(57)【要約】【課題】量子計算の光による結果読み出しを、高い効率で行なうことができる量子情報処理装置とその処理方法の提供。【解決手段】物理系を第１の反射鏡と第１の光ファイバーの第１端との間に位置させ、第１の反射鏡と第１の光ファイバーの第２端に位置する第２の反射鏡との間に、共振器モードが物理系の遷移エネルギーと共鳴する光共振器を形成し、物理系に光を照射して物理系の量子状態を操作し、第１の光ファイバーの第１端と第２の光ファイバーの第１端を替えて、第１の反射鏡との間に物理系を挟む位置に第２の光ファイバーの第１端を移動し、物理系から放出される光子を第２の光ファイバーの第１端から第２の光ファイバーに取り込んで、第２の光ファイバーに結合した光検出器により検出し、検出工程において検出される光子の有無により物理系の量子状態を判断することを特徴とする量子情報処理方法。【選択図】  図１
2004226773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体物質中に分散させた原子、イオンあるいは分子を含む物理系を第１の反射鏡と第１の光ファイバーの第１端との間に位置させ、前記第１の反射鏡と前記第１の光ファイバーの第２端に位置する第２の反射鏡との間に、共振器モードのうち１つが前記物理系の遷移エネルギーと共鳴する光共振器を形成する工程と、
前記光共振器の外部より、前記物理系に光を照射して前記物理系の量子状態を操作する工程と、
前記操作工程を終えた後に、前記第１の光ファイバーの第１端に第２の光ファイバーの第１端を替えて、前記第１の反射鏡との間に前記物理系を挟む位置に前記第２の光ファイバーの第１端を移動する工程と、
前記移動工程の後に、前記物理系に光を照射して、前記物理系から放出される光子を前記第２の光ファイバーの第１端から前記第２の光ファイバーに取り込んで、前記第２の光ファイバーに結合した光検出器により検出する工程と、
前記検出工程において検出される前記光子の有無により前記物理系の量子状態を判断する工程とを備えることを特徴とする量子情報処理方法。
【請求項２】
前記第１の反射鏡との間に前記物理系を挟む位置に第３の光ファイバーの第１端を保持する工程、および
前記保持工程の後に、前記第３の光ファイバーの第２端から前記第３の光ファイバーおよび第３の光ファイバーの第１端を通して前記物理系に光を照射する工程を備えることを特徴とする請求項１記載の量子情報処理方法。
【請求項３】
前記物理系と前記第１の光ファイバーの第１端との距離を変えて、前記光共振器の共振器長を変える工程を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の量子情報処理方法。
【請求項４】
固体物質中に分散させた原子、イオンあるいは分子を含む第１の物理系を第１の反射鏡と第１の光ファイバーの第１端との間に位置させ、固体物質中に分散させた原子、イオンあるいは分子を含む第２の物理系を第２の反射鏡と前記第１の光ファイバーの第２端との間に位置させ、前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡との間に、共振器モードのうちの１つが前記第１および第２の物理系の遷移エネルギーと共鳴する光共振器を形成する工程と、
前記光共振器の外部より、前記第１または第２の物理系に光を照射して量子状態を操作する工程と、
前記操作工程を終えた後に、前記第１の光ファイバーの第１端または第２端に第２の光ファイバーの第１端を替えて、前記第２の光ファイバーの第１端を前記第１または第２の反射鏡との間に前記第１または第２の物理系を挟む位置に移動する工程と、
前記移動工程の後に、前記第２の光ファイバーの第１端と対向する前記第１または第２の物理系に光を照射して、前記物理系から放出される光子を前記第２の光ファイバーの第１端から前記第２の光ファイバーに取り込んで、前記第２の光ファイバーに結合した光検出器により検出する工程と、
前記検出工程において検出される前記光子の有無により前記第１または第２の物理系の量子状態を判断する工程とを備えることを特徴とする量子情報処理方法。
【請求項５】
固体物質中に分散させた原子、イオンあるいは分子を含む物理系を第１の反射鏡と第１の光ファイバーの第１端との間に位置させ、音響光学素子を介して前記第１の光ファイバーの第２端に対向する第２の反射鏡を用いて、前記第１の反射鏡と前記第２の反射鏡との間に共振器モードのうちの１つが前記物理系の遷移エネルギーと共鳴する光共振器を形成する工程と、
前記音響光学素子にラジオ波を印加しない状態で、前記光共振器の外部より前記物理系に光を照射して前記物理系の量子状態を操作する工程と、
前記物理系に光を照射して前記物理系から光子を放出し、放出された前記光子の進行方向を、ラジオ波を印加した前記音響光学素子により偏向する工程と、
前記偏向工程により偏向された前記光子の有無を検出する工程とを備えることを特徴とする量子情報処理方法。
【請求項６】
原子、イオンあるいは分子を含む物理系を内部に含み、片面に第１の反射鏡が形成された板状あるいは薄膜状の固体物質と、
前記固体物質側の第１端と、第２端を備える第１の光ファイバーと、
前記第１の光ファイバーの第２端に設けられ、前記第１の光ファイバーを介して第１の反射鏡との間に前記物理系の遷移エネルギーと共鳴する光共振器モードを持つ光共振器を形成可能な第２の反射鏡と、
前記固体物質側の第１端と、光検出器に接続された第２端とを備える第２の光ファイバーと、
前記光共振器の外部から光を照射して、前記物理系の量子状態を操作可能な光照射手段と、
量子状態の変化した前記物理系に光を照射して、前記物理系から光子を放出させることが可能な測定手段と、
前記第１の光ファイバーの第１端と前記第２の光ファイバーの第１端を前記固体物質の前記第１の反射鏡が設けられた面と反対側の面に対向させて、前記反対側の面と平行に移動させることができる支持体と、
前記光照射手段の動作時には、前記第１の光ファイバーの第１端が前記第１の反射鏡との間に前記物理系を挟むように前記支持体を第１の位置に保持し、前記測定手段の動作時には、前記第２の光ファイバーの第１端が前記第１の反射鏡との間に前記物理系を挟むように前記支持体を第２の位置に保持し、かつ前記支持体を前記第１及び第２の位置間で移動させることができる支持体移動部とを備えることを特徴とする量子情報処理装置。
