JP4030352B2 - Quantum correlation photon pair amplifier - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、量子相関光子対増幅装置に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、パラメトリック蛍光発生・増幅が行われるパラメトリック結晶から発生する量子相関光子対を高効率に増幅することが可能な量子相関光子対増幅装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術とその課題】
近年、インターネットの普及に伴い、従来の暗号システムに比べてより安全性が高いと言われている、量子力学の原理を用いた暗号システムである量子暗号通信システムが注目されており、また量子暗号システムと同様に量子力学の原理を用いた量子テレポーテーションも注目されているが、それら量子暗号通信システムや量子テレポーテーションなどには量子相関状態にある量子相関光子対が用いられている。
【0003】
量子相関光子対の生成方法としては、以下に示すような入射励起光(ωp)に対してパラメトリック下方変換を行うことによって同時に発生するシグナル・アイドラー光(ωs、ω)を利用する方法が知られている。なお“パラメトリック結晶”とは、パラメトリック蛍光発生・増幅を行う二次の非線形結晶のことを示す。
【0004】
パラメトリック蛍光発生・増幅が行われるパラメトリック結晶に励起光(周波数ωp、波数Kp)を入射したとき、パラメトリック結晶におけるパラメトリック下方変換過程によって、入射した励起光よりもエネルギーが低い2つの光子対(シグナル(ωs、Ks)、アイドラー(ω、K))が同時に発生する。この光子対は同時にパラメトリック結晶から放出され、常に周波数、波数、偏光に相関を持つように発生する(ωp=ωs+ω、Kp=Ks+Ki;位相整合条件)。このように発生した量子相関光子対はスクイーズド状態やもつれ合い状態の発生の研究にさかんに用いられているが、従来の量子相関光子対の生成方法ではパラメトリック結晶による下方変換過程の効率は非常に小さく、極めて微弱な量子相関光子対しか得ることができていない。
【0005】
実際、このような量子相関光子対を用いてもつれ合った光子対を作製し、量子テレポーテーション等の実験が行われているが、光源である量子相関光子対の発生効率が非常に低いので、量子テレポーテーションの成功の確認を行うために10時間から数日程度の膨大な実験時間が必要になっている。また、加工技術への応用について考えた場合、光密度が低すぎるため加工を行うことは困難であり、量子相関光子対の光密度を高める方法が強く求められている。
【0006】
なお、従来のパラメトリック増幅器、発振器等によって励起光に対して2つの光子対(シグナル・アイドラー光)を増幅、発振させることは可能であるが、一般的に共振器構造として線形共振器が採用されており、各々発生したシグナル・アイドラー光は別々の光路を通って増幅される。あるいは、シグナル・アイドラー光のどちらか一方のみを増幅している。このため、従来の市販装置ではシグナル光とアイドラー光を同時に増幅することが考慮されていない。
【0007】
上記のような状況の中で、量子相関光子対を同時に増幅して用いるといった発想はいくつか提案されており、たとえばA.Lamas-Linaresらの研究では(Nature 412,887(2001)に掲載)、図2に示しているように、励起光パルス(40)をパラメトリック結晶(41)に入射し、発生した量子相関光子対(42A)、(42B)が同じ光路を逆方向に進み、それらをミラー(43A)、(43B)で反射させることによって再度パラメトリック結晶(41)に同時に入射させ、また励起光パルス(40)の折り返しのタイミングを計るため励起光折り返し用ミラー(44)の位置を調整し、折り返された励起光パルス(40)と光路を進んだ量子相関光子対(42A)、(42B)とを同時にパラメトリック結晶に再入射させることによって量子相関光子対の増幅に成功している。なお、増幅された光子対は、パラメトリック結晶(40)において複屈折された光子対の光路を補正するための別のパラメトリック結晶(45A)、(45B)と偏光ビームスプリッター(46A)、(46B)およびフィルター(47A)、(47B)、(47C)、(47D)を通り、アバランシェフォトダイオード(48A)、(48B)、(48C)、(48D)で検出される。また(49)は1/2波長板である。
【0008】
しかしながら上記の方法においては1パスによる増幅を行っているのみであるため、十分な強度の量子相関光子対を得るには至っていない。
【0009】
