"送信装置と、伝送中に光パルスが受ける位相変化を相殺可能な透過率がTの伝送路と、受信装置とを備える量子もつれ生成システムであって、前記送信装置は、量子ビットAと、前記量子ビットAが0の状態に対応するコヒーレント光の振幅及び位相を表す複素数をα0、量子ビットAが1の状態に対応するコヒーレント光の振幅及び位相を表す複素数をα1として、量子ビットAと光パルスμの量子もつれ状態を生成して、光パルスμを前記伝送路を通じて伝送する第1量子もつれ生成部とを備え、前記伝送路を通過した光パルスを光パルスν1と呼ぶものとし、Eを環境系に漏れた光パルスの状態を表すものとし、光パルスν1の伝送路通過後の環境系を含めた全系の状態が、で表されるものとし、前記受信装置は、量子ビットBと、前記量子ビットBが0の状態に対応するコヒーレント光の振幅及び位相を表す複素数をβ0、量子ビットBが1の状態に対応するコヒーレント光の振幅及び位相を表す複素数をβ1として、量子ビットBと光パルスν2の量子もつれ状態を生成する第2量子もつれ生成部と、光パルスν1と、光パルスν2とを入力とし、系全体の状態ただし、a:=|α0-α1|/2、b:=|β0-β1|/2をa≠bを充たす任意の実数とし、θ0、θ1、θp、θqを任意の実数とするを形成する光パルスν3、ν4を生成する検出光生成部と、前記光パルスν3の光子数に依存した値、および前記光パルスν4の光子数に依存した値を測定する検出部と、前期測定された光パルスν3と光パルスν4が有した光子数に差があるか否かを推定し、測定された光パルスν3の光子数に依存した値と光パルスν4の光子数に依存した値から光パルスν3と光パルスν4が有した光子数に差があると推定した場合には、量子もつれの共有が成功したと判定し、測定された光パルスν3の光子数に依存した値と、光パルスν4の光子数に依存した値から光パルスν3と光パルスν4が有した光子数に差がないと推定した場合には、量子もつれの共有が失敗したと判定する判定部と、を備えることを特徴とする量子もつれ生成システム。送信装置と、受信装置とからなる量子もつれ生成システムであって、送信装置は、に初期化された量子ビットAと、前記量子ビットAに対し、光パルスμを照射して、量子ビットAが0の状態に対応するコヒーレント光の振幅及び位相を表す複素数をα0、量子ビットAが1の状態に対応するコヒーレント光の振幅及び位相を表す複素数をα1として、量子もつれ状態を生成する第1相互作用部と、Tを伝送路の透過率とし、参照光LOと量子もつれ状態を形成する光パルスμとを前記伝送路を通じて受信装置に送信する第1スイッチとを備え、前記伝送路を通過した光パルスを光パルスν1と呼ぶものとし、Eを環境系に漏れた光パルスの状態を表すものとし、光パルスν1の伝送路通過後の環境系を含めた全系の状態が、で表されるものとし、受信装置は、前記参照光LOと、前記光パルスν1とを送信装置から受信する第2スイッチと、に初期化された量子ビットBと、前記参照光LOから光パルスν2を生成して、前記量子ビットBに対し、前記生成した光パルスν2を照射して、量子ビットBが0の状態に対応するコヒーレント光の振幅及び位相を表す複素数をβ0、量子ビットBが1の状態に対応するコヒーレント光の振幅及び位相を表す複素数をβ1として、量子もつれ状態を生成する第2相互作用部と、前記光パルスν1と、前記光パルスν2とを入力とし、系全体の状態ただし、a:=|α0-α1|/2、b:=|β0-β1|/2をa≠bを充たす任意の実数とし、θ0、θ1、θp、θqを任意の実数とするを形成する光パルスν3、ν4を生成する検出光生成部と、前記光パルスν3の光子数に依存した値、および前記光パルスν4の光子数に依存した値を測定する検出部と、前期測定された光パルスν3と光パルスν4が有した光子数に差があるか否かを推定し、測定された光パルスν3の光子数に依存した値と光パルスν4の光子数に依存した値から光パルスν3と光パルスν4が有した光子数に差があると推定した場合には、量子もつれの共有が成功したと判定し、測定された光パルスν3の光子数に依存した値と、光パルスν4の光子数に依存した値から光パルスν3と光パルスν4が有した光子数に差がないと推定した場合には、量子もつれの共有が失敗したと判定する判定部と、を備えることを特徴とする量子もつれ生成システム。送信装置と、受信装置とからなる量子もつれ生成システムであって、送信装置は、αをα≧0を充たす任意の実数、ζα=α2sinθ/2、Tを伝送路の透過率として、に初期化された量子ビットAと、前記量子ビットAに対し、振幅及び位相が複素数α/√Tで表される光パルスμを照射して、量子もつれ状態を生成する第1相互作用部と、前記光パルスμに、変位演算子を実現する変位演算器を作用させて、合成系の状態を形成する光パルスμを生成する第1変位演算部と、前記第1変位演算部で生成された光パルスμと参照光LOとを前記伝送路を通じて受信装置に送信する第1スイッチとを備え、前記伝送路を通過した光パルスを光パルスν1と呼ぶものとし、Eを環境系に漏れた光パルスの状態を表すものとし、光パルスν1の伝送路通過後の環境系を含めた全系の状態が、で表されるものとし、受信装置は、前記参照光LOと、前記光パルスν1とを送信装置から受信する第2スイッチと、βをβ>αを充たす任意の実数とし、に初期化された量子ビットBと、前記参照光LOから振幅及び位相が複素数βで表される光パルスν2を生成して、前記量子ビットBに対し、前記生成した光パルスν2を照射して、量子もつれ状態を生成する第2相互作用部と、前記光パルスν2に、変位演算子を実現する変位演算器を作用させて、合成系の状態を形成する光パルスν2を生成する第2変位演算部と、前記光パルスν1と、前記光パルスν2とを入力とし、系全体の状態を形成する光パルスν3、ν4を生成する検出光生成部と、前記光パルスν3の光子数に依存した値、および前記光パルスν4の光子数に依存した値を測定する検出部と、前期測定された光パルスν3と光パルスν4が有した光子数に差があるか否かを推定し、測定された光パルスν3の光子数に依存した値と光パルスν4の光子数に依存した値から光パルスν3と光パルスν4が有した光子数に差があると推定した場合には、量子もつれの共有が成功したと判定し、測定された光パルスν3の光子数に依存した値と、光パルスν4の光子数に依存した値から光パルスν3と光パルスν4が有した光子数に差がないと推定した場合には、量子もつれの共有が失敗したと判定する判定部と、を備えることを特徴とする量子もつれ生成システム。