【請求項７】
前記固体物質側の第１端と第２端を備える第３の光ファイバーと、前記第３の光ファイバーの第２端に接続された光源とを備え、
前記支持体は、前記第１の光ファイバーの第１端と前記第２の光ファイバーの第１端と前記第３の光ファイバーの第１端を前記固体物質の前記第１の反射鏡が設けられた面と反対側の面に対向させて、前記反対側の面と平行に移動させることができ、
前記支持体移動部は、前記光源より前記第３の光ファイバーを介して前記物理系に光を照射する照射時には、前記第３の光ファイバーの第１端が前記第１の反射鏡との間に前記物理系を挟むように前記支持体を位置させることができることを特徴とする請求項６記載の量子情報処理装置。
【請求項８】
前記支持体移動部は、前記支持体を介して前記物理系と前記第１の光ファイバーの第１端との距離を変えることができることを特徴とする請求項６または７に記載の量子情報処理方法。
【請求項９】
原子、イオンあるいは分子を含む第１の物理系を内部に含み、片面に第１の反射鏡が形成された板状あるいは薄膜状の第１の固体物質と
原子、イオンあるいは分子を含む第２の物理系を内部に含み、片面に第２の反射鏡が形成された板状あるいは薄膜状の第２の固体物質と、
前記第１の物理系側の第１端と、前記第２の物理系側の前記第２端とを備え、前記第１および第２の反射鏡との間に、前記第１および第２の物理系の遷移エネルギーと共鳴する光共振器モードを持つ光共振器を形成可能な第１の光ファイバーと、
前記第１の固体物質側の第１端と、第１の光検出器に接続された第２端を備える第２の光ファイバーと、
前記第２の固体物質側の第１端と、第２の光検出器に接続された第２端を備える第３の光ファイバーと、
前記光共振器の外部から光を照射して、前記第１または第２の物理系の量子状態を操作可能な光照射手段と、
量子状態の変化した前記第１または第２の物理系に光を照射して、光を照射した前記第１または第２の物理系から光子を放出させることが可能な測定手段と、
前記第１の光ファイバーの第１端と前記第２の光ファイバーの第１端からなる第１組を、前記第１の固体物質の前記第１の反射鏡が設けられた面と反対側の面に対向させて、前記反対側の面と平行に移動させることができ、あるいは、前記第１の光ファイバーの第２端と前記第３の光ファイバーの第１端からなる第２組を、前記第２の固体物質の前記第２の反射鏡が設けられた面と反対側の面に対向させて、前記第２の固体物質の反対側の面と平行に移動させることができる支持体と、
前記光照射手段の動作時には、前記第１の光ファイバーの第１端が前記第１の反射鏡との間に前記第１の物理系を挟むように、かつ前記第１の光ファイバーの第２端が前記第２の反射鏡との間に前記第２の物理系を挟むように前記支持体を第１の位置に保持し、前記測定手段の動作時には、前記第２の光ファイバーの第１端が前記第１の反射鏡との間に前記第１の物理系を挟むように、あるいは前記第３の光ファイバーの第１端が前記第２の反射鏡との間に前記第２の物理系を挟むように前記支持体を第２の位置に保持し、前記支持体を前記第１および第２の位置間で移動させることができる支持体移動部とを備えることを特徴とする量子情報処理装置。
【請求項１０】
原子、イオンあるいは分子を含む物理系を内部に含み、片面に第１の反射鏡が形成された板状あるいは薄膜状の固体物質と、
前記固体物質側の第１端と、第２端を備える第１の光ファイバーと、
前記第１の光ファイバーの第２端に対向して設けられた第１のレンズと、
前記第１のレンズの近傍に設けられ、ラジオ波の非印加時には光子を透過させ、ラジオ波の印加時には前記光子の進行方向を変化させることができる音響光学素子と、
前記音響光学素子の近傍に設けられ、前記音響光学素子を透過した前記光子を収束させることができる第２のレンズと、
前記第２のレンズにより収束した光子を反射して、前記第１の反射鏡との間に前記物理系の遷移エネルギーと共鳴する光共振器モードを持つ光共振器を形成可能な第２の反射鏡と、
前記音響光学素子により進行方向の変化した前記光子を収束する第３のレンズと、
前記第３のレンズにより収束された前記光子を検出する光検出器とを備えることを特徴とする量子情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光共振器内で共通の共振器モードに共鳴する物理系の量子状態により量子ビットを表す量子情報処理装置に係り、特に、光共振器内での量子状態操作とその結果を読み出す光子検出との両立を容易にした量子情報処理方法および量子情報処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
物理系の量子状態で情報を表し、その量子状態の操作により情報処理を行なう量子情報処理装置（量子コンピュータ）では、演算の始めに、情報（量子ビット）を表す物理系を初期状態に設定しなければならない。尚、”量子ビット“という言葉は、量子情報そのものをさす場合と、量子情報を担う物理系をさす場合がある。以降では、文脈から判断できて紛らわしくない場合はどちらの意味にもこの”量子ビット“の表現を使うことにする。
【０００３】
また、量子コンピュータの演算操作においては、量子ビットの間によく制御された形で相互作用を導入し、量子ビット間に情報のやり取りができるようにしなければならない。更に演算操作が終了した後は、演算結果を知るために、量子ビットを読み出さなければ（観測しなければ）ならない。
【０００４】
これらの操作を、精密な制御が可能なレーザーを利用して行い、また量子ビット間の相互作用を、共通の共振器モードへの各量子ビットの共鳴によって導入する方法が提案されている。特に、量子ビット間の区別を各量子ビットが固有に持つ共鳴周波数の相違を利用して行なう周波数領域量子コンピュータ（非特許文献１参照）は、困難な微細加工や、微妙な位置制御を必要とせず、また光情報処理技術との整合性が良いという特長を持つ。
【０００５】