そこで、この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を解消し、パラメトリック結晶から発生する量子相関光子対を高効率に増幅することが可能な量子相関光子対増幅装置を提供することを課題としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、まず第1には、量子相関光子対発生用のパラメトリック蛍光発生およびパラメトリック蛍光増幅が行われるパラメトリック結晶、励起光折返し用ミラー、量子相関光子対反射用ミラー、変調器および光学遅延回路を有し、パラメトリック結晶にレーザー励起された励起光が入射された際にパラメトリック結晶によって発生した量子相関光子対の光路が8字型となるように、パラメトリック結晶、励起光折返し用ミラー、量子相関光子対反射用ミラー、変調器および光学遅延回路が配置され、パラメトリック結晶によって発生した量子相関光子対を同時にパラメトリック結晶にフィードバックさせるとともに、励起光折返し用ミラーの位置調整を行うことによって、光路を進んだ量子相関光子対と励起光折返し用ミラーで折り返された励起光を同時にパラメトリック結晶に入射させ、かつ、光学遅延回路により量子相関光子対の光路長を調整することによって、光路を進んだ量子相関光子対と別の新たな励起光を同時にパラメトリック結晶に入射させることを特徴とする量子相関光子対増幅装置を提供する。
【0011】
第2には、この出願の発明は、第1の発明において、励起光が励起光パルスであることを特徴とする量子相関光子対増幅装置を提供する。
【0012】
第3には、第1または第2の発明において、変調器と発生した量子相関光子対の同期をとることによって変調器より量子相関光子対を外部に取り出すことを特徴とする量子相関光子対増幅装置を提供する。
【0015】
【発明の実施の形態】
この出願の発明の量子相関光子対増幅装置は、量子相関光子対発生用のパラメトリック蛍光発生およびパラメトリック蛍光増幅が行われるパラメトリック結晶(非線形結晶)、励起光折返し用ミラー、量子相関光子対反射用ミラー、変調器および光学遅延回路を有し、パラメトリック結晶に、レーザー励起された励起光が入射された際にパラメトリック結晶によって発生した量子相関光子対の光路が8字型となるように、パラメトリック結晶、励起光折返し用ミラー、量子相関光子対反射用ミラー、変調器および光学遅延回路が配置された共振器構造をなしている。なお、上記のパラメトリック結晶、量子相関光子対反射用ミラー等は8字型の2つの環状の光路が同じ大きさ、すなわちパラメトリック結晶を挟んで対称となるように配置されている。
【0016】
また、励起光はパルスレーザーなどから発振された励起光パルスを用いることができる。このとき、パラメトリック結晶のパラメトリック蛍光への変換効率が非常に低いため、高強度なレーザーが必要となる。また、同時に位相整合条件を満たすことが必要であるため、通常のレーザー励起に用いられているようなフラッシュランプや電流注入による励起は利用できない。
【0017】
この出願の発明の量子相関光子対増幅装置は上記のような構造であることから、パラメトリック結晶より発生した量子相関光子対が同一の光路を逆向きに通り、同時にパラメトリック結晶にフィードバックされる。その結果、同時に発生した量子相関光子対を、量子相関を崩さずに増幅することが可能となり、高効率に量子相関光子対を得ることができる。
【0018】
またこの出願の発明の量子相関光子対増幅装置は、励起光折返し用ミラーの位置調整を行うことによってパラメトリック結晶を通過した励起光の光路長を調整することができるため、励起光折返し用ミラーで折り返された励起光とパラメトリック結晶によって発生し光路を進んだ量子相関光子対を同時にパラメトリック結晶に入射させることができ、そのためフィードバックされた量子相関光子対は同時に誘導放出を起こし、量子相関を保ったまま量子相関光子対を増幅することが可能となる。
【0019】
また、量子相関光子対の光路の途中に挿入した光学遅延回路により量子相関光子対の光路長を調整することによって、光路を進んだ量子相関光子対と別の新たな励起光を同時にパラメトリック結晶に入射させることができる。
【0020】
さらに量子相関光子対増幅装置内において、変調器と発生した量子相関光子対の同期をとることによって変調器より量子相関光子対をあるタイミングで外部に取り出すことが可能となる。このとき、たとえばパラメトリック結晶で発生した量子相関光子対が最初に反射される2つの量子相関光子対反射用ミラーの間の中点の位置のように、量子相関光子対の進んだ距離が等しくなる対称な位置に変調器を配置する。
【0021】
ところで、量子相関光子対の状態は非常に破壊されやすい。たとえば、量子相関の状態にある光子対の片方の光子が吸収されるとその時点で量子相関は無くなってしまう。とくに共振器中ではほんのわずかな吸収や散乱等の損失も非常に大きく増幅されてしまう。たとえば、透過率99%の共振器中を光子が行ったり来たりする場合を考えたとき、1000回光子が行ったり来たりする確率は0.991000〜0%となる。つまり、とくに共振器中ではほんのわずかな損失でも量子相関光子対を破壊してしまうのである。したがって、共振器を構成する部品、たとえばミラー等の反射率やレンズ、結晶、変調器などの透過率には細心の注意を払って損失を回避することが重要となる。
【0022】
次にこの出願の発明の量子相関光子対増幅装置の具体的な構成を示す。
【0023】
たとえば、図1に示しているように、量子相関光子対増幅装置(1)において、パルスレーザーから発振された励起光パルス(周波数2ω)(2)によって励起されたパラメトリック結晶(3)により量子相関光子対(周波数ω)(4A)、(4B)が発生する。発生した量子相関光子対(4A)、(4B)は位相整合条件を満たす光路a、bに射出され、4つの量子相関光子対反射ミラー(5A)、(5B)、(5C)、(5D)によって反射させることによって8字型に進む。なお、8字型の2つの環状の光路がパラメトリック結晶を挟んで対称となるようにパラメトリック結晶(3)、量子相関光子対反射ミラー(5A)、(5B)、(5C)、(5D)等が配置されている。
