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公開番号2025116567
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-08
出願番号2024011061
出願日2024-01-29
発明の名称量子もつれ光子対生成装置
出願人LQUOM株式会社,国立大学法人横浜国立大学
代理人弁理士法人 HARAKENZO WORLD PATENT & TRADEMARK
主分類G02F 1/37 20060101AFI20250801BHJP(光学)
要約【課題】多様な量子メモリー、励起レーザの利用が容易な量子もつれ光子対生成装置を提供する。
【解決手段】量子もつれ光子対生成装置(1)は、第1の波長(λ1)のレーザ光を出射する第1のレーザ光源(21)と、第2の波長(λ2)のレーザ光を出射する第2のレーザ光源(22)と、第1及び第2のレーザ光源から出射されるレーザ光から、光和周波発生によって、波長変換光を生成する波長変換素子(23)と、波長変換光から量子もつれ光子対を生成する非線形光学素子(31)と、量子もつれ光子対を周回させ、周回させた量子もつれ光子対を出射させる共振器(32)と、を備える。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
第１の波長の第１のレーザ光を出射する第１のレーザ光源と、
前記第１の波長と異なる第２の波長の第２のレーザ光を出射する第２のレーザ光源と、
前記第１及び第２のレーザ光源からそれぞれ出射される第１及び第２のレーザ光から、光和周波発生によって、前記第１及び第２の波長の何れとも異なる第３の波長を有する、波長変換光を生成する波長変換素子と、
前記波長変換素子によって生成される波長変換光から量子もつれ光子対を生成する非線形光学素子と、
前記非線形光学素子によって生成された量子もつれ光子対を周回させ、周回させた前記量子もつれ光子対を出射させる共振器と、
を備える量子もつれ光子対生成装置。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記第１の波長を含む吸収波長帯を有する気体が封入され、前記第１のレーザ光源から出射される第１のレーザ光の周波数を安定化させる第１の安定化気体セルと、
前記第２の波長を含む吸収波長帯を有する気体が封入され、前記第２のレーザ光源から出射される第２のレーザ光の波長を安定化させる第２の安定化気体セルと、
を備える、請求項１に記載の量子もつれ光子対生成装置。
【請求項３】
前記第１の波長、及び、前記第２の波長の双方を含む吸収波長帯を有する気体が封入され、前記第１のレーザ光源から出射される第１のレーザ光、及び、前記第２のレーザ光源から出射される第２のレーザ光、双方の波長を安定化させる第３の周波数安定化気体セル、を備える、請求項１に記載の量子もつれ光子対生成装置。
【請求項４】
前記第３の周波数安定化気体セル内を通過する前記第１及び第２のレーザ光の間隔が、前記第１及び第２のレーザ光のビーム半径の２．０倍以上である、請求項３に記載の量子もつれ光子対生成装置。
【請求項５】
前記第３の周波数安定化気体セルから出射される前記第１及び第２のレーザ光を通過させる光学フィルタを備え、
前記光学フィルタは、前記第１の波長の光を通過し、前記第２の波長の光を遮断する第１の領域と、前記第２の波長の光を通過し、前記第１の波長の光を遮断する第２の領域と、を有する、請求項３に記載の量子もつれ光子対生成装置。
【請求項６】
前記第１及び第２のレーザ光源からそれぞれ出射される第１及び第２のレーザ光を合波させて合波光を出射する合波素子、を備え、
前記波長変換素子は、前記合波素子から出射される合波光から前記波長変換光を生成する、請求項１に記載の量子もつれ光子対生成装置。
【請求項７】
前記非線形光学素子は、前記共振器内に配置され、
前記量子もつれ光子対生成装置は、前記合波素子から出射される合波光を、前記共振器を介して、前記非線形光学素子に入射させる光入力部、を備え、
前記非線形光学素子は、前記光入力部によって入射された波長変換光から前記量子もつれ光子対を生成する、請求項６に記載の量子もつれ光子対生成装置。
【請求項８】
前記第１及び第２の周波数安定化気体セルに封入される気体はセシウムであり、
前記第１及び第２の波長は、それぞれ８９４．５９３［ｎｍ］（光周波数：３３５．１１６テラヘルツ）、８５２．３４７［ｎｍ］（光周波数：３５１．７２６テラヘルツ）である、請求項２に記載の量子もつれ光子対生成装置。
【請求項９】
前記第３の周波数安定化気体セルに封入される気体はセシウムであり、