このような光共振器のモードで量子ビットを担う物理系を結合する量子コンピュータでは、共振器寿命、すなわち共振器内に光子が留まる時間が長い高性能の共振器を組み、その中に量子ビットを担う物理系を保持して量子演算を行なう。高性能の共振器では、非常に反射率の高い反射鏡などにより、共振器内で発生した共振器モードの光子が、長時間共振器内に保たれることになる。
【０００６】
量子演算の操作が終了した後、結果を読み出す際には、光を利用する方法は感度が高く、雑音を少なくできるため望ましい。その場合、それぞれの量子ビットを、その共鳴周波数で区別し個別に量子状態を読み出す周波数領域量子コンピュータの手法を利用できれば、更に望ましい。
【０００７】
周波数領域量子コンピュータでは、量子ビットとしてそれぞれ２つのエネルギー状態が縮退することにより得られる３つのエネルギー状態を持つ物理系を利用する。この３つの状態のうち、エネルギーの低い方から順に｜１＞、｜２＞、｜３＞と呼ぶことにする。演算の結果を読み出す際は、読み出す対象の量子ビット（情報）について、その量子ビット（物理系）が｜１＞にあるか｜２＞にあるかで表すようにする。ここで｜１＞−｜３＞間遷移および｜２＞−｜３＞間遷移の遷移確率は大きく、｜１＞−｜２＞間遷移の遷移確率は小さいとする。また、｜２＞−｜３＞間遷移エネルギーは複数の量子ビットで同じ値を持ち、共通の共振器モードに共鳴するのに対し、｜１＞−｜３＞間遷移は各量子ビットで異なる値を持つとする。
【０００８】
ここに量子状態を知りたい所望の量子ビットの｜１＞−｜３＞間遷移に共鳴する光を照射する。すると、その量子ビットが｜１＞の状態にあれば選択的に光を吸収し、｜３＞の状態を経由して｜２＞−｜３＞間遷移の遷移エネルギーを持つ光子を共通の共振器モードに放出する。またもし｜２＞の状態にあれば、何も起こらない。従って、この光子放出が起こった場合にその光子を検出できるならば、その量子ビットの量子状態を知ることができる。
【０００９】
ところが、光共振器の共振器寿命が長いため、放出された光子はなかなか共振器の外に出てこない。その間に、反射鏡表面のわずかな凸凹による散乱や、共振器内部の媒質による散乱などにより、光子が共振器から予期しない方向へ出て行くことになる。このように光子が共振器から出てくるタイミングや方向が定まらず、高効率で光子を検出することが難しいという問題があり、量子演算の結果を効率よく読み出す方法は知られていなかった。
【００１０】
【非特許文献１】
Ｋ．  Ｉｃｈｉｍｕｒａ，  Ｏｐｔ．  Ｃｏｍｍｕｎ．  １９６，  １１９（２００１）．
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、光共振器の共振器モードで量子ビットを結合する量子情報処理に適した、光共振器を利用した量子計算の光による結果読み出しを、高い効率で行なうことが可能な、量子情報処理方法と量子情報処理装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１は、固体結晶中に分散させた原子、イオンあるいは分子を含む物理系を第１の反射鏡と第１の光ファイバーの第１端との間に位置させ、第１の反射鏡と前記第１の光ファイバーの第２端に位置する第２の反射鏡との間に、共振器モードのうち１つが前記物理系の遷移エネルギーと共鳴する光共振器を形成する工程と、光共振器の外部より、物理系に光を照射して物理系の量子状態を操作する工程と、操作工程を終えた後に、第１の光ファイバーの第１端と第２の光ファイバーの第１端を替えて、第１の反射鏡との間に前記物理系を挟む位置に第２の光ファイバーの第１端を移動する工程と、移動工程の後に、物理系に光を照射して、物理系から放出される光子を第２の光ファイバーの第１端から第２の光ファイバーに取り込んで、第２の光ファイバーに結合した光検出器により検出する工程と、検出工程において検出される光子の有無により物理系の量子状態を判断する工程とを備えることを特徴とする量子情報処理方法を提供する。
【００１３】
本発明の第１において、第１の反射鏡との間に物理系を挟む位置に第３の光ファイバーの第１端を保持し、その後に、第３の光ファイバーの第２端から第３の光ファイバーおよび第３の光ファイバーの第１端を通して物理系に光を照射することもできる。
【００１４】
また、本発明の第１において、物理系と第１の光ファイバーの第１端との距離を変えて、光共振器の共振器長を変えることもできる。
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明の第２は、固体結晶中に分散させた原子、イオンあるいは分子を含む第１の物理系を第１の反射鏡と第１の光ファイバーの第１端との間に位置させ、固体結晶中に分散させた原子、イオンあるいは分子を含む第２の物理系を第２の反射鏡と第１の光ファイバーの第２端との間に位置させ、第１の反射鏡と第２の反射鏡との間に、共振器モードのうちの１つが物理系の遷移エネルギーと共鳴する光共振器を形成する工程と、光共振器の外部より、第１または第２の物理系に光を照射して量子状態を操作する工程と、操作工程を終えた後に、第１の光ファイバーの第１端または第２端に第２の光ファイバーの第１端を替えて、第２の光ファイバーの第１端と第１または第２の反射鏡との間に第１または第２の物理系を挟む位置に移動する工程と、記移動工程の後に、第１の物理系に光を照射して、物理系から放出される光子を第２の光ファイバーの第１端から第２の光ファイバーに取り込んで、第２の光ファイバーに結合した光検出器により検出する工程と、検出工程において検出される光子の有無により第１または第２の物理系の量子状態を判断する工程とを備えることを特徴とする量子情報処理方法を提供する。
【００１６】
尚、本発明の第２において、第１および第２の物理系が分散された固体結晶は一枚の薄膜や板等の一体の固体結晶でもよく、別体の固体結晶でもよい。また、第１および第２の反射鏡は、一体の反射鏡の異なる部位でも用いてもよいし、別体の反射鏡でもよい。