【0024】
このとき、変調器(6)はOFFの状態になっており、出射した量子相関光子対(4A)、(4B)に作用しない。量子相関光子対(4A)、(4B)は同一光路を逆向きに通過しているため、再度同じタイミングでパラメトリック結晶(3)に入射する。また、一度パラメトリック結晶(3)を通過した励起光パルス(2)が励起光パルス折返し用ミラー(7)によって折り返される。なお、この励起光パルス折返し用ミラー(7)によって折り返された励起光パルス(2)が量子相関光子対(4A)、(4B)と同時にパラメトリック結晶(3)に入射するように励起光パルス折返し用ミラー(7)の位置(M1)が調整されている。
【0025】
その結果再入射した量子相関光子対(4A)、(4B)と励起光パルス折返し用ミラー(7)で折り返された励起光パルス(2)は同時に増幅され、今度は光路c、dに射出される。光路c、dとも変調器(6)がないのみで光路a,bと同じである。光路c、dによって同一光路で逆向きにフィードバックされた量子相関光子対(4A)、(4B)はパラメトリック結晶(3)に再入射し、さらに増幅される。
【0026】
このとき2つ目の入射励起光パルス(2)と同時にパラメトリック結晶(3)に入射するように量子相関光子対(4A)、(4B)の光路長を光路の途中に挿入した光学遅延回路(8)で調整する。増幅した量子相関光子対(4A)、(4B)をあるタイミングで取り出す場合、量子相関光子対(4A)、(4B)が変調器(6)を通過するタイミングにあわせて変調器(6)をON状態にし、量子相関光子対(4A)、(4B)を外部に取り出すことができる。このようにすることによって、量子相関光子対(4A)、(4B)を高効率で増幅し取り出すことができるのである。
【0027】
この出願の発明の量子相関光子対増幅装置の応用としては、これまで非常に微弱なもつれ合った光子対を用いた検証実験しか行われていない量子情報処理技術の飛躍的な発展に寄与することが期待できる。たとえば、この出力される量子相関光子対ビームを無偏光ビームスプリッター(50%反射率)の二面より入射、干渉させることによって簡単にもつれ合った量子相関光子対を作製することができる。作製に使用する量子相関光子対が高強度であるため、得られるもつれ合った量子相関光子対も従来手法に比べて非常に高効率になることが期待できる。
【0028】
また、それら情報処理技術の実際の応用の際には欠くことのできない基幹技術として利用されると考えられる。さらには量子的な効果を用いたナノ加工技術への応用も考えられ、使用する加工レーザー光源の回折限界をはるかに越えたナノ加工の実験も期待できる。
【0029】
以下、添付した図面に沿って実施例を示し、この出願の発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、この発明は以下の例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。
【0030】
【実施例】
図1に示すこの出願の発明の量子相関光子対増幅装置(1)を用いて、この量子相関光子対増幅装置(1)の光子対の増幅率を測定した。
【0031】
なお、量子相関光子対増幅装置(1)において、励起光パルス(周波数2ω)(2)によって励起されたパラメトリック結晶(3)により量子相関光子対(周波数ω)(4A)、(4B)を発生させた。発生した量子相関光子対(4A)、(4B)は位相整合条件を満たす光路a、bに射出され、4つの量子相関光子対反射ミラー(5A)、(5B)、(5C)、(5D)によって反射させることによって8字型に進む。はじめに量子相関光子対(4A)、(4B)はそれぞれ光路a、b(同じ光路の逆方向)を進み、量子相関光子対(4A)、(4B)と励起光パルス折返し用ミラー(7)で折り返された励起光パルス(2)は同時にパラメトリック結晶(3)に入射して増幅され、次に光路c、dに射出され、光路c、dによって同一光路でフィードバックされた量子相関光子対(4A)、(4B)はパラメトリック結晶(3)に再入射しさらに増幅された。このとき2つ目の入射励起光パルス(2)と同時にパラメトリック結晶(3)に入射するように量子相関光子対(4A)、(4B)の光路の途中に挿入した光学遅延回路(8)でそれらの光路長を調整した。そして量子相関光子対(4A)、(4B)が変調器(6)を通過するタイミングにあわせて変調器(6)をON状態にし、量子相関光子対(4A)、(4B)を外部に取り出した。
【0032】
上記の装置を用いた結果、従来の量子相関光子対増幅装置と比べて高効率に量子相関光子対を得ることが可能となった。
【0033】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、高効率に量子相関光子対が増幅される量子相関光子対増幅装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の量子相関光子対増幅装置を例示した概念図である。
【図2】従来の量子相関光子対増幅装置を例示した概念図である。
【符号の説明】
1 量子相関光子対増幅装置
2 励起光パルス
3 パラメトリック結晶
4 量子相関光子対パルス
5 量子相関光子対反射用ミラー
6 変調器
7 励起光折返し用ミラー