送信装置と、受信装置とからなる量子もつれ生成システムであって、送信装置は、αをα≧0を充たす任意の実数、ζα=α2sinθ/2として、に初期化された量子ビットAと、前記量子ビットAに対し、振幅及び位相が複素数α/√TTを伝送路の透過率とするで表される光パルスμを照射して、量子もつれ状態を生成する第1相互作用部と、前記光パルスμと参照光LOとを前記伝送路を通じて受信装置に送信する第1スイッチとを備え、前記伝送路を通過した光パルスを光パルスν1と呼ぶものとし、Eを環境系に漏れた光パルスの状態を表すものとし、光パルスν1の伝送路通過後の環境系を含めた全系の状態が、で表されるものとし、受信装置は、前記参照光LOと、前記光パルスν1とを送信装置から受信する第2スイッチと、βをβ>αを充たす任意の実数とし、に初期化された量子ビットBと、前記参照光LOから振幅及び位相が複素数βで表される光パルスν2を生成して、前記量子ビットBに対し、前記生成した光パルスν2を照射して、量子もつれ状態を生成する第2相互作用部と、前記光パルスν1と、前記光パルスν2とを入力とし、系全体の状態を形成する光パルスν3、ν4を生成する検出光生成部と、前記光パルスν3に、変位演算子を実現する変位演算器を作用させて光パルスν5を形成する第2変位演算部と、前記光パルスν4に、変位演算子を実現する変位演算器を作用させて光パルスν6を形成する第1変位演算部と、前記光パルスν5および光パルスν6形成後の系全体の状態が、で表されるものとし、前記光パルスν5の光子数に依存した値、および前記光パルスν6の光子数に依存した値を測定する検出部と、前期測定された光パルスν5と光パルスν6が有した光子数に差があるか否かを推定し、測定された光パルスν5の光子数に依存した値と光パルスν6の光子数に依存した値から光パルスν5と光パルスν6が有した光子数に差があると推定した場合には、量子もつれの共有が成功したと判定し、測定された光パルスν5の光子数に依存した値と、光パルスν6の光子数に依存した値から光パルスν5と光パルスν6が有した光子数に差がないと推定した場合には、量子もつれの共有が失敗したと判定する判定部と、を備えることを特徴とする量子もつれ生成システム。送信装置と、伝送中に光パルスが受ける位相変化を相殺可能な透過率がTの伝送路と、受信装置とを用いる量子もつれ生成方法であって、前記送信装置は、量子ビットAが0の状態に対応するコヒーレント光の振幅及び位相を表す複素数をα0、量子ビットAが1の状態に対応するコヒーレント光の振幅及び位相を表す複素数をα1として、量子ビットAと光パルスμの量子もつれ状態を生成して、光パルスμを前記伝送路を通じて伝送する第1量子もつれ生成ステップを実行し、前記伝送路を通過した光パルスを光パルスν1と呼ぶものとし、Eを環境系に漏れた光パルスの状態を表すものとし、光パルスν1の伝送路通過後の環境系を含めた全系の状態が、で表されるものとし、前記受信装置は、量子ビットBが0の状態に対応するコヒーレント光の振幅及び位相を表す複素数をβ0、量子ビットBが1の状態に対応するコヒーレント光の振幅及び位相を表す複素数をβ1として、量子ビットBと光パルスν2の量子もつれ状態を生成する第2量子もつれ生成ステップと、光パルスν1と、光パルスν2とを入力とし、系全体の状態ただし、a:=|α0-α1|/2、b:=|β0-β1|/2をa≠bを充たす任意の実数とし、θ0、θ1、θp、θqを任意の実数とするを形成する光パルスν3、ν4を生成する検出光生成ステップと、前記光パルスν3の光子数に依存した値、および前記光パルスν4の光子数に依存した値を測定する検出ステップと、前期測定された光パルスν3と光パルスν4が有した光子数に差があるか否かを推定し、測定された光パルスν3の光子数に依存した値と光パルスν4の光子数に依存した値から光パルスν3と光パルスν4が有した光子数に差があると推定した場合には、量子もつれの共有が成功したと判定し、測定された光パルスν3の光子数に依存した値と、光パルスν4の光子数に依存した値から光パルスν3と光パルスν4が有した光子数に差がないと推定した場合には、量子もつれの共有が失敗したと判定する判定ステップと、を実行することを特徴とする量子もつれ生成方法。送信装置と、受信装置とを用いる量子もつれ生成方法であって、送信装置は、量子ビットAを、に初期化する第1初期化ステップと、前記量子ビットAに対し、光パルスμを照射して、量子ビットAが0の状態に対応するコヒーレント光の振幅及び位相を表す複素数をα0、量子ビットAが1の状態に対応するコヒーレント光の振幅及び位相を表す複素数をα1として、量子もつれ状態を生成する第1相互作用ステップと、Tを伝送路の透過率とし、参照光LOと量子もつれ状態を形成する光パルスμとを前記伝送路を通じて受信装置に送信する第1スイッチステップとを実行し、前記伝送路を通過した光パルスを光パルスν1と呼ぶものとし、Eを環境系に漏れた光パルスの状態を表すものとし、光パルスν1の伝送路通過後の環境系を含めた全系の状態が、で表されるものとし、受信装置は、前記参照光LOと、前記光パルスν1とを送信装置から受信する第2スイッチステップと、量子ビットBを、に初期化する第2初期化ステップと、前記参照光LOから光パルスν2を生成して、前記量子ビットBに対し、前記生