求項８に記載の量子エンタングルメント生成装置。
【請求項１０】
前記ビームスプリッタは、光周波数ｆ０及び光周波数２ｆ０の両方の光に対して透過率及び反射率が共に約５０％である、請求項１に記載の量子エンタングルメントの生成装置。
【請求項１１】
前記リング型干渉計が面上に形成されている、請求項１に記載の量子エンタングルメント生成装置。
【請求項１２】
レーザー光源から光周波数２ｆ０の光を発生し、
上記レーザー光源からの光を、ビームスプリッタ及び鏡からなる光路と該光路内に配置される光パラメトリック増幅器及び分散媒質とからなるリング型干渉計へ入射し、
上記入射する光を、上記ビームスプリッタで分岐して上記リング型干渉計内で互いに反対方向へ進む２つの光とし、
上記分岐された一方の光を上記光パラメトリック増幅器から上記分散媒質へ進む光とし、光周波数ｆ０の第１のスクイーズ光を発生し、
上記分岐された他方の光を、上記分散媒質から上記光パラメトリック増幅器へ進む光とし、光周波数ｆ０の第２のスクイーズ光を発生し、
上記第１及び第２のスクイーズ光の相対的な位相を、上記分散媒質によって所定の値に調整し、
上記第１及び第２のスクイーズ光を、上記ビームスプリッタで合波することにより量子エンタングルビームを生成する、量子エンタングルメント生成方法。
【請求項１３】
前記第１及び第２のスクイーズ光の相対的な位相をπ／２とする、請求項１２に記載の量子エンタングルメント生成方法。
【請求項１４】
前記量子エンタングルビームを、前記ビームスプリッタを透過する第１の量子エンタングルビームとし、前記ビームスプリッタを反射する第２の量子エンタングルビームとする、請求項１２に記載の量子エンタングルメント生成方法。
【請求項１５】
光周波数ｆ０のパルスレーザー光源と該光周波数ｆ０の光が入射すると光周波数２ｆ０の光を発生する第２高調波発生器とからなり、光周波数ｆ０のパルスレーザー光と光周波数２ｆ０のパルスレーザー光を同じ光軸上に出射する光源部と、
上記光周波数２ｆ０の光が入射されるビームスプリッタ及び複数の鏡でリング状光路が構成されるリング型干渉計と、
上記リング型干渉計の光路中に挿入され、上記光周波数２ｆ０の光が入射すると光周波数ｆ０の光を発生する光パラメトリック増幅器と、
上記リング型干渉計の光路中に挿入され、上記光周波数２ｆ０の光と上記光周波数ｆ０との相対的な光路長を変化させる分散媒質と、
ホモダイン検出器と、
を備え、
上記ビームスプリッタで分岐されて上記リング型干渉計内を互いに反対方向へ進む２つの光周波数２ｆ０の光を、上記光パラメトリック増幅器に入射させることで、上記リング型干渉計内を互いに反対方向へ進む光周波数ｆ０の第１及び第２の直線偏光したスクイーズ光を発生させ、
上記第１及び第２のスクイーズ光の相対的な位相を、上記分散媒質により所定の値に調整し、
上記第１及び第２のスクイーズ光を、上記ビームスプリッタで合波することにより量子エンタングルビームを生成させ、
上記ホモダイン検出器に対して、上記光周波数ｆ０の直線偏光した量子エンタングルビーム光が信号光として、上記光源部から出射される光周波数ｆ０で該信号光とは直交する偏光を有しているパルスレーザー光が局部発振光として、それぞれ入射され、直交位相振幅が検出される、量子エンタングルメント生成検出装置。
【請求項１６】
前記量子エンタングルビームは第１及び第２の量子エンタングルビームからなり、上記ホモダイン検出器は第１及び第２のホモダイン検出器からなり、上記第１及び第２の量子エンタングルビーム光が、それぞれ、上記第１及び第２のホモダイン検出器への信号光となる、請求項１５に記載の量子エンタングルメントの生成検出装置。
【請求項１７】
前記ビームスプリッタは、光周波数ｆ０及び光周波数２ｆ０の水平直線偏光の光に対して透過率及び反射率が共に約５０％であり、光周波数ｆ０の垂直直線偏光の光に対して反射率が約１００％である、請求項１５に記載の量子エンタングルメント生成検出装置。
【請求項１８】
前記ホモダイン検出器は、前記信号光及び前記局部発振光が入射される電気光学結晶と、該電気光学結晶から入射する光を偏光させる１／２波長板と、該１／２波長板で偏光した光を重ね合わせると共に透過光と反射光とに分岐するビームスプリッタと、該分岐される２つの光をそれぞれ検出する検出器と、該検出器の差分を出力する手段と、からなる、請求項１５に記載の量子エンタングルメント生成検出装置。
【請求項１９】
前記ホモダイン検出器は、前記信号光及び前記局部発振光が入射される光周波数ｆ０及び光周波数２ｆ０を透過させるフィルタと、該フィルタからの光の位相を変化させる１／４波長板と、該１／４波長板からの光を重ね合わせると共に透過光と反射光とに分岐するビームスプリッタと、該分岐される２つの光をそれぞれ検出する検出器と、該検出器の差分を出力する手段と、からなる、請求項１５に記載の量子エンタングルメント生成検出装置。
【請求項２０】
さらに、前記局部発振光及び前記信号光と前記ホモダイン検出器との間に配設される分散媒質を備え、該ホモダイン検出器は、上記分散媒質を通過した光から光周波数ｆ０及び光周波数２ｆ０を透過させるフィルタと、該フィルタからの光を重ね合わせると共に透過光と反射光とに分岐するビームスプリッタと、該分岐される２つの光をそれぞれ検出する検出器と、該検出器の差分を出力する手段と、からなる、請求項１５に記載の量子エンタングルメント生成検出装置。
【請求項２１】
前記リング型干渉計が、面上に形成されている、請求項１５に記載の量子エンタングルメント生成検出装置。
【請求項２２】
光周波数ｆ０のレーザー光源からの光と該レーザー光源から第２高調波発生器を介して発生させた光周波数２ｆ０の光とを、同じ光軸上に発生し、
上記レーザー光源からの光周波数２ｆ０の光を、ビームスプリッタ及び複数の鏡からなるリング状光路と、該光路内に配置される光パラメトリック増幅器及び分散媒質と、からなるリング型干渉計へ入射し、
上記入射する光を、上記ビームスプリッタで分岐して上記リング型干渉計内で互いに反対方向へ進む２つの光とし、
上記分岐された一方の光を上記光パラメトリック増幅器から上記分散媒質へ進む光とし、光周波数ｆ０の第１の直線偏光したスクイーズ光を発生し、
上記分岐された他方の光を、上記分散媒質から上記光パラメトリック増幅器へ進む光とし、光周波数ｆ０の第２の直線偏光したスクイーズ光を発生し、
上記第１及び第２のスクイーズ光の相対的な位相を、上記分散媒質によって所定の値に調整し、
上記第１及び第２のスクイーズ光を、上記ビームスプリッタで合波することにより量子エンタングルビームを生成し、
上記光周波数ｆ０の直線偏光した量子エンタングルビームをホモダイン検出器の信号光とし、
上記光周波数ｆ０のレーザー光源からの光を上記分岐された一方の光と同じ光路を介して上記リング型干渉計内を通過させると共に、上記信号光とは直交する偏光とし、上記ホモダイン検出器の局部発振光とし、
上記ホモダイン検出器が、上記信号光の直交位相振幅を検出することを特徴とする、量子エンタングルメント生成及び検出方法。
【請求項２３】
前記光パラメトリック増幅器の前後の光軸上に光周波数２ｆ０の光を阻止するフィルタを挿入し、前記量子エンタングルビームの発生を停止する、請求項２２に記載の量子エンタングルメント生成及び検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、量子エンタングルメント生成装置と量子エンタングルメント生成検出装置、並びに量子エンタングルメントの生成方法と量子エンタングルメント生成検出方法に関する。さらに詳細には、２次の非線型光学効果を用いる連続変数の量子エンタングルメント生成装置及び生成方法と、この量子エンタングルメント生成装置で生成した量子エンタングルビームの検出も同時に行うことができる装置とその検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
量子情報技術は、量子力学的効果を直接的に利用することにより、従来よりも優れた情報処理を実現する技術あるいは技術分野である。量子エンタングルメントは、量子情報技術の最も重要な資源である。量子エンタングルメントを利用することにより、絶対に安全な通信や、従来よりも桁違いに高速な計算処理を実現することができる。【０００３】
量子的にエンタングルした状態は、複数の離れた場所にある物理系が互いに相関を持った状態であり、それら複数の物理系を分離して扱うことができない状態である。２つの離れた場所にある物理系が量子的にエンタングルした状態を共有しているとき、２つの場所で行う測定の結果には、古典論では説明することができない相関が生じる。【０００４】
量子エンタングルメントという言葉は、一般に、量子的にエンタングルした状態そのもの、あるいは、エンタングルした状態が示す量子論特有の物理現象、または、量子論が非分離の特性を内包しているという概念を表すのに用いられる。しかし、本明細書では、量子エンタングルメントを、量子的にエンタングルした状態を示す言葉として用いる。【０００５】
量子情報処理には、主に２つのアプローチがあり、ひとつは離散的な物理量を用いるもの、もう一つは連続的な物理量を用いるものである（例えば、非特許文献１参照）。光の場合には、通常、電場の直交振幅を連続的な値をとる物理量として用いる。連続的な物理量に対する量子エンタングルメントのことを、連続変数量子エンタングルメントと呼ぶ。【０００６】
従来の連続変数エンタングルメントの生成方法を説明する。最も初期に用いられた方法は、非縮退のパラメトリック増幅器を用いる方法である（例えば、特許文献１参照）。特許文献１で紹介されている実験では、非線型媒質としてチタン酸リン酸カリウム（ＫＴＰ）を用い、タイプII（type  II）の位相整合を行うことで、互いに直交した偏光状態のシグナル光とアイドラ光を発生した。非縮退とは、偏光状態が異なるということである。パラメトリック増幅をタイプIIの位相整合で行ったときのシグナル光とアイドラ光は、量子的な相関を有しており、連続変数量子エンタングルメントを生成することができる。【０００７】
しかしながら、従来のタイプIIの位相整合を用いる方法では、シグナル光とアイドラ光に対する非線型媒質の屈折率が異なるため、これらの２つの光に対して光共振器を同時に共鳴させることが技術的に困難であった。また、一般に、タイプIIの位相整合ではビームのウォークオフが起こり、量子エンタングルメントの質が低下していた。【０００８】
次に実施された方法は、２つのスクイーズ光を発生し、それらを透過率と反射率がともに５０％のビームスプリッタで重ね合わせることで、量子エンタングルメントを生成するというものである。このとき、２つのスクイーズ光の相対的な位相差がπ／２となるように精密に制御する必要がある。【０００９】
例えば、非特許文献２では、リング共振器内に置かれたタイプIの位相整合を行うパラメトリック増幅により、リングを右回りと左回りに進行するスクイーズ光を発生し、それらをリングの外に置いたビームスプリッタで重ね合わせることで、量子エンタングルメントを発生した。この方法の問題点は、リング共振器を出た後にビームスプリッタで重なり合うまでに、２つのスクイーズ光は別の経路をたどるので、２つの経路間の相対的な光路長が不安定になることである。【００１０】
【特許文献１】H. J. Kimble et al., U.S.Patent 5,339,182, Aug. 16, 1994
【非特許文献１】S. L. Braunstein and P. van Loock, Rev. Mod. Phys. Vol.77, p.513, 2005
【非特許文献２】T. C. Zhang, et al., Phys. Rev. A, Vol.67, p.033802, 2003
【非特許文献３】Yujiro Eto, et al., Optics Letters, Vol. 32, pp. 1698-1700, 2007
【非特許文献４】L. M. Duan, et al., Physical Review Letters, Vol. 84, p.2722, 2000
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来の２つのスクイーズ光を用いる方法では、光路長の差を常に監視し、帰還制御（フィードバック制御）による安定化を行う必要があるが、相対的な光路長の安定化は有限の精度でしか実現できない上に、装置が複雑になるという課題があった。【００１２】