8 光学遅延回路
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The invention of this application relates to a quantum correlation photon pair amplification device. More specifically, the invention of this application relates to a quantum correlation photon pair amplification device capable of highly efficiently amplifying a quantum correlation photon pair generated from a parametric crystal where parametric fluorescence is generated and amplified.
[0002]
[Prior art and its problems]
In recent years, with the spread of the Internet, quantum cryptography communication systems, which are cryptographic systems using the principles of quantum mechanics, which are said to be more secure than conventional cryptosystems, have attracted attention. Quantum teleportation using the principle of quantum mechanics has attracted attention as well as systems, but quantum correlation photon pairs in a quantum correlation state are used in such quantum cryptography communication systems and quantum teleportation.
[0003]
As a method of generating a quantum correlation photon pair, a method using signal idler light (ω s , ω i ) generated simultaneously by performing parametric down conversion on incident excitation light (ω p ) as shown below It has been known. The “parametric crystal” refers to a second-order nonlinear crystal that generates and amplifies parametric fluorescence.
[0004]
When excitation light (frequency ω p , wave number K p ) is incident on a parametric crystal where parametric fluorescence is generated and amplified, two photon pairs (energy is lower than the incident excitation light) due to the parametric down-conversion process in the parametric crystal ( Signals (ω s , K s ) and idlers (ω i , K i )) are generated simultaneously. These photon pairs are emitted from the parametric crystal at the same time, and are always generated so as to be correlated with frequency, wave number, and polarization (ω p = ω s + ω i , K p = K s + K i ; phase matching condition). Quantum correlated photon pairs generated in this way are widely used to study the generation of squeezed and entangled states, but the conventional method of generating quantum correlated photon pairs is very efficient in the down-conversion process using parametric crystals. Only small and very weak quantum correlation photon pairs can be obtained.