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明の第３は、固体結晶中に分散させた原子、イオンあるいは分子を含む物理系を第１の反射鏡と第１の光ファイバーの第１端との間に位置させ、音響光学素子を介して第１の光ファイバーの第２端に対向する第２の反射鏡を用いて、第１の反射鏡と第２の反射鏡との間に共振器モードのうちの１つが物理系の遷移エネルギーと共鳴する光共振器を形成する工程と、音響光学素子にラジオ波を印加しない状態で、光共振器の外部より物理系に光を照射して物理系の量子状態を操作する工程と、物理系に光を照射して物理系から光子を放出させ、ラジオ波を印加した音響光学素子により放出した光子の進行方向を偏向させる工程と、偏向工程により偏向した光子の有無を検出する工程とを備えることを特徴とする量子情報処理方法を提供する。
【００１８】
上記課題を解決するために、本発明の第４は、原子、イオンあるいは分子を含む物理系を内部に含み、片面に第１の反射鏡が形成された板状あるいは薄膜状の固体結晶と、固体結晶側の第１端と、第２端を備える第１の光ファイバーと、第１の光ファイバーの第２端に設けられ、第１の光ファイバーを介して第１の反射鏡との間に物理系の遷移エネルギーと共鳴する光共振器モードを持つ光共振器を形成可能な第２の反射鏡と、固体結晶側の第１端と、光検出器に接続された第２端とを備える第２の光ファイバーと、光共振器の外部から光を照射して、物理系の量子状態を操作可能な光照射手段と、量子状態の変化した物理系に光を照射して、物理系から光子を放出させることが可能な測定手段と、第１の光ファイバーの第１端と第２の光ファイバーの第１端を固体結晶の第１の反射鏡が設けられた面と反対側の面に対向させて、反対側の面と平行に移動させることができる支持体と、光照射手段の動作時には、第１の光ファイバーの第１端が第１の反射鏡との間に物理系を挟むように支持体を第１の位置に保持し、測定手段の動作時には、第２の光ファイバーの第１端が第１の反射鏡との間に物理系を挟むように支持体を第２の位置に保持し、支持体を第１及び第２の位置間で移動させることができる支持体移動部とを備えることを特徴とする量子情報処理装置を提供する。
【００１９】
尚、本発明の第４において、固体結晶側の第１端と第２端を備える第３の光ファイバーと、第３の光ファイバーの第２端に接続された光源とをさらに備え、支持体は、第１の光ファイバーの第１端と第２の光ファイバーの第１端と第３の光ファイバーの第１端を固体結晶の第１の反射鏡が設けられた面と反対側の面に対向させて、反対側の面と平行に移動することができ、支持体移動部は、光源より第３の光ファイバーを介して物理系に光を照射する照射時には、第３の光ファイバーの第１端が第１の反射鏡との間に物理系を挟むように支持体を位置させるものとすることができる。
【００２０】
また、本発明の第４において、支持体移動部は、支持体を介して物理系と第１の光ファイバーの第１端との距離を変えるものとすることができる。
【００２１】
上記課題を解決するために、本発明の第５は、原子、イオンあるいは分子を含む第１の物理系を内部に含み、片面に第１の反射鏡が形成された板状あるいは薄膜状の第１の固体結晶と、原子、イオンあるいは分子を含む第２の物理系を内部に含み、片面に第２の反射鏡が形成された板状あるいは薄膜状の第２の固体結晶と、第１の物理系側の第１端と、第２の物理系側の第２端とを備え、第１および第２の反射鏡との間に、第１および第２の物理系の遷移エネルギーと共鳴する光共振器モードを持つ光共振器を形成可能な第１の光ファイバーと、第１の固体結晶側の第１端と、第１の光検出器に接続された第２端を備える第２の光ファイバーと、第２の固体結晶側の第１端と、第２の光検出器に接続された第２端を備える第３の光ファイバーと、光共振器の外部から光を照射して、第１または第２の物理系の量子状態を操作可能な光照射手段と、量子状態の変化した第１または第２の物理系に光を照射して、第１または第２の物理系から光子を放出させることが可能な測定手段と、第１の光ファイバーの第１端と第２の光ファイバーの第１端からなる第１組を、第１の固体結晶の第１の反射鏡が設けられた面と反対側の面に対向させて、反対側の面と平行に移動することができ、あるいは、第１の光ファイバーの第２端と前記第３の光ファイバーの第１端からなる第２組を、第２の固体結晶の第２の反射鏡が設けられた面と反対側の面に対向させて、第２の固体結晶の反対側の面と平行に移動することができる支持体と、光照射手段の動作時には、第１の光ファイバーの第１端が前記第１の反射鏡との間に第１の物理系を挟むように、かつ第１の光ファイバーの第２端が第２の反射鏡との間に前記第２の物理系を挟むように支持体を第１の位置に保持し、測定手段の動作時には、第２の光ファイバーの第１端が第１の反射鏡との間に第１の物理系を挟むように、あるいは第３の光ファイバーの第１端が第２の反射鏡との間に第２の物理系を挟むように支持体を第２の位置に保持し、支持体を第１および第２の位置間で移動させることができる支持体移動部とを備えることを特徴とする量子情報処理装置を提供する。
【００２２】
尚、本発明の第５において、第１と第２の固体結晶を同一体で構成してもよいし、異なる固体結晶とすることもできる。また、第１の反射鏡と第２の反射鏡とを同一体の反射鏡で構成することもできるし、別体の反射鏡とすることもできる。
【００２３】
上記課題を解決するために、本発明の第６は、原子、イオンあるいは分子を含む物理系を内部に含み、片面に第１の反射鏡が形成された板状あるいは薄膜状の固体結晶と、固体結晶側の第１端と、第２端を備える第１の光ファイバーと、第１の光ファイバーの第２端に対向して設けられた第１のレンズと、第１の収束レンズの近傍に設けられ、ラジオ波の非印加時には光子を透過させ、ラジオ波の印加時には前記光子の進行方向を変化させることができる音響光学素子と、音響光学素子の近傍に設けられ、音響光学素子を透過した前記光子を収束することができる第２のレンズと、第２のレンズにより収束された光子を反射して、第１の反射鏡との間に物理系の遷移エネルギーと共鳴する光共振器モードを持つ光共振器を形成可能な第２の反射鏡と、音響光学素子により進行方向の変化された前記光子を収束する第３のレンズと、第３のレンズにより収束された前記光子を検出する光検出器とを備えることを特徴とする量子情報処理装置を提供する。
【００２４】