成した光パルスν2を照射して、量子ビットBが0の状態に対応するコヒーレント光の振幅及び位相を表す複素数をβ0、量子ビットBが1の状態に対応するコヒーレント光の振幅及び位相を表す複素数をβ1として、量子もつれ状態を生成する第2相互作用ステップと、前記光パルスν1と、前記光パルスν2とを入力とし、系全体の状態ただし、a:=|α0-α1|/2、b:=|β0-β1|/2をa≠bを充たす任意の実数とし、θ0、θ1、θp、θqを任意の実数とするを形成する光パルスν3、ν4を生成する検出光生成ステップと、前記光パルスν3の光子数に依存した値、および前記光パルスν4の光子数に依存した値を測定する検出ステップと、前期測定された光パルスν3と光パルスν4が有した光子数に差があるか否かを推定し、測定された光パルスν3の光子数に依存した値と光パルスν4の光子数に依存した値から光パルスν3と光パルスν4が有した光子数に差があると推定した場合には、量子もつれの共有が成功したと判定し、測定された光パルスν3の光子数に依存した値と、光パルスν4の光子数に依存した値から光パルスν3と光パルスν4が有した光子数に差がないと推定した場合には、量子もつれの共有が失敗したと判定する判定ステップと、を実行することを特徴とする量子もつれ生成方法。送信装置と、受信装置とからなる量子もつれ生成方法であって、送信装置は、量子ビットAを、αをα≧0を充たす任意の実数、ζα=α2sinθ/2、Tを伝送路の透過率として、に初期化する第1初期化ステップと、前記量子ビットAに対し、振幅及び位相が複素数α/√Tで表される光パルスμを照射して、量子もつれ状態を生成する第1相互作用ステップと、前記光パルスμに、変位演算子を実現する変位演算器を作用させて、合成系の状態を形成する光パルスμを生成する第1変位演算ステップと、前記第1変位演算ステップで生成された光パルスμと参照光LOとを前記伝送路を通じて受信装置に送信する第1スイッチステップとを実行し、前記伝送路を通過した光パルスを光パルスν1と呼ぶものとし、Eを環境系に漏れた光パルスの状態を表すものとし、光パルスν1の伝送路通過後の環境系を含めた全系の状態が、で表されるものとし、受信装置は、前記参照光LOと、前記光パルスν1とを送信装置から受信する第2スイッチステップと、量子ビットBを、βをβ>αを充たす任意の実数とし、に初期化する第2初期化ステップと、前記参照光LOから振幅及び位相が複素数βで表される光パルスν2を生成して、前記量子ビットBに対し、前記生成した光パルスν2を照射して、量子もつれ状態を生成する第2相互作用ステップと、前記光パルスν2に、変位演算子を実現する変位演算器を作用させて、合成系の状態を形成する光パルスν2を生成する第2変位演算ステップと、前記光パルスν1と、前記光パルスν2とを入力とし、系全体の状態を形成する光パルスν3、ν4を生成する検出光生成ステップと、前記光パルスν3の光子数に依存した値、および前記光パルスν4の光子数に依存した値を測定する検出ステップと、前期測定された光パルスν3と光パルスν4が有した光子数に差があるか否かを推定し、測定された光パルスν3の光子数に依存した値と光パルスν4の光子数に依存した値から光パルスν3と光パルスν4が有した光子数に差があると推定した場合には、量子もつれの共有が成功したと判定し、測定された光パルスν3の光子数に依存した値と、光パルスν4の光子数に依存した値から光パルスν3と光パルスν4が有した光子数に差がないと推定した場合には、量子もつれの共有が失敗したと判定する判定ステップと、を実行することを特徴とする量子もつれ生成方法。送信装置と、受信装置とを用いる量子もつれ生成方法であって、送信装置は、量子ビットAを、αをα≧0を充たす任意の実数、ζα=α2sinθ/2として、に初期化する第1初期化ステップと、前記量子ビットAに対し、振幅及び位相が複素数α/√TTを伝送路の透過率とするで表される光パルスμを照射して、量子もつれ状態を生成する第1相互作用ステップと、前記光パルスμと参照光LOとを前記伝送路を通じて受信装置に送信する第1スイッチステップとを実行し、前記伝送路を通過した光パルスを光パルスν1と呼ぶものとし、Eを環境系に漏れた光パルスの状態を表すものとし、光パルスν1の伝送路通過後の環境系を含めた全系の状態が、で表されるものとし、受信装置は、前記参照光LOと、前記光パルスν1とを送信装置から受信する第2スイッチステップと、量子ビットBを、βをβ>αを充たす任意の実数とし、に初期化する第2初期化ステップと、前記参照光LOから振幅及び位相が複素数βで表される光パルスν2を生成して、前記量子ビットBに対し、前記生成した光パルスν2を照射して、量子もつれ状態を生成する第2相互作用ステップと、前記光パルスν1と、前記光パルスν2とを入力とし、系全体の状態を形成する光パルスν3、ν4を生成する検出光生成ステップと、前記光パルスν3に、変位演算子を実現する変位演算器を作用させて光パルスν5を形成する第2変位演算ステップと、前記光パルスν4に、変位演算子を実現する変位演算器を作用させて光パルスν6を形成する第1変位演算ステップと、前記光パルスν5および光パルスν6形成後の系全体の状態が、で表されるものとし、前記光パルスν5の光子数に依存した値、および前記光パルスν6の光子数に依存した値を測定する検出ステップと、前期測定された光パルスν5と光パルスν6が有した光子数に差があるか否かを推定し、測定された光パルスν5の光子数に依存した値と光パルスν6の光子数に依存した値から光パルスν5と光パルスν6が有した光子数に差があると推定した場合には、量子もつれの共有が成功したと判定し、測定された光パルスν5の光子数に依存した値と、光パルスν6の光子数に依存した値から光パルスν5と光パルスν6が有した光子数に差がないと推定した場合には、量子もつれの共有が失敗したと判定する判定ステップと、を備えることを特徴とする量子もつれ生成方法。