[0005]
Actually, entangled photon pairs are produced using such quantum correlated photon pairs, and experiments such as quantum teleportation have been conducted, but the generation efficiency of quantum correlated photon pairs as the light source is very low. In order to confirm the success of quantum teleportation, an enormous amount of experiment time of 10 hours to several days is required. Further, when considering application to processing technology, it is difficult to perform processing because the light density is too low, and a method for increasing the light density of the quantum correlation photon pair is strongly demanded.
[0006]
Although it is possible to amplify and oscillate two photon pairs (signal idler light) with respect to the pumping light using a conventional parametric amplifier, oscillator, etc., a linear resonator is generally adopted as the resonator structure. Each generated signal idler light is amplified through a separate optical path. Alternatively, only one of the signal idler light is amplified. For this reason, the conventional commercial apparatus does not consider simultaneously amplifying the signal light and the idler light.
[0007]
In the situation described above, several ideas have been proposed to amplify and use quantum correlated photon pairs at the same time. For example, in A. Lamas-Linares et al. (Published in Nature 412, 887 (2001)) 2, the excitation light pulse (40) is incident on the parametric crystal (41), and the generated quantum correlation photon pair (42A), (42B) travels in the same optical path in the opposite direction, and the mirror ( 43A) and (43B) to reflect the parametric crystal (41) again at the same time, and adjust the position of the excitation light folding mirror (44) in order to measure the timing of the excitation light pulse (40) folding, Increasing the number of quantum correlation photon pairs by re-injecting the folded excitation light pulse (40) and the quantum correlation photon pairs (42A) and (42B) that have traveled the optical path into the parametric crystal simultaneously. Successful in width. Note that the amplified photon pair includes another parametric crystal (45A) and (45B) and a polarization beam splitter (46A) and (46B) for correcting the optical path of the photon pair birefringed in the parametric crystal (40). And it passes through filters (47A), (47B), (47C), (47D) and is detected by avalanche photodiodes (48A), (48B), (48C), (48D). Reference numeral (49) denotes a half-wave plate.
[0008]
However, in the above method, since amplification is performed only by one pass, a quantum correlation photon pair having sufficient intensity has not been obtained.
[0009]
Therefore, the invention of this application has been made in view of the circumstances as described above, and can solve the problems of the prior art and amplify the quantum correlation photon pair generated from the parametric crystal with high efficiency. It is an object to provide a quantum correlation photon pair amplification device.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The invention of this application is to solve the above problems. First, parametric crystals for generating a quantum correlation photon pair and parametric fluorescence generation, parametric fluorescence amplification, excitation light folding mirror, quantum correlation photon are performed. Having a mirror for reflection, a modulator, and an optical delay circuit so that the optical path of the quantum correlation photon pair generated by the parametric crystal when the excitation light pumped by the laser is incident on the parametric crystal has an eight-character shape, Parametric crystal, excitation light folding mirror, quantum correlation photon pair reflection mirror, modulator and optical delay circuit are arranged, and the quantum correlation photon pair generated by the parametric crystal is fed back to the parametric crystal at the same time, and the excitation light folding mirror Quantum correlation advanced in the optical path by adjusting the position of The quantum correlation photon pair that has traveled the optical path can be obtained by causing the excitation light reflected by the optical pair and the excitation light folding mirror to simultaneously enter the parametric crystal and adjusting the optical path length of the quantum correlation photon pair by the optical delay circuit. Provided is a quantum correlation photon pair amplification device characterized in that another new excitation light is simultaneously incident on a parametric crystal .
[0011]
Second, the invention of this application provides the quantum correlation photon pair amplification device according to the first invention, wherein the excitation light is an excitation light pulse.