尚、レンズにより収束する光子は単一の光子でもよく、光子の集合の光子ビームでもよい。
【００２５】
上記本発明の第１乃至第６によれば、共振器寿命が長く、共振器体積（モード体積）が小さい、光ファイバーを使用した光共振器を利用している。そして、２量子ビット演算のような、共振器モードによる量子ビット間の結合を必要とする場合には、量子ビットが光共振器の共振器モードと結合し、共振器モードによる結合を必要としない量子ビット読み出しの際には、共振器ではなく、一方の端面に光検出器を有する光導波路としての光ファイバーの伝播モードと結合するように切り替えることで、周波数領域量子計算のような光共振器を利用した量子計算の光による結果読み出しを高い効率で行うことが可能となる。
【００２６】
尚、本発明に関わる量子ビットを担う物理系には、固体結晶、ガラス、高分子からなるプラスチック等の非晶質に分散させた原子、イオン、分子、あるいはその集合体であるか、または基板上の微粒子を用いることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の量子情報処理装置および量子情報処理方法に関する実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。尚、実施の形態や実施例を通じて共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して判断することができる。
【００２８】
まず、光共振器を利用した量子情報処理装置、特に光共振器の共振器モードを利用して量子ビット間の相互作用を導入し、各量子ビットに固有の遷移エネルギー（周波数）を利用して量子ビットの個別操作を行なう、周波数領域量子コンピュータについて説明する。
【００２９】
周波数領域量子コンピュータでは、縮退した３つのエネルギー状態をもつ物理系（原子、イオン、分子など）を量子ビットとして利用する。３つの状態は、エネルギーの低い順に｜ａ±＞、｜ｂ±＞、｜ｅ±＞とすると、｜ａ±＞、｜ｂ±＞は緩和時間の長い準位を利用し、｜ａ±＞−｜ｅ±＞間、｜ｂ±＞−｜ｅ±＞間遷移は光許容であるものを利用する。１量子ビットの情報は、その物理系がゲート操作の対象となっていないときは、一番下の準位に｜０＞≡｜ａ＋＞、｜１＞≡｜ａ−＞のように保持されている。一般には量子ビットは｜０＞と｜１＞という２つの状態の量子力学的な重ね合わせの状態、
α｜０＞＋β｜１＞    （α、βは複素数）      …（１）
となっている。
【００３０】
これらの物理系は光共振器の中にあり、それぞれの許容遷移の片方、例えば｜ｂ±＞−｜ｅ±＞間遷移が共通の共振器モードと共鳴している。
【００３１】
１量子ビットゲートと呼ばれる、１量子ビットの量子状態操作、すなわち式（１）のαとβの値の操作は、量子ビットが｜ａ±＞にある状態で共鳴ラマン遷移を利用して実行することができる。
【００３２】
２量子ビットゲートと呼ばれる２つの量子ビット間の条件付ゲートの１つである、制御ＮＯＴゲートは、第１の量子ビットが状態｜０＞ならば第２の量子ビットの状態は変わらないが、第１の量子ビットが｜１＞ならば第２の量子ビットは｜０＞から｜１＞あるいは｜１＞から｜０＞へと変化する量子ゲートである。これをｋ番目とｌ番目の量子ビット間で実行するには、以下のようにする。
【００３３】
まず、｜ａ±＞ｋと｜ａ±＞ｌに保持されている量子ビットを｜０＞ｋ＝｜ｂ−＞ｋ、｜１＞ｋ＝｜ａ−＞ｋ、｜０＞ｌ＝｜ｂ−＞ｌ、｜１＞ｌ＝｜ｂ＋＞ｌに移す。ここで各状態を表す記号に付けた添え字は、ｋ番目およびｌ番目の量子ビットに関するものであることを表す。そのためには磁場を印加し、ｈ・νａ，±，ｉ、ｈ・νｂ，±，ｉのエネルギー（準位エネルギー）を持っていた｜ａ±＞ｉと｜ｂ±＞ｉの縮退を解き、磁気量子数に応じたエネルギーシフトを誘起して、ｈ・（νａ，±，ｉ±Δνａ）、ｈ・（νｂ，±，ｉ±Δνｂ）とする。ここでｈはプランク定数である。この状態で、周波数差が、νｂ，±，ｋ−νａ，±，ｋ−Δνｂ−Δνａ、νｂ，±，ｌ−νａ，±，ｌ−Δνｂ−Δνａ、νｂ，±，ｌ−νａ，±，ｌ＋Δνｂ＋Δνａの３組のレーザーパルスを適当なタイミングで照射することにより、｜０＞ｋ＝｜ｂ−＞ｋ、｜１＞ｋ＝｜ａ−＞ｋ、｜０＞ｌ＝｜ｂ−＞ｌ、｜１＞ｌ＝｜ｂ＋＞ｌのように状態を移すことができる。
【００３４】
次に、ｋ番目の物理系の量子ビットをｌ番目の物理系に移す。｜ａ±＞ｌ−｜ｅ±＞ｌ遷移に共鳴する第１のレーザーパルスを照射し、それと時間的に重なり｜ａ±＞ｋ−｜ｅ±＞ｋ遷移に共鳴する第２のレーザーパルスも照射することで、ｋ番目とｌ番目の原子の間で、アディアバティック・パッセ−ジという手法による量子情報の移動が可能となる。この方法では物理系はそれぞれの下の２準位からなる固有状態を保ったまま変化し、一番上の準位に励起されることなく状態が移り変わり、量子情報が移動する。従って、一番上の状態への遷移に共鳴する光を使っているにもかかわらずその状態への遷移は起こらず、一番上の状態からの自然放出というランダムな過程により量子情報が破壊されるのを防ぐことができる。この下準位の重ね合わせの状態を時々刻々固有状態を保ちつつ変化させていくアディアバティック・パッセ−ジの方法は、１量子ビットゲートの場合も利用することができる。
【００３５】
上記のように、ｋ番目とｌ番目の物理系の間でのアディアバティック・パッセ−ジの結果、ｋ番目とｌ番目の物理系で表されていた２つの量子ビット（量子情報）が、ｌ番目の物理系のみで表されるようになる。
【００３６】
制御ＮＯＴゲートの最終段階では、｜ａ−＞ｌと｜ａ＋＞ｌを｜ａ±＞ｌ−｜ｅ±＞ｌ遷移に共鳴する２つのレーザーによるラマン遷移で入れ替える。この入れ替えは、｜１＞ｋ｜０＞ｌと｜１＞ｋ｜１＞ｌの入れ替えに相当するので、条件付きのゲート動作がここで実行されることになる。あとはアディアバティック・パッセ−ジにより量子ビット（量子情報）の１つが再びｋ番目の物理系に戻され、さらにｋ番目とｌ番目のそれぞれの物理系の中で｜ａ±＞ｋと｜ａ±＞ｌに格納される。
【００３７】
このような制御ＮＯＴゲートと、１量子ビットゲートの組み合わせで任意の量子演算ができることが知られている。
【００３８】