上記課題に鑑み、本発明の第１の目的は、２つのスクイーズ光を重ね合わせるエンタングルメント生成において、２つのスクイーズ光の相対的な位相差を安定的に制御できる、量子エンタングルメント生成装置を提供することである。本発明の第２の目的は、量子エンタングルメントを生成する方法を提供することである。
本発明の第３の目的は、この量子エンタングルメント生成装置で生成した量子エンタングルビームの検出も同時に行うことができる装置を提供することにある。さらに、本発明の第４の目的は量子エンタングルメントを生成し、さらに生成した量子エンタングルビームの検出も同時に行うことができる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記第１の目的を達成するため、本発明の量子エンタングルメント生成装置は、光周波数２ｆ０の光を発生するレーザー光源と、光周波数２ｆ０の光が入射されるビームスプリッタ及び複数の鏡でリング状光路が構成されるリング型干渉計と、リング型干渉計の光路中に挿入され、光周波数２ｆ０の光が入射すると光周波数ｆ０の光を発生する光パラメトリック増幅器と、リング型干渉計の光路中に挿入され、光周波数２ｆ０の光と光周波数ｆ０との相対的な光路長を変化させる分散媒質と、を備え、ビームスプリッタで分岐されリング型干渉計内を互いに反対方向へ進む２つの光周波数２ｆ０の光を、光パラメトリック増幅器に入射させることで、リング型干渉計内を互いに反対方向へ進む第１及び第２のスクイーズ光を発生させ、第１及び第２のスクイーズ光の相対的な位相を分散媒質により所定の値に調整し、第１及び第２のスクイーズ光を、ビームスプリッタで合波することにより量子エンタングルビームを生成する。
上記構成において、リング型干渉計は、好ましくは、三角形以上の多角形の各辺で光路が構成され、ビームスプリッタは多角形の一頂点に配置され、複数の鏡は多角形の残りの頂点に配置されている。
リング型干渉計は、好ましくは、ビームスプリッタと複数の鏡のうち第１及び第２の鏡とが反時計方向に順に配設される三角形状の光路を有しており、分散媒質はビームスプリッタと第１の鏡との間の光路に配置され、光パラメトリック増幅器は第１の鏡と第２の鏡との間の光路に配置される。
リング型干渉計は、好ましくは、ビームスプリッタと複数の鏡のうち第１〜第３の鏡とが反時計方向に順に配設される矩形形状の光路を有しており、光パラメトリック増幅器は第１の鏡と第２の鏡との間の光路に配置され、分散媒質はビームスプリッタと第３の鏡との間の光路に配置される。
光パラメトリック増幅器と第１の鏡との光軸上及び光パラメトリック増幅器と第２の鏡との光軸上には、好ましくは、それぞれ集光手段が配設される。前記光パラメトリック増幅器は、好ましくは、電気光学結晶からなる光導波路構造を有している。
分散媒質は、好ましくは、２枚のガラス板からなる。
レーザー光源は、好ましくは、光周波数ｆ０の光を発生する光源と、光源から入射される光周波数ｆ０の光を光周波数２ｆ０に変換する第２高調波発生器と、からなる。
第２高調波発生器は、好ましくは、電気光学結晶からなる光導波路構造を有している。
ビームスプリッタは、好ましくは、光周波数ｆ０及び光周波数２ｆ０の両方の光に対して透過率及び反射率が共に約５０％である。
前記リング型干渉計は、好ましくは面上に形成されている。【００１４】
上記第２の目的を達成するため、本発明の量子エンタングルメント生成方法は、レーザー光源から光周波数２ｆ０の光を発生し、レーザー光源からの光を、ビームスプリッタ及び鏡からなる光路と光路内に配置される光パラメトリック増幅器及び分散媒質とからなるリング型干渉計へ入射し、入射する光をビームスプリッタで分岐してリング型干渉計内で互いに反対方向へ進む２つの光とし、分岐された一方の光を光パラメトリック増幅器から分散媒質へ進む光とし、光周波数ｆ０の第１のスクイーズ光を発生し、分岐された他方の光を分散媒質から光パラメトリック増幅器へ進む光とし、光周波数ｆ０の第２のスクイーズ光を発生し、第１及び第２のスクイーズ光の相対的な位相を分散媒質によって所定の値に調整し、第１及び第２のスクイーズ光をビームスプリッタで合波することにより量子エンタングルビームを生成する。
上記構成において、好ましくは、第１及び第２のスクイーズ光の相対的な位相をπ／２とする。量子エンタングルビームを、好ましくは、ビームスプリッタを透過する第１の量子エンタングルビームとし、ビームスプリッタを反射する第２の量子エンタングルビームとする。【００１５】
上記構成によれば、リング型干渉計で生成する２つのスクイーズ光の相対的な位相を安定に保つことにより、安定に量子エンタングルメントを生成することができる。【００１６】
上記第３の目的を達成するため、本発明の量子エンタングルメントの生成検出装置は、光周波数ｆ０のパルスレーザー光源と光周波数ｆ０の光が入射すると光周波数２ｆ０の光を発生する第２高調波発生器とからなり、光周波数ｆ０のパルスレーザー光と光周波数２ｆ０のパルスレーザー光を同じ光軸上に出射する光源部と、光周波数２ｆ０の光が入射されるビームスプリッタ及び複数の鏡でリング状光路が構成されるリング型干渉計と、リング型干渉計の光路中に挿入され、光周波数２ｆ０の光が入射すると光周波数ｆ０の光を発生する光パラメトリック増幅器と、リング型干渉計の光路中に挿入され、光周波数２ｆ０の光と光周波数ｆ０との相対的な光路長を変化させる分散媒質と、ホモダイン検出器と、を備え、ビームスプリッタで分岐されてリング型干渉計内を互いに反対方向へ進む２つの光周波数２ｆ０の光を光パラメトリック増幅器に入射させることで、リング型干渉計内を互いに反対方向へ進む光周波数ｆ０の第１及び第２の直線偏光したスクイーズ光を発生させ、第１及び第２のスクイーズ光の相対的な位相を分散媒質により所定の値に調整し、第１及び第２のスクイーズ光を、ビームスプリッタで合波することにより量子エンタングルビームを生成させ、ホモダイン検出器に対して、光周波数ｆ０の直線偏光した量子エンタングルビーム光が信号光として、光源部から出射される光周波数ｆ０で信号光とは直交する偏光を有しているパルスレーザー光が局部発振光として、それぞれ入射され、直交位相振幅が検出される。【００１７】
上記構成において、好ましくは、量子エンタングルビームは第１及び第２の量子エンタングルビームからなり、ホモダイン検出器は第１及び第２のホモダイン検出器からなり、第１及び第２の量子エンタングルビーム光が、それぞれ、第１及び第２のホモダイン検出器への信号光となる。
ビームスプリッタは、好ましくは、光周波数ｆ０及び光周波数２ｆ０の水平直線偏光の光に対して透過率及び反射率が共に約５０％であり、光周波数ｆ０の垂直直線偏光の光に対して反射率が約１００％である。
ホモダイン検出器は、好ましくは、信号光及び局部発振光が入射される電気光学結晶と、電気光学結晶から入射する光を偏光させる１／２波長板と、１／２波長板で偏光した光を重ね合わせると共に透過光と反射光とに分岐するビームスプリッタと、分岐される２つの光をそれぞれ検出する検出器と、検出器の差分を出力する手段と、からなる。
ホモダイン検出器は、好ましくは、信号光及び局部発振光が入射される光周波数ｆ０及び光周波数２ｆ０を透過させるフィルタと、フィルタからの光の位相を変化させる１／４波長板と、１／４波長板からの光を重ね合わせると共に透過光と反射光とに分岐するビームスプリッタと、分岐される２つの光をそれぞれ検出する検出器と、検出器の差分を出力する手段と、からなる。
さらに、好ましくは、局部発振光及び信号光とホモダイン検出器との間に配設される分散媒質を備え、ホモダイン検出器は、分散媒質を通過した光から光周波数ｆ０及び光周波数２ｆ０を透過させるフィルタと、フィルタからの光を重ね合わせると共に透過光と反射光とに分岐するビームスプリッタと、分岐される２つの光をそれぞれ検出する検出器と、検出器の差分を出力する手段と、からなる。
前記リング型干渉計は、好ましくは面上に形成されている。【００１８】
上記第４の目的を達成するため、本発明の量子エンタングルメントの生成及び検出方法は、光周波数ｆ０のレーザー光源からの光とレーザー光源から第２高調波発生器を介して発生させた光周波数２ｆ０の光とを同じ光軸上に発生し、レーザー光源からの光周波数２ｆ０の光を、ビームスプリッタ及び複数の鏡からなるリング状光路と光路内に配置される光パラメトリック増幅器及び分散媒質とからなるリング型干渉計へ入射し、入射する光をビームスプリッタで分岐してリング型干渉計内で互いに反対方向へ進む２つの光とし、分岐された一方の光を光パラメトリック増幅器から分散媒質へ進む光とし、光周波数ｆ０の第１の直線偏光したスクイーズ光を発生し、分岐された他方の光を分散媒質から光パラメトリック増幅器へ進む光とし、光周波数ｆ０の第２の直線偏光したスクイーズ光を発生し、第１及び第２のスクイーズ光の相対的な位相を分散媒質によって所定の値に調整し、第１及び第２のスクイーズ光をビームスプリッタで合波することにより量子エンタングルビームを生成し、光周波数ｆ０の直線偏光した量子エンタングルビームをホモダイン検出器の信号光とし、光周波数ｆ０のレーザー光源からの光を分岐された一方の光と同じ光路を介してリング型干渉計内を通過させると共に、信号光とは直交する偏光とし、ホモダイン検出器の局部発振光とし、ホモダイン検出器により信号光の直交位相振幅を検出する。【００１９】
上記構成において、好ましくは、光パラメトリック増幅器の前後の光軸上に光周波数２ｆ０の光を阻止するフィルタを挿入し、量子エンタングルビームの発生を停止する。【００２０】
上記構成によれば、リング型干渉計で生成する２つのスクイーズ光の相対的な位相を安定に保つことにより、安定に量子エンタングルビームを生成することができる。さらに、ホモダイン検出器の局部発振光が、リング型干渉計に入射する光と同じ光軸から供給されるので、量子エンタングルビームのホモダイン検出も安定して行うことができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の量子エンタングルメント生成装置及び量子エンタングルメント生成方法によれば、リング型干渉計内で互いに反対方向へ進む２つのスクイーズ光の相対的な位相を安定に保つことにより、安定に量子エンタングルメントを生成することができる。
本発明の量子エンタングルメント生成検出装置及び量子エンタングルメント生成及び検出方法によれば、リング型干渉計内で互いに反対方向へ進む２つのスクイーズ光の相対的な位相を安定に保つことにより、安定に量子エンタングルメントを生成することができると共に、生成した量子エンタングルメントビームのホモダイン検出も安定して行うことができる。さらに、エンタングルメントビームとホモダイン検出のための局部発振光とを同軸上に出力することにより、ホモダイン検出の安定性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る量子エンタングルメント生成装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る量子エンタングルメント生成装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る量子エンタングルメント生成装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１実施形態による量子エンタングルメントの生成検出装置を示すブロック図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る量子エンタングルメントの生成検出装置を示すブロック図である。
【図６】〈Δ２（Ｘａ（φａ１）＋Ｘｂ（φｂ））〉の値が最小になった位相（その位相をφｂ＝φｂ１とする。）におけるＸａ（φａ１）とＸｂ（φｂ１）の散布図である。
【図７】φｂ＝φｂ２＝φｂ１＋π／２を満たす位相（その位相をφｂ＝φｂ１とする。）におけるＸａ（φａ２）とＸｂ（φｂ２）の散布図である。
【図８】測定したＸａ（φａ），Ｘｂ（φｂ）から計算した第１の量子エンタングルビームと第２の量子エンタングルビームの和と差の分散のφｂへの依存性を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１：レーザー光源
