JP6815445B2 - Resonator and quantum computer - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、物理系と結合する共振器と、その共振器を利用した量子計算機に関する。 An embodiment of the present invention relates to a resonator coupled to a physical system and a quantum computer using the resonator.

近年、共振器と共振器内に配置された物理系との結合を利用した量子計算機が盛んに研究されている。このような量子計算機では、共振器の共通の共振器モードと結合する物理系が量子ビットとして使用される。量子計算機は、量子ビットを共通の共振器モードに共鳴させることによって量子ビット間の相互作用を導入し、その状態で量子ビットを光で操作することによって、計算を行なう。量子計算機においては、量子ゲート操作と呼ばれる量子ビットの光による操作が成功する確率を高めることが求められている。 In recent years, quantum computers that utilize the coupling between a resonator and a physical system arranged in the resonator have been actively studied. In such a quantum computer, a physical system coupled with a common cavity mode of the cavity is used as the qubit. A quantum computer introduces an interaction between qubits by resonating the qubits in a common cavity mode, and then manipulates the qubits with light to perform calculations. In quantum computers, it is required to increase the probability of successful operation of qubits by light, which is called quantum gate operation.

特開平８−１４８７３９号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-148739

T. Pellizzari et al., Phys.Rev.Lett. 75, 3788 (1995)T. Pellizzari et al., Phys. Rev. Lett. 75, 3788 (1995) H. Goto et al, Opt. Exp. 21 20 24332(2013)H. Goto et al, Opt. Exp. 21 20 24332 (2013)

本発明が解決しようとする課題は、量子ゲート操作が成功する確率を高めることができる共振器および量子計算機を提供することである。 An object to be solved by the present invention is to provide a resonator and a quantum computer capable of increasing the probability of successful quantum gate operation.

一実施形態に係る共振器は、内部に物理系を含む複屈折結晶に取り付けられた球面ミラーと、前記球面ミラーに対向する、前記複屈折結晶に取り付けられた平面ミラーと、を備える。前記共振器は、前記物理系と結合する共振器モードを有する。前記複屈折結晶は、前記共振器の光軸上での前記共振器モードの偏光方向に平行な第１の方向に偏光した光に対する第１の屈折率と、前記第１の屈折率とは異なる、前記光軸に平行な第２の方向に偏光した光に対する第２の屈折率と、を有する。前記共振器の共振器長をl、前記共振器モードのモードウエスト半径をω、前記共振器の１往復あたりの全損失をL、前記共振器長に依存しない前記共振器の１往復あたりの損失をA、前記第２の屈折率をnz、前記共振器モードの光の波長をλと表すと、次の式が満たされる。 The resonator according to one embodiment includes a spherical mirror attached to a birefringent crystal containing a physical system inside, and a planar mirror attached to the birefringent crystal facing the spherical mirror. The resonator has a resonator mode that couples with the physical system. The birefringent crystal has a first refractive index with respect to light polarized in a first direction parallel to the polarization direction of the resonator mode on the optical axis of the resonator, and the first refractive index is different from the first refractive index. It has a second refractive index with respect to light polarized in a second direction parallel to the optical axis. The cavity length of the cavity is l, the mode waist radius of the cavity mode is ω, the total loss per round trip of the cavity is L, and the loss per round trip of the cavity independent of the cavity length. Is A, the second refractive index is n z , and the wavelength of the light in the cavity mode is λ, the following equation is satisfied.

