JP4464671B2 - Quantum state generation device, quantum teleportation device, and control NOT operation device - Google Patents
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Description
この発明は、量子状態を生成する量子状態生成装置、量子テレポーテーションを行う量子テレポーテーション装置及び制御NOT演算を行う制御NOT演算装置に関し、現在の技術によって実際に製作可能な量子状態生成装置、量子テレポーテーション装置及び制御NOT演算装置に関する。 The present invention relates to a quantum state generation device that generates a quantum state, a quantum teleportation device that performs quantum teleportation, and a control NOT operation device that performs a control NOT operation. The present invention relates to a teleportation device and a control NOT arithmetic device.
近年、量子力学を情報処理に用いることにより、これまでにできなかった新しい情報処理ができることが理論的に提案されている(量子情報処理)。この量子情報処理の基本単位は量子ビットであり、基本演算は1量子ビットに対するユニタリ変換と、制御NOT演算(C−NOT)である。ここで、制御NOT演算とは、2入力2出力の演算であり、制御ビットが|0>であったとき標的ビットをそのままにし、制御ビットが|1>であったとき標的ビットを|0>→|1>,|1>→|0>とNOT演算を行う演算である。また制御ビットは、入力と同じ状態が出力される。そして、これらを組み合わせることにより、任意の計算が可能なことが知られている。
しかし、この基本演算のC−NOTを実際に物理系で直接的に実現することは非常に困難である。
これに対し、Gottesman, Chuang(例えば、非特許文献1参照。)は量子計算の基本演算である制御NOT演算(C−NOT)を量子状態生成、量子テレポーテーションの2段階にわけて間接的に行うことが可能であることを示した。以下、これをGC方式と呼ぶ。
In recent years, it has been theoretically proposed that new information processing that has not been possible before can be performed by using quantum mechanics for information processing (quantum information processing). The basic unit of this quantum information processing is a qubit, and the basic operation is a unitary transformation for one qubit and a control NOT operation (C-NOT). Here, the control NOT operation is a 2-input 2-output operation. When the control bit is | 0>, the target bit is left as it is. When the control bit is | 1>, the target bit is | 0>. → | 1>, | 1> → | 0> and the NOT calculation. The control bit is output in the same state as the input. And it is known that arbitrary calculation is possible by combining these.
However, it is very difficult to actually realize this basic operation C-NOT directly in a physical system.
On the other hand, Gottesman, Chuang (see, for example, Non-Patent Document 1) indirectly performs a control NOT operation (C-NOT), which is a basic operation of quantum computation, in two stages of quantum state generation and quantum teleportation. Shown that it is possible to do. Hereinafter, this is called a GC system.
図12は、このGC方式によるC−NOTの量子回路を示した図である。
図12に示す通り、この量子回路は、量子状態を生成する量子状態生成部610、ベル測定を行うベル測定部621,622、ユニタリ変換を行うユニタリ変換部631〜633,641〜643を有している。この図において、一点鎖線は古典情報の通信路を示し、Bはベル測定を、X,Zはそれぞれσx,σzのユニタリ変換を示している。また、|ψ>,|φ>は、標的ビット,制御ビットにそれぞれ対応する1量子ビット状態を示し、|χ>は量子状態生成部610で生成されるリソースの4量子ビット状態|χ>=(1/2)[(|0>1|0>2+|1>1|1>2)|0>3|0>4+(|0>1|1>2+|1>1|0>2)|1>3|1>4]を示している。ここで、添字1,2,3,4は、それぞれ図12において、|χ>の上から1番目,2番目,4番目,3番目の量子ビットを表す。
FIG. 12 is a diagram showing a C-NOT quantum circuit according to the GC method.
As shown in FIG. 12, this quantum circuit includes a quantum
この4量子ビット状態|χ>のうち上から1番目,4番目(図12)の2量子ビット状態は、それぞれベル測定部621,622に入力され、これらは、別途ベル測定部621,622にそれぞれ入力された1量子ビット状態|ψ>,|φ>とともにベル測定される。ベル測定部621における測定結果の古典情報はユニタリ変換部632,633,643に送られ、ベル測定部622における測定結果の古典情報はユニタリ変換部631,641,642に送られる。
一方、量子状態生成部610で生成された4量子ビット状態|χ>のうち上から2番目,3番目(図12)の2量子ビット状態は、それぞれユニタリ変換部631〜633及びユニタリ変換部641〜643に入力され、ユニタリ変換部631〜633及びユニタリ変換部641〜643は、入力された2量子ビット状態に対し、上述のベル測定部621,622からそれぞれ送られた観測結果に応じたユニタリ変換を施して出力する。この出力された2量子ビット状態が制御NOT演算結果に対応する。
Of the four qubit states | χ>, the first and fourth (FIG. 12) two qubit states from the top are input to the
On the other hand, the second and third (FIG. 12) two qubit states from the top among the four qubit states | χ> generated by the quantum
現在、量子情報処理を実現する一つの方法として光を用いることが考えられており、上述のGC方式についても、光学素子を用いて量子計算を行う方法がいくつか知られている。例えば、Koashi et al. 方式(例えば、非特許文献2参照。)、Knill et al. 方式(例えば、非特許文献3参照。)、Yoran, Reznik 方式(例えば、非特許文献4参照。)がそれにあたる。また、このYoran, Reznik 方式では、Popescu(例えば、非特許文献5参照。)の提案による決定的量子テレポーテーションを利用することを提案している。またこの決定的量子テレポーテーションの実装実験は、Boschi et al.(例えば、非特許文献6参照。)によって行われている。
しかし、従来、このGC方式を現実に実装可能なものとして実現することは、現在の技術レベルでは困難であった。
つまり、従来、このGC方式の量子計算に用いる4量子ビット状態|χ>を現実に生成する具体的な方法は知られていなかった。
また、上述のKoashi et al. 方式では、光子対一つと単一光子2つの発生が必要だが、従来、実際に光子を発生させた場合、「光子対一つと単一光子2つが発生するとき」と、「光子対が2つ発生するとき」と、「単一光子が4つ発生するとき」の区別がつかなかった。さらに、この方式では、6光子を必要とするが、6光子を扱うのは現状の技術ではかなり困難である。
さらに、Knill et al.方式では、光子数を区別できる検出器が必要であった。これは現状では困難な技術である。
However, in the past, it has been difficult at the current technical level to realize the GC system as a practically mountable one.
That is, conventionally, a specific method for actually generating the 4-qubit state | χ> used for this GC quantum computation has not been known.
The above-mentioned Koashi et al. Method requires generation of one photon pair and two single photons. Conventionally, when photons are actually generated, “when one photon pair and two single photons are generated”. And “when two photon pairs are generated” and “when four single photons are generated” cannot be distinguished. Furthermore, this method requires 6 photons, but it is quite difficult to handle 6 photons with the current technology.
Furthermore, the Knill et al. Method required a detector capable of distinguishing the number of photons. This is a difficult technique at present.
また、Popescuの提案による決定的テレポーテーションは、Boschi et al.によって実験されたが、より効率的な方法が考えられる。
さらに、Yoran, Reznik により、GC方式の理論は提案されたが、実装方法の具体的な提案はされなかった。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、GC方式を現在の技術範囲内で実現する量子状態生成装置を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、GC方式を現在の技術範囲内で効率的に実現する量子テレポーテーション装置を提供することである。
さらに、本発明の他の目的は、GC方式を現在の技術範囲内で実現する制御NOT演算装置を提供することである。
Also, definitive teleportation proposed by Popescu was experimented by Boschi et al., But a more efficient method is conceivable.
Furthermore, Yoran and Reznik proposed the theory of the GC method, but did not propose a specific implementation method.
The present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to provide a quantum state generation device that realizes the GC method within the current technical scope.
Another object of the present invention is to provide a quantum teleportation device that efficiently implements the GC scheme within the current technical scope.
Furthermore, the other object of this invention is to provide the control NOT arithmetic unit which implement | achieves GC system within the present technical range.
上記課題を解決するため、第1の本発明では、第1から第4の光子を出射する光子出射部と、第2の光子と第3の光子が入射する位置に設けられ、第2の光子の第1の偏光方向の波動関数、及び第3の光子の第2の偏光方向の波動関数を第1の経路に導き、第2の光子の第2の偏光方向の波動関数及び第3の光子の第1の偏光方向の波動関数を第2の経路に導く、第1の偏光ビームスプリッタと、第1の偏光ビームスプリッタから第1の経路に導かれた第2の光子の波動関数及び第3の光子の波動関数が入射する位置に設けられ、入射した光子の波動関数の偏光方向を回転させる第1の偏光回転素子と、第1の偏光回転素子から出射された光子の波動関数、及び第4の光子が入射する位置に設けられ、第1の偏光回転素子から出射された光子の第1の偏光方向の波動関数、及び第4の光子の第2の偏光方向の波動関数を第3の経路に導き、第1の偏光回転素子から出射された光子の第2の偏光方向の波動関数及び第4の光子の第1の偏光方向の波動関数を第4の経路に導く、第2の偏光ビームスプリッタと、第1の光子が入射する位置に設けられ、入射した光子の波動関数の偏光方向を回転させる第2の偏光回転素子と、第1の偏光ビームスプリッタにおいて第2の経路に導かれた光子の波動関数が入射する位置に設けられ、入射した光子の波動関数の偏光方向を回転させる第3の偏光回転素子と、を有する量子状態生成装置が提供される。 In order to solve the above-described problem, in the first aspect of the present invention, a photon emitting section that emits the first to fourth photons, a position where the second photon and the third photon enter, and the second photon The first polarization direction wave function and the third photon second polarization direction wave function are guided to the first path, the second photon second polarization direction wave function and the third photon. A first polarization beam splitter for guiding the first polarization direction wave function to the second path, and a second photon wave function guided from the first polarization beam splitter to the first path, and a third A first polarization rotation element that rotates the polarization direction of the wave function of the incident photon, a wave function of the photon emitted from the first polarization rotation element, and 4 is provided at the position where the photon is incident, and is emitted from the first polarization rotation element. The wave function in the first polarization direction and the wave function in the second polarization direction of the fourth photon are guided to the third path, and the wave in the second polarization direction of the photon emitted from the first polarization rotation element. A second polarization beam splitter that guides the function and the wave function of the first photon in the first polarization direction to the fourth path, the position where the first photon is incident, and the wave function of the incident photon The second polarization rotation element that rotates the polarization direction and the first polarization beam splitter are provided at positions where the wave function of the photon guided to the second path is incident, and the polarization direction of the wave function of the incident photon is changed. There is provided a quantum state generation device having a third polarization rotation element to be rotated.
ここで、第2の偏光回転素子の出射光の波動関数、第3の偏光回転素子の出射光の波動関数、第2の偏光ビームスプリッタにおいて第3の経路に導かれた光子の波動関数、及び第2の偏光ビームスプリッタにおいて第4の経路に導かれた光子の波動関数のポストセレクションを行うことにより、GC方式の量子計算に用いる4量子ビット状態|χ>を現実に生成することができる。
また、このポストセレクションが成功したか否かを判断することにより、光子出射部11〜13において、光子対一つと単一光子2つが発生したのか、光子対が2つ発生したのか、単一光子が4つ発生したのかの区別が可能となる。これにより、生成された4量子ビット状態|χ>が正しいか否かを判断できる。
Here, the wave function of the emitted light of the second polarization rotating element, the wave function of the emitted light of the third polarization rotating element, the wave function of the photon guided to the third path in the second polarizing beam splitter, and By performing post-selection of the wave function of the photon guided to the fourth path in the second polarization beam splitter, it is possible to actually generate the 4-qubit state | χ> used for the GC quantum calculation.
Also, by determining whether or not this post-selection is successful, whether one photon pair and two single photons are generated, two photon pairs are generated, It is possible to distinguish whether four have occurred. Thereby, it can be determined whether or not the generated four-qubit state | χ> is correct.