２，１０５：第２高調波発生器
３：第１の鏡
４：ビームスプリッタ
５：第２の鏡
６，１２２：光パラメトリック増幅器
７：第３の鏡
８：第４の鏡
９，１２４，１２８：分散媒質
１０，１３０：第１の量子エンタングルビーム
１１，１３１：第２の量子エンタングルビーム
１５：光周波数ｆ０のレーザー光源
２０，２５，７０，１７０：リング型干渉計
３０，３５，４０：量子エンタングルメント生成装置
５０，１５０：量子エンタングルメントの生成検出装置
６０，１６０：光源部
８０，１８０：第１のホモダイン検出器
９０，１９０：第２のホモダイン検出器
１００：パルスレーザー光源
１０１：光パルス（光周波数ｆ０で水平偏光の光）
１０２，１３２，１３８，１３９：光周波数ｆ０に対するゼロオーダーの１／２波長板
１０３，１０７，１１０，１１３：光周波数ｆ０の光の水平偏光成分
１０４，１０８，１１１：光周波数ｆ０の光の垂直偏光成分
１０６：光周波数２ｆ０で水平偏光の光
１０９，１１７，２１９：光周波数ｆ０に対する偏光ビームスプリッタ
１１２，１１８：２波長用波長板（光周波数ｆ０では１／２波長板、光周波数２ｆ０では１波長板となる）
１１４：鏡
１１５：光周波数ｆ０の光
１１６：光周波数２ｆ０の光
１２０，１３４，２１３：特殊ビームスプリッタ
１２１，１２３，２０３，２０４，２１０：鏡（２波長鏡）
１２５，２１６：第１のガラス板
１２６，２１７：第２のガラス板
１３３，１３５，２１４，２１５，２２０：光周波数ｆ０に対する鏡
１３６：第１の電気光学結晶
１３７：第２の電気光学結晶
１４０，１４１：光周波数ｆ０に対する偏光ビームスプリッタ
１４２：第１のフォトダイオード
１４３：第２のフォトダイオード
１４４：第３のフォトダイオード
１４５：第４のフォトダイオード
１４６：第１のＲＦコンバイナー
１４７：第２のＲＦコンバイナー
１４８：第１の増幅器
１４９：第２の増幅器
２００，２０２，２０６，２０８，２２６，２２７，２２８，２２９：レンズ
２０５，２０７，２２３，２２４：赤色フィルタ
２１１，２１２：平行平面ガラス板
２２１，２２２：バンドパスフィルタ
２２５：１／４波長板
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
（量子エンタングルメント生成装置の第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る量子エンタングルメント生成装置３０の構成を示す平面視のブロック図である。光路は直線で示している。図示したＸＹ座標によって、平面図における横方向をＸ方向とし、縦方向をＹ方向として説明する。図１に示すように、本発明の量子エンタングルメント生成装置３０は、レーザー光源１とリング型干渉計２０とから構成されている。光周波数が２ｆ０のレーザー光源１から出射した光は、第１の鏡３を介してリング型干渉計２０に入射される。【００２５】
（量子エンタングルメント生成装置の第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態に係る量子エンタングルメント生成装置３５の構成を示す平面視のブロック図である。光路は直線で示している。図２に示す量子エンタングルメント生成装置３５が図１に示す量子エンタングルメント生成装置３０と異なるのは、レーザー光源１の構成である。レーザー光源１は、光周波数ｆ０のレーザー光源１５と第２高調波発生器２とから構成されており、光周波数２ｆ０の光を発生する。レーザー光源１から発生したレーザー光は、図２において、−Ｘ方向（左向き）に直進して第１の鏡３に入力され、その反射光が−Ｙ方向（下向き）に反射されてリング型干渉計２０へ入射する。【００２６】
リング型干渉計２０は、ビームスプリッタ４と第２の鏡５と光パラメトリック増幅器６と第３の鏡７と第４の鏡８と分散媒質９とから構成されている。ビームスプリッタ４の−Ｙ方向（下側）に第２の鏡５が配置されている。第２の鏡５のＸ方向（右側）に第３の鏡７が配置されている。また、ビームスプリッタ４のＸ方向（右側）に第４の鏡８が配置されている。【００２７】
リング型干渉計２０は、ビームスプリッタ４と第２〜４の鏡５，７，８とが四角形、具体的には矩形の各頂点に配置され、光路を形成している。つまり、リング型干渉計２０は、ビームスプリッタ４と、リング型干渉計２０用の第１〜第３の鏡５，７，８が反時計方向に順に配設されている。光パラメトリック増幅器６は第２の鏡５と第３の鏡７とから形成される光路軸に沿って配置されている。分散媒質９は、ビームスプリッタ４と第４の鏡８とから形成される光路軸に沿って配置されている。【００２８】
ビームスプリッタ４は、光周波数２ｆ０と光周波数ｆ０の両方の光に対して、透過率及び反射率が５０％であることが望ましい。【００２９】
第１〜４の鏡３，５，７，８は、何れも光周波数２ｆ０と光周波数ｆ０の両方の光を反
射する鏡であり、例えば、誘電体からなる。【００３０】
光パラメトリック増幅器６は光周波数２ｆ０の光をｆ０に変換する。光パラメトリック増幅器６は、２次の非線型光学効果を有する結晶を用いることができ、例えば、周期分極反転構造を有するＬｉＮｂＯ３からなる光導波路を用いることができる。【００３１】
分散媒質９は光学ガラスを用いることができる。光学ガラスの材料としては、ＢＫ７のようなホウケイ酸ガラスを使用してもよい。分散媒質９が光学ガラスからなる場合には、光学ガラスの光軸内の寸法が変化するように微動することにより、レーザー光がガラス内を透過する距離を変化させることで、レーザー光の相対的な位相を制御することができる。光学ガラスとしては、楔形状のウェッジガラス板を用いてもよく、後述するように、２枚用いた分散媒質９としてもよい。別の分散媒質９としては、空気などの気体を容器に充填し、光の入り口及び出口となる窓部を有する、所謂ガスセルを用いることができる。分散媒質９がガスセルからなる場合には、気体の圧力を変化させることで、気体を通過するレーザー光の相対的な位相を制御することができる。【００３２】
リング型干渉計２０は、平面の上に形成されていることが好ましい。リング型干渉計２０は、ブレッドボード上に形成することができる。ブレッドボードは、光学定盤とも呼ばれている。ブレッドボードは、剛性がある材料からなる板または基板であってもよい。リング型干渉計２０を単一のブレッドボード上に形成することにより、温度変動や振動に対して光路長の安定化を図ることができると共に、装置の構成が簡単になる。第１の鏡３も単一のブレッドボード上に形成してもよい。レーザー光源１からの光も、光ファイバで単一のブレッドボードへ導光すれば、さらに、温度変動や振動に対して光路長の安定化を図ることができる。【００３３】
次に、本発明の量子エンタングルメント生成装置３０，３５の動作を説明する。
レーザー光源１から出射して第１の鏡３とビームスプリッタ４と第２の鏡５とを通過した光周波数２ｆ０の光は、光パラメトリック増幅器６の励起光入力となり、光周波数ｆ０の第１のスクイーズ光を発生する。この第１のスクイーズ光は、リング型干渉計２０の中を反時計回りに進み、第３の鏡７及び第４の鏡８で反射されたのち、分散媒質９を通過し、ビームスプリッタ４に至る。【００３４】
次に、ビームスプリッタ４でＸ方向（右側）に反射されたレーザー光は、分散媒質９を通過し、第４の鏡８で−Ｙ方向（下側）に反射され、第３の鏡７で−Ｘ方向（左側）に反射されたのち、光パラメトリック増幅器６に入射し、光周波数ｆ０の第２のスクイーズ光を発生する。したがって、この第２のスクイーズ光は、リング共振器の中を時計回りに進み、分散媒質９を通過して第２の鏡５で反射された後、ビームスプリッタ４に至る。【００３５】
このようにして、リング型干渉計２０で発生し、互いに反対方向へ進む第１及び第２のスクイーズ光は、ビームスプリッタ４で空間的に重ね合わせが生起される。このとき、第１のスクイーズ光と第２のスクイーズ光との相対的な位相がπ／２となるように分散媒質９を操作することにより、量子的な相関をもつ第１の量子エンタングルビーム１０と第２の量子エンタングルビーム１１を発生することができる。第１の量子エンタングルビーム１０は、ビームスプリッタ４を通過した後、図１に示すように−Ｘ方向（左方向）に出射する。第２の量子エンタングルビーム１１は、ビームスプリッタ４によりＹ方向（上方向）へ反射し、第１の鏡３を通過して出射する。【００３６】
第１のスクイーズ光と第２のスクイーズ光とを、ビームスプリッタ４で重ね合わせた際の相対的な位相を、分散媒質９を用いて制御できるのは、次の理由による。リング型干渉計２０を反時計回りに進む経路では、光周波数ｆ０の光が分散媒質９を通過するのに対し、時計回りに進む経路では光周波数２ｆ０の光が分散媒質を通過するからである。すなわち、時計回りと反時計回りの互いに反対方向に進む場合には、分散媒質９を通るときの光周波数が異なるので、分散の大きさを変えることで、第１のスクイーズ光と第２のスクイーズ光の相対的な位相を変えることができる。【００３７】
さらに、第１のスクイーズ光と第２のスクイーズ光との相対的な位相を、分散媒質９により所望の値、例えば、π／２となるように設定することにより、第１及び第２の量子エンタングルビーム１０，１１を生成することができる。【００３８】
本発明の第１，第２の実施形態に係る量子エンタングルメント生成装置３０，３５によれば、第１及び第２の２つのスクイーズ光は、互いに異なる経路をたどるのではなく、同一のリング型干渉計２０内を互いに逆向きに回るだけであるので、それらの間の相対的な位相は機械的に安定である。さらに、リング型干渉計２０内で光の波長が変換される。すなわち、光周波数２ｆ０のレーザー光源１による励起光によって、光パラメトリック増幅器６において光周波数ｆ０のスクイーズ光を発生し、分散媒質９を制御することにより、第１及び第２のスクイーズ光間の相対的な位相を変化させることができる。したがって、本発明の量子エンタングルメント生成装置３０，３５によれば、第１及び第２のスクイーズ光を重ね合わせるエンタングルメント生成において、第１及び第２のスクイーズ光の相対的な位相差を安定に制御することができる。【００３９】
（量子エンタングルメント生成装置の第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る量子エンタングルメント生成装置４０の構成について説明する。
図３は、本発明の第３実施形態に係る量子エンタングルメント生成装置４０の構成を示す平面視したブロック図である。光路は直線で示している。図３に示す量子エンタングルメント生成装置４０が、図１に示す量子エンタングルメント生成装置３０と異なるのは、リング型干渉計２５である。他の構成は、量子エンタングルメント生成装置３０と同じであるので説明は省略する。
リング型干渉計２５は、ビームスプリッタ４と分散媒質９と第２の鏡５と光パラメトリック増幅器６と第３の鏡７とから構成されている。ビームスプリッタ４の垂直下方（−Ｙ方向）に第２の鏡５が配置されている。ビームスプリッタ４のＸ方向（右方向）に第３の鏡７が配置されている。【００４０】
リング型干渉計２５は、ビームスプリッタ４と第２の鏡５と第３の鏡７とが三角形の各頂点に配置されて光路を形成している。つまり、リング型干渉計２５は、ビームスプリッタ４と、リング型干渉計２５用の第１及び第２の鏡５，７が反時計方向に順に配設されている。光パラメトリック増幅器６は第２の鏡５と第３の鏡７とから形成される光路軸に沿って配置されている。分散媒質９は、ビームスプリッタ４と第２の鏡５とから形成される光路軸に沿って配置されている。【００４１】
リング型干渉計２５は、リング型干渉計２０と同様に基板上に形成されていることが好ましい。リング型干渉計２５を基板上に形成することにより、温度変動や振動に対して光路長の安定化を図ることができると共に、装置の構成が簡単になる。第１の鏡３も同一の基板上に形成してもよい。レーザー光源１からの光を光ファイバで基板へ導光すれば、さらに、温度変動や振動に対して光路長の安定化を図ることができる。【００４２】
次に、第３実施形態の量子エンタングルメント生成装置４０による量子エンタングルメント生成について説明する。
レーザー光源１から出射した光周波数２ｆ０の光は、第１の鏡３で反射され、ビームスプリッタ４を透過した後、分散媒質９を通過して第２の鏡５で反射され、光パラメトリック増幅器６の励起光入力となる。光パラメトリック増幅器６は、光周波数ｆ０の第１のスクイーズ光を発生する。光周波数ｆ０の第１のスクイーズ光は、水平偏光した光であってもよい。