前記第１及び第２の波長は、それぞれ８９４．５９３［ｎｍ］（光周波数：３３５．１１６テラヘルツ）、８５２．３４７［ｎｍ］（光周波数：３５１．７２６テラヘルツ）である、請求項３に記載の量子もつれ光子対生成装置。
【請求項１０】
前記量子もつれ光子対の一方の光子の波長は、６０５．９７７［ｎｍ］（光周波数：４９４．７２６テラヘルツ）であり、
前記量子もつれ光子対の他方の光子の波長は、１５６０．４７６［ｎｍ］（光周波数：１９２．１１６テラヘルツ）である、請求項１～９のいずれか１項に記載の量子もつれ光子対生成装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、量子もつれ光子対を生成する量子もつれ光子対生成装置に関し、特に量子中継器を用いた長距離量子通信に利用される量子もつれ光子対生成装置に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
量子通信は、量子もつれ光子対を用いた通信技術である。量子通信は、インターネット通信や独自のネットワークを用いた通信等において、特に高度な情報セキュリティの担保が必要な暗号通信等への適用が期待される。一例として、暗号通信において乱数ビット列である暗号鍵の生成・共有や、クラウド量子計算への応用が可能である。現在の通信において用いられる暗号化技術は、暗号の解読に膨大な計算が必要であるため実質的に解読が不可能という意味において安全性を有している（計算量的安全性と呼ばれる）。一方、量子通信を用いた暗号化技術は、より完全な情報セキュリティを保証することができる。
【０００３】
量子通信では、ネットワークを構成するノード間を繋ぐ光ファイバでの伝送損失及びデコヒーレンスによって、光ファイバ中を伝搬する量子もつれ光子が指数関数的に減衰するため、通信距離に制約があった。このため、量子通信においてノード間を中継する量子中継技術の開発が進められている（例えば、非特許文献１）。非特許文献１は、量子メモリーを用いる量子中継の技術を開示する。
【０００４】
特許文献１は、光第２高調波発生（ＳＨＧ：Second Harmonic Generation）を用いて、励起レーザの２倍の光周波数を有するＳＨＧ光を発生させ、量子もつれ光子対（シグナル光子、アイドラー光子）を発生する技術を開示する。特許文献１記載の技術を非特許文献１記載の量子通信システムに適用すると、少なくとも光ファイバ中を伝搬させる側の光子（アイドラー光子）の光周波数は、通信波長帯に対応することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１９－０３５８９２号公報
【非特許文献】
【０００６】
L-M.Duan,M.D.Lukin,J.I.Cirac and P.Zoller ,"Long-distance quantum communication with atomic ensembles and linear optics",NATURE,Macmillan Magazines Ltd,2001年11月22日,Vol.414,p.413‐418.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の技術では、シグナル光子とアイドラー光子の光周波数の和は、励起レーザの光周波数の２倍に制限される。この結果、量子メモリー、通信波長帯、及び、励起レーザの波長が制約を受けることになる。
【０００８】
本発明の一態様は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、多様な量子メモリー、励起レーザの利用が容易な量子もつれ光子対生成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る量子もつれ光子対生成装置は、第１の波長の第１のレーザ光を出射する第１のレーザ光源と、前記第１の波長と異なる第２の波長の第２のレーザ光を出射する第２のレーザ光源と、前記第１及び第２のレーザ光源からそれぞれ出射される第１及び第２のレーザ光から、光和周波発生によって、前記第１及び第２の波長の何れとも異なる第３の波長を有する、波長変換光を生成する波長変換素子と、前記波長変換素子によって生成される波長変換光から量子もつれ光子対を生成する非線形光学素子と、前記非線形光学素子によって生成された量子もつれ光子対を周回させ、周回させた前記量子もつれ光子対を出射させる共振器と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様によれば、多様な量子メモリー、励起レーザの利用が容易な量子もつれ光子対生成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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