また、上記課題を解決するため、第2の本発明では、偏光方向が同じであるという絡み合いの状態にある第1及び第2の光子を出射する光子出射部と、第1の光子が入射する位置に設けられ、当該第1の光子の第1の偏光方向の波動関数を第1の経路に導き、当該第1の光子の第2の偏光方向の波動関数を第2の経路に導く、第1の偏光ビームスプリッタと、第1の偏光ビームスプリッタにおいて第2の経路に導かれた第1の光子の波動関数が入射する位置に設けられ、当該第1の光子の波動関数の偏光方向を回転させて第2の経路に出射する第1の偏光回転素子と、第1の偏光ビームスプリッタにおいて第1の経路に導かれた第1の光子の波動関数を、入力の1量子ビット状態に変換して第1の経路に出射し、第1の偏光回転素子から第2の経路に出射された第1の光子の波動関数を、1量子ビット状態に変換して第2の経路に出射する第1の偏光位相制御素子と、第1の偏光位相制御素子から第2の経路に出射された第1の光子の波動関数の偏光方向を回転させて第2の経路に出射する第2の偏光回転素子と、第1の偏光位相制御素子から第1の経路に出射された第1の光子の波動関数、及び第2の偏光回転素子から第2の経路に出射された第1の光子の波動関数が入射する位置に設けられ、入射した第1の光子の波動関数を第3の経路と第4の経路に分離するビームスプリッタと、ビームスプリッタにおいて第3の経路に導かれた第1の光子の波動関数が入射する位置に設けられ、当該第1の光子の第1の偏光方向の波動関数を第5の経路に導き、当該第1の光子の第2の偏光方向の波動関数を第6の経路に導く、第2の偏光ビームスプリッタと、第2の偏光ビームスプリッタにおいて第5の経路に導かれた第1の光子の波動関数を検出できる位置に設けられる第1の検出部と、第2の偏光ビームスプリッタにおいて第6の経路に導かれた第1の光子の波動関数を検出できる位置に設けられる第2の検出部と、ビームスプリッタにおいて第4の経路に導かれた第1の光子の波動関数が入射する位置に設けられ、当該第1の光子の第1の偏光方向の波動関数を第7の経路に導き、当該第1の光子の第2の偏光方向の波動関数を第8の経路に導く、第3の偏光ビームスプリッタと、第3の偏光ビームスプリッタにおいて第7の経路に導かれた第1の光子の波動関数を検出できる位置に設けられる第3の検出部と、第3の偏光ビームスプリッタにおいて第8の経路に導かれた第1の光子の波動関数を検出できる位置に設けられる第4の検出部と、第2の光子に対し、第1から第4の検出器における検出結果に応じたユニタリ変換を施す第2の偏光位相制御素子とを有する量子テレポーテーション装置が提供される。 In order to solve the above-described problem, in the second aspect of the present invention, the first photon is incident on the photon emitting section that emits the first and second photons in an entangled state that the polarization directions are the same. A first polarization direction wave function of the first photon is guided to the first path, and a second polarization direction wave function of the first photon is guided to the second path. 1 polarization beam splitter and the first polarization beam splitter are provided at positions where the wave function of the first photon guided to the second path is incident, and the polarization direction of the wave function of the first photon is rotated. The first polarization rotating element that emits to the second path and the wave function of the first photon guided to the first path in the first polarization beam splitter are converted into an input 1-qubit state. To the first path and the second from the first polarization rotation element. A first polarization phase control element that converts the wave function of the first photon emitted to the path into a 1-qubit state and emits it to the second path, and a second path from the first polarization phase control element The second polarization rotation element that rotates the polarization direction of the wave function of the first photon emitted to the second path and emits the second path to the second path, and the first polarization phase control element that emits the first polarization to the first path. The wave function of the first photon and the wave function of the first photon emitted from the second polarization rotation element to the second path are provided at a position where the wave function of the first photon is incident. And a beam splitter for separating the first photon and a wave function of the first photon guided to the third path in the beam splitter, and a first polarization of the first photon. A wave function of direction to the fifth path and the second polarization of the first photon A second polarization beam splitter that guides a directional wave function to the sixth path, and a second polarization beam splitter provided at a position where the wave function of the first photon guided to the fifth path in the second polarization beam splitter can be detected. 1 detector, a second detector provided at a position where the wave function of the first photon guided to the sixth path in the second polarizing beam splitter can be detected, and a fourth path in the beam splitter. The wave function of the first photon thus guided is provided at the incident position, the wave function of the first polarization direction of the first photon is guided to the seventh path, and the second polarization of the first photon is A third polarization beam splitter that guides the directional wave function to the eighth path, and a third polarization beam splitter provided at a position where the wave function of the first photon guided to the seventh path in the third polarization beam splitter can be detected. 3 detectors and a third bias In the optical beam splitter, a fourth detector provided at a position where the wave function of the first photon guided to the eighth path can be detected, and detection in the first to fourth detectors for the second photon A quantum teleportation device having a second polarization phase control element that performs unitary conversion according to the result is provided.
ここで、本発明では、第1の偏光ビームスプリッタにおいて第1の光子の経路のみを分離し、第2の光子の経路は分離していない。これに対し、Boschi et al.により実験された装置では、2つの光子の経路をそれぞれ2つの経路に分離している。そのため、本発明の量子テレポーテーション装置は、Boschi et al.の装置に比べて経路が少なく、回路効率が良い。
さらに、上記課題を解決するため、第3の本発明では、第2の本発明の量子テレポーテーション装置を2つ用いて制御NOT演算装置を構成する。
Here, in the present invention, only the path of the first photon is separated in the first polarization beam splitter, and the path of the second photon is not separated. On the other hand, in the apparatus experimented by Boschi et al., Two photon paths are separated into two paths. Therefore, the quantum teleportation device of the present invention has fewer paths and better circuit efficiency than the device of Boschi et al.
Furthermore, in order to solve the above problems, in the third aspect of the present invention, a control NOT arithmetic unit is configured using two quantum teleportation apparatuses of the second aspect of the present invention.
これにより、GC方式を現実に実装することが可能となる。また、本発明では、光子数を区別する必要はないため、現状の技術レベルでも十分に実現できるものである。
また、本発明の制御NOT演算装置は、好ましくは、第1の本発明の量子状態生成装置を有する。これにより、この量子計算のリソースとなる4量子ビット状態|χ>を現実に生成することができる。
This makes it possible to actually implement the GC method. Further, in the present invention, since it is not necessary to distinguish the number of photons, it can be sufficiently realized even at the current technical level.
The control NOT arithmetic device of the present invention preferably has the quantum state generation device of the first present invention. As a result, it is possible to actually generate the 4-qubit state | χ> that is a resource for this quantum calculation.
以上のように、本発明の量子状態生成装置では、量子計算に用いる4量子ビット状態|χ>を現実に生成することができ、なおかつ生成された4量子ビット状態|χ>が正しいか否かを判断できる。
また、本発明の量子テレポーテーション装置では、経路が少なく、効率の高い回路が構成される。
さらに、本発明の制御NOT演算装置により、現状の技術レベルにおいて、GC方式を現実に実装可能なものとして実現できる。
As described above, the quantum state generation apparatus of the present invention can actually generate the four qubit states | χ> used for the quantum calculation, and whether or not the generated four qubit states | χ> are correct. Can be judged.
Further, in the quantum teleportation device of the present invention, a highly efficient circuit is configured with few paths.
Furthermore, the control NOT arithmetic unit according to the present invention can be realized as a GC system that can be actually implemented at the current technical level.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
本形態では、量子計算の基本演算である制御NOTゲート(C−NOT)を、光学を用いて実装する。すなわち、本形態では、Gottesman, Chuang による量子状態生成部と量子テレポーテーション部に分割する量子計算方式(GC方式)を光学素子により具体的に実装する。
なお、以下では、光子の偏光|H> ,|V> (水平偏光、垂直偏光)を計算基底|0>,|1>として用いる。ここで、この水平方向は「第1の偏光方向」に相当し、垂直方向は「第2の偏光方向」に相当する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In this embodiment, a control NOT gate (C-NOT), which is a basic operation of quantum computation, is mounted using optics. That is, in this embodiment, a quantum calculation method (GC method) divided into a quantum state generation unit and a quantum teleportation unit by Gottesman and Chuang is specifically implemented by an optical element.
In the following description, photon polarizations | H> and | V> (horizontal polarization and vertical polarization) are used as calculation bases | 0> and | 1>. Here, the horizontal direction corresponds to the “first polarization direction”, and the vertical direction corresponds to the “second polarization direction”.
〔量子状態生成装置(請求項1〜4に対応)〕
まず、本形態における量子状態生成装置(量子状態生成部)について説明する。
図1は、本形態における量子状態生成装置1の構成を例示したブロック図である。
<構成>
まず、量子状態生成装置1の構成について説明する。
図1に例示するように、量子状態生成装置1は、光子出射部11〜13,偏光ビームスプリッタ21,22(「第1,第2の偏光ビームスプリッタ」に相当)、波長板31〜34(「第1〜第3の偏光回転素子」に相当)、検出部41〜44(「第1〜第4の検出部」に相当)、及び制御部50を有している。
[Quantum state generator (corresponding to
First, a quantum state generation device (quantum state generation unit) in this embodiment will be described.
FIG. 1 is a block diagram illustrating the configuration of a quantum
<Configuration>
First, the configuration of the quantum
As illustrated in FIG. 1, the quantum
<光子出射部>
図2は、本形態における光子出射部11の構成を例示したブロック図である。
この例の光子出射部11は、パラメトリックダウンコンバージョン(PDC)(例えば、「P. G. Kwiat, K. Mattle, H. Weinfurter, A. Zeilinger, A. V. Sergienko, and Y. Shih, “New high-intensity source of polarization-entangled photon pairs,” Phys. Rev. Lett. ,75:4337-4341, 1995.」「P. G. Kwiat, E. Waks, A. G. White, I. Appelbaum, and P. H. Eberhard, “Ultrabright source of polarization-entangled photons,” Phys. Rev. A, 60:R773-R776, 1999.」等参照。)を用い、偏光方向が同じであるという絡み合いの状態(エンタングルメント状態)にある2つの光子61,62(「第1,第2の光子」に相当)を出射する。
図2に例示するように、この例の光子出射部11は、レーザ出射部11a、非線形結晶11b、及び吸収部11cを有している。
<Photon emission part>
FIG. 2 is a block diagram illustrating the configuration of the
In this example, the
As illustrated in FIG. 2, the
ここで、レーザ出射部11aは、ポンプ光81を出射するレーザ装置であり、例えば、アルゴンイオンレーザ(0.351μm単一周波数CWレーザ)等を出射するアルゴンイオンレーザ装置等である。また、非線形結晶11bは、例えば、KDP、ADP、RDA、CDA、LiNbO3、LiIO3、Ba2NaNb5O15、Ag3AsS3、AgGaS2、KTP、BBO、LBO等であり、吸収部11cには、例えば、ポンプ光81の周波数は良く吸収し、単一の光子61として用いる周波数の光を散乱しにくいものを用いる。
レーザ出射部11aから出射されたポンプ光81は、非線形結晶11bへと入射し、非線形結晶11b中で、その結晶に固有の確率で、入射した光の周波数と異なる2つの光子へと変換される。この過程はパラメトリック蛍光過程とよばれ、2つの光子はパラメトリック蛍光と呼ばれる。一方のパラメトリック蛍光は光子61として出射され、他方のパラメトリック蛍光は光子62として出射される。
Here, the
The pump light 81 emitted from the
上述のように、このように出射された光子61,62は、偏光方向が同じであるという絡み合いの状態にあり、その量子状態は、
(1/√2)(|HH>+|VV>) …(1)
となっている。ここで、この式における|HH>及び|VV>の左側の「H」及び「V」は、光子61の偏光方向に対応し、右側の「H」及び「V」は、光子62の偏光方向に対応する。また、|HH>+|VV>とは、|HH>の量子状態と|VV>の量子状態が重ね合わせの状態となっていることを示している。また、非線形結晶11b中で分割されなかったポンプ光81は吸収部11cに吸収される。
図3は、本形態における光子出射部12の構成を例示したブロック図である。
この例の光子出射部12は、パラメトリックダウンコンバージョンを用い、単一の光子63「第3の光子」に相当)を出射する。
As described above, the
(1 / √2) (| HH> + | VV>) (1)
It has become. Here, “H” and “V” on the left side of | HH> and | VV> in this expression correspond to the polarization direction of the
FIG. 3 is a block diagram illustrating the configuration of the
The
図2に例示するように、この例の光子出射部12は、レーザ出射部12a、非線形結晶12b、吸収部12c及び検出部12dを有している。ここで、レーザ出射部12a、非線形結晶12b、吸収部12cは、例えば上述のレーザ出射部11a、非線形結晶11b、吸収部11cと同様に構成する。また、検出部12dは、例えば、光電子増倍管、ストリークカメラ、フォトダイオード又はアバランシェフォトダイオード等の光子計数領域で用いることのできる検出器である。
レーザ出射部12aから出射されポンプ光82は、非線形結晶12bへと入射し、その中で2つのパラメトリック蛍光に変換される。そして、一方のパラメトリック蛍光は光子63として出射され、他方のパラメトリック蛍光は参照光子82aとして検出部12dにおいて測定される。なお、このように参照光子82aを検出部11dで測定する構成とすることにより、単一光子63がいつ射出されたのかを知ることができる。また、非線形結晶12b中で分割されなかったポンプ光82は吸収部12cに吸収される。
ここで、上述のように出射された光子63の量子状態は、
(1/√2)(|H>+|V>) …(2)
となっている。
As illustrated in FIG. 2, the
The pump light 82 emitted from the
Here, the quantum state of the
(1 / √2) (| H> + | V>) (2)
It has become.