この第１のスクイーズ光は、リング型干渉計２５の中を反時計回りに進み、第３の鏡７で反射されたのち、ビームスプリッタ４に至る。【００４３】
レーザー光源１から出射し、第１の鏡３で反射された光はビームスプリッタ４へ入射し、ビームスプリッタ４に入射した光周波数２ｆ０の光はＸ方向へ反射され、第３の鏡７で紙面左斜め下方に反射されて光パラメトリック増幅器６に入射し、光周波数ｆ０の第２のスクイーズ光を発生する。
次に、光周波数ｆ０の第２のスクイーズ光は第２の鏡５でＹ方向に反射されたのち、分散媒質９を通過し、ビームスプリッタ４に至る。したがって、この第２のスクイーズ光は、リング型干渉計２５の中を時計回りに進み、分散媒質９を通過してビームスプリッタ４に至る。【００４４】
このようにして、リング型干渉計２５で発生した第１及び第２のスクイーズ光は、ビームスプリッタ４で空間的に重ね合わせが生起される。このとき、第１のスクイーズ光と第２のスクイーズ光との相対的な位相がπ／２となるように分散媒質９を操作することにより、量子的な相関をもつ第１の量子エンタングルビーム１０及び第２の量子エンタングルビーム１１を発生することができる。第１の量子エンタングルビーム１０は、ビームスプリッタ４を通過した後、図３に示すように−Ｘ方向（左方向）に出射する。第２の量子エンタングルビーム１１は、ビームスプリッタ４によりＹ方向（上側）へ反射し、第１の鏡３を通過して出射する。【００４５】
第１のスクイーズ光及び第２のスクイーズ光の相対的な位相をπ／２となるように分散媒質９を設定することにより、第１及び第２の量子エンタングルビーム１０，１１を生成することができる。【００４６】
（量子エンタングルメント生成検出装置の第１実施形態）
次に、本発明の第１の実施形態に係る量子エンタングルメントの生成検出装置５０について説明する。
図４は、第１実施形態に係る量子エンタングルメントの生成検出装置５０を示す平面視におけるブロック図である。光路は直線で示している。量子エンタングルメントの生成検出装置５０は、量子エンタングルビームを生成する手段と、生成された量子エンタングルビームを検出する手段と、を備えた装置である。図４に示すように、量子エンタングルメントの生成検出装置５０は、光源部６０とリング型干渉計７０と第１のホモダイン検出器８０と第２のホモダイン検出器９０とから構成されている。【００４７】
ここで、量子エンタングルビームの生成は、光源部６０とリング型干渉計７０とにより行われる。生成された量子エンタングルビーム信号は、第１及び第２のホモダイン検出器８０，９０により検出される。この場合、光源部６０からの光が局部発振光となる。ホモダイン検出とは、同じ光周波数を有する信号光及び局部発振光の混合による検波であり、信号光の直交位相振幅を測定するものである。【００４８】
光源部６０は、パルスレーザー光源１００と、パルスレーザー光源１００から出射されるパルスレーザー光の光路に沿って順に配置されている１／２波長板１０２と第２高調波発生器１０５と偏光ビームスプリッタ１０９と２波長用波長板１１２と鏡１１４と偏光ビームスプリッタ１１７と２波長用波長板１１８とから構成されている。２波長用波長板１１８を通過したレーザー光がリング型干渉計７０へ入射される。【００４９】
パルスレーザー光源１００は、光周波数がｆ０で水平偏光の光パルス１０１を発生する。水平偏光の光パルス光１０１は、光周波数ｆ０に対してゼロオーダーの１／２波長板１０２に入射する。１／２波長板１０２は、水平偏光の光パルス光１０１の偏光面を回転し、斜め直線偏光の光に変換する。つまり、光パルス光１０１の偏光面が、水平偏光成分１０３と垂直偏光成分１０４に変換され、水平偏光成分１０３及び垂直偏光成分１０４が第２高調波発生器１０５へ入射する。この場合、偏光面の回転角により局部発振光の強度を調節することができる。【００５０】
第２高調波発生器１０５により、光周波数ｆ０のパルス光の水平偏光成分１０３の一部は、光周波数が２ｆ０で水平偏光のパルスレーザー光１０６に変換される。この水平偏光のパルスレーザー光１０６は、偏光ビームスプリッタ１０９及び２波長用波長板１１２で変化を受けることなくそのまま透過する。第２高調波発生器１０５には、２次の非線型光学効果を有する結晶、例えば、周期分極反転したＬｉＮｂＯ３からなる光導波路を用いることができる。【００５１】
光周波数２ｆ０に変換されなかった水平偏光成分の光周波数ｆ０の光１０７は、垂直偏光を透過するように配置された光周波数ｆ０に対する偏光ビームスプリッタ１０９により反射され、光周波数ｆ０の光の水平偏光成分１１０となり外部へ出射し、エンタングルビーム生成には使用しない。これは、第２高調波への変換効率が高い場合には、変換されずに残った基本波の時間波形が乱れるためである（非特許文献３参照）。しかしながら、第２高調波発生器１０５の変換効率が高くない場合には、水平偏光成分１１０を必ずしも捨てる必要はなく、再利用することも可能である。【００５２】
一方、光周波数ｆ０のパルス光の垂直偏光成分１０４は、第２高調波発生器１０５の非線形相互作用を受けることなく通過するので、出力される垂直偏光成分１０８は、元のパルスレーザー光源１００から出力されるパルスと同じパルス幅とスペクトルを有している。この光周波数ｆ０のパルス光の垂直偏光成分１０８は、偏光ビームスプリッタ１０９を透過し、透過した垂直偏光の光１１１は、光周波数ｆ０では１／２波長、光周波数２ｆ０では１波長となる２波長用波長板１１２によって水平偏光の光１１３となる。【００５３】
鏡１１４は、光周波数２ｆ０に対する反射率が高いものを用いる。鏡１１４としては、誘電体からなる鏡を使用することができる。鏡１１４の光周波数ｆ０に対する反射率は、後述するホモダイン検出に必要な局部発振光の強度に応じて選ぶことができる。鏡１１４の光周波数ｆ０に対する反射率が小さいときは、鏡１１４を光周波数ｆ０のみを選択的に減衰するフィルタとして用いることができる。【００５４】
したがって、パルスレーザー光源１００から出射した光は、同じ光軸上において、どちらも水平偏光である光周波数ｆ０のパルス光１１５と光周波数２ｆ０のパルス光１１６となる。ここで、光周波数ｆ０のパルス光１１５及び光周波数２ｆ０のパルス光１１６は同じ光軸にあるので、同軸上のパルス光１１５及び光周波数２ｆ０のパルス光１１６とも呼ぶ。【００５５】
偏光ビームスプリッタ１１７が、光周波数ｆ０の水平偏光成分を透過するように配置されている。したがって、光周波数ｆ０のパルス光はそのまま透過する。つぎに、２波長用波長板１１８により、光周波数ｆ０のパルス光が垂直偏光へと変換される。【００５６】
リング型干渉計７０は、後述する特殊な機能を有するビームスプリッタ１２０（以下、本発明では特殊ビームスプリッタと呼ぶ。）と鏡１２１と光パラメトリック増幅器１２２と鏡１２３と分散媒質１２４とから構成されている。鏡１２１は特殊ビームスプリッタ１２０の平面視−Ｘ方向（左側）に配置されており、鏡１２３は特殊ビームスプリッタ１２０の−Ｙ方向（下側）に配置されている。【００５７】
リング型干渉計７０は、特殊ビームスプリッタ１２０と鏡１２１，１２３とが三角形の各頂点に配置されている。光パラメトリック増幅器１２２は、鏡１２１と鏡１２３とから形成される光路軸に沿って配置されている。分散媒質１２４は、特殊ビームスプリッタ１２０と鏡１２３とから形成される光路軸に沿って配置されている。上述したリング型干渉計２０と同様に、リング型干渉計７０は、ブレッドボードや基板上に形成されていることが好ましい。リング型干渉計７０をブレッドボードや基板上に形成することで、温度変動や振動に対して光路長の安定化を図ることができると共に、装置の構成が簡単になる。【００５８】
特殊ビームスプリッタ１２０は、光周波数ｆ０及び光周波数２ｆ０の水平直線偏光の光に対しては透過率及び反射率が共にほぼ５０％であり、光周波数ｆ０の垂直直線偏光の光に対してはほぼ１００％の反射率を有している。したがって、光周波数２ｆ０のパルス光１１６は水平偏光であるので、特殊ビームスプリッタ１２０により、ほぼ１対１の割合で分岐され、リング型干渉計７０に入射した後、後述するように第１及び第２の量子エンタングルビーム１３１，１３２を発生する。【００５９】
鏡１２１，１２３は、光周波数ｆ０及び２ｆ０に対して反射率がほぼ１００％の鏡であり、例えば誘電体からなる。【００６０】
光パラメトリック増幅器１２２は、２次の非線型光学効果を有する結晶を用いることができ、例えば、周期分極反転したＬｉＮｂＯ３からなる光導波路を用いることができる。【００６１】
分散媒質１２４は、第１のガラス板１２５と第２のガラス板１２６とから構成されている。第１及び第２のガラス板１２５，１２６は、波長に対して微小な光路長差を与えることができる光学部品のウェッジガラス板を使用することができる。ウェッジガラス板１２５，１２６の一例は、片面が光軸に対して直角な面であり、他面が光軸に対して傾斜面として形成されている。ウェッジガラスの材料としては、ＢＫ７のようなホウケイ酸ガラスを使用することができる。第１または第２のウェッジガラス板１２５，１２６は、光軸に対して垂直方向へ移動することができる。第１または第２のウェッジガラス板１２５，１２６を光の進行方向に垂直方向に移動しても、２つのウェッジガラス板１２５，１２６を通過後の光ビーム位置の変動を抑えることができる。
上記の構成において、ウェッジガラス板１２５，１２６のウェッジの向きを互い逆にすることで、すなわち、２つのウェッジガラス板１２５，１２６の厚さが薄い側が光軸に対して左右逆になるように配置することで、光ビーム位置の変動をさらに抑えることができる。【００６２】
さらに、ウェッジガラス板１２５，１２６の両面に、光周波数ｆ０及び光周波数２ｆ０に対する無反射コーティングを施すことで、ウェッジガラス板１２５，１２６に高い透過率をもたせることができる。ウェッジガラス板１２５，１２６を光軸に対して垂直方向へ移動すると、ガラス板中を透過する光路長が変化するので、分散の効果を得ることができる。すなわち、第１のウェッジガラス板１２５と第２のウェッジガラス板１２６とを用い、光の周波数による屈折率の違いの効果により、光周波数がｆ０と２ｆ０との光の間の相対的な光路長を変化させることができる。例えば、ウェッジガラス板１２５，１２６の材料としてＢＫ７を使用し、ウェッジガラスの傾斜角を１度とする。光周波数ｆ０の光の波長が１５３５ｎｍで、光周波数２ｆ０の光の波長が７６７ｎｍとした場合、ウェッジガラス板１２５，１２６を光軸に対して垂直方向に０．８６ｍｍ移動すると、光周波数ｆ０の光と光周波数２ｆ０の光の相対的な位相がπ／２変化する。この時の光周波数ｆ０と光周波数２ｆ０との光ビームの相対的な位置変動は３ｎｍよりも小さい。また、好ましくは、光ビームを１枚目のウェッジガラス板１２５に対して垂直に入射させ、２枚目のウェッジガラス板１２６から光ビームを垂直に出射するように第１及び第２のウェッジガラス板１２５，１２６を配置し、さらに、２枚のウェッジガラス板１２５，１２６の間隔を可能な限り接近させることで，光周波数ｆ０及び光周波数２ｆ０の光ビームの位置のずれを小さくすることができる。【００６３】
次に、第１実施形態に係る量子エンタングルメント生成検出装置５０の動作について説明する。
特殊ビームスプリッタ１２０によりほぼ１対１の割合で分岐された光周波数２ｆ０の２つの光において、その一方の光は、リング型干渉計７０内を反時計方向、つまり、鏡１２１と光パラメトリック増幅器１２２と鏡１２３と分散媒質１２４との順に通過する。他方の光は、リング型干渉計７０内を時計方向、つまり、分散媒質１２４と鏡１２３と光パラメトリック増幅器１２２と鏡１２１との順に通過する。【００６４】
反時計方向に進む光周波数２ｆ０の水平偏光の光は、光パラメトリック増幅器１２２に入射し、光周波数２ｆ０のパルス光はパラメトリック増幅の励起光としてはたらき、光周波数ｆ０の水平偏光したスクイーズ光を発生する。この反時計回りに進むスクイーズ光は、鏡１２３で反射され、分散媒質１２４を通過し、再び特殊ビームスプリッタ１２０に入射する。【００６５】
時計方向に進む光周波数２ｆ０の水平偏光の光は、分散媒質１２４を通過して光パラメトリック増幅器１２２に入射し、光周波数２ｆ０のパルス光はパラメトリック増幅の励起光としてはたらき、光周波数ｆ０の水平偏光したスクイーズ光を発生する。この時計回りに進むスクイーズ光は、鏡１２１で反射され、再び特殊ビームスプリッタ１２０に入射する。【００６６】