第１の実施形態に係る共振器を示す断面図。The cross-sectional view which shows the resonator which concerns on 1st Embodiment. 第１の実施形態に係る共振器を示す斜視図。The perspective view which shows the resonator which concerns on 1st Embodiment. 屈折率楕円体を示す図。The figure which shows the refractive index ellipsoid. 第１の実施形態に係る共振器の設計パラメータの範囲を示す図。The figure which shows the range of the design parameter of the resonator which concerns on 1st Embodiment. 第１の実施形態に係る共振器の設計パラメータの範囲を示す図。The figure which shows the range of the design parameter of the resonator which concerns on 1st Embodiment. 実施例２に係る量子計算機を示すブロック図。The block diagram which shows the quantum computer which concerns on Example 2. （ａ）および（ｂ）は、第２の実施形態に係る共振器の一例を示す上面図および正面図。(A) and (b) are a top view and a front view showing an example of the resonator according to the second embodiment. （ａ）および（ｂ）は、第２の実施形態に係る共振器の他の例を示す上面図および正面図。(A) and (b) are a top view and a front view showing another example of the resonator according to the second embodiment. （ａ）および（ｂ）は、第２の実施形態に係る共振器の他の例を示す上面図および正面図。(A) and (b) are a top view and a front view showing another example of the resonator according to the second embodiment. 第２の実施形態に係る共振器の他の例を示す上面図。Top view showing another example of the resonator according to the second embodiment. （ａ）および（ｂ）は、第２の実施形態に係る共振器の他の例を示す上面図および正面図。(A) and (b) are a top view and a front view showing another example of the resonator according to the second embodiment. 第２の実施形態に係る操作光の変更方向と共振器モードの波面との関係を示す模式図。The schematic diagram which shows the relationship between the change direction of the operation light and the wave plane of a resonator mode which concerns on 2nd Embodiment. 第２の実施形態に係る操作光の変更方向と共振器モードの波面との関係を示す模式図。The schematic diagram which shows the relationship between the change direction of the operation light and the wave plane of a resonator mode which concerns on 2nd Embodiment. 散乱光強度の方向依存性を説明するための図。The figure for demonstrating the direction dependence of the scattered light intensity. （ａ）および（ｂ）は、実施例３に係る共振器中の固体媒質の結晶軸の向きを説明するための図。(A) and (b) are diagrams for explaining the orientation of the crystal axis of the solid medium in the resonator according to the third embodiment. （ａ）および（ｂ）は、図１５に示した固体媒質中に生じるモードのサイズを説明するための図。(A) and (b) are diagrams for explaining the size of the mode occurring in the solid medium shown in FIG. 実施例３に関連する比較例に係る量子計算機を示す図。The figure which shows the quantum computer which concerns on the comparative example which concerns on Example 3. 実施例３に係る共振器を示す斜視図。The perspective view which shows the resonator which concerns on Example 3. FIG. 実施例３に係る量子計算機を示す図。The figure which shows the quantum computer which concerns on Example 3. FIG.

以下、図面を参照しながら種々の実施形態を説明する。以下の実施形態では、同一の構成要素に同一の参照符号を付して、重複する説明を適宜省略する。 Hereinafter, various embodiments will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same components are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted as appropriate.

［第１の実施形態］
複屈折結晶にミラーを向かい合わせに取り付けたモノリシックな共振器を備え、複屈折結晶内部に含まれる物理系と共振器との結合を利用する量子計算機が知られている。このような共振器では、共振器モードと物理系とが効率的に結合することが望まれている。これは、共振器損失を低減し、共振器緩和率（共振器モードのエネルギーが単位時間あたりに失われる割合）を小さくすることにより達成することができる。共振器損失は、モード間の結合によって生じる損失（以下、モード結合損失と呼ぶ）を含む。本実施形態では、モード結合損失を低減する手法を説明する。共振器モードと物理系とが効率的に結合する共振器を量子計算機に用いることにより、アディアバティックパッセージに基づく量子ゲートなどの量子ゲート操作が成功する確率を向上させることが可能である。 [First Embodiment]
A quantum computer is known that has a monolithic resonator in which mirrors are attached to the birefringent crystal facing each other and utilizes the coupling between the physical system and the resonator contained inside the birefringent crystal. In such a resonator, it is desired that the resonator mode and the physical system are efficiently coupled. This can be achieved by reducing the cavity loss and reducing the cavity relaxation rate (the rate at which the cavity mode energy is lost per unit time). Resonator loss includes loss caused by coupling between modes (hereinafter referred to as mode coupling loss). In this embodiment, a method for reducing the mode coupling loss will be described. By using a resonator in which the resonator mode and the physical system are efficiently coupled to each other in the quantum computer, it is possible to improve the probability that the quantum gate operation such as the quantum gate based on the adiabatic passage will succeed.

図１および図２は、第１の実施形態に係る共振器１０を概略的に示す断面図および斜視図である。共振器１０は、図１および図２に示されるように、複屈折結晶１１の表面１４に取り付けられた球面ミラー１２と、球面ミラー１２に対向する、複屈折結晶１１の表面１５に取り付けられた平面ミラー１３と、を備えるモノリシックなファブリペロー型共振器である。図２に示されるＲは球面ミラー１２の曲率半径を表す。 1 and 2 are a cross-sectional view and a perspective view schematically showing the resonator 10 according to the first embodiment. As shown in FIGS. 1 and 2, the cavity 10 is attached to the spherical mirror 12 attached to the surface 14 of the birefringent crystal 11 and to the surface 15 of the birefringent crystal 11 facing the spherical mirror 12. It is a monolithic Fabry-Perot type cavity equipped with a plane mirror 13. R shown in FIG. 2 represents the radius of curvature of the spherical mirror 12.