なお、光子出射部13は、例えば光子出射部12と同様な構成により、量子状態が
(1/√2)(|H>+|V>) …(3)
の単一な光子64(「第4の光子」に相当)を出射する。
また、光子出射部12,13を一体に構成し、この一体の光子出射部から単一な光子63,64を出射する構成としてもよい。例えば、図2の構成において、単一な光子63,64を出射する構成としてもよい。図4は、このように一体に構成した光子出射部92の構成を例示したブロック図である。
Note that the
Single photons 64 (corresponding to “fourth photons”).
Moreover, it is good also as a structure which comprises the
図4に示すように、この光子出射部92は、レーザ出射部12a、非線形結晶12b、ミラー92c及び検出部12d,12eを有している。
レーザ出射部12aから出射されたポンプ光82は非線形結晶13bに入射する。そして、このポンプ光82は、非線形結晶12b中で2つのパラメトリック蛍光に分離し、一方のパラメトリック蛍光は単一の光子63として出射され、他方のパラメトリック蛍光は参照光子82aとして検出部12dに入射する。また、非線形結晶12b中で分割されなかったポンプ光82はミラー92cで反射され、再び非線形結晶12bに入射する。そして、この反射光82bは、非線形結晶12b中で2つのパラメトリック蛍光に分離し、一方のパラメトリック蛍光は単一の光子64として出射され、他方のパラメトリック蛍光は参照光子82cとして検出部12eに入射する。
さらに、光子出射部11,12,13を一体に構成し、この一体の光子出射部から絡み合いの状態にある光子61,62の対、及び単一な光子63,64を出射する構成としてもよい。
As shown in FIG. 4, the
Pump light 82 emitted from the
Further, the
図5は、このように一体に構成した光子出射部93の構成を例示したブロック図である。
図5の構成の図4の構成との違いは、検出部12d,12eを有しない点、位相板93a,93b、波長板93c,93dを有する点である。この構成の場合、レーザ出射部12aから出射され非線形結晶11bに入射したポンプ光82は、非線形結晶12b中で2つのパラメトリック蛍光に分離し、一方のパラメトリック蛍光は光子61として出射され、他方のパラメトリック蛍光は光子62として出射される。ここで、光子61と62は絡み合いの状態にある。また、ミラー92cで反射した反射光82bは、非線形結晶12b中で2つのパラメトリック蛍光に分離し、一方のパラメトリック蛍光は光子63として出射され、他方のパラメトリック蛍光は光子64として出射される。なお、この構成をとる場合、非線形結晶12bから出射された光子63,64の絡み合いの状態を外す(光子63,64の量子状態がそれぞれの量子状態のテンソル積で表される状態とする)手段を設けなければならない。この例では、位相板93a,93bを用いて(|HH>+|VV>)の重ね合わせの|HH>のみを通過させ、さらに波長板93c,93dにより偏光を回転させ、単一光子(1/√2)(|H>+|V>)を生成する手段によって光子63,64の絡み合いの状態を外す。なお、この成功確率は1/2である。また、例えば、図6の光子出射部94のように単一光子63,64を発生する異なる非線形結晶94bをもう一つおく手段を用いてもよい。
FIG. 5 is a block diagram illustrating the configuration of the
The difference between the configuration of FIG. 5 and the configuration of FIG. 4 is that the
<偏光ビームスプリッタ>
偏光ビームスプリッタ21,22は、入射した光子の偏光方向が0°(H:水平偏光)であった場合に当該光子を真っ直ぐに透過させ、光子の偏光方向が90°(V:垂直偏光)であった場合に当該光子を90°に反射する光学素子である。
<波長板>
波長板31〜33は、例えば、入射した光子の波動関数の偏光方向を45°回転させる1/4波長板である。また、波長板の代わりに電気光学効果変調器(例えば、ファラデーローテータ、LiNbO3などの結晶の電気光学効果を利用した変調器等)や、音響素子、液晶による素子を用いてもよい。
<Polarized beam splitter>
The
<Wave plate>
The
<検出部>
検出部41〜44は、例えば、光電子増倍管、ストリークカメラ、フォトダイオード又はアバランシェフォトダイオード等の光子計数領域で用いることのできる検出器であり、その検出結果を制御部50に供給する。なお、この量子状態生成装置1を前述のGC方式の量子状態生成部として用いる場合、この検出部41〜44は、量子テレポーテーション部におけるベル測定結果を検出する検出部、及び最終的に演算結果を観測して検出する検出部が該当する。
<制御部>
制御部50は、例えば、公知のCPU(Central processing Unit)等を用いて構成され、検出部41〜44から供給された検出結果を用い、ポストセレクションが成功したか否か、すなわち、正しく量子状態が生成されたか否かを判断する。
<Detector>
The
<Control unit>
The
<配置>
図1に例示するように、この例の偏光ビームスプリッタ21は、光子出射部11から経路hへ出射された光子62と、光子出射部12から経路eへ出射された光子63が入射する位置に設けられ、入射した光子62の水平偏光の波動関数、及び光子63の垂直偏光の波動関数を経路j(「第1の経路」に相当)に導き、光子62の垂直偏光の波動関数及び光子63の水平偏光の波動関数を経路k(「第2の経路」に相当)に導くように配置される。
また、波長板31は、偏光ビームスプリッタ21から経路jに導かれた光子62の波動関数と光子63の波動関数が入射する位置に設けられ、出射光の波動関数を経路j’に出射するように配置される。
<Arrangement>
As illustrated in FIG. 1, the
The
偏光ビームスプリッタ22は、波長板31から経路j’に出射された光子の波動関数、及び光子出射部13から経路fに出射された光子64子が入射する位置に設けられ、波長板31から出射された光子の水平偏光の波動関数、及び光子64の垂直偏光の波動関数を経路n(「第3の経路」に相当)に導き、波長板31から出射された光子の垂直偏光の波動関数及び光子64の水平偏光の波動関数を経路m(「第4の経路」に相当)に導くように配置される。
また、波長板32は、光子出射部11から経路gに出射された光子61が入射する位置に設けられ、出射光の波動関数を経路g’に出射するように配置される。波長板33は、偏光ビームスプリッタ21において経路kに導かれた光子が入射する位置に設けられ、出射光の波動関数を経路k’に出射するように配置される。
The
The
さらに、検出部41は、波長板32から経路g’に出射された光子61の波動関数を検出できる位置に設けられる。また、検出器42は、波長板33から経路k’に出射された光子の波動関数を検出できる位置(偏光ビームスプリッタに21おいて経路kに導かれた光子の波動関数を検出できる位置)に設けられる。また、検出部43は、偏光ビームスプリッタ22において経路nに導かれた光子の波動関数を検出できる位置に設けられ、検出部44は、偏光ビームスプリッタ22において経路mに導かれた光子の波動関数を検出できる位置に設けられる。
なお、図1では、各光学素子を直線的に配置しているが、各光学素子間を光ファイバ等によって接続する場合には、特に各光学素子を直線的に配置する必要はない。また、制御部50は、各検出部41〜44と電気的に接続され(図示せず)、各検出部41〜44から出力された検出信号が入力される構成となっている。
Further, the
In FIG. 1, the optical elements are arranged linearly. However, when the optical elements are connected by an optical fiber or the like, the optical elements do not need to be arranged linearly. Moreover, the
<動作>
次に、本形態における量子状態生成装置1の動作について説明する。
C−NOTを行うためのGC方式におけるリソースの量子状態は、
|χ>=(1/2)[(|H>|H>+|V>|V>)|H>|H>+(|H>|V>+|V>|H>)|V>|V>] …(4)
である。量子状態生成装置1は、出射した4つの光子61〜64からこの量子状態を生成する。以下、この生成方法を説明する。
まず、光子出射部11において、量子状態が前述の式(1)で表される光子61,62をそれぞれ経路g,hへ出射し、光子出射部12,13において、量子状態が前述の式(2)(3)で表される単一光子63,64をそれぞれ経路e,fへ出射する。
<Operation>
Next, the operation of the quantum
The quantum state of the resource in the GC scheme for performing C-NOT is
| Χ> = (1/2) [(| H> | H> + | V> | V>) | H> | H> + (| H> | V> + | V> | H>) | V> | V>] (4)
It is. The quantum
First, the
この光子62,63は、偏光ビームスプリッタ21に入射する。これにより、光子62の水平偏光の波動関数は経路jに出射され、垂直偏光の波動関数は経路kに出射され、光子63の水平偏光の波動関数は経路kに出射され、垂直偏光の波動関数は経路jに出射される。この際、光子61〜63の量子状態は、
(1/2)(|HHH>+|VVV>+|HHV>+|VVH>) …(5)
となる。
ここで、|HHH>等の左端の「H」や「V」は、光子61に対応する量子状態を示し、真中の「H」や「V」は、光子62に対応する量子状態を示し、右端の「H」や「V」は、光子63に対応する量子状態を示す。また、|HHH>は、光子61〜63の波動関数が水平偏光であり、偏光ビームスプリッタ21において、光子62の波動関数が経路jに透過し、光子63の波動関数が経路kに透過している状態を示している。同様に、|VVV>は、光子61〜63の波動関数が垂直偏光であり、偏光ビームスプリッタ21において、光子62の波動関数が経路kへ反射し、光子63の波動関数が経路jへ反射している状態を示している。また、|HHV>は、光子61,62の波動関数が水平偏光であり、光子63の波動関数が垂直偏光であり、偏光ビームスプリッタ21において、光子62の波動関数が経路jへ透過し、光子63の波動関数が経路jへ反射している状態を示している。また、|VVH>は、光子61,62の波動関数が垂直偏光であり、光子63の波動関数が水平偏光であり、偏光ビームスプリッタ21において、光子62の波動関数が経路kへ反射し、光子63の波動関数が経路kへ透過している状態を示している。そして、ここでの光子61〜63の量子状態は、これらの重ね合わせの状態にある。
The
(1/2) (| HHH> + | VVV> + | HHV> + | VVH>) (5)
It becomes.
Here, “H” or “V” at the left end of | HHH> or the like indicates a quantum state corresponding to the
この重ね合わせの状態から、3経路g,k,jに1つずつ光子61〜63の波動関数が出射されている状態を選択して残すと、
(1/2)(|HHH>+|VVV>) …(6)
という量子状態となる。これは、後に全ての検出部41〜44において光子が検出された際(ポストセレクションが成功した際)、上述の式(5)で示した量子状態が式(6)で示す量子状態に収縮することに該当する。即ち、3経路g,k,jに1つずつ光子61〜63の波動関数が出射されている状態を選択して残すとは、後にポストセレクションが成功した際における、その量子状態のみを正しい状態として使用するということである。
From this superposed state, if the state in which the wave functions of the
(1/2) (| HHH> + | VVV>) (6)
It becomes the quantum state. This is because when the photons are detected in all the
次に、経路gに出射された光子61の波動関数は波長板32に入射され、そこで、その偏光方向が45°回転した後、経路g’に出射される。また、経路kに出射された光子の波動関数は波長板33に入射され、そこで、その偏光方向が45°回転した後、経路k’に出射される。さらに、経路jに出射された光子の波動関数を波長板31に入射され、そこで、その偏光方向が45°回転した後、経路j’に出射される。ここで、波長板31〜33によって行われる変換は、
|H>→(1/√2)(|H>−|V>)
|V>→(1/√2)(|H>+|V>)
となる。
そのため、経路g,k,jに1つずつ進んだ光子61〜63の量子状態(6)は、これらの波長板31〜33によって、
(1/2)(|HHH>+|VVV>)
→(1/2√2)(|HHH>+|VVH>+|HVV>+|VHV>) …(7)
と変換される。
Next, the wave function of the
| H> → (1 / √2) (| H> − | V>)
| V> → (1 / √2) (| H> + | V>)
It becomes.
Therefore, the quantum states (6) of the
(1/2) (| HHH> + | VVV>)
→ (1 / 2√2) (| HHH> + | VVH> + | HVV> + | VHV>) (7)
Is converted.