一般に、量子もつれに生じるエラーには、ビットエラーと位相エラーの2種が存在するが、図2の量子もつれ生成システム9は、生成する量子もつれが有するエラーが1種類になるように設計されている。このような生成される量子もつれが含むエラーの種類を1種に制限する設計は、量子もつれ生成システム9に限らず、1つの検知光しか用いない既存のシステム非特許文献3、4においても採用されている。これは、これまでエラーが1種の量子もつれを生成する量子もつれ生成システムに重きが置かれてきたことを意味する。また、現在ではエラーの種類が1種類の量子もつれを生成する任意のシステムに対し、成功確率と成功した条件の下で生成される量子もつれの忠実度の平均値で定義される理論限界の存在が明らかにされている非特許文献7。そしてこの理論限界が、理想的な光子数識別検出器を用いる図2の量子もつれ生成システム9によって達成可能であることも証明されている非特許文献7。このように、従来のシステムは生成した量子もつれのエラーの種類が1種という制限を充たすように設計され、結果として、この制限の中で図2の量子もつれ生成システム9が最適であることが明らかにされている。しかしながら、生成される量子もつれのエラーの種類数に固執しなければ、既存のシステムよりも効率的なシステムを構築できる可能性が残されていた。そこで、本発明では、エラーの種類を制限しないことにより、エラーの種類を制限しない場合における理論限界に近い効率を達成することができる量子もつれ生成システムを提供することを目的とする。本発明の量子もつれ生成システムは、送信装置と、伝送中に光パルスが受ける位相変化を相殺可能な透過率がTの伝送路と、受信装置とを備える。送信装置は量子ビットAと第1量子もつれ生成部とを備える。受信装置は量子ビットBと、第2量子もつれ生成部と、検出光生成部と、検出部と、判定部とを備える。第1量子もつれ生成部は、量子ビットAが0の状態に対応するコヒーレント光の振幅及び位相を表す複素数をα0、量子ビットAが1の状態に対応するコヒーレント光の振幅及び位相を表す複素数をα1として、量子ビットAと光パルスμの量子もつれ状態を生成して、光パルスμを伝送路透過率Tを通じて伝送する。伝送路を通過した光パルスを光パルスν1と呼ぶものとし、Eを環境系に漏れた光パルスの状態を表すものとすると、光パルスν1の伝送路通過後の環境系を含めた全系の状態は、となる。第2量子もつれ生成部は、量子ビットBが0の状態に対応するコヒーレント光の振幅及び位相を表す複素数をβ0、量子ビットBが1の状態に対応するコヒーレント光の振幅及び位相を表す複素数をβ1として、量子ビットBと光パルスν2の量子もつれ状態を生成する。検出光生成部は、光パルスν1と、光パルスν2とを入力とし、系全体の状態ただし、a:=|α0-α1|/2、b:=|β0-β1|/2をa≠bを充たす任意の実数とし、θ0、θ1、θp、θqを任意の実数とするを形成する光パルスν3、ν4を生成する。検出部は、光パルスν3の光子数に依存した値、および光パルスν4の光子数に依存した値を測定する。判定部は、光パルスν3と光パルスν4が有した光子数に差があるか否かを推定し、測定された光パルスν3の光子数に依存した値と光パルスν4の光子数に依存した値から光パルスν3と光パルスν4が有した光子数に差があると推定した場合には、量子もつれの共有が成功したと判定し、測定された光パルスν3の光子数に依存した値と、光パルスν4の光子数に依存した値から光パルスν3と光パルスν4が有した光子数に差がないと推定した場合には、量子もつれの共有が失敗したと判定する。<本発明の量子もつれ生成システムにおける理論限界>本発明のようなエラーの種類を制限しない場合の量子もつれ生成方式に対する一般的な理論限界の導出に着手したところ、方式の成功確率Psと生成される量子もつれのコンカレンス量子もつれの強度を表す指標の一つ、非特許文献1参照の平均値 ̄Cに対し、という理論限界図12iのグラフが存在することを突き止めるに至った。一方で、図2の量子もつれ生成システム9の成功確率Psと生成される量子もつれのコンカレンスの平均値 ̄Cは、と見積もられ図12iiiのグラフ、式13の理論限界と隔たりがあることがわかる。さらに既存の別の方式の効率図12ivとvと比べてみても、式13の理論限界図12iのグラフとの間にギャップが存在する。このような理論限界13と既存の方式の効率とのギャップは、生成される量子もつれのエラーの種類数に固執しなければ、これまで以上に効率的な量子もつれ生成方式が構築可能であることを示唆している。本発明の量子もつれ生成システムは、複数のエラーを含む量子もつれの生成を許容することで、実際に、既存の方式よりも効率的な量子もつれ生成方式を実現した。この方式は、ある種の量子非破壊測定が利用可能であれば理論限界13が達成可能であり、もし量子非破壊測定の役割を光子検出器で代用したとしても、理論限界13に近い効率図12iiのグラフを誇る。<本発明の量子もつれ生成システムの効果の検証>もし、式22’’’におけるパラメータaとbが等しくなるようにパラメータα0、α1、β0、β1を選んだ場合には、生成される量子もつれが有するエラーの種類は1種に制限され、これは図2の量子もつれ生成システム9と同様に動作する。本発明は、図2の量子もつれ生成システム9とは異なり、生成されるエラーの種類を制限しない、すなわちaとbを等しくとるという条件を課さないことによって、理論限界13に匹敵する効率を達成するシステムである。ここでは発明の効果をみるため、として議論する。例として、受信装置が検出部として、という射影演算子に対応する量子非破壊測定を利用したと仮定する。この場合、量子ビットAと受信装置の系Bν3ν4の間で量子もつれを生成するシステムとなり、この方式の効率は理論限界13図12iと一致する。