複屈折結晶１１は、共振器１０の共通の共振器モードと結合する物理系（例えば、原子またはイオン）を内部に含む。本実施形態では、共振器１０の光軸と平行な方向をz軸方向とし、共振器１０の光軸上での上記共通の共振器モードの偏光方向をx軸方向とする。ここで、偏光方向は、光の電場ベクトルの方向を指す。複屈折結晶１１では、x軸方向に偏光した光（電場ベクトルがx軸方向に向く光）に対する屈折率nxは、ｚ軸方向に偏光した光に対する屈折率nzと異なる。この共振器１０では、平面ミラー１３上にモードウエストが形成される。モードウエストは、共振器モードのスポットサイズが最も小さくなる場所を指す。 The birefringent crystal 11 internally includes a physical system (eg, an atom or an ion) that couples with the common cavity mode of the cavity 10. In the present embodiment, the direction parallel to the optical axis of the resonator 10 is the z-axis direction, and the polarization direction of the common resonator mode on the optical axis of the resonator 10 is the x-axis direction. Here, the polarization direction points to the direction of the electric field vector of light. In the birefringent crystal 11, the refractive index n x for light polarized in the x-axis direction (light in which the electric field vector points in the x-axis direction) is different from the refractive index n z for light polarized in the z-axis direction. In the resonator 10, a mode waist is formed on the plane mirror 13. The mode waist refers to the place where the spot size of the resonator mode is the smallest.

本実施形態では、共振器１０の中で発生するモード結合損失を抑制することができる共振器の条件（共振器長およびモードウエスト半径）を提供する。まず、複屈折結晶中のモード結合損失を定式化する。そのために、（１）波数ベクトルに対する複屈折結晶の屈折率を求め、（２）共振器モードの電場分布を求め、（３）その共振器モードのスポットサイズおよび波面の曲率半径を求め、（４）複屈折結晶の屈折率の空間分布を求め、共振器長およびモードウエスト半径に対するモード結合定数および演算素子の性能指数を求める。続いて、このような手順で定式化したモード結合損失から（５）モード結合損失を抑制し高い演算素子性能を得ることができる条件を求める。 In the present embodiment, the conditions (resonator length and mode waist radius) of the resonator that can suppress the mode coupling loss generated in the resonator 10 are provided. First, the mode bond loss in the birefringent crystal is formulated. For that purpose, (1) the refractive index of the birefringent crystal with respect to the wave vector is obtained, (2) the electric field distribution of the resonator mode is obtained, (3) the spot size of the resonator mode and the radius of curvature of the wave surface are obtained, and (4). ) Obtain the spatial distribution of the refractive index of the birefringent crystal, and obtain the mode coupling constant and the performance index of the arithmetic element with respect to the resonator length and mode waist radius. Subsequently, from the mode coupling loss formulated by such a procedure, (5) a condition for suppressing the mode coupling loss and obtaining high computing element performance is obtained.

（１）屈折率分布（波数分布）
複屈折結晶中では偏光方向によって屈折率が異なるため、波数ベクトルによっても屈折率が異なる。そこで、任意の波数ベクトルが与えられた場合の屈折率を定式化する。図３に示される座標系の屈折率楕円体３０は次式のように表される。 (1) Refractive index distribution (wave number distribution)
Since the refractive index of a birefringent crystal differs depending on the polarization direction, the refractive index also differs depending on the wave vector. Therefore, the refractive index when an arbitrary wave vector is given is formulated. The refractive index ellipsoid 30 of the coordinate system shown in FIG. 3 is expressed by the following equation.

このθを用いて切り口楕円の原点からの距離rは次式のように表される。 Using this θ, the distance r from the origin of the cut ellipse is expressed by the following equation.

（２）共振器モードの電場分布の定式化
このようにして定式化された屈折率と波数の関係を用いて、共振器モードの電場分布は次のような積分（フレネル−キルヒホッフの回折積分）で表される。 (2) Formulation of the electric field distribution in the cavity mode Using the relationship between the refractive index and the wave number formulated in this way, the electric field distribution in the cavity mode is integrated as follows (Frenel-Kirchhof diffraction integral). It is represented by.

この積分を実行するために、指数部のzの係数をkxおよびkyの２次までに展開する。共振器モードの光軸付近の波数ベクトルの方向はz軸方向に近く、kxおよびkyは波数に比べて小さいため、このような近似は妥当である。kxおよびkyの２次まで展開した共振器モードの電場分布は次式のようになる。 To perform this integration, the coefficient of z in the exponent is expanded to the second order of k x and k y . Such an approximation is valid because the direction of the wave vector near the optical axis of the cavity mode is close to the z-axis and k x and k y are smaller than the wave number. The electric field distribution in the resonator mode expanded to the second order of k x and k y is as follows.