さらに、波長板31から経路j’に出射された光子の波動関数、及び光子出射部64から経路fに出射された光子64は、偏光ビームスプリッタ22に入射する。これにより、波長板31から経路j’に出射された光子の水平偏光の波動関数は経路nに出射され、垂直偏光の波動関数は経路mに出射され、光子64の水平偏光の波動関数は経路mに出射され、垂直偏光の波動関数は経路nに出射される。そして、この時点で重ね合わせの状態にある光子61〜64の量子状態のうち、4経路g’,k’,m,nに1つずつ光子61〜63の波動関数が出射されている状態を選択して残すと、
(1/4)[(|H>|H>+|V>|V>)|H>|H>+(|H>|V>+|V>|H>)|V>|V>] …(8)
となる。ここで、4経路g’,k’,m,nに1つずつ光子61〜64の波動関数が出射されている状態を選択して残すとは、以下のポストセレクションが成功した際における、その量子状態のみを正しい状態として使用するということである。
Further, the wave function of the photons emitted from the
(1/4) [(| H> | H> + | V> | V>) | H> | H> + (| H> | V> + | V> | H>) | V> | V>] … (8)
It becomes. Here, selecting and leaving the state where the wave functions of the
そして、検出部41〜44は、それぞれ光子の入射を受け付け、それぞれに光子が入射されたか否かの情報を制御部50に送る。制御部50は送られた情報を基にポストセレクションが成功したか否かを判断する。すなわち、制御部50は、全ての検出部41〜44において光子が検出された場合に、ポストセレクションが成功したと判断する。ここで、ポストセレクションが成功した場合には、この検出が行われる前の経路g’,k’,m,nに進んだ光子61〜64の波動関数の量子状態を目的のリソースの量子状態として扱い、ポストセレクションが成功しなかった場合には、その量子状態を破棄する。なお、ポストセレクションの成功確率は、式(8)の係数の2乗の和として求められ1/4となる。
そして、式(8)を正規化することにより、上述の式(4)で表される目的のリソースの量子状態|χ>が得られる。
Then, the
Then, by normalizing the equation (8), the quantum state | χ> of the target resource represented by the above equation (4) is obtained.
なお、このポストセレクションが成功するのは、光子出射部11から光子対一つが出射され、光子出射部12,13から単一光子が一つずつ出射された場合である。そのため、たとえ、光子出射部11〜13から「光子対一つと単一光子2つが発生」する確率と、「光子対が同時に2つ発生」する確率と、「単一光子4つが発生」確率が同じ場合であっても、このポストセレクションが成功したか否かを判断することによって、目的の量子状態|χ>の生成に必要な「光子対一つと単一光子2つが発生」した状態のみを選択することができる。つまり、制御部50は、全ての検出部41〜44において光子が検出された場合に、正しく量子状態生成がされたと判断する。
また、この量子状態生成装置1をGC方式の量子状態生成部として用いる場合、これらの光子を検出し、ポストセレクションを行うのは、後述の量子テレポーテーション処理時である。
The post-selection is successful when one photon pair is emitted from the
When this quantum
〔量子テレポーテーション装置(請求項5,6に対応)〕
次に、本形態における量子テレポーテーション装置(量子テレポーテーション部)について説明する。
図7は、本形態における量子テレポーテーション装置100の構成を例示したブロック図である。
<構成>
まず、量子テレポーテーション装置100の構成について説明する。
図7に例示するように、量子テレポーテーション装置100は、ベル測定部101、光子出射部102、偏光ビームスプリッタ111(「第1の偏光ビームスプリッタ」に相当)、ミラー121、波長板131(「第1の偏光回転素子」に相当)、偏光位相制御素子140(「第1の偏光位相制御素子」に相当)、制御部170、偏光位相制御素子181,182(「第2の偏光位相制御素子」に相当)を有している。また、ベル測定部101は、波長板132(「第2の偏光回転素子」に相当)、ミラー122〜125、ビームスプリッタ150、偏光ビームスプリッタ112,113(「第2,第3の偏光ビームスプリッタ」に相当)、及び検出部161〜164(「第1〜第4の検出部」に相当)を有している。
[Quantum teleportation device (corresponding to claims 5 and 6)]
Next, the quantum teleportation device (quantum teleportation unit) in this embodiment will be described.
FIG. 7 is a block diagram illustrating the configuration of the
<Configuration>
First, the configuration of the
As illustrated in FIG. 7, the
<光子出射部>
光子出射部102は、例えば、前述の光子出射部11と同様に構成され、偏光方向が同じであるという絡み合いの状態にある光子103,104(「第1及び第2の光子」に相当)を出射する。
<偏光ビームスプリッタ>
偏光ビームスプリッタ111〜113は、例えば、前述の偏光ビームスプリッタ21,22と同様に構成され、入射した光子の波動関数が水平偏光であった場合に当該光子を真っ直ぐに透過し、垂直偏光であった場合に当該光子を90°に反射する。
<Photon emission part>
For example, the
<Polarized beam splitter>
The
<波長板>
波長板131,132は、例えば、入射した光子の波動関数の偏光方向を90°回転させる1/2波長板である。また、波長板の代わりに電気光学効果変調器や、音響素子、液晶による素子を用いてもよい。
<偏光位相制御素子>
偏光位相制御素子140,181,182は、例えば、制御電圧によって通過光の偏光角度・位相を制御できる電気光学効果変調器や、(1/2,1/4)波長板等を用いて構成される。また、音響素子、液晶による素子を用いることもできる。
<Wave plate>
The
<Polarization phase control element>
The polarization
なお、偏光位相制御素子181は、制御部170からの指示に応じ、入射した光子の量子状態に対し、
また、偏光位相制御素子182は、制御部170からの指示に応じ、入射した光子の量子状態に対し、
<検出部・制御部>
検出部161〜164は、例えば、前述の検出部41〜44と同様に構成され、制御部170は、例えば、前述の制御部50と同様に構成される。
Further, the polarization
<Detection unit / control unit>
For example, the
<配置>
図7に例示するように、偏光ビームスプリッタ111は、光子出射部102から出射された光子103が入射する位置に設けられ、光子103の水平偏光の波動関数(「第1の偏光方向の波動関数」に相当)を経路a1(「第1の経路」に相当)に導き、光子103の垂直偏光の波動関数(「第2の偏光方向の波動関数」に相当)を経路b1(「第2の経路」に相当)に導くように配置される。
ミラー121は、偏光ビームスプリッタ111において経路b1に導かれた光子103の波動関数が入射する位置に設けられ、この光子103の波動関数90°に反射するように配置される。
<Arrangement>
As illustrated in FIG. 7, the
The
波長板131は、偏光ビームスプリッタ111において経路b1に導かれ、ミラー121で反射した光子103の波動関数が入射する位置に設けられ、光子103の波動関数の偏光方向を回転させて経路b2(「第2の経路」に相当)に出射するように配置される。
偏光位相制御素子140は、偏光ビームスプリッタ111において経路a1に導かれた光子103の波動関数、及び偏光ビームスプリッタ111、ミラー121及び波長板131において経路b1,b2と導かれた光子103の波動関数が入射する位置に設けられる。また、偏光位相制御素子140は、経路a1に導かれた光子103の波動関数を、入力の1量子ビット状態(α|H>+β|V>)に変換して経路a2(「第1の経路」に相当)に出射し、波長板131から経路b3に出射された光子103の波動関数を、この1量子ビット状態(α|H>+β|V>)に変換して経路b3(「第2の経路」に相当)に出射するように配置される。
The
The polarization
波長板132は、偏光位相制御素子140から経路b3(「第2の経路」に相当)に出射された光子103の波動関数が入射する位置に設けられ、その偏光方向を回転させて経路b4(「第2の経路」に相当)に出射するように配置される。
ミラー122は、波長板132から経路b4に出射された光子103の波動関数が入射する位置に設けられ、その波動関数を反射することによって、この出射された光子103の波動関数をビームスプリッタ150に入射させるように配置される。
ミラー124は、偏光位相制御素子140から経路a2に出射された光子103の波動関数が入射する位置に設けられ、その波動関数を反射することによって、この出射された光子103の波動関数をビームスプリッタ150に入射させるように配置される。
The
The
The
ビームスプリッタ150は、偏光位相制御素子140から経路a2に出射されミラー124で反射された光子103の波動関数、及び波長板132から経路b4に出射されミラー122で反射された光子103の波動関数が入射する位置に設けられ、入射した光子103の波動関数を経路a’1(「第3の経路」に相当)と経路b’1(「第4の経路」に相当)に分離するように配置される。
ミラー125は、ビームスプリッタ150から経路a’1に出射された光子103の波動関数が入射する位置に設けられ、この波動関数を経路a’2(「第3の経路」に相当)に反射するように配置される。また、ミラー123は、ビームスプリッタ150から経路b’1に出射された講師161の波動関数が入射する位置に設けられ、この波動関数を経路b’2(「第4の経路」に相当)に反射するように配置される。
The
The
偏光ビームスプリッタ113は、ビームスプリッタ150において経路a’1に導かれ、ミラー125で経路a’2に反射された光子103の波動関数が入射する位置に設けられ、入射した光子103の水平偏光の波動関数を経路a’3(「第5の経路」に相当)に導き、当該光子103の垂直偏光の波動関数を経路a’4(「第6の経路」に相当)に導くように配置される。
また、偏光ビームスプリッタ112は、ビームスプリッタ150において経路b’1に導かれ、ミラー123で反射された光子103の波動関数が入射する位置に設けられ、入射した光子103の水平偏光の波動関数を経路b’3(「第7の経路」に相当)に導き、当該光子103の垂直偏光の波動関数を経路b’4(「第8の経路」に相当)に導くように配置される。
The
The
また、検出部161(「第1の検出部」に相当)は、偏光ビームスプリッタ113において経路a’3に導かれた光子103の波動関数を検出できる位置に設けられ、検出部162(「第2の検出部」に相当)は、偏光ビームスプリッタ113において経路a’4に導かれた光子103の波動関数を検出できる位置に設けられる。
さらに、検出部163(「第3の検出部」に相当)は、偏光ビームスプリッタ112において経路b’3に導かれた光子103の波動関数を検出できる位置に設けられ、検出部164(「第4の検出部」に相当)は、偏光ビームスプリッタ112において経路b’4に導かれた光子103の波動関数を検出できる位置に設けられる。
The detection unit 161 (corresponding to the “first detection unit”) is provided at a position where the wave function of the
Furthermore, the detection unit 163 (corresponding to a “third detection unit”) is provided at a position where the wave function of the
また、偏光位相制御素子181は、光子出射部102から出射された光子104が入射する位置に設けられ、偏光位相制御素子182は、偏光位相制御素子181から出射した光子104の波動関数が入射する位置に設けられる。
さらに、制御部170は、ベル測定部101と古典通信路によって通信可能に接続され、各検出部161〜164の検出結果を取得できるように構成されている。また、制御部170は、古典通信路によって偏光位相制御素子181,182と通信可能に接続され、上述の検出結果に応じたユニタリ変換を示す古典情報を偏光位相制御素子181,182に提供可能なようになっている。
The polarization
Further, the
<動作>
次に、本形態における量子テレポーテーション装置100の動作について説明する。
まず、前述のように、光子出射部102から絡み合いの状態にある光子103,104を出射する。ここで、これらの光子103,104の量子状態は、
(1/√2)(|HH>+|VV>) …(11)
となっている。このように出射された光子103は、偏光ビームスプリッタ111に入射し、光子104は偏光位相制御素子181に入射する。
偏光ビームスプリッタ111に入射した光子103の波動関数は、その偏光方向(水平偏光|H>、垂直偏光|V>)に応じ、偏光ビームスプリッタ111を透過或いは反射する。これにより、光子103の波動関数は、水平偏光|H>で経路a1に進むものと、垂直偏光|V>で経路b1に進むものとの重ね合わせの状態となる。
<Operation>
Next, the operation of the
First, as described above, the
(1 / √2) (| HH> + | VV>) (11)
It has become. The
The wave function of the
経路b1に進んだ光子103の垂直偏光|V>の波動関数は、ミラー121で反射後、波長板131に入射する。波長板131は、入射した垂直偏光|V>の波動関数の偏光方向を90°回転させ、その偏光を水平偏光|H>に変換した後、経路b2に出射する。これにより、光子出射部102から出射された光子104の波動関数と、経路a1にある光子103の波動関数と、経路b2にある光子103の波動関数の量子状態は、光子出射部102での光子103,104出射時における光子103の偏光と光子104の偏光の絡み合い(エンタングルメント)から、光子103の経路と光子104の偏光の絡み合いに変わっている。この量子状態を式で表すと、
(1/√2)(|a>1|H>2+|b>1|V>2)|H>1 …(12)
となる。ここで、|a>は、経路a1〜a2,a’1〜a’4の何れかに存在する光子の量子状態を示し、|b>は、経路b1〜b4,b’1〜b’4の何れかに存在する光子の量子状態を示す。また、|H>は水平偏光の光子の量子状態を示し、|V>は垂直偏光の光子の量子状態を示す。さらに、下付き添え字の「1」は光子103の量子状態であることを示し、「2」は光子104の量子状態であることを示す。この式(12)に示すように、この状態では、光子103の波動関数の偏光が光子104の波動関数の偏光に対して自由となる。すなわち、光子104の波動関数の所定の偏光方向に対し、光子103の波動関数がどのような偏光方向をもとることが可能となっている。
The wave function of the vertical polarization | V> of the
(1 / √2) (| a> 1 | H> 2 + | b> 1 | V> 2 ) | H> 1 (12)
It becomes. Here, | a> indicates a quantum state of a photon existing in any of paths a1 to a2 and a′1 to a′4, and | b> indicates a path b1 to b4 and b′1 to b′4. Shows the quantum state of a photon present in any of the above. | H> indicates the quantum state of a horizontally polarized photon, and | V> indicates the quantum state of a vertically polarized photon. Further, the subscript “1” indicates the quantum state of the
この経路a1を進む光子103の波動関数と、経路b2を進む光子103の波動関数は、偏光位相制御素子140に入射する。ここで、偏光位相制御素子140は、入射した光子103の波動関数の量子状態を、テレポートする入力情報に対応する1量子状態(α|H>+β|V>)に変換するように制御されている。そして、偏光位相制御素子140は、入射した光子103にこの変換(入力)を行い、以下のような量子状態を生成する。
(1/√2)(|a>1|H>2+|b>1|V>2)(α|H>+β|V>)1
…(13)
ここで式(13)を書き換えると、
=(1/2√2)(|a>|H>+|b>|V>)1(α|H>+β|V>)2
…(14)
+(1/2√2)(|a>|H>−|b>|V>)1(α|H>−β|V>)2
…(15)
+(1/2√2)(|a>|V>+|b>|H>)1(β|H>+α|V>)2
…(16)
+(1/2√2)(|a>|V>−|b>|H>)1(β|H>−α|V>)2
…(17)
となる。これは、この量子状態が、式(14)〜式(17)の量子状態の重ね合わせ状態にあることを示している。
The wave function of the
(1 / √2) (| a> 1 | H> 2 + | b> 1 | V> 2 ) (α | H> + β | V>) 1
…(13)
If we rewrite equation (13) here,
= (1 / 2√2) (| a> | H> + | b> | V>) 1 (α | H> + β | V>) 2
…(14)
+ (1 / 2√2) (| a> | H> − | b> | V>) 1 (α | H> −β | V>) 2
… (15)
+ (1 / 2√2) (| a> | V> + | b> | H>) 1 (β | H> + α | V>) 2
… (16)
+ (1 / 2√2) (| a> | V> − | b> | H>) 1 (β | H> −α | V>) 2
… (17)
It becomes. This indicates that this quantum state is in a superposition state of the quantum states of Expressions (14) to (17).
