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公開番号2025126852
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-29
出願番号2024023284
出願日2024-02-19
発明の名称単一光子生成装置、及び単一光子生成方法
出願人NTT株式会社
代理人弁理士法人ITOH,個人,個人,個人
主分類H01S 3/00 20060101AFI20250822BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】共振器を用いて単一光子生成を行う際に、生成される単一光子が混合状態になる割合を低くする。
【解決手段】単一光子生成装置は、第1基底準位、第1励起準位、第2基底準位、及び第2励起準位を持つ4準位原子をトラップした共振器を備え、前記第1基底準位と前記第2励起準位との間の遷移と結合している第1レーザー光と、前記第1励起準位と前記第2励起準位との間の遷移と結合している第2レーザー光とを、前記4準位原子に照射することにより、単一光子生成を行うように構成される。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
第１基底準位、第１励起準位、第２基底準位、及び第２励起準位を持つ４準位原子をトラップした共振器を備え、
前記第１基底準位と前記第２励起準位との間の遷移と結合している第１レーザー光と、前記第１励起準位と前記第２励起準位との間の遷移と結合している第２レーザー光とを、前記４準位原子に照射することにより、単一光子生成を行うように構成された
単一光子生成装置。
続きを表示（約 430 文字）【請求項２】
前記４準位原子の状態が、前記第１基底準位から前記第２基底準位に遷移することにより、前記単一光子生成が行われる
請求項１に記載の単一光子生成装置。
【請求項３】
前記第１励起準位と前記第２励起準位との間の遷移と、前記第２レーザー光との間の結合定数を大きくすることにより、混合状態の単一光子が生成される割合を低くするようにした
請求項１又は２に記載の単一光子生成装置。
【請求項４】
第１基底準位、第１励起準位、第２基底準位、及び第２励起準位を持つ４準位原子をトラップした共振器を備える単一光子生成装置における単一光子生成方法であって、
前記第１基底準位と前記第２励起準位との間の遷移と結合している第１レーザー光と、前記第１励起準位と前記第２励起準位との間の遷移と結合している第２レーザー光とを、前記４準位原子に照射することにより、単一光子生成を行う
単一光子生成方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、単一光子状態の生成（以後単一光子生成と呼ぶ）に関連するものである。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
単一光子生成は、光を利用した量子通信や量子暗号、量子計算において光の量子性を最大限引き出すために不可欠な要素の１つである。単一光子生成を行うための１つの手法として、共振器量子電磁力学（QED: quantum electrodynamics）を利用する方法がある。この方法では、共振器中にトラップされた原子が励起状態から基底状態に遷移するときに単一光子が共振器に放出され、さらに共振器に接続された導波路に光子を取り出すことで、導波路上にコヒーレントな単一光子のパルスを生成できる。
【０００３】
共振器を用いて単一光子生成を行う方法の中でも、原子中の３つのエネルギー準位（３準位原子と呼ぶ）を用いる方法は、単一光子のパルス形状を整形することが可能なため、有望な単一光子生成手法として期待されている。この方法は例えば非特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
G. S. Vasilev, D. Ljunggren, and A. Kuhn, "Single photons made-to-measure", New J. Phys. 12, 063024 (2010).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、３準位原子による単一光子生成では、単一光子状態が純粋状態でなく混合状態になってしまい、量子的なコヒーレンスが悪化するという問題がある。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、共振器を用いて単一光子生成を行う際に、生成される単一光子が混合状態になる割合を低くするための技術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】
【０００７】
開示の技術によれば、第１基底準位、第１励起準位、第２基底準位、及び第２励起準位を持つ４準位原子をトラップした共振器を備え、
前記第１基底準位と前記第２励起準位との間の遷移と結合している第１レーザー光と、前記第１励起準位と前記第２励起準位との間の遷移と結合している第２レーザー光とを、前記４準位原子に照射することにより、単一光子生成を行うように構成された
単一光子生成装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
開示の技術によれば、共振器を用いて単一光子生成を行う際に、生成される単一光子が混合状態になる割合を低くすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
３準位原子を用いた単一光子生成を示す図である。
４準位原子を用いた単一光子生成を示す図である。
量子計算システム３００の構成図である。
コンピュータのハードウェア構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態（本実施の形態）を説明する。以下で説明する実施の形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施の形態は、以下の実施の形態に限られるわけではない。
（【００１１】以降は省略されています）

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