また、受信装置が検出部として、光パルスν3と光パルスν4各々の光子数を、理想的な光子数識別検出器で測定すると仮定すれば、本発明の量子もつれ生成システムの成功確率Psはで表される。ここで、Iαは変形ベッセル関数を表す。また、成功した際に生成される量子もつれのコンカレンスの平均値 ̄Cは、と書ける。故に成功確率Psとコンカレンス ̄Cは、aとbで制御されることがわかる。ここでb=aとすれば、この方式が生成する量子もつれが有するエラーは1種となるだけでなく、この方式の効率は前述した既存の方式の効率[式14]と等しくなる。しかしながら、前述したシステム非特許文献5とは異なり、本方式にはパラメータbの自由度が残されており、それによって本方式の効率が前述のシステム非特許文献5を上回る。例えば、a、bの選び方として、所望の成功確率Pに対して、aとbはコンカレンス ̄Cが最大となるようにから決定することも可能である。例として、式25の効率、既存の方式の効率、そして理論限界[式13]を図12に例示した。図12は従来技術のコンカレンスと成功確率の関係と本発明におけるコンカレンスと成功確率の関係とを比較して示す図である。図12では、比較のため、伝送路は0.17dB/kmの光ファイバーに対応させ、その透過率Tをと定義し、θは0.01、そして各々の方式で利用されている検出器は全て理想的なものと仮定されている。横軸は方式の成功確率、縦軸は成功の際に生成される量子もつれのコンカレンスの平均値である。iはエラーの種類を制限しない場合の理論限界[式13]、iiは本発明の量子もつれ生成システムの効率[式25]、iiiは2つの検知光を用いる既存のシステム非特許文献5、6の効率[式14]、ivはホモダイン検波器と1つの検知光に基づく既存のシステム非特許文献2の効率、vは光子検出器と1つの検知光に基づく既存のシステム非特許文献3、4の効率をそれぞれ表す。グラフから、本発明の量子もつれ生成システムの効率は理論限界に非常に近いだけでなく、既存の全てのシステムの効率を上回ることが見て取れる。従って、本発明の量子もつれ生成システムは、既存のシステムが固執してきた生成された量子もつれのエラーへの制約を取り除くことで、量子もつれ生成の効率が向上することを示している。この計算では、検出部で用いられる光子検出器が理想的な光子数識別検出器であると仮定したが、一般的な光子検出器を用いたとしても本発明の量子もつれ生成システムは機能し、式22’’’にあるパラメータaとbによって本発明の量子もつれ生成システムの効率は制御される。このように、本量子もつれ生成システムによれば、エラーの種類を制限しないことにより、エラーの種類を制限しない場合における理論限界[式13]に近い効率を達成することができる。以下では、式22’’’を構成するための実施例を示す。以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。なお、本明細書では、送信装置、受信装置で利用する全てのデバイスが理想的に動作すると仮定して本発明システムの原理説明を進める。しかしながら、もし、あるシステムの送信装置と受信装置を理想化し、そのシステムの動作原理が以下で述べる本発明システムの動作原理と同等であると認められる場合は、そのシステムは本発明と同等であることに注意する。以下、図4、5を参照して実施例1に係る量子もつれ生成システムについて詳細に説明する。図4は本実施例の量子もつれ生成システム1の構成を示すブロック図である。図5は本実施例の量子もつれ生成システム1の動作を示すフローチャートである。本実施例の量子もつれ生成システム1は、送信装置10と、受信装置20と、伝送路100とを備える。送信装置10は、量子ビットA81と、第1相互作用部82と、第1変位演算部13と、第1スイッチ84とを備える。第1相互作用部82は、ビームスプリッタ82aを備える。第1変位演算部13は、ビームダンパー13aと、ビームスプリッタ13bと、ビームスプリッタ13cとを備える。受信装置20は、第2スイッチ91と、量子ビットB92と、第2相互作用部93と、第2変位演算部25と、検出光生成部94と、検出部96と、判定部97とを備える。第2相互作用部93は、ビームスプリッタ93aを備える。第2変位演算部25は、ビームダンパー25aと、ビームスプリッタ25bとを備える。検出光生成部94はビームスプリッタ94aを備える。検出部96は、光子検出器96aと、光子検出器96bとを備える。まず、送信装置10の量子ビットA81は、αをα≧0を充たす任意の実数、ζα=α2sinθ/2、Tを伝送路100の透過率として、に初期化されるS81。ここで、量子ビットA81は共振器に原子などを入れて実現され、量子ビットA81の初期化は、例えば、共振器中の原子のエネルギーギャップに相当する波長の光を照射することで実現される付録Aを参照。光の照射時間を変えることで、所望の状態を作ることができる。なお、本発明において上記の量子ビットの実現方法は一例にすぎないため、量子ビットの実現方法は上記に限定されない。また、初期化を実現する装置は本発明において本質的ではないため、詳細は省略する。第1相互作用部82は、量子ビットA81に対し、振幅及び位相がα/√Tで表される光パルスμを照射して、式4で表現されるユニタリー変換^Uを通じて、量子もつれ状態を生成するS82。光パルスのパラメータα/√Tは、ビームスプリッタ82aの反射率を調整することで実現できる。式4のユニタリー変換^Uは、例えば量子ビットA81を構成する共振器中の原子に対し、非共鳴な光パルスを照射する事で実現される。パラメータのθは、原子と入射した光パルスとの非共鳴度合い、相互作用強度時間に依存するが、この自由度は任意の値であっても以後の議論は成立する。ユニタリー変換^Uの出力状態として書いた式16は、相互作用が終了した量子ビットA81と相互作用後にこの共振器から出てきた光パルスμとで構成される合成系の数学的表現である。