以上のように偏光位相制御素子140において変換された光子103の波動関数は、ベル測定部101に入射し、そこで上式中の4つの直交基底
|e±>=(1/√2)(|a>|H>±|b>|V>)1
|f±>=(1/√2)(|a>|V>±|b>|H>)1
を用いて観測(ベル測定)される。以下、このベル測定の内容について説明する。
経路b2を進み、偏光位相制御素子140から経路b3に出射された水平偏光|H>の光子103の波動関数は、波長板132に入射する。波長板132は、入射した光子103の波動関数の偏光方向を90°回転させ垂直偏光|V>とした後、経路b4(「第2の経路」に相当)へ出射する。経路b4に出射された光子103の波動関数はミラー122で反射した後ビームスプリッタ150に入射する。また、それと同時に、経路a1を進み、偏光位相制御素子140から経路a2に出射された垂直偏光|V>の光子103の波動関数は、ミラー124で反射され、ビームスプリッタ150に入射する。
As described above, the wave function of the
| F ±> = (1 / √2) (| a> | V> ± | b> | H>) 1
Is used (bell measurement). Hereinafter, the contents of the bell measurement will be described.
The wave function of the
ここでビームスプリッタ150に入射した光子103の波動関数のうち、上述の式(14)に対応するもの(|e+>)だけをみると、ビームスプリッタ150はこの波動関数を経路a’1に出射することになる。この波動関数は、さらにミラー125で反射した後、経路a’2に出射され、偏光ビームスプリッタ113に入射する。そして、この波動関数は水平偏光|H>である(経路b4を進む光子103の波動関数は波長板132において水平偏光|H>に変換されている)ため、この偏光ビームスプリッタ113を透過し、検出部161で検出される。同様に、ビームスプリッタ150に入射した光子103の波動関数のうち、上述の式(15)に対応するもの(|e−>)は検出部163で検出され、上述の式(16)に対応するもの(|f+>)は検出部164で検出され、上述の式(17)に対応するもの(|f−>)は検出部162で検出される。つまり、
検出部161で検出された場合、|e+>を検出し、
検出部162で検出された場合、|f−>を検出し、
検出部163で検出された場合、|e−>を検出し、
検出部164で検出された場合、|f+>を検出したことが分かる。
Here, when only the wave function (| e +>) corresponding to the above equation (14) among the wave functions of the
When it is detected by the
When detected by the
When detected by the
When detected by the
そして、光子103の波動関数が、検出部161〜164の何れかで観測されることにより、式(13)の量子状態は、それが観測された検出部161〜164に対応する式(14)〜式(17)の量子状態に収縮することになる。つまり、
検出部161で検出された場合、式(14)の量子状態に収縮し、
検出部162で検出された場合、式(17)の量子状態に収縮し、
検出部163で検出された場合、式(15)の量子状態に収縮し、
検出部164で検出された場合、式(16)の量子状態に収縮する。
つまり、この収縮によって光子103と絡み合いの状態にある光子104の量子状態も収縮する。
Then, when the wave function of the
When detected by the
When detected by the
When detected by the
When it is detected by the
That is, this contraction also contracts the quantum state of the
ベル測定部101は、この測定結果(何れの検出部161〜164で光子が検出されたか)の古典情報を制御部170に送る。制御部170は、その検出結果に応じたユニタリ変換を光子104に施すため、そのユニタリ変換方法を示す古典情報を偏光位相制御素子181,182に送る。そして、偏光位相制御素子181,182は、測定結果|e+>,|e−>,|f+>,|f−>に応じたユニタリ変換I,σx,σz,σzσxを光子104に施し、偏光位相制御素子140で入力された入力情報を示す量子状態(α|H>+β|V>)を示す光子105を生成して、出射する。なお、Iは基本行列を示し、σx,σzは式(9)(10)で示したユニタリ変換である。
以上説明した通り、この量子テレポーテーション装置100では、偏光ビームスプリッタ111において光子103の経路のみを分離し、光子104の経路は分離していない。これは、2つの光子の経路をそれぞれ2つの経路に分離しているBoschi et al.により実験装置に比べ経路が少なく、回路効率が良い。
The
As described above, in this
〔制御NOT演算装置(請求項7,8に対応)〕
次に、上述の量子状態生成装置と量子テレポーテーション装置と組み合わせることにより、GS方式による制御NOT演算(C−NOT)を行う制御NOT演算装置について説明する。なお、以下では、前述した量子状態生成装置や量子テレポーテーション装置の説明と共通する事項については説明を省略する。また、以下に用いる図面において、前述したのと同様な構成については、前述の図と同じ符号を付した。
[Control NOT operation device (corresponding to
Next, a control NOT operation device that performs control NOT operation (C-NOT) by the GS method by combining the above-described quantum state generation device and quantum teleportation device will be described. In addition, below, description is abbreviate | omitted about the matter which is common in description of the quantum state production | generation apparatus and quantum teleportation apparatus mentioned above. In the drawings used below, the same reference numerals as those in the above-described drawings are assigned to the same configurations as those described above.
<構成>
図8は、本形態における制御NOT演算装置200の全体構成を例示した図である。
まず、この図を用いて制御NOT演算装置200の全体構成について説明する。
図8に例示するように、制御NOT演算装置200は、量子状態生成装置300及び量子テレポーテーション装置400,500を有している。また、量子テレポーテーション装置400はベル測定部101及び偏光位相制御素子181,182,481を有し、量子テレポーテーション装置500はベル測定部501及び偏光位相制御素子581〜583を有する。
<Configuration>
FIG. 8 is a diagram illustrating the overall configuration of the control NOT arithmetic device 200 in the present embodiment.
First, the overall configuration of the control NOT arithmetic unit 200 will be described using this figure.
As illustrated in FIG. 8, the control NOT operation device 200 includes a quantum
図9は、本形態における量子状態生成装置300の構成を例示した図である。
この量子状態生成装置300の構成は、前述した量子状態生成装置1(図1参照)とほぼ同様であり、量子状態生成装置1が有する検出部41〜44と制御部50を有しない点のみが相違する。
なお、ここでは、偏光ビームスプリッタ21,22が、「第7,第8の偏光ビームスプリッタ」に相当し、波長板31〜33が「第5〜第7の偏光回転素子」に相当し、光子271〜274が「第1〜第4の光子」に相当し、光子61〜64が「第5〜第8の光子」に相当する。また、ここでは、経路jが「第17の経路」に相当し、経路kが「第18の経路」に相当し、経路nが「第19の経路」に相当し、経路mが「第20の経路」に相当する。
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of the quantum
The configuration of the quantum
Here, the
図10は、本形態における量子テレポーテーション装置400の構成を例示した図である。
この量子テレポーテーション装置400の構成は、前述した量子テレポーテーション装置100(図7参照)とほぼ同様(請求項7との対応関係も含め)であり、光子出射部102として量子状態生成装置300を用いる点、偏光位相制御素子481(「第2の偏光位相制御素子」に相当)が追加されている点のみが相違する。なお、この偏光位相制御素子481は、偏光位相制御素子181と同様に構成され、入射した光子の量子状態に対し、前述の式(9)で示されるユニタリ変換を施す。また、偏光位相制御素子481は、光子272が入射する位置に設けられ、出射した光子を偏光位相制御素子181に入射させるように配置される。
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of the
The configuration of the
図11は、本形態における量子テレポーテーション装置500の構成を例示した図である。
この量子テレポーテーション装置500の構成は、前述した量子テレポーテーション装置100(図7参照)とほぼ同様であり、偏光位相制御素子181,182の代わりに偏光位相制御素子581〜583が設けられている点のみが相違する。ここで、偏光位相制御素子581は、偏光位相制御素子181と同様に構成され、入射した光子の量子状態に対し、前述の式(9)で示されるユニタリ変換を施す。また、偏光位相制御素子582,583は、偏光位相制御素子182と同様に構成され、入射した光子の量子状態に対し、前述の式(10)で示されるユニタリ変換を施す。なお、偏光位相制御素子581は、光子274が入射する位置に設けられ、偏光位相制御素子582は、偏光位相制御素子581から出射した光子274が入射する位置に設けられ、偏光位相制御素子583は、偏光位相制御素子582から出射した光子274が入射する位置に設けられる。また、偏光位相制御素子481と偏光位相制御素子581、偏光位相制御素子182と偏光位相制御素子583は、それぞれ古典通信路によって接続され、同時に同じユニタリ変換を作用させるように構成されている。
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of the
The configuration of the
ここで、ベル測定部501はベル測定部101に対応し、波長板532(「第4の偏光回転素子」に相当)は波長板132に、ミラー522〜525はミラー122〜125に、ビームスプリッタ550(「第2のビームスプリッタ」に相当)はビームスプリッタ150(「第1のビームスプリッタ」に相当)に、偏光ビームスプリッタ512,513(「第5,第6の偏光ビームスプリッタ」に相当)は偏光ビームスプリッタ112,113に、検出部561〜564(「第5〜第8の検出部」に相当)は検出部161〜164に、それぞれ対応する。
Here, the
また、偏光ビームスプリッタ511(「第3の偏光ビームスプリッタ」に相当)は偏光ビームスプリッタ111に、ミラー521はミラー121に、波長板531(「第3の偏光回転素子」に相当)は波長板131に、偏光位相制御素子540(「第3の偏光位相制御素子」に相当)は偏光位相制御素子140に、制御部570は制御部170に、偏光位相制御素子581,582(「第4の偏光位相制御素子」に相当)は偏光位相制御素子181,182に、それぞれ対応する(図7参照)。
また、ここでは、経路c1,c2は、「第9の経路」に相当し、経路c’1,c’2は、「11第の経路」に相当し、経路c’3は、「第13の経路」に相当し、経路c’4は、「第14の経路」に相当する。また、経路d1〜d4は、「第10の経路」に相当し、経路d’1,d’2は、「第12の経路」に相当し、経路d’3は、「第15の経路」に相当し、経路d’4は、「第16の経路」に相当する(図11参照)。
The polarization beam splitter 511 (corresponding to “third polarization beam splitter”) is the
Further, here, the routes c1 and c2 correspond to the “ninth route”, the routes c′1 and c′2 correspond to the “11th route”, and the route c′3 corresponds to the “13th route”. The route c′4 corresponds to the “fourteenth route”. The routes d1 to d4 correspond to the “tenth route”, the routes d′ 1 and d′ 2 correspond to the “twelfth route”, and the route d′ 3 corresponds to the “fifteenth route”. The route d′ 4 corresponds to the “sixteenth route” (see FIG. 11).