周波数領域量子コンピュータでは外場を印加しながらレーザーによって上記のゲート操作を繰り返し、所望の量子演算を行なう。
【００３９】
そして演算結果を読み出す際には、｜ａ±＞すなわち｜ａ＋＞と｜ａ−＞に格納されている量子ビットを｜ａ−＞、｜ｂ−＞に移して、各量子ビットを保持している物理系の｜ａ±＞−｜ｅ±＞遷移に共鳴するレーザーを照射する。ｉ番目の物理系から光子が放出されればその物理系は｜ａ−＞ｉの状態、すなわちその量子ビットは｜０＞であることがわかり、光子が放出されなければ、その物理系は｜ｂ−＞の状態、すなわち量子ビットは｜１＞であることがわかる。
【００４０】
ところで、放出された光子は、物理系の｜ｅ±＞から｜ｂ±＞への遷移に伴って放出され、光共振器モードの光子として光共振器中に生成されることになる。この光子を検出しなければならないが、共振器モードにより量子ビット間の相互作用を導入する量子コンピュータでは、共振器寿命の長い共振器を必要とする。そのため共振器モードに存在する光子はなかなか共振器の外に出てこない。従って、｜ａ±＞−｜ｅ±＞遷移に共鳴するレーザーを照射後、光子が検出できる時刻に大きな不確定さが生じる。しかも長時間共振器内に留まっている間に、光子は共振器の不完全さにより共振器の外に漏れ出て行く。その要因は、反射鏡表面のわずかな凹凸による散乱や、量子ビットとして利用する物理系を含む共振器内部の物質による散乱、反射鏡で完全に覆われた空間からなる共振器ではないことによる漏れ（回折）など様々であるため、光子が光共振器から出てくる方向も予想できない。このような光子検出可能な時刻の不確定さ、検出可能な光子が出てくる方向の不確定さにより、検出器を高感度に保ったまま長時間光子検出を待たなければならず、また様々な方向に出てくる光子がとらえられるように検出器を用意しておく必要があり、ノイズに対する検出信号の比を高くすることが非常に困難となり、高効率で発生光子を検出することが極めて難しくなる。
【００４１】
量子ビット結合に利用している共通の共振器モードへの光子放出が起こらないように、磁場、電場、または圧力などの外場印加により各量子状態エネルギーをシフトさせる方法も考えられる。例えば、量子ビットを｜ａ＋＞、｜ａ−＞に保持した状態のままで磁場を印加して｜ａ＋＞、｜ａ−＞の状態のエネルギーを分裂させ、｜ａ＋＞−｜ｅ＞間遷移に共鳴するレーザーを照射して放出した光子を観測する、あるいは単純に上記の読み出し過程において最後に磁場をかけ、光子エネルギーを変化させた光子を観測するなどである。
【００４２】
しかしその場合でも、共振器が完全に近いものであれば光子が発生するからにはその共振器モードが存在し、その共振器内での寿命が長い可能性があり、またたとえ共振器が不完全で発生光子が速やかに共振器外に出て行く場合でも、その方向を定めることはできず、やはり高効率の発生光子検出は困難である。
【００４３】
そこで、本発明の一実施形態では、光共振器の共振器モードで量子ビットを結合する量子コンピュータに適した、共振器寿命が長く、共振器体積が小さい光ファイバーを利用した光共振器を用い、共振器モードが必要な量子演算の際は、量子ビットが共通の共振器モードと結合し、共振器モードを必要としない結果読み出しの際は、共振器モードではなく、光検出器へとつながる光ファイバーの伝播モードと結合するように切り替えを行なって、高効率の発生光子の検出を可能にする。またこの切り替えを励起光源につながった光ファイバーとの間で行なったり、このような構造をもつ２つの共振器の光ファイバー部を結合したり、あるいは共振器が小さく反射鏡間の位置制御が容易であることを利用して共振器モードを変化させたりすることで、さらに量子コンピュータの能力を向上させることが可能である。
【００４４】
以下に、その具体例について実施例を通して説明する。
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１に関する量子情報処理装置を示す側面模式図である。
【００４５】
まず、５ｍｍ×５ｍｍ×２ｍｍの０．０５ａｔ．％のＰｒ３＋イオンを分散させた板状のＹ２ＳｉＯ５結晶１（母体のＹ３＋イオンのうち０．０５％がＰｒ３＋イオンに置換されたもの）の片面に６０６ｎｍにおける反射率が９９．９９％以上の誘電体多層膜３を作製したものを用意した。この誘電体多層膜付結晶の多層膜の付いた面にアルミニウム層５を蒸着し、さらに多層膜結晶のアルミニウム層５を蒸着した面を５ｍｍ×５ｍｍ×５ｍｍのガラス基板７の１面に静電接着した。
【００４６】
次に、Ｙ２ＳｉＯ５結晶１を厚さ１００ｎｍまで研磨し、ガラス基板７上に、背面に高反射率ミラーを有する薄膜状のイオン分散結晶を作製した。このガラス基板７のＹ２ＳｉＯ５結晶１が接着されている面の反対の面をインバール製筐体９に取り付けた。
【００４７】
また、コア径５μｍ、長さ１ｍｍのシングルモード光ファイバー１１の両端面を研磨し、片方の端面に６０６ｎｍにおける反射率が９９．９９％以上の誘電体多層膜１３を作製した。また、コア径５０μの多モードファイバー１５の片方に光子検出器１７（液体窒素温度に冷却したガイガーモードのアバランシェフォトダイオード）を接続し、もう片方の端面を研磨したものを、２本の光ファイバーの研磨した開口面がそろうように束ね、上記のインバール製筐体に取り付けたピエゾ素子に接続されている光ファイバーホルダー１９に取り付けた。２本のファイバー開口面の中心間距離は１００μｍであった。
【００４８】
また、２つの光ファイバーの開口面が、Ｙ２ＳｉＯ５結晶の表面から約１０ｎｍ離れた位置で、Ｙ２ＳｉＯ５結晶表面と平行に移動できるように、ピエゾ素子２１を設置した。ピエゾ素子２１としては、移動距離を１００μｍ以上とれるものを用いた。また、Ｙ２ＳｉＯ５結晶に磁場を印加できるように、Ｙ２ＳｉＯ５結晶近傍にコイル２３を設けた。尚、図面では、各部位の相対的な大きさは、図示しやすいように適宜に変更して示す。
【００４９】