ユニタリー変換^Uの実現方法の例は、付録Bに与えた。第1変位演算部13は、前記光パルスμに、変位演算子を実現する変位演算器を作用させて、合成系の状態を形成する光パルスμを生成するS13。ここで、光パルスμとビームスプリッタ13cによって生成された強いレーザー光を非常に低い反射率のビームスプリッタ13bで混ぜると、変位演算子が施された光パルスμが得られる。従って、強いレーザー光を生成するビームスプリッタ13cと反射率の低いビームスプリッタ13bとを合わせて、ひとつの変位演算部とみなすことができる。なお、ビームダンパー13aは、不要な光を破棄することを目的とする。ここで、のパラメータである-α/√Tcosθ/2はビームスプリッタ13bに入射するレーザ光の強度を調整することで制御できる。次に、第1スイッチ84は、第1変位演算部13で生成された光パルスμと参照光LOとを伝送路100を通じて受信装置20に送信するS84。ここで、第1スイッチ84は、異なる経路からやって来る光パルスμと、参照光LOが、光ファイバー中で並走するようにパルスの経路を調整することができるものとする。伝送路100を通過した光パルスを光パルスν1と呼ぶものとし、Eを環境系に漏れた光パルスの状態を表すものとし、光パルスν1の伝送路100通過後の環境系を含めた全系の状態は、で表される。受信装置20の第2スイッチ91は、参照光LOと、光パルスν1とを送信装置10から受信するS91。量子ビットB92は、に初期化されるS92。なお、ステップS92は、ステップS81、S82、S13、S84、S91が実行される前、実行されている最中、実行された後のいずれのタイミングで実行してもよい。量子ビットB92の準備初期化は量子ビットA81と同様の方法で実現可能である。第2相互作用部93は、βをβ>αを充たす任意の実数とし、参照光LOから振幅及び位相がβで表される光パルスν2を生成して、量子ビットB92に対し、生成した光パルスν2を照射することで式4で表現されるユニタリー変換^Uを達成し、量子もつれ状態を生成するS93。ここで、光パルスν2のパラメータβはビームスプリッタ93aの反射率によって調整可能である。第2変位演算部25は、光パルスν2に、変位演算子を実現する変位演算器を作用させて、合成系の状態を形成する光パルスν2を生成するS25。第2変位演算部25では、第1変位演算部13で実行される変位演算と同様の原理で構成されている。ただし、第2変位演算部25のビームスプリッタ25bの反射率は非常に高く設定する必要があり、第1変位演算部13のビームスプリッタ13bの反射率とは異なる。しかしこれは本質的な差ではない。検出光生成部94は、光パルスν1と、光パルスν2とを入力とし、入力された光パルスν1と、光パルスν2に対し、で定義される50/50ビームスプリッタであるビームスプリッタ94aを作用させて光パルスν3と、光パルスν4とを生成するS94。ここで、式21の右辺は、ビームスプリッタ94aが出力する光パルスν3と、光パルスν4の状態を表す。また、50/50ビームスプリッタとは、反射率と透過率が各々50の特性を有するビームスプリッタを意味する。この操作によって、系全体の状態は、となる。これは、式22’’’に対応する状態である。検出部96は、光パルスν3の光子数に依存した値、および光パルスν4の光子数に依存した値を測定するS96。判定部97は、光パルスν3と光パルスν4が有した光子数に差があるか否かを推定し、測定された光パルスν3の光子数に依存した値と光パルスν4の光子数に依存した値から光パルスν3と光パルスν4が有した光子数に差があると推定した場合には、量子もつれの共有が成功したと判定し、測定された光パルスν3の光子数に依存した値と、光パルスν4の光子数に依存した値から光パルスν3と光パルスν4が有した光子数に差がないと推定した場合には、量子もつれの共有が失敗したと判定するS97。例えば、光子検出器96aは光パルスν3を、光子検出器96bは光パルスν4をそれぞれ測定し、判定部97が、光パルスν3と光パルスν4に存在する光子数に差がある場合に量子もつれの共有が成功したと判定することで実現可能である。このように、本実施例の量子もつれ生成システム1によって、式22の状態が構成され、これは、式22’’’と実質的に同じ状態である。故に、本量子もつれ生成システム1は、本発明の一つの実施例となっている。実施例1の量子もつれ生成システム1は送信装置10と受信装置20に各々一つずつ変位演算部第1変位演算部13、第2変位演算部25を備える構成であった。これら変位演算部の位置は可変であり、例えば、受信装置側に集約することも可能である。実施例2では、変位演算部を受信装置側に集約することにより、実施例1の効果に加えて、送信装置を従来技術の送信装置のまま変更することなく用いることができる量子もつれ生成システム2について、図6、7を参照して詳細に説明する。図6は本実施例の量子もつれ生成システム2の構成を示すブロック図である。図7は本実施例の量子もつれ生成システム2の動作を示すフローチャートである。本実施例の量子もつれ生成システム2は、送信装置80と、受信装置30と、伝送路100とを備える。送信装置80は、量子ビットA81と、第1相互作用部82と、第1スイッチ84とを備える。第1相互作用部82は、ビームスプリッタ82aを備える。受信装置30は、第2スイッチ91と、量子ビットB92と、第2相互作用部93と、検出光生成部94と、第2変位演算部38と、第1変位演算部95と、検出部96と、判定部97とを備える。第2相互作用部93は、ビームスプリッタ93aを備える。検出光生成部94はビームスプリッタ94aを備える。第2変位演算部38は、ビームスプリッタ38aと、ビームスプリッタ38bと、ビームダンパー38cとを備える。第1変位演算部95は、ビームダンパー95aと、ビームスプリッタ95bとを備える。検出部96は、光子検出器96aと、光子検出器96bとを備える。