<動作>
次に、本形態における制御NOT演算装置200の動作について説明する。
まず、量子状態生成装置300において、前述の〔量子状態生成装置〕の欄で説明した手順により、偏光によるエンタングルメント状態になっている量子状態の
|χ>=(1/4)[(|H>5|H>6+|V>5|V>6)|H>7|H>8+(|H>5|V>6+|V>5|H>6)|V>7|V>8] …(18)
光子271〜274をリソースとして生成・出射する。ここで、図9に示すように、光子271の波動関数は、波長板32から出射された光子の波動関数であり、光子272の波動関数は、偏光回転素子33から出射された光子の波動関数であり、光子273の波動関数は、偏光ビームスプリッタ22おいて経路nに導かれた光子の波動関数であり、光子274の波動関数は、偏光ビームスプリッタ22おいて経路mに導かれた光子の波動関数である。また、式(18)における下付き添え字の「5」は光子271の量子状態であることを示し、「6」は光子272の量子状態であることを示し、「7」は光子273の量子状態であることを示し、「8」は光子274の量子状態であることを示す。
<Operation>
Next, the operation of the control NOT arithmetic unit 200 in this embodiment will be described.
First, in the quantum
なお、この状態生成は確率的であり、最終的に2つのベル測定部101,501及び2つの出力ポート(偏光位相制御素子182,583の出射側)に光子がそれぞれ1つずつ検出されたときのみ、この状態生成が成功したものとする。
上記のように出射された光子271,273は、それぞれ偏光ビームスプリッタ111,511に入射され、前述のように、異なる経路の重ね合わせ状態となる。そして、それぞれ一方の経路の波動関数を波長板131,531に通過させて偏光を90°回転させる。これにより、光子271〜274の量子状態は、
(1/2)[(|a>5|H>6+|b>5|V>6)|H>7|c>8+(|a>5|V>6+|b>5|H>6)|V>7|d>8]|H>5|H>8
で表される経路と偏光による重ね合わせ状態となる。ここで、|a>は、経路a1〜a2,a’1〜a’4の何れかに存在する光子の量子状態を示し、|b>は、経路b1〜b4,b’1〜b’4の何れかに存在する光子の量子状態を示す。また、|c>は、経路c1〜c2,c’1〜c’4の何れかに存在する光子の量子状態を示し、|d>は、経路d1〜d4,d’1〜d’4の何れかに存在する光子の量子状態を示す。
Note that this state generation is probabilistic, and when one photon is finally detected at each of the two
The
(1/2) [(| a> 5 | H> 6 + | b> 5 | V> 6) | H> 7 | c> 8 + (| a> 5 | V> 6 + | b> 5 | H > 6 ) | V> 7 | d> 8 ] | H> 5 | H> 8
It becomes the superposition state by the path | route represented by these, and polarization | polarized-light. Here, | a> indicates a quantum state of a photon existing in any of paths a1 to a2 and a′1 to a′4, and | b> indicates a path b1 to b4 and b′1 to b′4. Shows the quantum state of a photon present in any of the above. Further, | c> indicates a quantum state of a photon existing in any one of the paths c1 to c2 and c′1 to c′4, and | d> indicates a path d1 to d4 and d′ 1 to d′ 4. Indicates the quantum state of a photon present anywhere.
次に、光子271,273の波動関数は、それぞれ偏光位相制御素子140,540にそれぞれ入射し、そこで光子271の波動関数を入力標的ビットの量子状態|ψ> =α|H>+β|V>に、光子273の波動関数を入力制御ビットの量子状態|φ>=γ|H>+δ|V>
に変換する。
これにより、光子271〜274の量子状態は、
(1/2)[(|a>5|H>6+|b>5|V>6)|H>7|c>8+(|a>5|V>6+|b>5|H>6)|V>7|d>8](α|H>+β|V>)5(γ|H>+δ|V>)8
となる。
Next, the wave functions of the
Convert to
Thereby, the quantum states of
(1/2) [(| a> 5 | H> 6 + | b> 5 | V> 6) | H> 7 | c> 8 + (| a> 5 | V> 6 + | b> 5 | H > 6 ) | V> 7 | d> 8 ] (α | H> + β | V>) 5 (γ | H> + δ | V>) 8
It becomes.
次に、前述の〔量子状態生成装置〕の欄で説明したのと同様な手順により、ベル測定部101において、光子271の量子状態を、4つの直交基底
|e±>5=(1/√2)(|a>|H>±|b>|V>)5
|f±>5=(1/√2)(|a>|V>±|b>|H>)5
を用いて観測する。ここで、検出部161,162,163,164で光子を検出することが、それぞれベル測定において、|e+>5,|f−>5,|e−>5,|f+>5を測定したことに対応する。
Next, the quantum state of the
| F ±> 5 = (1 / √2) (| a> | V> ± | b> | H>) 5
Observe using. Here, detection of photons by the
また、同様な手順により、ベル測定部501において、光子273の量子状態を、4つの直交基底
|e±>5=(1/√2)(|c>|H>±|d>|V>)8
|f±>5=(1/√2)(|c>|V>±|d>|H>)8
を用いて観測する。ここで、検出部561,562,563,564で光子を検出することが、それぞれベル測定において、|e+>8,|f−>8,|e−>8,|f+>8を測定したことに対応する。
これらの検出結果は、ベル測定部101,501から、それぞれ制御部170,570に送られる。そして、各制御部170,570は、受け取った観測結果に基づいて定められるユニタリ変換を示す古典情報を偏光位相制御素子181,182,583及び581,582,481に送る。そして、偏光位相制御素子481,181,182は、それに基づき光子272に対し所定のユニタリ変換を施し、偏光位相制御素子581,582,583は、それに基づき光子274に対し所定のユニタリ変換を施す。
In the
| F ±> 5 = (1 / √2) (| c> | V> ± | d> | H>) 8
Observe using. Here, detection of photons by the
These detection results are sent from the
なお、ここで光子272,274に施されるユニタリ変換は以下のようになる。
検出部161で光子検出:I(×)I
検出部162で光子検出:σzσx(×)σz
検出部163で光子検出:σx(×)I
検出部164で光子検出:σz(×)σz
検出部561で光子検出:I(×)I
検出部562で光子検出:σx(×)σxσz
検出部563で光子検出:σx(×)σx
検出部564で光子検出:I(×)σz
なお、ここでp(×)qはpとqのテンソル積を示す。また、なお、Iは基本行列を示し、σx,σzは式(9)(10)で示したユニタリ変換である。
その結果、偏光位相制御素子182,583から出射された光子275,276の2量子状態は、
αγ|HH>+αδ|VV>+βγ|VH>+βδ|HV> …(19)
となる。
Here, the unitary conversion performed on the
Photon detection by the detector 161: I (x) I
Photon detection by the detector 162: σ z σ x (×) σ z
Photon detection by the detection unit 163: σ x (×) I
Photon detection by the detection unit 164: σ z (×) σ z
Photon detection by the detection unit 561: I (x) I
Photon detection by the detection unit 562: σ x (×) σ x σ z
Photon detection by the detection unit 563: σ x (×) σ x
Photon detection by the detection unit 564: I (x) σ z
Here, p (x) q represents a tensor product of p and q. In addition, I represents a basic matrix, and σ x and σ z are unitary transformations represented by equations (9) and (10).
As a result, the two quantum states of the
αγ | HH> + αδ | VV> + βγ | VH> + βδ | HV> (19)
It becomes.
ここで、偏光位相制御素子140,540でそれぞれ変換した入力制御ビットの量子状態|φ>=α|H>+β|V>と、入力標的ビットの量子状態|ψ> =γ|H>+δ|V>とのテンソル積は、
(α|H>+β|V>)(×)(γ|H>+δ|V>)
=αγ|HH>+αδ|HV>+βγ|VH>+βδ|VV> …(20)
となる。
ここで、式(19)と式(20)において、|**>内の右側は制御ビットを示し、左側は標的ビットを示している。これらから分かるように、式(19)で示される量子状態は、式(20)で示される入力の量子状態に対して、制御NOTゲートを作用した状態となっている。
以上の構成によりGC方式を現実に実装することが可能となる。また、この構成では、光子数を区別する必要はなく、生成しなければならない光子は4つのみである。そのため、現状の技術レベルでも十分に実現できる。
Here, the quantum state | φ> = α | H> + β | V> of the input control bits converted by the polarization
(Α | H> + β | V>) (×) (γ | H> + δ | V>)
= Αγ | HH> + αδ | HV> + βγ | VH> + βδ | VV> (20)
It becomes.
Here, in Expression (19) and Expression (20), the right side in | **> indicates a control bit, and the left side indicates a target bit. As can be seen from these, the quantum state represented by the equation (19) is a state in which the control NOT gate acts on the input quantum state represented by the equation (20).
With the above configuration, the GC method can be actually implemented. In this configuration, it is not necessary to distinguish the number of photons, and only four photons have to be generated. Therefore, it can be sufficiently realized even at the current technical level.
なお、この発明は上述の実施の形態に限定されるものではない。例えば、ポストセレクションに、量子非破壊測定(Quantum Non-Demolition measurement)を用いてもよい(例えば,「P. Kok, H. Lee, and J. P. Dowling, Single-photon quantum-nondemolition detectors constructed with linear optics and projective measurements, Physical Review A 66, 063814(2002)」等参照)。
この量子非破壊測定では、光子の存在を消滅させずに、偏光等の情報を保ったまま、光子の存在を検出できる。これを波長板32,33及び偏光ビームスプリッタ22の出射位置に置き、光子の存在を確かめることにより、ポストセレクションをすることができる。そして、この光子を消滅させない状態でのポストセレクションが成功したとき、正しく量子状態生成が行われ、その量子状態が保たれる。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。
The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, quantum non-demolition measurement may be used for post-selection (for example, “P. Kok, H. Lee, and JP Dowling, Single-photon quantum-nondemolition detectors constructed with linear optics and projective measurements, Physical Review A 66, 063814 (2002) ").
In this quantum nondestructive measurement, the existence of a photon can be detected while maintaining the information such as polarization without annihilating the existence of the photon. Post-selection can be performed by placing these at the emission positions of the
Needless to say, other modifications are possible without departing from the spirit of the present invention.
本発明により、量子コンピュータの基本演算である制御NOT演算が現実的に実施可能となる。 According to the present invention, a control NOT operation, which is a basic operation of a quantum computer, can be implemented practically.