特殊ビームスプリッタ１２０に入射され互いに反対方向に進むスクイーズ光、つまり、時計回りに進むスクイーズ光と反時計回りに進むスクイーズ光とは、どちらも水平偏光であり、ほぼ１対１で重ね合わせることができる。２つのスクイーズ光間の相対的な位相は、分散媒質１２４内の第１及び第２のウェッジガラス板１２４，１２５の相対位置により任意の値に設定することができる。相対的な位相差をπ／２となるように設定すると、量子的な相関をもつ第１及び第２の量子エンタングルビーム１３０，１３１を発生することができる。【００６７】
特殊ビームスプリッタ１２０は、光周波数ｆ０で水平直線偏光の光に対しては透過率及び反射率が共にほぼ５０％である。したがって、発生した量子エンタングルビームは、特殊ビームスプリッタ１２０により反射された成分が第１の量子エンタングルビーム１３０となり、特殊ビームスプリッタ１２０を透過した成分が第２の量子エンタングルビーム１３１となる。【００６８】
図示するように、第１の量子エンタングルビーム１３０は、１／２波長板１３２と鏡１３３と特殊ビームスプリッタ１３４とを介して、第１のホモダイン検出器８０に入射する。１／２波長板１３２は、光周波数ｆ０に対するゼロオーダーの波長板であって、光周波数ｆ０で水平直線偏光の光を垂直偏光に変換する。鏡１３３は光周波数ｆ０の光を反射し、例えば、誘電体からなる。特殊ビームスプリッタ１３４は垂直偏光の光を反射する。これにより、第１の量子エンタングルビーム１３０は、垂直偏光に変換された後に、第１のホモダイン検出器８０に入射する。【００６９】
第２の量子エンタングルビーム１３１は、２波長用波長板１１８により垂直偏光の光に変換され、偏光ビームスプリッタ１１７と特殊ビームスプリッタ１３４と鏡１３５とで反射されて、第２のホモダイン検出器９０に入射する。鏡１３５は光周波数ｆ０の光を反射し、例えば誘電体からなる。【００７０】
第１及び第２のホモダイン検出器８０，９０の局部発振光となる光について説明する。光源部６０からの光は、光周波数ｆ０の垂直直線偏光の光と光周波数２ｆ０とが同軸上に形成されて、特殊ビームスプリッタ１２０に入射される。光周波数２ｆ０のパルス光は上記したように、リング型干渉計７０内で量子エンタングルビームを発生させるのに使用されている。一方、光周波数ｆ０の垂直直線偏光の光は、第１及び第２のホモダイン検出器８０，９０の局部発振光となるパルス光となる。以下、詳細に説明する。【００７１】
光周波数ｆ０の垂直直線偏光は、特殊ビームスプリッタ１２０で反射され、図４の左水平方向に配置されている鏡１２１で反射されて、光パラメトリック増幅器１２２を通過して鏡１２３で反射され、分散媒質１２４を通過して、再び特殊ビームスプリッタ１２０に入射する。ここで、特殊ビームスプリッタ１２０は光周波数ｆ０の垂直直線偏光は反射する。したがって、特殊ビームスプリッタ１２０に入射した光周波数ｆ０の垂直直線偏光した光は、反射されて光周波数ｆ０に対するゼロオーダーの１／２波長板１３２に向かう。１／２波長板１３２に入射した光周波数ｆ０の垂直直線偏光した光は、１／２波長板１３２により光周波数ｆ０の光の偏光面を９０度回転し、光周波数ｆ０の垂直直線偏光の光は水平偏光となり、光周波数ｆ０に対して反射率の高い鏡１３３で反射され、特殊ビームスプリッタ１３４へ到達する。【００７２】
特殊ビームスプリッタ１３４は、光周波数ｆ０の水平直線偏光の光に対しては透過率及び反射率が共にほぼ５０％である。したがって、特殊ビームスプリッタ１３４に入射した光周波数ｆ０の水平に偏光した光は、反射光及び透過光となる。反射光が第１のホモダイン検出器８０に入射し、透過光が第２のホモダイン検出器９０に入射し、それぞれ、ホモダイン検出器８０，９０の局部発振光となる。【００７３】
次に、第１及び第２のホモダイン検出器８０、９０について説明する。
第１のホモダイン検出器８０は、電気光学結晶１３６と１／２波長板１３８と偏光ビームスプリッタ１４０と２つのフォトダイオード１３２，１４３とＲＦコンバイナー１４６と増幅器１４８とからなる。第２のホモダイン検出器９０も、第１のホモダイン検出器８０と同様に、電気光学結晶１３７と１／２波長板１３９と偏光ビームスプリッタ１４１と、２つのフォトダイオード１４４，１４５とＲＦコンバイナー１４７と増幅器１４９からなる。【００７４】
第１のホモダイン検出器８０へは、第１の量子エンタングルビーム１３０が上述したように、光周波数ｆ０の垂直偏光したパルス光が信号光照射として入射し、光周波数ｆ０の水平直線偏光したパルス光が局部発振光として入射する。同様に、第２のホモダイン検出器９０へは、第２の量子エンタングルビーム１３１が上述したように、光周波数ｆ０の垂直偏光したパルス光が信号光照射として入射し、光周波数ｆ０の水平直線偏光したパルス光が局部発振光として入射する。【００７５】
第１のホモダイン検出器８０に入射する第１の量子エンタングルビーム１３０は水平偏光であり、一方、局部発振光となる垂直偏光したコヒーレントな光パルスも同じ光軸上を進む。つまり、信号光となる第１の量子エンタングルビーム１３０と局部発振光となる垂直偏光したコヒーレントな光パルスは同軸上を進む。したがって、第１の量子エンタングルビーム１３０と局部発振光は常に同じ経路をたどるので、これらの間の相対的な位相は非常に安定に保つことが可能である。【００７６】
第２のホモダイン検出器９０に入射する第２の量子エンタングルビーム１３１の場合には、量子エンタングルビーム１３１と局部発振光は、特殊ビームスプリッタ１２０で分かれた後、特殊ビームスプリッタ１３４で再合流するため、一部異なる経路をたどることになる。このことにより生じる相対的な位相の不安定さは、特殊ビームスプリッタ１２０、偏光ビームスプリッタ１１７、誘電体ミラー１３３、特殊ビームスプリッタ１３４の４つの光学部品を共通のブレッドボードや基板上に設置し、ビームの高さを低く保つことで改善することができる。【００７７】
第１のホモダイン検出器８０において、電気光学結晶１３６は、結晶に印加される電圧を変化させることで、水平偏光成分と垂直偏光成分との間の相対的な位相を変化させることができる。光周波数ｆ０に対するゼロオーダーの１／２波長板１３８は、直線偏光の偏光面を４５度回転するように配置されている。このため、第１の量子エンタングルビーム１３０と局部発振光は互いに偏光面は直交しつつ、４５度偏光面が回転した偏光状態となる。【００７８】
これにより、光周波数ｆ０に対する偏光ビームスプリッタ１４０で、第１の量子エンタングルビーム１３０と局部発振光を、ほぼ１対１の割合で重ね合わせることができる。偏光ビームスプリッタ１４０を反射した光及び透過した光が、それぞれフォトダイオード１４２，１４３へ入射する。【００７９】
ＲＦコンバイナー１４６は、２つのフォトダイオード１４２と１４３の光電流の差を出力し、増幅器１４８で増幅した後、その出力電圧を計測することで、第１の量子エンタングルビーム１３０における直交位相振幅の測定が可能となる。ＲＦコンバイナー１４６は２つのフォトダイオード１４２と１４３とからなる検出器の差分を出力する手段である。ＲＦコンバイナー１４６の代わりに、２つのフォトダイオード１４２，１４３のアノードとカソードを接続することで、差電流を取り出すこともできる。【００８０】
第２のホモダイン検出器９０も第１のホモダイン検出器８０と同様に、電気光学結晶１３７に印加される電圧を変化させることで、水平偏光成分と垂直偏光成分との間の相対的な位相を変化させることができる。光周波数ｆ０に対するゼロオーダーの１／２波長板１３９は、直線偏光の偏光面を４５度回転するように設置する。その結果、第２の量子エンタングルビーム１３１と局部発振光は互いに偏光面は直交しつつ、４５度偏光面が回転した偏光状態となる。【００８１】
これにより、光周波数ｆ０に対する偏光ビームスプリッタ１４１で、第２の量子エンタングルビーム１３１と局部発振光を、ほぼ１対１の割合で重ね合わせることができる。偏光ビームスプリッタ１４０を反射した光及び透過した光が、それぞれフォトダイオード１４４，１４５へ入射する。【００８２】
ＲＦコンバイナー１４７は、２つのフォトダイオード１４４及び１４５の光電流の差を出力し、増幅器１４９で増幅した後、その出力電圧を計測することで、第２の量子エンタングルビーム１３１における直交位相振幅の測定が可能となる。ＲＦコンバイナー１４６は２つのフォトダイオード１４４と１４５とからなる検出器の差分を出力する手段である。ＲＦコンバイナー１４７の代わりに、２つのフォトダイオード１４４，１４５のアノードとカソードを接続することで、差電流を取り出すこともできる。【００８３】
このような構成によれば、２つのスクイーズ光の相対的な位相を安定に保つことにより、安定に量子エンタングルメントを生成できる。さらに、量子エンタングルメントと同軸の局部発振光を出力することができ、ホモダイン検出の安定性を向上することができる。
本実施例では、偏光の自由度を利用することにより、量子エンタングルビームとホモダイン検出のための局部発信光を同軸に出力し、エンタングルビームと局部発信光の相対的な位相を安定に保つことができる。【００８４】
（量子エンタングルメント生成検出装置の第２実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る量子エンタングルメントの生成検出装置１５０について説明する。
図５は、本発明の第２実施形態に係る量子エンタングルメントの生成検出装置１５０を示す平面視におけるブロック図である。光路は直線で示している。図５に示すように、量子エンタングルメントの生成検出装置１５０は、量子エンタングルビームを生成する生成手段と、生成された量子エンタングルビームを検出する検出手段と、を備え、生成手段は光源部1６０とリング型干渉計1７０とから構成され、検出手段は第１のホモダイン検出器1８０と第２のホモダイン検出器1９０とから構成されている。【００８５】
光源部1６０が、第１実施形態の量子エンタングルメントの生成検出装置５０における光源部1００と異なるのは、第２高調波発生器１０５である。第２高調波発生器１０５は、第２高調波発生器となる光導波路２０１と、この光導波路２０１のパルスレーザー光源１００側及び第２高調波の出射側に配置される集光手段となるレンズ２００，２０２と、を備えている。つまり、光導波路２０１が、光軸上で２枚のレンズ２００，２０２に挟まれている点が異なっている。光導波路２０１は、例えば周期分極反転型でＭｇＯを添加したＬｉＮｂＯ３からなる光導波路を用いることができる。レンズ２００，２０２としては、凸レンズを用いることができる。光導波路２０１へのパルスレーザー光源１００の集光を凸レンズ２００により効率良く行うことができる。同様に、光導波路２０１から発生させる第２高調波をレンズ２０２によって効率良く出射させることができる。他の構成は、量子エンタングルメントの生成検出装置５０における光源部1００と同じであるので、説明は省略する。【００８６】
第２実施形態に係る量子エンタングルメントの生成検出装置１５０におけるリング型干渉計１７０の構成は、第１実施形態に係る生成検出装置５０におけるリング型干渉計７０に対して、特殊ビームスプリッタ１２０を備える点は同じ構成であるが、光路形状（第１の相違点）、光パラメトリック増幅器１２２の構造（第２の相違点）、分散媒質１２４の構造（第３の相違点）、赤色フィルタ２０５，２０６を挿入可能にした構造（第４の相違点）が異なっている。以下、これらの相違点について図５を参照して詳細に説明する。【００８７】
第１の相違点である光路形状について説明する。
図５において、リング型干渉計１７０は、特殊ビームスプリッタ１２０と、鏡２０３，２０４，１２１と、光パラメトリック増幅器１２２と、鏡１２３，２１０と分散媒質１２４とから構成されている。鏡２０３は特殊ビームスプリッタ１２０の平面視−Ｘ方向に配置され、鏡２０４は鏡２０３のＹ方向に配置され、鏡１２１は鏡２０４の−Ｘ方向に配置され、鏡１２３は光パラメトリック増幅器１２２の−Ｙ方向に配置され、鏡２１０は鏡１２３のＸ方向に配置されると共に特殊ビームスプリッタ１２０の−Ｙ方向に配置されている。
ここで、鏡２０３，２０４，２１０は、鏡１２１，１２３と同様に、光周波数ｆ０及び２ｆ０に対して反射率がほぼ１００％の鏡であり、例えば誘電体からなる。【００８８】