量子ビットA81は、αをα≧0、ζα=α2sinθ/2として、に初期化されるS81。第1相互作用部82は、量子ビットA81に対し、振幅及び位相がα/√TTを伝送路100の透過率とするで表される光パルスμを照射して、式4で実現されるユニタリー変換^Uを通じて、量子もつれ状態を生成するS82。第1スイッチ84は、光パルスμと参照光LOとを伝送路100を通じて受信装置30に送信するS84。伝送路100を通過した光パルスを光パルスν1と呼ぶものとし、Eを環境系に漏れた光パルスの状態を表すものとし、光パルスν1の伝送路100通過後の環境系を含めた全系の状態が、で表されるものとする。受信装置30の第2スイッチ91は、参照光LOと、光パルスν1とを送信装置80から受信するS91。量子ビットB92は、βをβ>αを充たす実数とし、に初期化されるS92。なお、ステップS92は、ステップS81、S82、S84、S91が実行される前、実行されている最中、実行された後のいずれのタイミングで実行してもよい。第2相互作用部93は、参照光LOから振幅及び位相がβで表される光パルスν2を生成して、量子ビットB92に対し、生成した光パルスν2を照射して、量子もつれ状態を生成するS93。検出光生成部94は、光パルスν1と、前記光パルスν2とを入力とし、系全体の状態を形成する光パルスν3、ν4を生成するS94。実施例1と同様に、検出光生成部94は、式21で定義される50/50ビームスプリッタ94aにより実現される。第2変位演算部38は、光パルスν3に、変位演算子を実現する変位演算器ビームスプリッタ38a、ビームスプリッタ38b、ビームダンパー38cで実現されるを作用させて光パルスν5を形成するS38。第1変位演算部95は、光パルスν4に、変位演算子を実現する変位演算器ビームダンパー95a、ビームスプリッタ95bで実現されるを作用させて光パルスν6を形成するS95。光パルスν5および光パルスν6形成後の系全体の状態は、で表されるものとする。これは、式22’’’に対応する状態である。次に、検出部96は、光パルスν5の光子数に依存した値、および光パルスν6の光子数に依存した値を測定するS96。判定部97は、光パルスν5と光パルスν6が有した光子数に差があるか否かを推定し、測定された光パルスν5の光子数に依存した値と光パルスν6の光子数に依存した値から光パルスν5と光パルスν6が有した光子数に差があると推定した場合には、量子もつれの共有が成功したと判定し、測定された光パルスν5の光子数に依存した値と、光パルスν6の光子数に依存した値から光パルスν5と光パルスν6が有した光子数に差がないと推定した場合には、量子もつれの共有が失敗したと判定するS97。このように、本実施例の量子もつれ生成システム2によれば、実施例1の効果に加えて、変位演算機能を受信装置30側に集約したため、従来の送信装置80をそのまま使用しても、エラーを制限しない場合の理論限界に近い効率の量子もつれ生成を実現できる。実施例1の量子もつれ生成システム1においては、送信装置10及び受信装置20のそれぞれが変位演算機能を備え、実施例2の量子もつれ生成システム2においては、変位演算機能を受信装置30側に集約した。しかしながら前述したように本発明の本質は、式22’’’で表現される量子もつれ状態を準備することであり、変位演算等が何処で行われるかは重要な問題でない。従って、本発明の目的を達成することが可能な変位演算機能の構成パターンは、実施例1、2に限らず他にもいくつかのパターンが考えられる。そこで、実施例3、および後述する実施例4では、これらの変位演算機能の構成パターン等の全ての上位概念として、本発明の目的を達成するために必要となる要素を抽象化して構成したシステムの例について説明する。まず、量子もつれ生成システム3について、図8、図9を用いて詳細に説明する。図8は本実施例の量子もつれ生成システム3の構成を示すブロック図である。図9は本実施例の量子もつれ生成システム3の動作を示すフローチャートである。本実施例の量子もつれ生成システム3は、送信装置40と、受信装置50と、伝送路100とを備える。送信装置40は、量子ビットA41と、第1相互作用部42と、第1スイッチ44とを備える。受信装置50は、第2スイッチ51と、量子ビットB52と、第2相互作用部53と、検出光生成部54と、検出部56と、判定部57とを備える。第1相互作用部42、第2相互作用部53、検出光生成部54は、光を生成する機構、ビームスプリッタ、シューター等で実現可能であるものとし、各構成部が後述する変換式を各々実行できる機能を備えていればどんな構成でも良いものとする。また、検出部56は実施例1、2で説明したように任意の光子検出器で実現可能である。まず、量子ビットA41は、に初期化されるS41。第1相互作用部42は、量子ビットA41に対し、光パルスμを照射して、量子ビットA41が0の状態に対応するコヒーレント光の振幅及び位相を表す複素数をα0、量子ビットA41が1の状態に対応するコヒーレント光の振幅及び位相を表す複素数をα1として、量子もつれ状態を生成するS42。第1スイッチ44は、Tを伝送路100の透過率とし、量子もつれ状態を形成する光パルスμと参照光LOとを伝送路100を通じて受信装置50に送信するS44。伝送路100を通過した光パルスを光パルスν1と呼ぶものとし、Eを環境系に漏れた光パルスの状態を表すものとし、光パルスν1の伝送路100通過後の環境系を含めた全系の状態が、で表されるものとする。受信装置50の第2スイッチ51は、参照光LOと、光パルスν1とを送信装置40から受信するS51。量子ビットB52は、に自身を初期化するS52。なお、ステップS52は、ステップS41、S42、S44、S51が実行される前、実行されている最中、実行された後のいずれのタイミングで実行してもよい。