1,300 量子状態生成装置
100,400,500 量子テレポーテーション装置
200 制御NOT演算装置
1,300 Quantum state generation device 100,400,500 Quantum teleportation device 200 Control NOT operation device
Claims (8)
前記第2の光子と前記第3の光子が入射する位置に設けられ、前記第2の光子の第1の偏光方向の波動関数、及び前記第3の光子の第2の偏光方向の波動関数を第1の経路に導き、前記第2の光子の前記第2の偏光方向の波動関数及び前記第3の光子の前記第1の偏光方向の波動関数を第2の経路に導く、第1の偏光ビームスプリッタと、
前記第1の偏光ビームスプリッタから前記第1の経路に導かれた前記第2の光子の波動関数及び前記第3の光子の波動関数が入射する位置に設けられ、入射した光子の波動関数の偏光方向を回転させる第1の偏光回転素子と、
前記第1の偏光回転素子から出射された光子の波動関数、及び前記第4の光子が入射する位置に設けられ、前記第1の偏光回転素子から出射された光子の前記第1の偏光方向の波動関数、及び前記第4の光子の前記第2の偏光方向の波動関数を第3の経路に導き、前記第1の偏光回転素子から出射された光子の前記第2の偏光方向の波動関数及び前記第4の光子の前記第1の偏光方向の波動関数を第4の経路に導く、第2の偏光ビームスプリッタと、
前記第1の光子が入射する位置に設けられ、入射した光子の波動関数の偏光方向を回転させる第2の偏光回転素子と、
前記第1の偏光ビームスプリッタにおいて前記第2の経路に導かれた光子の波動関数が入射する位置に設けられ、入射した光子の波動関数の偏光方向を回転させる第3の偏光回転素子と、
を有する、
ことを特徴とする量子状態生成装置。 A photon emitter for emitting first to fourth photons;
A wave function of the second photon in the first polarization direction and a wave function of the third photon in the second polarization direction are provided at positions where the second photon and the third photon are incident. A first polarization leading to a second path, a wave function of the second photon in the second polarization direction and a wave function of the third photon in the first polarization direction to the second path; A beam splitter,
Polarization of the wave function of the incident photon provided at a position where the wave function of the second photon and the wave function of the third photon guided to the first path from the first polarization beam splitter are incident. A first polarization rotation element that rotates the direction;
A wave function of a photon emitted from the first polarization rotation element and a position of the photon emitted from the first polarization rotation element are provided at a position where the fourth photon is incident, and the first polarization direction of the photon emitted from the first polarization rotation element is A wave function and a wave function of the fourth photon in the second polarization direction are guided to a third path, and the wave function of the second polarization direction of the photon emitted from the first polarization rotation element, and A second polarizing beam splitter that guides a wave function of the first polarization direction of the fourth photon to a fourth path;
A second polarization rotation element provided at a position where the first photon is incident, and rotating a polarization direction of a wave function of the incident photon;
A third polarization rotation element that is provided at a position where a wave function of a photon guided to the second path is incident in the first polarization beam splitter, and rotates a polarization direction of the wave function of the incident photon;
Having
A quantum state generator characterized by the above.
前記光子出射部から出射される前記第1及び第2の光子は、
偏光方向が同じであるという絡み合いの状態にある、
ことを特徴とする量子状態生成装置。 The quantum state generation device according to claim 1,
The first and second photons emitted from the photon emission unit are:
In an entangled state that the polarization direction is the same,
A quantum state generator characterized by the above.
前記第1の偏光方向は、
水平方向であり、
前記第2の偏光方向は、
垂直方向であり、
前記偏光ビームスプリッタは、
入射した光子の波動関数が水平偏光であった場合に当該光子を透過し、垂直偏光であった場合に当該光子を反射し、
前記偏光回転素子は、
入射した光子の波動関数の偏光方向を45°回転させる、
ことを特徴とする量子状態生成装置。 The quantum state generating device according to claim 1 or 2,
The first polarization direction is:
Horizontal,
The second polarization direction is:
Vertical direction,
The polarizing beam splitter is
When the wave function of the incident photon is horizontal polarization, the photon is transmitted, and when the wave function is vertical polarization, the photon is reflected.
The polarization rotation element is
Rotate the polarization direction of the wave function of the incident photon by 45 °,
A quantum state generator characterized by the above.
前記第2の偏光回転素子の出射光の波動関数を検出できる位置に設けられる第1の検出部と、
前記第3の偏光回転素子の出射光の波動関数を検出できる位置に設けられる第2の検出部と、
前記第2の偏光ビームスプリッタにおいて前記第3の経路に導かれた光子の波動関数を検出できる位置に設けられる第3の検出部と、
前記第2の偏光ビームスプリッタにおいて前記第4の経路に導かれた光子の波動関数を検出できる位置に設けられる第4の検出部と、
前記第1から第4の検出部全てにおいて光子が検出された場合に、正しく量子状態生成がされたと判断する制御部と、
を有する、
ことを特徴とする量子状態生成装置。 The quantum state generation device according to any one of claims 1 to 3,
A first detector provided at a position where the wave function of the emitted light of the second polarization rotation element can be detected;
A second detector provided at a position where the wave function of the emitted light of the third polarization rotation element can be detected;
A third detector provided at a position where the wave function of a photon guided to the third path in the second polarization beam splitter can be detected;
A fourth detector provided at a position where the wave function of a photon guided to the fourth path in the second polarization beam splitter can be detected;
A control unit that determines that a quantum state has been correctly generated when a photon is detected in all of the first to fourth detection units;
Having
A quantum state generator characterized by the above.
前記第1の光子が入射する位置に設けられ、当該第1の光子の第1の偏光方向の波動関数を第1の経路に導き、当該第1の光子の第2の偏光方向の波動関数を第2の経路に導く、第1の偏光ビームスプリッタと、
前記第1の偏光ビームスプリッタにおいて前記第2の経路に導かれた前記第1の光子の波動関数が入射する位置に設けられ、当該第1の光子の波動関数の偏光方向を回転させて前記第2の経路に出射する第1の偏光回転素子と、
前記第1の偏光ビームスプリッタにおいて前記第1の経路に導かれた前記第1の光子の波動関数を、入力情報の1量子ビット状態に変換して前記第1の経路に出射し、前記第1の偏光回転素子から前記第2の経路に出射された前記第1の光子の波動関数を、前記入力の1量子ビット状態に変換して前記第2の経路に出射する第1の偏光位相制御素子と、
前記第1の偏光位相制御素子から前記第2の経路に出射された前記第1の光子の波動関数の偏光方向を回転させて前記第2の経路に出射する第2の偏光回転素子と、
前記第1の偏光位相制御素子から前記第1の経路に出射された前記第1の光子の波動関数、及び前記第2の偏光回転素子から前記第2の経路に出射された前記第1の光子の波動関数が入射する位置に設けられ、入射した前記第1の光子の波動関数を第3の経路と第4の経路に分離するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタにおいて前記第3の経路に導かれた前記第1の光子の波動関数が入射する位置に設けられ、当該第1の光子の前記第1の偏光方向の波動関数を第5の経路に導き、当該第1の光子の前記第2の偏光方向の波動関数を第6の経路に導く、第2の偏光ビームスプリッタと、
前記第2の偏光ビームスプリッタにおいて前記第5の経路に導かれた前記第1の光子の波動関数を検出できる位置に設けられる第1の検出部と、
前記第2の偏光ビームスプリッタにおいて前記第6の経路に導かれた前記第1の光子の波動関数を検出できる位置に設けられる第2の検出部と、
前記ビームスプリッタにおいて前記第4の経路に導かれた前記第1の光子の波動関数が入射する位置に設けられ、当該第1の光子の前記第1の偏光方向の波動関数を第7の経路に導き、当該第1の光子の前記第2の偏光方向の波動関数を第8の経路に導く、第3の偏光ビームスプリッタと、
前記第3の偏光ビームスプリッタにおいて前記第7の経路に導かれた前記第1の光子の波動関数を検出できる位置に設けられる第3の検出部と、
前記第3の偏光ビームスプリッタにおいて前記第8の経路に導かれた前記第1の光子の波動関数を検出できる位置に設けられる第4の検出部と、
前記第2の光子に対し、前記第1から第4の検出器における検出結果に応じたユニタリ変換を施す第2の偏光位相制御素子と、
を有する、
ことを特徴とする量子テレポーテーション装置。 A photon emitter that emits the first and second photons in an entangled state that the polarization directions are the same;
The first photon is provided at a position where the first photon is incident, the wave function of the first photon in the first polarization direction is guided to the first path, and the wave function of the first photon in the second polarization direction is A first polarizing beam splitter leading to a second path;
The first polarization beam splitter is provided at a position where the wave function of the first photon guided to the second path is incident, and the polarization direction of the wave function of the first photon is rotated to change the first photon wave function. A first polarization rotator that exits the two paths;
The wave function of the first photon guided to the first path in the first polarization beam splitter is converted into a 1-qubit state of input information and emitted to the first path. The first polarization phase control element that converts the wave function of the first photon emitted from the polarization rotation element to the second path into the one-qubit state of the input and emits it to the second path When,
A second polarization rotation element that rotates the polarization direction of the wave function of the first photon emitted from the first polarization phase control element to the second path and emits the second path to the second path;
The wave function of the first photon emitted from the first polarization phase control element to the first path, and the first photon emitted from the second polarization rotation element to the second path. A beam splitter for separating the wave function of the incident first photon into a third path and a fourth path.
The beam splitter is provided at a position where the wave function of the first photon guided to the third path is incident, and the wave function of the first photon in the first polarization direction is set to the fifth path. A second polarizing beam splitter for guiding and guiding a wave function of the second polarization direction of the first photon to a sixth path;
A first detector provided at a position where the wave function of the first photon guided to the fifth path in the second polarization beam splitter can be detected;
A second detector provided at a position where the wave function of the first photon guided to the sixth path in the second polarization beam splitter can be detected;
The beam splitter is provided at a position where the wave function of the first photon guided to the fourth path is incident, and the wave function of the first polarization direction of the first photon is set to the seventh path. A third polarizing beam splitter for guiding and guiding a wave function of the second polarization direction of the first photon to an eighth path;
A third detector provided at a position where the wave function of the first photon guided to the seventh path in the third polarization beam splitter can be detected;
A fourth detector provided at a position where the wave function of the first photon guided to the eighth path in the third polarization beam splitter can be detected;
A second polarization phase control element that performs unitary conversion on the second photon according to the detection results of the first to fourth detectors;
Having
Quantum teleportation device characterized by that.
前記第1の偏光方向は、
水平方向であり、
前記第2の偏光方向は、
垂直方向であり、
前記偏光ビームスプリッタは、
入射した前記第1の光子の波動関数が水平偏光であった場合に当該光子を透過し、垂直偏光であった場合に当該光子を反射し、
前記偏光回転素子は、
入射した前記第1の光子の波動関数の偏光方向を90°回転させる、
ことを特徴とする量子テレポーテーション装置。 The quantum teleportation device according to claim 5,
The first polarization direction is:
Horizontal,
The second polarization direction is:
Vertical direction,
The polarizing beam splitter is
When the wave function of the incident first photon is horizontal polarization, the photon is transmitted; when the wave function is vertical polarization, the photon is reflected;
The polarization rotation element is
Rotating the polarization direction of the wave function of the incident first photon by 90 °;
Quantum teleportation device characterized by that.