[0012]
Thirdly, in the first or second invention, the quantum correlation photon pair amplification is characterized in that the quantum correlation photon pair is taken out from the modulator by synchronizing the modulator and the generated quantum correlation photon pair. Providing equipment.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The quantum correlation photon pair amplification device of the invention of this application is a parametric crystal (nonlinear crystal) in which parametric fluorescence generation and parametric fluorescence amplification for quantum correlation photon pair generation are performed, an excitation light folding mirror, and a quantum correlation photon pair reflection mirror. A parametric crystal having a modulator and an optical delay circuit, so that the optical path of the quantum correlation photon pair generated by the parametric crystal when the laser-excited excitation light is incident on the parametric crystal, It has a resonator structure in which an excitation light folding mirror, a quantum correlation photon pair reflection mirror, a modulator, and an optical delay circuit are arranged. Note that the parametric crystal, the quantum correlation photon pair reflection mirror, and the like are arranged so that two 8-shaped annular optical paths have the same size, that is, are symmetric with respect to the parametric crystal.
[0016]
As the excitation light, an excitation light pulse oscillated from a pulse laser or the like can be used. At this time, since the conversion efficiency of the parametric crystal into parametric fluorescence is very low, a high-intensity laser is required. Moreover, since it is necessary to satisfy the phase matching condition at the same time, the flash lamp and the excitation by current injection that are used for normal laser excitation cannot be used.
[0017]
Since the quantum correlation photon pair amplification device of the invention of this application has the above-described structure, the quantum correlation photon pair generated from the parametric crystal passes through the same optical path in the opposite direction and is fed back to the parametric crystal at the same time. As a result, it is possible to amplify the quantum correlation photon pair generated simultaneously without destroying the quantum correlation, and to obtain the quantum correlation photon pair with high efficiency.
[0018]
In addition, the quantum correlation photon pair amplification device of the invention of this application can adjust the optical path length of the excitation light that has passed through the parametric crystal by adjusting the position of the excitation light folding mirror. Quantum correlation photon pairs generated by the folded excitation light and the parametric crystal and proceeding in the optical path can be simultaneously incident on the parametric crystal, so that the fed back quantum correlation photon pairs simultaneously induce stimulated emission and maintain quantum correlation. It is possible to amplify the quantum correlation photon pair as it is.
[0019]
In addition, by adjusting the optical path length of the quantum correlation photon pair with an optical delay circuit inserted in the middle of the optical path of the quantum correlation photon pair, the quantum correlation photon pair that has traveled along the optical path and another new excitation light are simultaneously converted into a parametric crystal. It can be made incident.
[0020]
Further, in the quantum correlation photon pair amplification device, the quantum correlation photon pair can be taken out from the modulator at a certain timing by synchronizing the modulator and the generated quantum correlation photon pair. At this time, for example, the advanced distances of the quantum correlation photon pairs are equal, as in the position of the midpoint between the two quantum correlation photon pairs reflecting mirrors that are first reflected by the parametric crystal. The modulator is placed at a symmetrical position.
[0021]
By the way, the state of a quantum correlation photon pair is very easy to destroy. For example, when one photon of a photon pair in a quantum correlation state is absorbed, the quantum correlation disappears at that time. Especially in the resonator, even slight losses such as absorption and scattering are greatly amplified. For example, when considering the case where a photon goes back and forth in a resonator with a transmittance of 99%, the probability that the photon will go back and forth 1000 times is 0.99 1000 to 0%. In other words, even in the resonator, even a very small loss destroys the quantum correlation photon pair. Therefore, it is important to avoid loss by paying close attention to the reflectivity of the components constituting the resonator, for example, the reflectivity of the mirror and the transmittance of the lens, crystal, modulator, and the like.
[0022]
Next, a specific configuration of the quantum correlation photon pair amplification device of the invention of this application will be described.