第2相互作用部53は、参照光LOから光パルスν2を生成して、量子ビットB52に対し、生成した光パルスν2を照射して、量子ビットB52が0の状態に対応するコヒーレント光の振幅及び位相を表す複素数をβ0、量子ビットB52が1の状態に対応するコヒーレント光の振幅及び位相を表す複素数をβ1として、量子もつれ状態を生成するS53。検出光生成部54は、光パルスν1と、光パルスν2とを入力とし、系全体の状態ただし、a:=|α0-α1|/2、b:=|β0-β1|/2をa≠bを充たす任意の実数とし、θ0、θ1、θp、θqを任意の実数とするを形成する光パルスν3、ν4を生成するS54。検出部56は、光パルスν3の光子数に依存した値、および光パルスν4の光子数に依存した値を測定するS56。判定部57は、光パルスν3と光パルスν4が有した光子数に差があるか否かを推定し、測定された光パルスν3の光子数に依存した値と光パルスν4の光子数に依存した値から光パルスν3と光パルスν4が有した光子数に差があると推定した場合には、量子もつれの共有が成功したと判定し、測定された光パルスν3の光子数に依存した値と、光パルスν4の光子数に依存した値から光パルスν3と光パルスν4が有した光子数に差がないと推定した場合には、量子もつれの共有が失敗したと判定するS57。ここで、示した方法は、実施例1、2の上位概念に相当する。また、式22’’’でa≠bとおくことが、生成される量子もつれのエラーの種類を制限しないことに繋がり、結果的に本実施例は、理論限界13に近い効率を達成可能な方式となる。第1量子もつれ生成部65は、量子ビットA41が0の状態に対応するコヒーレント光の振幅及び位相を表す複素数をα0、量子ビットA41が1の状態に対応するコヒーレント光の振幅及び位相を表す複素数をα1として、量子ビットA41と光パルスμの量子もつれ状態を生成して、光パルスμを伝送路110透過率Tを通じて伝送するS65。伝送路110を通過した光パルスを光パルスν1と呼ぶものとし、Eを環境系に漏れた光パルスの状態を表すものとすると、光パルスν1の伝送路110通過後の環境系を含めた全系の状態は、となる。第2量子もつれ生成部79は、量子ビットB52が0の状態に対応するコヒーレント光の振幅及び位相を表す複素数をβ0、量子ビットB52が1の状態に対応するコヒーレント光の振幅及び位相を表す複素数をβ1として、量子ビットB52と光パルスν2の量子もつれ状態を生成するS79。なお、ステップS79は、ステップS65が実行される前、実行されている最中、実行された後のいずれのタイミングで実行してもよい。検出光生成部54は、光パルスν1と、光パルスν2とを入力とし、系全体の状態ただし、a:=|α0-α1|/2、b:=|β0-β1|/2をa≠bを充たす任意の実数とし、θ0、θ1、θp、θqを任意の実数とするを形成する光パルスν3、ν4を生成するS54。検出部56は、光パルスν3の光子数に依存した値、および光パルスν4の光子数に依存した値を測定するS56。判定部57は、測定された光パルスν3の光子数に依存した値と光パルスν4の光子数に依存した値から光パルスν3と光パルスν4が有した光子数に差があると推測される場合には、量子もつれの共有が成功したと判定し、測定された光パルスν3の光子数に依存した値と、光パルスν4の光子数に依存した値から光パルスν3と光パルスν4が有した光子数に差がないと推測される場合には、量子もつれの共有が失敗したと判定するS57。ここで、示した方法は、実施例1、2、3の上位概念に相当する。また、式22’’’でa≠bとおくことが、生成される量子もつれのエラーの種類を制限しないことに繋がり、結果的に本実施例は、理論限界13に近い効率を達成可能な方式となる。<付録A:量子ビット>量子ビットとは、二つの異なる状態{|0,|1}をとり、一般には重ね合わせ状態をとる。ただし、α、βは|α|2|β|2=1を充たす複素数である。基本的には量子ビットに対して初期化、1量子ビットユニタリー演算、測定の3つの操作が実現可能であることが要請される。初期化とは、式26の複素係数α、βを自由に選べる能力をいう。ユニタリー演算は、3次元単位ベクトルnx,ny,nzとパウリ演算子を用いて、と書かれ、状態をへ変換する。また、測定は量子ビットが|0か|1の状態にあるかを判定する。例えば、式26にある状態に対して測定を行えば、確率|α|2で|0、確率|β|2で|1という状態にあると判定される。このような量子ビットの例は、様々なものが存在する。例えば単一光子、超伝導量子ビット、量子ドット、ダイヤモンド中のNV中心、原子、イオン等は量子ビットとして利用できる。そして、各々の物理系ごとに具体的な初期化、1量子ビットユニタリー演算、測定の実現方法は異なる。例えば、原子のエネルギー固有状態{|e,|g}を量子ビットの{|0,|1}に対応させる場合には、これらの基本操作が適当な周波数のレーザー光を適当な時間だけ原子に照射することによって実現可能であることが知られている。<付録B:相互作用^Uの実現方法の例>ここでは、^Uを実現する方法の例について述べる。ある2準位系例えば単一原子のエネルギー固有状態{|e,|g}を量子ビットの{|0,|1}に対応させることにする。相互作用^Uを得るための仮定は、12準位系と光との相互作用が、Jaynes-Cummingsハミルトニアンω:光の振動数、-hω:二準位系のエネルギー差、Ω:ラビ振動数、^σ:=|ge|、^σ-:=|eg|、^a:光の消滅演算子で記述されること2非共鳴な|ω-ω’|≫Ωレーザー光を照射することの2点である。仮定1は、超伝導量子ビット、量子ドット、ダイヤモンド中のNV中心、原子、イオン等のほとんど全ての物理系で満足される。また、仮定2は要請される条件を充たすレーザーを準備すればよい。このとき、式4に現れるθは、相互作用時間をtとすれば、で決定される。量子ドット等の典型的な物理系では、θ~0.01が達成可能だと予想されている非特許文献2参照。"