光源部には、図２のブロック図に示すように、アルゴンイオンレーザー２５励起のリング色素レーザー２７からの光を、参照用光共振器の共鳴周波数からのずれを検出しレーザー周波数（波長）にフィードバックをかける周波数幅狭窄化システムを用いて、周波数幅５ｋＨｚにまで狭窄化した１６５０２．３ｃｍ−１（約６０６ｎｍ）の光３１を用意した。それをさらに２つのビームに分け、それぞれを周波数変調用の音響光学素子３３に通し、周波数を微調整できるようにした光源とし、薄膜結晶中のＰｒ３＋イオンの３Ｈ４（１）−１Ｄ２（１）間遷移に共鳴するレーザーを、５ｋＨｚ以内の周波数精度で調整してＹ２ＳｉＯ５結晶１に照射できるようにした。ここで３Ｈ４（１）、１Ｄ２（１）の（１）は、それぞれの量子状態が複数個に分裂している状態（シュタルク準位）のうちの１つであることを示す。
【００５０】
以上のように用意したＹ２ＳｉＯ５結晶を含む系をインバール製筐体９ごとクライオスタットの中に設置し、３．８Ｋに冷却して、中のＰｒ３＋イオンの量子状態３Ｈ４（１）を量子ビットとして利用した。３Ｈ４（１）が核スピンの状態により３つに分裂したうちの１つ、例えば核スピン±５／２の状態が、周波数領域量子コンピュータの説明における｜ａ±＞に相当し、１Ｄ２（１）が｜ｅ±＞に相当する。
【００５１】
このＹ２ＳｉＯ５結晶１の、端面に誘電体多層膜１３の付いた光ファイバーの開口部に面した部分に図２の光源部からの光を周波数調整しながら照射し、量子演算に利用しないイオンが量子演算にかかわる量子状態以外の量子状態になるように光ポンプによる前処理を施し、次いで照射光周波数および印加磁場を適宜調整しながら量子演算を行なった。その際、図３の一部断面模式図に示すように、共振器体積が小さく共振器寿命が長い光共振器を、光共振器用シングルモード光ファイバー１１のコア３７を介して、Ｙ２ＳｉＯ５結晶１の背面に設けられた誘電体多層膜３と光ファイバー１１のその端面に設けられた誘電体多層膜１３とで構成した。そして、誘電体多層膜１３付きの光ファイバー１１の開口部に面した領域３５のＰｒ３＋イオンのうち、共振器モードにより結合されたイオンを、量子ビットとして利用した。
【００５２】
共振器内で一連の量子演算を終えた後、ピエゾ素子２１により光ファイバー１１、１５の開口部をＹ２ＳｉＯ５結晶１表面に対して５０μｓをかけて平行移動し、量子ビットとして利用したイオンの分布する領域３５が、今度は光子検出器１７に接続された多モードファイバー１５の開口部に面するようにした。
【００５３】
次いで、照射光周波数や印加磁場を適宜調整しながら光源部より量子ビットとして利用したＰｒ３＋イオンにＹ２ＳｉＯ５結晶１の表面に対して斜め方向から光を照射し、各イオンの｜ａ＋＞と｜ａ−＞に格納されている量子ビットを｜ａ−＞、｜ｂ−＞に移した。次いで、図４の一部断面模式図にあるように、光源部よりそれらイオンの｜ａ±＞−｜ｅ±＞遷移に共鳴するレーザー４１をＹ２ＳｉＯ５結晶１の表面に対して斜め方向から照射したところ、イオンが｜ａ−＞の状態であった場合に発生した光子４３を、多モードファイバー１５に接続された光子検出器１７により高効率で検出することができ、従って、演算結果を高い確度で読み取ることができた。
【００５４】
（実施例２）
次に、本発明の実施例２に関わる量子情報処理装置について図５の側面模式図を用いて説明する。
【００５５】
まず、実施例１の光共振器用の光ファイバー１１および読み出し用の光ファイバー１５の束に、開口面をそろえるように、端面を研磨した第３のシングルモード光ファイバー４５を加え、開口面と反対側の端面に、光源部４７からの光を入射できるようにした。この光源部４７は、実施例１において図２を用いて説明したものと同じである。
【００５６】
実施例１における読み出しの際、この第３の光ファイバーに光源部４７からの光を入射し、量子ビットとして利用したそれぞれのイオンに対して順番に、｜ａ±＞−｜ｅ±＞遷移に共鳴する光を照射して速やかに光ファイバーの束を光子検出器に接続された光ファイバー１５の開口部が量子ビットとして利用したイオンに面するように移動して、放出光子があるならそれを読み出す、という操作を繰り返すことにより演算結果を読み出した。尚、光源部４７の光は、読み出し時以外はＹ２ＳｉＯ５結晶１に直接照射することもできる。
【００５７】
その結果、実施例１のように励起光を、自由空間を介して薄膜結晶の表面に対し斜めに伝播させて照射した場合に比べて光が照射されるイオンを絞ることができ、量子ビットとして利用していないイオンのうち、前処理において照射光と相互作用しない状態に移しきれなかったイオンが励起され光子を放出することによる読み取りエラーを軽減することができた。
【００５８】
（実施例３）
本発明に関わる実施例３について、図６の一部側面模式図を用いて説明する。
【００５９】
まず、実施例１の誘電体多層膜付きのＹ２ＳｉＯ５結晶１およびピエゾ素子２１等を備えた筐体９に第２の光ファイバーホルダー付きピエゾ素子を取り付けたものを用意した。
【００６０】
つまり、図６に示すように、実施例１で用いた光共振器用光ファイバー１１の誘電体多層膜１３のついた端面から誘電体多層膜１３をとりはずし、この取り外した端面を研磨して、この端面と第２の読み出し用多モード光ファイバー４８を結合して、両者の開口部を揃えて第２の光ファイバーホルダーに設置した。そして、実施例１で説明したピエゾ素子２１と同等の構造を持ち、第２の光ファイバーホルダーを駆動するピエゾ素子を設置した。
【００６１】
さらに、実施例１における光源部からの光を、２つある光共振器用光ファイバー１１の両開口部に面したＹ２ＳｉＯ５結晶１中のイオンに照射できるようにした。
【００６２】
その結果、Ｙ２ＳｉＯ５結晶１中の異なる２箇所にあるイオンの集団をそれぞれ量子ビットの集団として、その２つの集団中にある量子ビットを利用した一連の量子演算を実行することが可能となった。すなわち、光共振器として利用する光ファイバー１１の届く範囲の２箇所であれば、その２箇所の薄膜結晶中のイオンを量子力学的な絡まった状態にすることが可能で、１つの量子計算のなかで利用することが可能となった。
【００６３】
（実施例４）
次に、本発明に関わる実施例４を図７の側面模式図を用いて説明する。
【００６４】
実施例４では、光ファイバーの開口部をＹ２ＳｉＯ５結晶１の表面に沿った方向（図７のｙ方向）に移動させるのみでなく、Ｙ２ＳｉＯ５結晶１との距離（図７のｘ方向）も変化させられるピエゾ素子を組んだ光ファイバー駆動部４９に置換した。
