JP4793814B2 - 量子状態転送方法 - Google Patents
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Description
一般に量子テレポーテーションとは、量子エンタングルメントなる複数のモードにまたがる量子論的な相関を用いて、未知なる量子状態を遠隔地のモードに転送する手段のことである。
エンタングル状態とは、各々独立な状態の直積で表すことができない状態のことで、量子論的な相関を有する。光学実験では短い波長の光を2つの長い波長の光に変換する、パラメトリック変換過程によって生成できることが知られている。
「Teleporting an Unknown Quantum State via Dual classical and Einstein-Podolsky-Rosen channels, C.H. Bennet, G.Brassard, C. Crepeau, R.Jozsa, A.Peres, and W.K. Wootters」Physical Review Letters 70,1895(1993)
上記の構成によれば、ハーフビームスプリッタの各出力光を複屈折フィルタに入射することによって、上記出力光のうち、互いに直交する特定の偏光方向成分(例えば、縦偏光成分や横偏光成分)を有する光のみをフォトダイオード等の光電変換手段に入射することができる。
本発明の一実施形態に係る量子状態転送システムについて、図1ないし図12に基づいて説明すると以下の通りである。
詳細については、後述するが、量子状態転送システム1は、2モードスクィーズド状態のEPR光を2組生成するものであって、受信側装置4は、上記2組の構成によって得られた2つの変調光ビームを合波することによって、送信装置から入力された入力光の量子状態が転送(テレポーテーション)された出力光を得るものとなっている。
送信側装置3は、転送対象となる入力光と、配布装置2から光路10を通じて配布されるEPRビーム(量子論的絡み合いを有する2モードスクィーズド状態のスクィーズド光ビーム)とに基づいて、後述のホモダイン測定を行い、その測定結果を、古典チャンネル12を通じて受信側装置4に送信するものである。
配布装置2は、量子論的絡み合いを有する2モードスクィーズド状態の第1および第2のEPR光(スクィーズド光ビーム)を出射し、上記第1および第2のEPR光との位相差を90度有するとともに、量子論的絡み合いを有する2モードスクィーズド状態の第3および第4のEPR光(スクィーズド光ビーム)を出射するものである。
測定装置は、前述のとおり、送信装置とともに、送信側装置3を構成するものであって、送信側装置3の主要構成となるものである。
図9は、ホモダイン測定の概念を示す図である。図10は、図9のホモダイン測定の処理ステップを示すフローチャートである。
n1=a1 +a1,n2=a2 +a2 ・・・(1)
ベル測定のときと同様に計算すれば、(1)式から次の(2)(3)式が得られる。
a1=(a−αLO)/√2 ・・・(2)
a2=(a−αLO)/√2 ・・・(3)
(5)(6)式において、aは第1のスクィーズド光ビームの消滅演算子、αLOは第1の偏光入力光の複素振幅を表す。
この(4)式を、次の(5)式と対比する。
n21=(|αLO|xθ)/√2 ・・・(5)
すると、(4)式は、(5)式と同様、位相θにおける直交位相振幅xθに比例した量となっていることがわかる(ただし、xθ≡a・e−iθ+a+・eiθ)。
受信側装置4は、送信側装置3(送信装置)からホモダイン測定の各結果を受信し、このホモダイン測定の結果に基づいて、配布装置2から配布されたEPR光(スクィーズド光ビーム)を変調するものである。
以上のとおり、本発明に係る量子状態転送方法は、配布装置にて、所定の偏光モードにおいて、2モードスクィーズド状態の第1の光ビームを構成する量子論的な相関を有する一対のうち、一方の光ビーム(1a)を送信側装置に対して出射するとともに、他方の光ビーム(1b)を受信側装置に対して出射する段階と、前記偏光モードと直交する偏光モードにおいて、2モードスクィーズド状態の第2の光ビームを構成する量子論的な相関を有する一対のうち、一方の光ビーム(2a)を送信側装置に対して出射するとともに、他方の光ビーム(2b)を受信側装置に対して出射する段階とを備え、送信側装置にて、配布装置から出射された光ビーム(1a)および光ビーム(2a)を入射する段階と、光ビーム(1a)および光ビーム(2a)のそれぞれについて、転送対象となる入力光と合波した場をホモダイン測定により測定する段階と、古典通信路を通じて、ホモダイン測定の結果を受信側装置に送信する段階とを備え、受信側装置にて、配布装置から出射された光ビーム(1b)および光ビーム(2b)のスクィーズド光ビームを入射する段階と、送信側装置からホモダイン測定の結果を受信する段階と、ホモダイン測定の結果に基づいて光ビーム(1b)を変調して得られる第1の変調光ビームと、ホモダイン測定の結果に基づいて光ビーム(2b)を変調して得られる第2の変調光ビームとを合波することによって、出力光を得る段階とを備えている。
2 配布装置
3 送信側装置
4 受信側装置
10 光路
11 光路
12 古典チャンネル
13 光路
Claims (5)
- 配布装置から配布される光ビームを利用して、送信側装置の入力光の量子状態を受信側装置に転送する量子状態転送方法であって、
配布装置にて、
所定の偏光モードにおいて、2モードスクィーズド状態の第1の光ビームを構成する量子論的な相関を有する一対のうち、一方の光ビーム(1a)を送信側装置に対して出射するとともに、他方の光ビーム(1b)を受信側装置に対して出射する段階と、
前記偏光モードと直交する偏光モードにおいて、2モードスクィーズド状態の第2の光ビームを構成する量子論的な相関を有する一対のうち、一方の光ビーム(2a)を送信側装置に対して出射するとともに、他方の光ビーム(2b)を受信側装置に対して出射する段階とを備え、
送信側装置にて、
配布装置から出射された光ビーム(1a)および光ビーム(2a)を入射する段階と、
光ビーム(1a)および光ビーム(2a)のそれぞれについて、転送対象となる入力光と合波した場をホモダイン測定により測定する段階と、
古典通信路を通じて、ホモダイン測定の結果を受信側装置に送信する段階とを備え、
受信側装置にて、
配布装置から出射された光ビーム(1b)および光ビーム(2b)のスクィーズド光ビームを入射する段階と、
送信側装置からホモダイン測定の結果を受信する段階と、
ホモダイン測定の結果に基づいて光ビーム(1b)を変調して得られる第1の変調光ビームと、ホモダイン測定の結果に基づいて光ビーム(2b)を変調して得られる第2の変調光ビームとを合波することによって、出力光を得る段階とを備えることを特徴とする量子状態転送方法。 - 前記送信側装置における、ホモダイン測定を行う段階は、
前記入力光と入射された光ビームとをビームスプリッタに入射する段階と、
前記ビームスプリッタから出射した2本の出射光を電流に変換する段階と、
変換された2つの電流の差をとる段階を備えることを特徴とする請求項1に記載の量子状態転送方法。 - 前記ビームスプリッタから出射した2本の出射光を電流に変換する前に、該2本の出射光を、互いに直交する偏光方向成分を通過させる複屈折フィルタに入射することを特徴とする請求項2に記載の量子状態転送方法。
- 前記ビームスプリッタから出射した2本の出射光を電流に変換する段階において、フォトダイオードを用いることを特徴とする請求項2または3に記載の量子状態転送方法。
- 前記受信側装置における第1の変調光ビームを得る段階と、第2の変調光ビームを得る段階との少なくとも一方では、変調ゲインを調整することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の量子状態転送方法。
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