前記第1の光子が入射する位置に設けられ、当該第1の光子の第1の偏光方向の波動関数を第1の経路に導き、当該第1の光子の第2の偏光方向の波動関数を第2の経路に導く、第1の偏光ビームスプリッタと、
前記第1の偏光ビームスプリッタにおいて前記第2の経路に導かれた前記第1の光子の波動関数が入射する位置に設けられ、当該第1の光子の波動関数の偏光方向を回転させて前記第2の経路に出射する第1の偏光回転素子と、
前記第1の偏光ビームスプリッタにおいて前記第1の経路に導かれた前記第1の光子の波動関数を、標的ビットとなる1量子ビット状態に変換して前記第1の経路に出射し、前記第1の偏光回転素子から前記第2の経路に出射された前記第1の光子の波動関数を、前記標的ビットとなる1量子ビット状態に変換して前記第2の経路に出射する第1の偏光位相制御素子と、
前記第1の偏光位相制御素子から前記第2の経路に出射された前記第1の光子の波動関数の偏光方向を回転させて前記第2の経路に出射する第2の偏光回転素子と、
前記第1の偏光位相制御素子から前記第1の経路に出射された前記第1の光子の波動関数、及び前記第2の偏光回転素子から前記第2の経路に出射された前記第1の光子の波動関数が入射する位置に設けられ、入射した前記第1の光子の波動関数を第3の経路と第4の経路に分離する第1のビームスプリッタと、
前記第1のビームスプリッタにおいて前記第3の経路に導かれた前記第1の光子の波動関数が入射する位置に設けられ、当該第1の光子の前記第1の偏光方向の波動関数を第5の経路に導き、当該第1の光子の前記第2の偏光方向の波動関数を第6の経路に導く、第2の偏光ビームスプリッタと、
前記第2の偏光ビームスプリッタにおいて前記第5の経路に導かれた前記第1の光子の波動関数を検出できる位置に設けられる第1の検出部と、
前記第2の偏光ビームスプリッタにおいて前記第6の経路に導かれた前記第1の光子の波動関数を検出できる位置に設けられる第2の検出部と、
前記第1のビームスプリッタにおいて前記第4の経路に導かれた前記第1の光子の波動関数が入射する位置に設けられ、当該第1の光子の前記第1の偏光方向の波動関数を第7の経路に導き、当該第1の光子の前記第2の偏光方向の波動関数を第8の経路に導く、第3の偏光ビームスプリッタと、
前記第3の偏光ビームスプリッタにおいて前記第7の経路に導かれた前記第1の光子の波動関数を検出できる位置に設けられる第3の検出部と、
前記第3の偏光ビームスプリッタにおいて前記第8の経路に導かれた前記第1の光子の波動関数を検出できる位置に設けられる第4の検出部と、
前記第2及び第4の光子に対し、前記第1から第4の検出器における検出結果に応じたユニタリ変換を施す第2の偏光位相制御素子と、
を備える、
第1の量子テレポーテーション装置と、
前記第3の光子が入射する位置に設けられ、当該第3の光子の前記第1の偏光方向の波動関数を第9の経路に導き、当該第1の光子の前記第2の偏光方向の波動関数を第10の経路に導く、第4の偏光ビームスプリッタと、
前記第4の偏光ビームスプリッタにおいて前記第10の経路に導かれた前記第3の光子の波動関数が入射する位置に設けられ、当該第3の光子の波動関数の偏光方向を回転させて前記第10の経路に出射する第3の偏光回転素子と、
前記第4の偏光ビームスプリッタにおいて前記第9の経路に導かれた前記第3の光子の波動関数を、制御ビットとなる1量子ビット状態に変換して前記第9の経路に出射し、前記第3の偏光回転素子から前記第10の経路に出射された前記第3の光子の波動関数を、前記制御ビットとなる1量子ビット状態に変換して前記第10の経路に出射する第3の偏光位相制御素子と、
前記第3の偏光位相制御素子から前記第10の経路に出射された前記第3の光子の波動関数の偏光方向を回転させて前記第10の経路に出射する第4の偏光回転素子と、
前記第3の偏光位相制御素子から前記第9の経路に出射された前記第3の光子の波動関数、及び前記第4の偏光回転素子から前記第10の経路に出射された前記第3の光子の波動関数が入射する位置に設けられ、入射した前記第3の光子の波動関数を第11の経路と第12の経路に分離する第2のビームスプリッタと、
前記第2のビームスプリッタにおいて前記第11の経路に導かれた前記第3の光子の波動関数が入射する位置に設けられ、当該第3の光子の前記第1の偏光方向の波動関数を第13の経路に導き、当該第3の光子の前記第2の偏光方向の波動関数を第14の経路に導く、第5の偏光ビームスプリッタと、
前記第5の偏光ビームスプリッタにおいて前記第13の経路に導かれた前記第3の光子の波動関数を検出できる位置に設けられる第5の検出部と、
前記第5の偏光ビームスプリッタにおいて前記第14の経路に導かれた前記第3の光子の波動関数を検出できる位置に設けられる第6の検出部と、
前記第2のビームスプリッタにおいて前記第12の経路に導かれた前記第3の光子の波動関数が入射する位置に設けられ、当該第3の光子の前記第1の偏光方向の波動関数を第15の経路に導き、当該第3の光子の前記第2の偏光方向の波動関数を第16の経路に導く、第6の偏光ビームスプリッタと、
前記第6の偏光ビームスプリッタにおいて前記第15の経路に導かれた前記第3の光子の波動関数を検出できる位置に設けられる第7の検出部と、
前記第6の偏光ビームスプリッタにおいて前記第16の経路に導かれた前記第3の光子の波動関数を検出できる位置に設けられる第8の検出部と、
前記第2及び第4の光子に対し、前記第5から第8の検出器における検出結果に応じたユニタリ変換を施す第4の偏光位相制御素子と、
を備える、
第2の量子テレポーテーション装置と、
を有する、
ことを特徴とする制御NOT演算装置。 A quantum state generator that emits first to fourth photons in an entangled state;
The first photon is provided at a position where the first photon is incident, the wave function of the first photon in the first polarization direction is guided to the first path, and the wave function of the first photon in the second polarization direction is A first polarizing beam splitter leading to a second path;
The first polarization beam splitter is provided at a position where the wave function of the first photon guided to the second path is incident, and the polarization direction of the wave function of the first photon is rotated to change the first photon wave function. A first polarization rotator that exits the two paths;
The wave function of the first photon guided to the first path in the first polarization beam splitter is converted into a 1-qubit state that is a target bit, and is emitted to the first path, The first polarized light that is converted from the wave function of the first photon emitted from the one polarization rotation element to the second path into the one qubit state that becomes the target bit and is emitted to the second path. A phase control element;
A second polarization rotation element that rotates the polarization direction of the wave function of the first photon emitted from the first polarization phase control element to the second path and emits the second path to the second path;
The wave function of the first photon emitted from the first polarization phase control element to the first path, and the first photon emitted from the second polarization rotation element to the second path. A first beam splitter which is provided at a position where the wave function of the first photon is incident and which separates the wave function of the incident first photon into a third path and a fourth path;
The first beam splitter is provided at a position where the wave function of the first photon guided to the third path is incident, and the wave function of the first photon in the first polarization direction is changed to a fifth wave function. A second polarization beam splitter that guides the wave function of the first photon in the second polarization direction to the sixth path;
A first detector provided at a position where the wave function of the first photon guided to the fifth path in the second polarization beam splitter can be detected;
A second detector provided at a position where the wave function of the first photon guided to the sixth path in the second polarization beam splitter can be detected;
The first beam splitter is provided at a position where the wave function of the first photon guided to the fourth path is incident, and the wave function of the first polarization direction of the first photon is changed to a seventh wave function. A third polarizing beam splitter that guides the wave function of the first photon in the second polarization direction to the eighth path,
A third detector provided at a position where the wave function of the first photon guided to the seventh path in the third polarization beam splitter can be detected;
A fourth detector provided at a position where the wave function of the first photon guided to the eighth path in the third polarization beam splitter can be detected;
A second polarization phase control element that performs unitary conversion on the second and fourth photons according to the detection results of the first to fourth detectors;
Comprising
A first quantum teleportation device;
The third photon is provided at a position where the third photon is incident, and a wave function of the first photon in the first polarization direction is guided to a ninth path, and the wave of the first photon in the second polarization direction is guided. A fourth polarizing beam splitter leading the function to the tenth path;
The fourth polarization beam splitter is provided at a position where the wave function of the third photon guided to the tenth path is incident, and the polarization direction of the wave function of the third photon is rotated to change the first photon wave function. A third polarization rotation element that emits to 10 paths;
The wave function of the third photon guided to the ninth path in the fourth polarization beam splitter is converted into a 1-qubit state serving as a control bit and emitted to the ninth path, A third polarization that is output from the third polarization rotation element to the tenth path, converted into a 1-qubit state that serves as the control bit, and output to the tenth path. A phase control element;
A fourth polarization rotation element that rotates the polarization direction of the wave function of the third photon emitted from the third polarization phase control element to the tenth path and emits it to the tenth path;
The wave function of the third photon emitted from the third polarization phase control element to the ninth path, and the third photon emitted from the fourth polarization rotation element to the tenth path. A second beam splitter that separates the wave function of the incident third photon into an eleventh path and a twelfth path.
The second beam splitter is provided at a position where the wave function of the third photon guided to the eleventh path is incident, and the wave function of the third photon in the first polarization direction is changed to the thirteenth. A fifth polarization beam splitter for guiding the wave function of the third photon in the second polarization direction to the fourteenth path;
A fifth detector provided at a position where the wave function of the third photon guided to the thirteenth path in the fifth polarization beam splitter can be detected;
A sixth detector provided at a position where the wave function of the third photon guided to the fourteenth path in the fifth polarization beam splitter can be detected;
The second beam splitter is provided at a position where the wave function of the third photon guided to the twelfth path is incident, and the wave function of the third photon in the first polarization direction is changed to the fifteenth wave function. A sixth polarization beam splitter that guides the wave function of the third photon in the second polarization direction to the sixteenth path;
A seventh detector provided at a position where the wave function of the third photon guided to the fifteenth path in the sixth polarizing beam splitter can be detected;
An eighth detector provided at a position where the wave function of the third photon guided to the sixteenth path in the sixth polarization beam splitter can be detected;
A fourth polarization phase control element that performs unitary conversion on the second and fourth photons according to the detection results of the fifth to eighth detectors;
Comprising
A second quantum teleportation device;
Having
The control NOT arithmetic unit characterized by the above-mentioned.
量子状態生成装置は、
第5から第8の光子を出射する光子出射部と、
前記第6の光子と前記第7の光子が入射する位置に設けられ、前記第6の光子の前記第1の偏光方向の波動関数、及び前記第7の光子の前記第2の偏光方向の波動関数を第17の経路に導き、前記第6の光子の前記第2の偏光方向の波動関数及び前記第7の光子の前記第1の偏光方向の波動関数を第18の経路に導く、第7の偏光ビームスプリッタと、
前記第7の偏光ビームスプリッタから前記第17の経路に導かれた前記第6の光子の波動関数及び前記第7の光子の波動関数が入射する位置に設けられ、入射した光子の波動関数の偏光方向を回転させる第5の偏光回転素子と、
前記第5の偏光回転素子から出射された光子の波動関数、及び前記第8の光子が入射する位置に設けられ、前記第5の偏光回転素子から出射された光子の前記第1の偏光方向の波動関数、及び前記第8の光子の前記第2の偏光方向の波動関数を第19の経路に導き、前記第5の偏光回転素子から出射された光子の前記第2の偏光方向の波動関数及び前記第8の光子の前記第1の偏光方向の波動関数を第20の経路に導く、第8の偏光ビームスプリッタと、
前記第5の光子が入射する位置に設けられ、入射した光子の波動関数の偏光方向を回転させて出射する第6の偏光回転素子と、
前記第7の偏光ビームスプリッタにおいて前記第18の経路に導かれた光子の波動関数が入射する位置に設けられ、入射した光子の波動関数の偏光方向を回転させて出射する第7の偏光回転素子と、
を有し、
前記第1の光子の波動関数は、
前記第6の偏光回転素子から出射された光子の波動関数であり、
前記第2の光子の波動関数は、
前記第7の偏光回転素子から出射された光子の波動関数であり、
前記第3の光子の波動関数は、
第8の偏光ビームスプリッタおいて第19の経路に導かれた光子の波動関数であり、
前記第4の光子の波動関数は、
第8の偏光ビームスプリッタおいて第20の経路に導かれた光子の波動関数である、
ことを特徴とする制御NOT演算装置。 The control NOT arithmetic device according to claim 7,
The quantum state generator is
A photon emitting section for emitting the fifth to eighth photons;
A wave function of the sixth photon in the first polarization direction, and a wave function of the seventh photon in the second polarization direction, provided at a position where the sixth photon and the seventh photon are incident. A function to a seventeenth path, and a wave function of the sixth photon in the second polarization direction and a wave function of the seventh photon in the first polarization direction to the eighteenth path, A polarizing beam splitter,
Polarization of the wave function of the incident photon provided at a position where the wave function of the sixth photon and the wave function of the seventh photon guided to the seventeenth path from the seventh polarization beam splitter are incident. A fifth polarization rotation element for rotating the direction;
A wave function of a photon emitted from the fifth polarization rotation element and a position where the eighth photon is incident are provided in the first polarization direction of the photon emitted from the fifth polarization rotation element. A wave function and a wave function of the eighth photon in the second polarization direction are guided to a nineteenth path, and the wave function of the second polarization direction of the photon emitted from the fifth polarization rotation element; An eighth polarizing beam splitter for guiding a wave function of the first polarization direction of the eighth photon to a twentieth path;
A sixth polarization rotation element that is provided at a position where the fifth photon is incident and that emits by rotating the polarization direction of the wave function of the incident photon;
A seventh polarization rotation element provided at a position where the wave function of the photon guided to the eighteenth path is incident in the seventh polarization beam splitter, and emitting by rotating the polarization direction of the wave function of the incident photon; When,
Have
The wave function of the first photon is
A wave function of photons emitted from the sixth polarization rotation element,
The wave function of the second photon is
A wave function of photons emitted from the seventh polarization rotation element,
The wave function of the third photon is
A wave function of photons guided to the nineteenth path in the eighth polarization beam splitter,
The wave function of the fourth photon is
It is a wave function of photons guided to the twentieth path in the eighth polarization beam splitter.
The control NOT arithmetic unit characterized by the above-mentioned.
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