リング型干渉計１７０は、特殊ビームスプリッタ１２０と鏡２０３，２０４，１２１，１２３，２１０とが六角形の各頂点に配置されている。第１実施形態におけるリング型干渉計７０が三角形の光路を有しているのに対して、本第２実施形態におけるリング型干渉計１７０は六角形の光路を有している点（第１の相違点）が異なっているが、リング型干渉計１７０としての動作は基本的に同じである。【００８９】
第２の相違点である光パラメトリック増幅器１２２について説明する。
光導波路２０７の光軸方向の前後にレンズ２０６，２０８を配置した点が、第１実施形態によるリング型干渉計７０とは異なっている。リング型干渉計１７０内の光パラメトリック増幅器１２２は、鏡１２１と鏡１２３とから形成される光路軸に沿って配置されており、２枚のレンズ２０６，２０８で挟まれた周期分極反転型のＭｇＯが添加されたＬｉＮｂＯ３からなる光導波路２０７とから構成されている。レンズ２０６，２０８としては、凸レンズを用いることができる。リング型干渉計１７０内を周回し、光導波路２０７を通過する光周波数ｆ０と光周波数２ｆ０の光は、２枚のレンズ２０６，２０８によって効率良く入射と出射が行われる。【００９０】
第１実施形態によるリング型干渉計７０と比べて、本実施形態のリング型干渉計１７０では鏡２０３，２０４，２１０が追加されている。光導波路２０７の両脇それぞれに２枚以上の鏡を配置することにより、光導波路２０７への両側からの光パルスの入射効率を最適化することができる。また、リング型干渉計１７０中で、右回りと左回りで光導波路２０７から特殊ビームスプリッタ１２０までの距離を等しくすることにより、右回りと左回りで生成されたスクイーズド光間の空間的なモードの一致を高めることができる。【００９１】
第３の相違点である分散媒質１２４について説明する。
リング型干渉計１７０に配置する分散媒質１２４として、２枚の平行に配置された平面ガラス板（以下、平行平面ガラス板と呼ぶ）２１１，２１２を分散媒質１２４として使用している点が、２枚のウェッジガラス板１２４，１２５を使用した第１実施形態によるリング型干渉計７０と相違している。【００９２】
平行平面ガラス板２１１，２１２は、光軸に垂直な面に対して対称に等しい傾き角を持つように配置されている。この光軸に対する傾き角を、平行平面ガラス板２１１，２１２の両者で等しく保ちながら変化させることが好ましい。この場合、平行平面ガラス板２１１，２１２の傾き角が変化しても、これらのガラス板２１１，２１２を通過後の光ビームの光軸は変化しない。光軸に垂直な面に対してこれらのガラス板２１１，２１２の傾き角を変化させると、平行平面ガラス板２１１，２１２の間を透過する光路が変化するので、２枚のウェッジガラス板１２４，１２５と同様に分散の効果を得ることができる。すなわち、第１及び第２の平行に配置された平行平面ガラス板２１１，２１２を用い、光周波数による屈折率の違いの効果により、光周波数ｆ０と２ｆ０との光の間の相対的な光路長を変化させることができる。【００９３】
ここで、平行平面ガラス板２１１，２１２の材料としては、ＢＫ７のようなホウケイ酸ガラスを使用することができる。さらに、これらのガラス板２１１，２１２の両面には、光周波数ｆ０及び光周波数２ｆ０に対する無反射コーティングを施し、光周波数ｆ０及び光周波数２ｆ０において高い透過率を持たせることが好ましい。【００９４】
例えば、平行平面ガラス板２１１，２１２の材料としてＢＫ７を用い、それらの厚さを５ｍｍとする。光周波数ｆ０の波長が１５３５ｎｍで光周波数２ｆ０の波長が７６７ｎｍの場合、平行平面ガラス板２１１，２１２を対称に０°から４．８°回転させることで、光周波数ｆ０の光と光周波数２ｆ０の光の相対的な位相差をπ／２だけ変化させることができる。【００９５】
第４の相違点である赤色フィルタ２０５，２０９について説明する。
リング型干渉計１７０内の光軸上に抜き差しできるように２枚の赤色フィルタ２０５，２０９を配設しており、図示の場合には、赤色フィルタ２０５は鏡１２１とレンズ２０６との間の光軸上に配置され、赤色フィルタ２０９はレンズ２０９と鏡１２３との間の光軸上に配置されている。赤色フィルタ２０５，２０９は、光周波数ｆ０をほぼ１００％透過し、光周波数２ｆ０をほぼ１００％吸収する特性を有している。赤色フィルタ２０５，２０９を上記した配置、つまり、２つのレンズに挟まれた光導波路２０７の前後に配置することで、光導波路２０７には光周波数２ｆ０の光が入射しなくなる。従って、光パラメトリック増幅器１２２を構成する光導波路２０７には、励起光となる光周波数２ｆ０のパルス光は赤色フィルタ２０５，２０９で除去されるので、光導波路２０７から光周波数ｆ０の水平偏光したスクイーズ光が発生しなくなる。このため、リング型干渉計１７０から第１及び第２の量子エンタングルビーム１３０，１３１が発生しなくなる。【００９６】
赤色フィルタ２０５，２０９を光軸に挿入した場合、ホモダイン検出器１８０，１９０には、スクイーズ光１３１，１３２が信号光として入射せず、光周波数ｆ０の局部発振光だけが入射する。これにより、ホモダイン検出器１８０，１９０は、信号光が入射しない状態、つまりショット雑音レベルの検出器として動作する。【００９７】
第２実施形態に係る量子エンタングルメントの生成検出装置１５０において、光源部1６０及びリング型干渉計1７０は、赤色フィルタ２０５，２０９を光軸に挿入できる以外は、第１実施形態に係る量子エンタングルメントの生成検出装置５０と同様に、第１の量子エンタングルビーム１３０及び第２の量子エンタングルビーム１３１を発生する。【００９８】
第１の量子エンタングルビーム１３０から第１のホモダイン検出器１８０への伝播光路について説明する。
図示するように、水平直線偏光の第１の量子エンタングルビーム１３０は、１／２波長板１３２と特殊ビームスプリッタ２１３と鏡２１４との順に通過し、第１のホモダイン検出器１８０に入射する。１／２波長板１３２は、光周波数ｆ０に対するゼロオーダーの波長板であって、光周波数ｆ０で水平直線偏光の光を垂直偏光に変換する。特殊ビームスプリッタ２１３は垂直偏光の光を反射させ、この光周波数ｆ０の光が鏡２１４によって反射される。鏡２１４は、例えば誘電体からなる。
これにより、第１の量子エンタングルビーム１３０は、垂直偏光に変換された後に、第１のホモダイン検出器１８０に入射する。これは、第１実施形態に係る量子エンタングルメントの生成検出装置５０と同じである。【００９９】
第２の量子エンタングルビーム１３１から第２のホモダイン検出器１９０への伝播光路について説明する。
第２の量子エンタングルビーム１３１は、２波長用波長板１１８により垂直偏光の光に変換され、偏光ビームスプリッタ１１７，２１９を通過し、鏡２２０で反射されて、第２のホモダイン検出器１９０に入射する。鏡２２０は、例えば誘電体からなり、光周波数ｆ０の光を反射する。
これにより、第２の量子エンタングルビーム１３１は、垂直偏光に変換された後に、第２のホモダイン検出器１９０に入射する。これは、第１実施形態に係る量子エンタングルメントの生成検出装置５０と同じである。【０１００】
次に、局部発振光の伝播光路を説明する。
光源１６０からの光周波数ｆ０の垂直偏光は、特殊ビームスプリッタ１２０で反射され、リング型干渉計１７０を１周した後、再び特殊ビームスプリッタ１２０で反射される。反射された光周波数ｆ０の垂直偏光の光パルスは、１／２波長板１３２で水平偏光に変換され、特殊ビームスプリッタ２１３により強度比がほぼ５０対５０の水平偏光の反射光及び水平偏光の透過光となる。特殊ビームスプリッタ２１３によって反射された光周波数ｆ０の水平偏光の光パルスは、鏡２１４により反射され、第１のホモダイン検出器１８０に入射し、局部発振光となる。【０１０１】
一方、特殊ビームスプリッタ２１３を透過した水平偏光の光パルスは、分散媒質２１８と偏光ビームスプリッタ２１９を透過し、鏡２２０によって反射された後、第２のホモダイン検出器１９０に入射し、局部発振光として使用される。【０１０２】
第１実施形態に係る量子エンタングルメントの生成検出装置５０のホモダイン検出器８０及び９０では、水平偏光した第１の量子エンタングルビーム１３０と垂直偏光した局部発振光間の位相差を第１の電気光学結晶１３６によって調整し、同様に、水平偏光した第２の量子エンタングルビーム１３１と垂直偏光した局部発振光間の位相差を第２の電気光学結晶１３７によって調整している。【０１０３】
第２実施形態に係る量子エンタングルメントの生成検出装置１５０のホモダイン検出器１８０及び１９０においては、第１実施形態に係る量子エンタングルメントの生成検出装置５０のホモダイン検出器８０及び９０とは異なる構成を採用している。
第１のホモダイン検出器１８０は、バンドパスフィルタ２２１と赤色フィルタ２２３と、光軸上に抜き差しできる１／４波長板２２５と、１／２波長板１３８と、偏光ビームスプリッタ１４０と、偏光ビームスプリッタ１４０で反射された光を集光するレンズ２２６と集光された反射光を検出するフォトダイオード１４２と、偏光ビームスプリッタ１４０を透過した光を集光するレンズ２２７と集光された透過光を検出するフォトダイオード１４３と、２つのフォトダイオード１４２，１４３で検出された光電流の差を出力するＲＦコンバイナー１４６とから構成されている。ＲＦコンバイナー１４６からの出力は、ホモダイン検出器８０と同様にさらに図示しない増幅器１４８で増幅されても良い。【０１０４】
第１のホモダイン検出器１８０においては、鏡２１４と１／２波長板１３８との光軸上にバンドパスフィルタ２２１と赤色フィルタ２２３と、光軸上に抜き差しできる１／４波長板２２５と、レンズ２２６，２２７が配置されている以外の構成は、第１のホモダイン検出器８０の構成と同じである。【０１０５】
バンドパスフィルタ２２１は、光周波数ｆ０での透過率が最も高い光透過特性を有している。このため、光周波数ｆ０の局部発振光と干渉しない光振動数の成分は、可能な限り除去される。【０１０６】
赤色フィルタ２２３は、リング型干渉計１７０で用いた赤色フィルタ２０５，２０９と同様に光周波数ｆ０での透過率がほぼ１００％で、光周波数２ｆ０での透過率がほぼ０％の光学特性を有している。このため、赤色フィルタ２２３によって、周波数２ｆ０の光パルスが、フォトダイオード１４２，１４３へ入射しなくなる。【０１０７】
１／４波長板２２５は、光路に挿入した場合、光周波数ｆ０の光パルスの水平偏光成分と垂直偏光成分の位相差をπ／２ずらすことができる。１／４波長板２２５を配置して測定を行うことで、１／４波長板２２５がない場合と比べて、垂直偏光の第１の量子エンタングルビーム１３０と水平偏光の局部発振光との位相差をπ／２ずらすことができる。これにより、第１のホモダイン検出器８０における電気光学結晶１３７と同様に、垂直偏光した第１の量子エンタングルビーム１３０と水平偏光した局部発振光間の位相差を調整することができる。【０１０８】
偏光ビームスプリッタ１４０とフォトダイオード１４２，１４３との間に配置されるレンズ２２６，２２７は集光のために設けているが、例えば凸レンズを用い得る。【０１０９】
第１のホモダイン検出器１８０においては、１／２波長板１３８よりも右側に配置される偏光ビームスプリッタ１４０とフォトダイオード１４２，１４３とＲＦコンバイナー１４６の機能は、第１のホモダイン検出器８０と同じであるので説明は省略する。【０１１０】
第１のホモダイン検出器１８０によれば、バンドパスフィルタ２２１、赤色フィルタ２２３、集光用のレンズ２２６，２２７を備えているので、第１のホモダイン検出器８０よりも感度を増大させることができる。【０１１１】
次に、第２のホモダイン検出器１９０について説明する。
第２のホモダイン検出器１９０は、バンドパスフィルタ２２２と、赤色フィルタ２２４と、１／２波長板１３９と、偏光ビームスプリッタ１４１と、偏光ビームスプリッタ１４１で反射された光を集光するレンズ２２８と集光された反射光を検出するフォトダイオード１４４と、偏光ビームスプリッタ１４１を透過した光を集光するレンズ２２９と集光された透過光を検出するフォトダイオード１４５と、２つのフォトダイオード１４４，１４５で検出された光電流の差を出力するＲＦコンバイナー１４７とから構成されている。ＲＦコンバイナー１４７からの出力は、ホモダイン検出器９０と同様にさらに図示しない増幅器１４９で増幅されても良い。【０１１２】