【００６５】
その結果、量子演算の際に量子ビットを結合する、共通の共振器モードが変化させられるようになり、共通の共振器モードが固定していた場合には、その共振器モードと共鳴せず、量子ビットとして利用できなかったイオンも、量子ビットとして利用できるようになった。
【００６６】
（実施例５）
図８および図９は、実施例５の量子情報処理装置を説明するための図面である。図８は、この装置の側面模式図である。実施例１において、ピエゾ素子による駆動部を、駆動の機能を持たない光ファイバーホルダーの一部に替え、光ファイバーの束に替えて光ファイバー１本を用いて、共振器用光ファイバーの誘電体多層膜がついていた端面から誘電体多層膜を取り外し、研磨した端面に反射防止膜を作製した。
【００６７】
またこの端面には、微小光学系を配置したインバール製基板５１を接続し、インバール製基板５１には読み出し用光ファイバー１５を介して光子検出器１７を接続した。
【００６８】
図９は、インバール製基板５１の内部を示す拡大模式図である。図９中の点線は、光路を示す。インバール製基板５１は、その表面に次のような光学系を備える。この光学系は、光ファイバー１１から出た光を収束させるような第１の微小な収束レンズ５３と、レンズ５３で収束した光を、ラジオ波を印加した場合は偏向させる６０６ｎｍにおける光の損失が少ない微小な音響光学素子５５と、音響光学素子５５から偏向しないで出射した光を平行光にする第２の微小なレンズ５７と、平行光にした光を反射する６０６ｎｍでの反射率が９９．９９％以上の微小な誘電体多層膜ミラー５９と、偏向して出射した光を収束する第３の微小なレンズ６１を備える光学系を持つ。
【００６９】
さらにインバール製基板５１に、第３のレンズで収束された光を入射させる読み出し用光ファイバー１５を接続して、そのもう一方の端面を図８に示すように光子検出器１７に接続した。
【００７０】
このような構成で、結果読み出し以外は実施例１と同様に操作し、結果読み出しの際は、微小な音響光学素子５５にラジオ波を印加した。その結果、読み出し以外の場合は、Ｙ２ＳｉＯ５結晶１の背面の誘電体多層膜３と、インバール製基板５１上の微小な誘電体多層膜ミラー５９で光共振器が構成され、量子演算が実行でき、読み出しの際は発生光子が光子検出器へと導かれ、効率よく結果を読み出すことができた。
【００７１】
尚、本実施例では、光共振器のモード体積をなるべく小さくするため、光を偏向させる素子として電気光学効果素子や通常のサイズの音響効果効果素子ではなく、微小な音響光学効果素子を用いている。
【００７２】
（実施例６）
実施例１におけるＰｒ３＋イオンを分散させたＹ２ＳｉＯ５単結晶１の替わりに、Ｐｒ３＋イオンを１００倍の濃度で分散させたガラスを用いて実施例１と同様の装置を組み同様の操作を行なった。その結果、周波数空間内でＰｒ３＋イオンが分布する範囲が広く、より広い周波数幅のレーザーでより多くの量子ビットを周波数空間で区別することが可能となり、より多くの量子ビットでの量子演算が可能となった。その演算結果の読み出しは、実施例１と同様、効率よく行なうことができた。
【００７３】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限られず、特許請求の範囲に記載の発明の要旨の範疇において様々に変更可能である。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、高い効率で光子検出、すなわち結果の読み出しが可能になる。また、量子情報処理能力を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に関わる量子情報処理装置および処理方法を説明するための側面模式図。
【図２】本発明の実施例１における光源部を模式的に示すブロック図。
【図３】本発明の実施例１における量子情報処理装方法および量子情報処理装置の光ファイバー開口部の位置と量子ビットとして利用するイオンが分布する領域との関係を模式的に示す断面図。
【図４】本発明の実施例１における量子情報処理装方法および量子情報処理装置の光ファイバー開口部の位置と量子ビットとして利用するイオンが分布する領域との関係を、演算結果読み出しの場合に関して模式的に示す断面図。
【図５】本発明の実施例２に関わる量子情報処理装置および処理方法を説明するための側面模式図。
【図６】本発明の実施例３に関わる量子情報処理装置および処理方法を説明するための側面模式図。
【図７】本発明の実施例４に関わる量子情報処理装置および処理方法を説明するための側面模式図。
【図８】本発明の実施例５に関わる量子情報処理装置および処理方法を説明するための側面模式図。
【図９】実施例５の量子情報処理装置および処理方法におけるインバール製基板表面の拡大模式図。
【符号の説明】
１・・・Ｙ２ＳｉＯ５結晶
３・・・誘電体多層膜
５・・・アルミニウム層
７・・・ガラス基板
９・・・インバール製筐体
１１・・・シングルモード光ファイバー
１３・・・誘電体多層膜
１５・・・読み出し用多モード光ファイバー
１７・・・光子検出器
１９・・・光ファイバーホルダー
２１・・・ピエゾ素子
２３・・・コイル
２５・・・アルゴンイオンレーザー
２７・・・リング色素レーザー
２９・・・周波数幅狭窄化システム
３１・・・１６５０２．３ｃｍ−１のレーザー
３３・・・音響光学素子
３５・・・量子ビットとして利用するイオンが分布する領域
３７、３９・・・光ファイバーのコア
４１・・・｜ａ±＞−｜ｅ±＞遷移に共鳴するレーザー
４３・・・読み取りの際に発生した光子
４５・・・第３のシングルモード光ファイバー
４７・・・光源部
４８・・・第２の読み出し用多モード光ファイバー
４９・・・光ファイバー駆動部
５１・・・インバール製基板
５３・・・第１のレンズ
５５・・・音響光学素子
５７・・・第２のレンズ
５９・・・誘電体多層膜ミラー
６１・・・第３のレンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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