[0023]
For example, as shown in FIG. 1, in the quantum correlation photon pair amplification device (1), the quantum correlation is caused by the parametric crystal (3) excited by the excitation light pulse (frequency 2ω) (2) oscillated from the pulse laser. Photon pairs (frequency ω) (4A) and (4B) are generated. The generated quantum correlation photon pairs (4A) and (4B) are emitted to the optical paths a and b satisfying the phase matching condition, and the four quantum correlation photon pair reflection mirrors (5A), (5B), (5C), and (5D) It is made into an 8-character type by reflecting by. It should be noted that the parametric crystal (3), the quantum correlation photon pair reflection mirrors (5A), (5B), (5C), (5D), etc. so that the two annular optical paths of the eight-shape are symmetrical with respect to the parametric crystal. Is arranged.
[0024]
At this time, the modulator (6) is in an OFF state and does not act on the emitted quantum correlation photon pairs (4A) and (4B). Since the quantum correlation photon pairs (4A) and (4B) pass through the same optical path in the opposite direction, they enter the parametric crystal (3) again at the same timing. Further, the excitation light pulse (2) that has once passed through the parametric crystal (3) is folded by the excitation light pulse folding mirror (7). The pumping light pulse folding (2) folded by the pumping light pulse folding mirror (7) is incident on the parametric crystal (3) simultaneously with the quantum correlation photon pair (4A) and (4B). The position (M1) of the mirror (7) for use is adjusted.
[0025]
As a result, the re-incident quantum correlation photon pair (4A), (4B) and the pumping light pulse (2) folded back by the pumping light pulse folding mirror (7) are simultaneously amplified and then emitted to the optical paths c and d. The The optical paths c and d are the same as the optical paths a and b except that there is no modulator (6). The quantum correlation photon pairs (4A) and (4B) fed back in the opposite directions in the same optical path by the optical paths c and d reenter the parametric crystal (3) and are further amplified.
[0026]
At this time, an optical delay circuit in which the optical path lengths of the quantum correlation photon pairs (4A) and (4B) are inserted in the middle of the optical path so as to enter the parametric crystal (3) simultaneously with the second incident excitation light pulse (2) ( Adjust in step 8). When the amplified quantum correlation photon pair (4A) and (4B) are taken out at a certain timing, the modulator (6) is adjusted in accordance with the timing at which the quantum correlation photon pair (4A) and (4B) pass through the modulator (6). The quantum correlation photon pair (4A) and (4B) can be taken out to the outside by turning them on. By doing so, the quantum correlation photon pairs (4A) and (4B) can be amplified and extracted with high efficiency.
[0027]
As an application of the quantum correlation photon pair amplification device of the invention of this application, it contributes to the dramatic development of quantum information processing technology that has so far only been conducted verification experiments using very weakly entangled photon pairs. Can be expected. For example, the entangled quantum correlation photon pair can be easily produced by making the output quantum correlation photon pair beam incident and interfere from two surfaces of a non-polarizing beam splitter (50% reflectance). Since the quantum correlation photon pair used for fabrication is high in intensity, the entangled quantum correlation photon pair obtained can be expected to be much more efficient than the conventional method.
[0028]
In addition, it is considered to be used as a basic technology that is indispensable in the actual application of these information processing technologies. Furthermore, it can be applied to nano-processing technology using quantum effects, and nano-processing experiments that far exceed the diffraction limit of the processing laser light source used can be expected.
[0029]
Embodiments of the present invention will be described in more detail below with reference to the accompanying drawings. Of course, the present invention is not limited to the following examples, and it goes without saying that various aspects are possible in detail.
[0030]
【Example】
Using the quantum correlation photon pair amplification device (1) of the invention of this application shown in FIG. 1, the amplification factor of the photon pair of this quantum correlation photon pair amplification device (1) was measured.
[0031]
In the quantum correlation photon pair amplification device (1), the quantum correlation photon pair (frequency ω) (4A), (4B) is generated by the parametric crystal (3) excited by the excitation light pulse (frequency 2ω) (2). I let you. The generated quantum correlation photon pairs (4A) and (4B) are emitted to the optical paths a and b satisfying the phase matching condition, and the four quantum correlation photon pair reflection mirrors (5A), (5B), (5C), and (5D) It is made into an 8-character type by reflecting by. First, the quantum correlation photon pairs (4A) and (4B) travel along the optical paths a and b (reverse direction of the same optical path), respectively, and the quantum correlation photon pairs (4A) and (4B) and the excitation light pulse folding mirror (7). The folded excitation light pulse (2) is simultaneously incident on the parametric crystal (3), amplified, and then emitted to the optical paths c and d, and fed back in the same optical path by the optical paths c and d (4A ) And (4B) were incident again on the parametric crystal (3) and further amplified. At this time, the optical delay circuit (8) inserted in the middle of the optical path of the quantum correlation photon pair (4A) and (4B) so as to enter the parametric crystal (3) simultaneously with the second incident excitation light pulse (2). Their optical path lengths were adjusted. Then, according to the timing when the quantum correlation photon pair (4A), (4B) passes through the modulator (6), the modulator (6) is turned on, and the quantum correlation photon pair (4A), (4B) is extracted to the outside. It was.