第２のホモダイン検出器１９０が第１のホモダイン検出器１８０と異なるのは、光軸上に抜き差しできる１／４波長板２２５を備えていない点にある。つまり、第１のホモダイン検出器１８０の１／４波長板２２５の替わりに分散媒質２１８を用いている。分散媒質２１８は、上記したように、特殊ビームスプリッタ２１３を透過した水平偏光の光パルスを反射させる鏡２１５と偏光ビームスプリッタ２１９との間の光軸上に配置されている。【０１１３】
分散媒質２１８は、２枚のガラス板２１６，２１７から構成されている。２枚のガラス板２１６，２１７は、波長に対して微小な光路長差を与えることができる光学部品のウェッジガラス板を使用することができる。上記したように、ウェッジガラス板２１６，２１７は、ガラス板２１６又はガラス板２１７を光軸に対して垂直方向に移動することができる。ガラス板２１６又はガラス板２１７を光軸に対して垂直方向に移動することにより、第２のホモダイン検出器１９０において、第２の量子エンタングルビーム１３１と局部発振光との位相差を変化させることができる。【０１１４】
第２のホモダイン検出器１９０によれば、第１のホモダイン検出器１８０と同様にバンドパスフィルタ２２２、赤色フィルタ２２４、集光用のレンズ２２８，２２９を備えているので、第２のホモダイン検出器９０よりも感度を増大させることができる。【０１１５】
（エンタングルメントの判定基準）
次に、第１及び第２の量子エンタングルビーム１３０，１３１のエンタングルメントの判定基準について説明する。
第１及び第２の量子エンタングルビーム１３０，１３１の直交位相振幅を、それぞれＸａ（φａ），Ｘｂ（φｂ）とする。
ここでφａ，φｂは、それぞれ、第１及び第２の量子エンタングルビーム１３０，１３１と対応する局部発振光の位相差を表す。
また、２つの真空状態の直交位相振幅をそれぞれＸａ，ｖａｃ，Ｘｂ，ｖａｃとする。【０１１６】
生成された状態がエンタングルしているための十分条件は、下記（１）式の不等式で表される（非特許文献４参照）。
【数１】
2009025195.tif 000003
ここで、φａ１，φａ２，φｂ１，φｂ２，は、φａ２−φａ１＝π／２，φｂ２−φｂ１＝π／２の関係を満たす必要がある。
生成された第１及び第２の量子エンタングルビーム１３０，１３１の状態が上記（１）式の不等式を満足していれば、実際にエンタングルしていることになる。【０１１７】
ホモダイン検出器１８０において、第１の量子エンタングルビーム１３０と局部発信光は、同軸であることから、φａはある特定の値に固定されている。ここで、１／４波長板２２５がない場合の位相差をφａ＝φａ１と定義すると、１／４波長板２２５を挿入したときの位相差はφａ＝φａ２＝φａ１＋π／２となる。分散媒質２１８により、φｂは任意の値に変えることができる。【０１１８】
測定手順としては、１／４波長板２２５が光路上にない状況で、φｂを不連続的に走査させながら、ホモダイン検出器１８０でＸａ（φａ１）とホモダイン検出器１９０でＸｂ（φｂ）を同時に測定する。
次に、１／４波長板２２５を配置し、φｂを不連続的に走査させながら、Ｘａ（φａ２）及びＸｂ（φｂ）を同時に測定する。次に、赤色フィルタ２０５，２０９をリング型干渉計１７０中に配置し、ホモダイン検出器１８０，１９０に局部発信光のみを入射しＸａ，ｖａｃ，Ｘｂ，ｖａｃを測定する。
上記の得たＸａ（φａ１），Ｘｂ（φｂ），Ｘａ（φａ２），Ｘｂ（φｂ），Ｘａ，ｖａｃ及びＸｂ，ｖａｃから、上記（１）式中の下記（２）式の値を得ることができる。
【数２】
2009025195.tif 000004
【０１１９】
（量子エンタングルメント生成検出装置の第２実施形態の測定例）
量子エンタングルメント生成検出装置１５０の構成の主要部を説明する。
パルスレーザー光源１００として、波長１５３５ｎｍ，パルス幅３．７ｎｓ，繰り返し周波数２．７ｋＨｚの受動Ｑスイッチエルビウム（Ｅｒ）添加ガラスレーザー（cobolt社製、tangoレーザー）を使用した。第２高調波発生器１０５として、周期分極反転型のＭｇＯが添加されたＬｉＮｂＯ３からなる光導波路２０１を用いた。同様に、リング型干渉計１７０内の光パラメトリック増幅器１２２として、周期分極反転型のＭｇＯが添加されたＬｉＮｂＯ３からなる光導波路２０７を用いた。従って、光周波数ｆ０は、波長１５３５ｎｍであり、光周波数２ｆ０は波長が約７６７ｎｍである。【０１２０】
量子エンタングルメント生成検出装置１５０によって、第１及び第２の量子エンタングルビーム１３０，１３１を発生させ、第１及び第２のホモダイン検出器１８０，１９０によって第１及び第２の量子エンタングルビーム１３０，１３１の直交位相振幅を測定した。上記のエンタングルメントの判定基準で説明した手順によって第１及び第２の量子エンタングルビーム１３０，１３１の直交位相振幅であるＸａ（φａ），Ｘｂ（φｂ）、φａ，φｂ、２つの真空状態の直交位相振幅であるＸａ，ｖａｃ，Ｘｂ，ｖａｃ等の測定を行った。【０１２１】
次に、上記測定で得た結果について説明する。
図６は、〈Δ２（Ｘａ（φａ１）＋Ｘｂ（φｂ））〉の値が最小になった位相（その位相をφｂ＝φｂ１とする。）におけるＸａ（φａ１）とＸｂ（φｂ１）の散布図である。
図６から明らかなように、Ｘａ（φａ１）とＸｂ（φｂ１）とは、和の相関を有していることが分かり、〈Δ２（Ｘａ（φａ１）＋Ｘｂ（φｂ））〉＝０．３１という値を得た。この値は、対応する真空雑音に対して−２．０ｄＢである。【０１２２】
図7は、φｂ＝φｂ２＝φｂ１＋π／２を満たす位相（その位相をφｂ＝φｂ１とする。）におけるＸａ（φａ２）とＸｂ（φｂ２）の散布図である。
図７から明らかなように、Ｘａ（φａ２）とＸｂ（φｂ２）とは、差の相関を有していることが分かり、〈Δ２（Ｘａ（φａ２）−Ｘｂ（φｂ２））〉＝０．３３という値を得た。この値は、対応する真空雑音に対して−１．９ｄＢである。【０１２３】
図８は、測定したＸａ（φａ），Ｘｂ（φｂ）から計算した第１の量子エンタングルビーム１３０と第２の量子エンタングルビーム１３１の和と差の分散のφｂへの依存性を示す図である。図８の横軸はφｂ（πラジアン）であり、縦軸は対応する真空雑音と比較した場合の分散の大きさ（ｄＢ）である。図において、丸印（●）及びバツ印（×）は、それぞれ、〈Δ２（Ｘａ（φａ１）＋Ｘｂ（φｂ））〉、〈Δ２（Ｘａ（φａ２）−Ｘｂ（φｂ２））〉に対応している。すなわち、丸印のデータは、１／４波長板２２５が光路上にない状況で、φｂを不連続的に走査させながら、ホモダイン検出器１８０でＸａ（φａ１）を、ホモダイン検出器１９０でＸｂ（φｂ）を同時に測定し、測定されたＸａ（φａ１），Ｘｂ（φｂ）から計算された和の分散である。また、バツ印のデータは、１／４波長板２２５を配置し、φｂを不連続的に走査させながら、Ｘａ（φａ２）及びＸｂ（φｂ）を同時に測定し、測定したＸａ（φａ２），Ｘｂ（φｂ）から計算した差の分散である。
図８から明らかなように、〈Δ２（Ｘａ（φａ１）＋Ｘｂ（φｂ））〉は、φｂがπラジアン及び３πラジアンのときに最小となり、φｂが２πラジアンのときに最大となることが分かる。また、〈Δ２（Ｘａ（φａ２）−Ｘｂ（φｂ））〉は、φｂがおおよそ１．６πラジアンのときに最小となり、φｂがおおよそ２．７πラジアンのときに最大となることが分かる。【０１２４】
得られた〈Δ２（Ｘａ（φａ１）＋Ｘｂ（φｂ））〉及び〈Δ２（Ｘａ（φａ２）−Ｘｂ（φｂ２））〉の値から、上記（１）式を計算すると、下記（３）式に示す不等式が得られる。
【数３】
2009025195.tif 000005
つまり、上記（３）式の左辺の値が０．６４であり、１よりも小さいので、明白にエンタングルメントに対する十分条件を満たす。つまり、第１の量子エンタングルビーム１３０と第２の量子エンタングルビーム１３１は、エンタングルしていることが判明した。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
本発明の量子エンタングルメント生成装置と量子エンタングルメントの生成検出装置により発生した量子エンタングルメントを利用することにより、絶対に安全な通信や、従来よりも桁違いに高速な計算処理を実現することができる。
【図１】
2009025195.tif 000006
【図２】
2009025195.tif 000007
【図３】
2009025195.tif 000008
【図４】
2009025195.tif 000009
【図５】
2009025195.tif 000010
【図６】
2009025195.tif 000011
【図７】
2009025195.tif 000012
【図８】
2009025195.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成21年6月17日(2009.6.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光周波数２ｆ０の光を発生するレーザー光源と、
一つのビームスプリッタと複数の鏡でリング状の光路を形成するリング型干渉計と、
上記リング型干渉計の光路中に挿入され、光周波数２ｆｏの光が入射すると光周波数ｆｏの光を発生する光パラメトリック増幅器と、
上記リング型干渉計の光路中に挿入された分散媒質と、
を備え、
光周波数２ｆｏの光が上記レーザー光源から上記ビームスプリッタに入射し、
上記ビームスプリッタが２ｆｏの光周波数を有する光を分岐して上記リング型干渉計内を互いに反対方向へ進ませ、分岐した各光が上記光パラメトリック増幅器に入射することで、上記リング型干渉計内を互いに反対方向へ進む第１及び第２のスクイーズ光が発生し、
上記分散媒質が上記第１及び第２のスクイーズ光の相対的な位相を所定の値に調整し、
上記ビームスプリッタが上記第１及び第２のスクイーズ光を合波して、量子エンタングルビームが生成される、量子エンタングルメント生成装置。
【請求項２】
前記リング型干渉計は、三角形以上の多角形の各辺で光路が構成され、
前記ビームスプリッタは、上記多角形の一頂点に配置され、
前記複数の鏡は、上記多角形の残りの頂点に配置されている、請求項１に記載の量子エンタングルメント生成装置。
【請求項３】
前記リング型干渉計は、前記ビームスプリッタと前記複数の鏡のうち第１及び第２の鏡とが反時計方向に順に配設されて形成された三角形状の光路を有しており、
前記分散媒質は、前記ビームスプリッタと上記第１の鏡との間の光路に配置され、
前記光パラメトリック増幅器は、上記第１の鏡と上記第２の鏡との間の光路に配置される、請求項１に記載の量子エンタングルメント生成装置。
【請求項４】
前記リング型干渉計は、前記ビームスプリッタと前記複数の鏡のうち第１〜第３の鏡とが反時計方向に順に配設されて形成された矩形形状の光路を有しており、
前記光パラメトリック増幅器は上記第１の鏡と上記第２の鏡との間の光路に配置され、
前記分散媒質は前記ビームスプリッタと上記第３の鏡との間の光路に配置される、請求項１に記載の量子エンタングルメント生成装置。
【請求項５】
前記光パラメトリック増幅器と前記第１の鏡との光軸上及び前記光パラメトリック増幅器と前記第２の鏡との光軸上には、それぞれ集光手段が配設される、請求項３又は４に記載の量子エンタングルメント生成装置。
【請求項６】
前記光パラメトリック増幅器は、電気光学結晶からなる光導波路構造を有している、請求項１に記載の量子エンタングルメント生成装置。
【請求項７】
前記分散媒質は２枚のガラス板からなる、請求項１に記載の量子エンタングルメント生成装置。
【請求項８】
前記レーザー光源が、光周波数ｆ０の光を発生する光源と、該光源から入射される光周波数ｆ０の光を光周波数２ｆ０に変換する第２高調波発生器と、からなる、請求項１に記載の量子エンタングルメント生成装置。
【請求項９】
前記第２高調波発生器が、電気光学結晶からなる光導波路構造を有している、請求項８に記載の量子エンタングルメント生成装置。
【請求項１０】
前記ビームスプリッタは、光周波数ｆ０及び光周波数２ｆ０の両方の光に対して透過率及び反射率が共に約５０％である、請求項１に記載の量子エンタングルメントの生成装置。
【請求項１１】
前記リング型干渉計が面上に形成されている、請求項１に記載の量子エンタングルメント生成装置。
【請求項１２】
レーザー光源から光周波数２ｆ０の光を発生し、
一つのビームスプリッタと複数の鏡とでリング状の光路を形成するリング型干渉計に、上記レーザー光源からの光を入射し、
入射する光を上記ビームスプリッタで分岐して上記リング型干渉計内で互いに反対方向へ進む２つの光とし、
上記ビームスプリッタで分岐された一方の光を、上記リング型干渉計内の光路に配置された光パラメトリック増幅器から、該リング型干渉計内の光路に配置された分散媒質へ進ませて、光周波数ｆ０の第１のスクイーズ光を発生させ、
上記ビームスプリッタで分岐された他方の光を、上記分散媒質から上記光パラメトリック増幅器へ進ませて、光周波数ｆ０の第２のスクイーズ光を発生させ、
上記第１及び第２のスクイーズ光の相対的な位相を、上記分散媒質によって所定の値に調整し、かつ、上記第１及び第２のスクイーズ光を、上記ビームスプリッタで合波することにより量子エンタングルビームを生成する、量子エンタングルメント生成方法。
【請求項１３】
前記第１及び第２のスクイーズ光の相対的な位相をπ／２とする、請求項１２に記載の量子エンタングルメント生成方法。
【請求項１４】
前記量子エンタングルビームを、前記ビームスプリッタを透過する第１の量子エンタングルビームとし、前記ビームスプリッタを反射する第２の量子エンタングルビームとする、請求項１２に記載の量子エンタングルメント生成方法。
【請求項１５】
光周波数ｆ０のパルスレーザー光源と光周波数ｆ０の光が入射すると光周波数２ｆ０の光を発生する第２高調波発生器とからなり、光周波数ｆ０のパルスレーザー光と光周波数２ｆ０のパルスレーザー光を同じ光軸上に出射する光源部と、
一つのビームスプリッタ及び複数の鏡でリング状の光路を形成するリング型干渉計と、
上記リング型干渉計の光路中に挿入され、光周波数２ｆ０の光が入射すると光周波数ｆ０の光を発生する光パラメトリック増幅器と、
上記リング型干渉計の光路中に挿入された分散媒質と、
ホモダイン検出器と、
を備え、
光周波数２ｆｏの光が上記レーザー光源から上記ビームスプリッタに入射し、
上記ビームスプリッタが２ｆｏの光周波数を有する光を分岐して上記リング型干渉計内を互いに反対方向へ進ませ、分岐した各光が上記光パラメトリック増幅器に入射することで、上記リング型干渉計内を互いに反対方向へ進む光周波数ｆｏの直線偏光した第１及び第２のスクイーズ光を発生し、
上記分散媒質が上記第１及び第２のスクイーズ光の相対的な位相を所定の値に調整し、
上記ビームスプリッタが上記第１及び第２のスクイーズ光を合波して、光周波数ｆ０の直線偏光した量子エンタングルビームが生成され、
上記ホモダイン検出器に対して、光周波数ｆ０の直線偏光した量子エンタングルビーム光が信号光として、上記光源部から出射される光周波数ｆ０で該信号光とは直交する偏光を有しているパルスレーザー光が局部発振光として、それぞれ入射し、直交位相振幅が検出される、量子エンタングルメントの生成検出装置。
【請求項１６】
前記量子エンタングルビームは第１及び第２の量子エンタングルビームからなり、上記ホモダイン検出器は第１及び第２のホモダイン検出器からなり、上記第１及び第２の量子エンタングルビーム光が、それぞれ、上記第１及び第２のホモダイン検出器への信号光となる、請求項１５に記載の量子エンタングルメントの生成検出装置。
【請求項１７】
前記ビームスプリッタは、光周波数ｆ０及び光周波数２ｆ０の水平直線偏光の光に対して透過率及び反射率が共に約５０％であり、光周波数ｆ０の垂直直線偏光の光に対して反射率が約１００％である、請求項１５に記載の量子エンタングルメントの生成検出装置。
【請求項１８】
前記ホモダイン検出器は、前記信号光及び前記局部発振光が入射される電気光学結晶と、該電気光学結晶から入射する光を偏光させる１／２波長板と、該１／２波長板で偏光した光を重ね合わせると共に透過光と反射光とに分岐するビームスプリッタと、該ビームスプリッタで分岐される２つの光をそれぞれ検出する検出器と、該検出器の差分を出力する手段と、からなる、請求項１５に記載の量子エンタングルメントの生成検出装置。
【請求項１９】
前記ホモダイン検出器は、前記信号光及び前記局部発振光が入射され、光周波数ｆ０及び光周波数２ｆ０を透過させるフィルタと、該フィルタからの光の位相を変化させる１／４波長板と、該１／４波長板からの光を重ね合わせると共に透過光と反射光とに分岐するビームスプリッタと、該ビームスプリッタで分岐される２つの光をそれぞれ検出する検出器と、該検出器の差分を出力する手段と、からなる、請求項１５に記載の量子エンタングルメントの生成検出装置。
【請求項２０】
さらに、前記局部発振光及び前記信号光と前記ホモダイン検出器との間に配設される分散媒質を備え、該ホモダイン検出器は、上記分散媒質を通過した光から光周波数ｆ０及び光周波数２ｆ０を透過させるフィルタと、該フィルタからの光を重ね合わせると共に透過光と反射光とに分岐するビームスプリッタと、該ビームスプリッタで分岐される２つの光をそれぞれ検出する検出器と、該検出器の差分を出力する手段と、からなる、請求項１５に記載の量子エンタングルメントの生成検出装置。
【請求項２１】
前記リング型干渉計が、面上に形成されている、請求項１５に記載の量子エンタングルメントの生成検出装置。
【請求項２２】
光周波数ｆ０のレーザー光源からの光と該レーザー光源から第２高調波発生器を介して発生させた光周波数２ｆ０の光とを、同じ光軸上に発生し、
一つのビームスプリッタ及び複数の鏡でリング状の光路を形成するリング型干渉計に、上記レーザー光源からの光周波数２ｆ０の光を入射し、
入射する光を、上記ビームスプリッタで分岐して上記リング型干渉計内で互いに反対方向へ進む２つの光とし、
上記ビームスプリッタで分岐された一方の光を、上記リング型干渉計内の光路に配置された光パラメトリック増幅器から、該リング型干渉計内の光路に配置された分散媒質へ進む光とし、光周波数ｆ０の直線偏光した第１のスクイーズ光を発生し、
上記ビームスプリッタで分岐された他方の光を、上記分散媒質から上記光パラメトリック増幅器へ進む光とし、光周波数ｆ０の直線偏光した第２のスクイーズ光を発生し、
上記第１及び第２のスクイーズ光の相対的な位相を、上記分散媒質によって所定の値に調整し、かつ、上記第１及び第２のスクイーズ光を、上記ビームスプリッタで合波することにより、光周波数ｆ０の直線偏光した量子エンタングルビームを生成し、
光周波数ｆ０の直線偏光した量子エンタングルビームをホモダイン検出器の信号光とし、上記ビームスプリッタで分岐された一方の光と同じ光路を介して上記レーザー光源からの光周波数ｆ０の光を上記リング型干渉計内を通過させると共に、上記信号光とは直交する偏光とし、上記ホモダイン検出器の局部発振光とし、上記ホモダイン検出器が、上記信号光の直交位相振幅を検出する、量子エンタングルメントの生成及び検出方法。
【請求項２３】
前記光パラメトリック増幅器の前後の光軸上に光周波数２ｆ０を阻止するフィルタを挿入し、前記量子エンタングルビームの発生を停止する、請求項２２に記載の量子エンタングルメントの生成及び検出方法。
【手続補正書】
【提出日】平成22年5月17日(2010.5.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
次に、ビームスプリッタ４でＸ方向（右側）に反射されたレーザー光は、分散媒質９を通過し、第４の鏡８で−Ｙ方向（下側）に反射され、第３の鏡７で−Ｘ方向（左側）に反射されたのち、光パラメトリック増幅器６に入射し、光周波数ｆ０の第２のスクイーズ光を発生する。したがって、この第２のスクイーズ光は、リング共振器の中を時計回りに進み、第２の鏡５で反射された後、ビームスプリッタ４に至る。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
次に、第１及び第２のホモダイン検出器８０、９０について説明する。
第１のホモダイン検出器８０は、電気光学結晶１３６と１／２波長板１３８と偏光ビームスプリッタ１４０と２つのフォトダイオード１４２，１４３とＲＦコンバイナー１４６と増幅器１４８とからなる。第２のホモダイン検出器９０も、第１のホモダイン検出器８０と同様に、電気光学結晶１３７と１／２波長板１３９と偏光ビームスプリッタ１４１と、２つのフォトダイオード１４４，１４５とＲＦコンバイナー１４７と増幅器１４９からなる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８１】
これにより、光周波数ｆ０に対する偏光ビームスプリッタ１４１で、第２の量子エンタングルビーム１３１と局部発振光を、ほぼ１対１の割合で重ね合わせることができる。偏光ビームスプリッタ１４１を反射した光及び透過した光が、それぞれフォトダイオード１４４，１４５へ入射する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８５】
光源部１６０が、第１実施形態の量子エンタングルメントの生成検出装置５０における光源部６０と異なるのは、第２高調波発生器１０５である。第２高調波発生器１０５は、第２高調波発生器となる光導波路２０１と、この光導波路２０１のパルスレーザー光源１００側及び第２高調波の出射側に配置される集光手段となるレンズ２００，２０２と、を備えている。つまり、光導波路２０１が、光軸上で２枚のレンズ２００，２０２に挟まれている点が異なっている。光導波路２０１は、例えば周期分極反転型でＭｇＯを添加したＬｉＮｂＯ３からなる光導波路を用いることができる。レンズ２００，２０２としては、凸レンズを用いることができる。光導波路２０１へのパルスレーザー光源１００の集光を凸レンズ２００により効率良く行うことができる。同様に、光導波路２０１から発生させる第２高調波をレンズ２０２によって効率良く出射させることができる。他の構成は、量子エンタングルメントの生成検出装置５０における光源部６０と同じであるので、説明は省略する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８６】
第２実施形態に係る量子エンタングルメントの生成検出装置１５０におけるリング型干渉計１７０の構成は、第１実施形態に係る生成検出装置５０におけるリング型干渉計７０に対して、特殊ビームスプリッタ１２０を備える点は同じ構成であるが、光路形状（第１の相違点）、光パラメトリック増幅器１２２の構造（第２の相違点）、分散媒質１２４の構造（第３の相違点）、赤色フィルタ２０５，２０９を挿入可能にした構造（第４の相違点）が異なっている。以下、これらの相違点について図５を参照して詳細に説明する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９１】
第３の相違点である分散媒質１２４について説明する。
リング型干渉計１７０に配置する分散媒質１２４として、２枚の平行に配置された平面ガラス板（以下、平行平面ガラス板と呼ぶ）２１１，２１２を分散媒質１２４として使用している点が、２枚のウェッジガラス板１２５，１２６を使用した第１実施形態によるリング型干渉計７０と相違している。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９５】
第４の相違点である赤色フィルタ２０５，２０９について説明する。
リング型干渉計１７０内の光軸上に抜き差しできるように２枚の赤色フィルタ２０５，２０９を配設しており、図示の場合には、赤色フィルタ２０５は鏡１２１とレンズ２０６との間の光軸上に配置され、赤色フィルタ２０９はレンズ２０８と鏡１２３との間の光軸上に配置されている。赤色フィルタ２０５，２０９は、光周波数ｆ０をほぼ１００％透過し、光周波数２ｆ０をほぼ１００％吸収する特性を有している。赤色フィルタ２０５，２０９を上記した配置、つまり、２つのレンズに挟まれた光導波路２０７の前後に配置することで、光導波路２０７には光周波数２ｆ０の光が入射しなくなる。従って、光パラメトリック増幅器１２２を構成する光導波路２０７には、励起光となる光周波数２ｆ０のパルス光は赤色フィルタ２０５，２０９で除去されるので、光導波路２０７から光周波数ｆ０の水平偏光したスクイーズ光が発生しなくなる。このため、リング型干渉計１７０から第１及び第２の量子エンタングルビーム１３０，１３１が発生しなくなる。
【国際調査報告】
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