[0032]
As a result of using the above-described apparatus, it has become possible to obtain a quantum correlation photon pair with higher efficiency than a conventional quantum correlation photon pair amplification apparatus.
[0033]
【The invention's effect】
As described in detail above, the invention of this application provides a quantum correlation photon pair amplification device that amplifies a quantum correlation photon pair with high efficiency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a quantum correlation photon pair amplification device according to the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a conventional quantum correlation photon pair amplification device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Quantum correlation photon pair amplification apparatus 2 Excitation light pulse 3 Parametric crystal 4 Quantum correlation photon pair pulse 5 Quantum correlation photon pair reflection mirror 6 Modulator 7 Excitation light folding mirror 8 Optical delay circuit

Claims (3)

量子相関光子対発生用のパラメトリック蛍光発生およびパラメトリック蛍光増幅が行われるパラメトリック結晶、励起光折返し用ミラー、量子相関光子対反射用ミラー、変調器および光学遅延回路を有し、パラメトリック結晶にレーザー励起された励起光が入射された際にパラメトリック結晶によって発生した量子相関光子対の光路が8字型となるように、パラメトリック結晶、励起光折返し用ミラー、量子相関光子対反射用ミラー、変調器および光学遅延回路が配置され、パラメトリック結晶によって発生した量子相関光子対を同時にパラメトリック結晶にフィードバックさせるとともに、励起光折返し用ミラーの位置調整を行うことによって、光路を進んだ量子相関光子対と励起光折返し用ミラーで折り返された励起光を同時にパラメトリック結晶に入射させ、かつ、光学遅延回路により量子相関光子対の光路長を調整することによって、光路を進んだ量子相関光子対と別の新たな励起光を同時にパラメトリック結晶に入射させることを特徴とする量子相関光子対増幅装置。A parametric crystal that generates parametric fluorescence and generates parametric fluorescence for generating a quantum correlation photon pair, a mirror for excitation light folding, a mirror for quantum correlation photon pair reflection, a modulator, and an optical delay circuit are laser-excited to the parametric crystal. Parametric crystal, excitation light folding mirror, quantum correlation photon pair reflection mirror, modulator, and optical so that the optical path of the quantum correlation photon pair generated by the parametric crystal when incident excitation light is incident becomes an 8-character type. A delay circuit is arranged, and the quantum correlation photon pair generated by the parametric crystal is fed back to the parametric crystal at the same time, and the position of the excitation light folding mirror is adjusted so that the quantum correlation photon pair that has traveled the optical path and the excitation light folding Simultaneously paramete the excitation light reflected by the mirror Tsu is incident to click crystal and quantum correlated photon pair by optical delay circuit by adjusting the optical path length, that is incident advanced optical paths of different quantum correlated photon pair to a new excitation light simultaneously parametrically crystal Characteristic quantum correlation photon pair amplification device. 励起光が励起光パルスであることを特徴とする請求項1に記載の量子相関光子対増幅装置。  2. The quantum correlation photon pair amplification device according to claim 1, wherein the excitation light is an excitation light pulse. 変調器と発生した量子相関光子対の同期をとることによって変調器より量子相関光子対を外部に取り出すことを特徴とする請求項1または2に記載の量子相関光子対増幅装置。 3. The quantum correlation photon pair amplification device according to claim 1, wherein the quantum correlation photon pair is taken out from the modulator by synchronizing the generated quantum correlation photon pair with the modulator .
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