（３）スポットサイズおよび波面の曲率半径の定式化
共振器モードの電場分布からz軸（光軸）上の各点におけるモードのスポットサイズおよび波面の曲率半径を求める。モードjのx2およびy2の各項とスポットサイズωjx、ωjyおよび波面の曲率半径Rjx、Rjyとの関係は次式のように表される。 (3) Formulation of spot size and radius of curvature of wave surface Obtain the mode spot size and radius of curvature of wave surface at each point on the z-axis (optical axis) from the electric field distribution in the resonator mode. The relationship between the x 2 and y 2 terms of mode j and the spot sizes ω jx , ω jy and the radius of curvature R jx , R jy of the wave surface is expressed by the following equation.

従って、スポットサイズおよび波面の曲率半径は次式のように表される。 Therefore, the spot size and the radius of curvature of the wave surface are expressed by the following equations.

（４）屈折率分布（空間分布）とモード結合定数および演算素子の性能指数
複屈折性を持つ媒質で作られた共振器は、その共振器モードに対応して媒質中に屈折率分布が生じる。そのような屈折率分布が存在すると、各偏光の空間モード（横モード）は互いに結合する。そこで、基本モードが無限個の高次モードと結合する場合における結合定数およびモード結合損失を求める。また、そのような共振器を利用した量子演算素子の性能指標を定式化する。ここで、モード結合の結合定数は、屈折率分布nｉ(x,y,z)に電場強度E(x,y,z)を乗じたものを全空間に対して積分した値に比例する。このとき、基本モードと結合する高次モードは無限個存在すると仮定するので、全ての高次モードの結合の総和を表す有効結合定数は、結合する高次モードの種類や数に依存しない。また、xおよびy軸方向の屈折率分布は、ガウシアンビームの性質上、各zに対して幅の異なる同じ関数で表される。従って、各zのスポットサイズ上での屈折率分布nsi(z)を求めることで、次式のように結合定数を求めることができる。 (4) Refractive index distribution (spatial distribution), mode coupling constant, and performance index of arithmetic element A resonator made of a medium having birefringence has a refractive index distribution in the medium corresponding to the resonator mode. .. In the presence of such a refractive index distribution, the spatial modes (transverse modes) of each polarized light combine with each other. Therefore, the coupling constant and the mode coupling loss when the basic mode is coupled with an infinite number of higher-order modes are obtained. In addition, the performance index of the quantum arithmetic element using such a resonator is formulated. Here, the coupling constant of the mode coupling is proportional to the value obtained by multiplying the refractive index distribution ni (x, y, z) by the electric field intensity E (x, y, z) and integrating it with respect to the entire space. At this time, since it is assumed that there are an infinite number of higher-order modes to be combined with the basic mode, the effective coupling constant representing the sum of the connections of all the higher-order modes does not depend on the type and number of higher-order modes to be combined. In addition, the refractive index distribution in the x and y-axis directions is represented by the same function having a different width for each z due to the nature of the Gaussian beam. Therefore, by finding the refractive index distribution n si (z) on the spot size of each z, the coupling constant can be found as in the following equation.

各位置における屈折率の空間分布は、波数ベクトルのky/kzおよびkx/kzから求めることができる。各zのスポットサイズ上でのky/kzをx=0の平面で各zのスポットサイズを結ぶ曲線の接線の傾きとし、kx/kzをy=0の平面で各zのスポットサイズを結ぶ曲線の接線の傾きとする。これはω1x(z)などをzで微分することで得られる。そのようにして得られたky/kzおよびkx/kzから、次式のようにスポット上での屈折率の空間分布を求めることができる。 The spatial distribution of the refractive index at each position can be obtained from the wave vector k y / k z and k x / k z . The k y / k z on the spot size of each z and tangent slope of the curve connecting the spot size of each z in the plane of x = 0, the spot of each z in the plane of k x / k z a y = 0 The slope of the tangent of the curve connecting the sizes. This can be obtained by differentiating ω 1x (z) etc. with z. From the k y / k z and k x / k z thus obtained, the spatial distribution of the refractive index on the spot can be obtained as in the following equation.

このような屈折率分布によってモード間の結合は生じる。その結合定数は次式のように求められる。 Such a refractive index distribution causes coupling between modes. The coupling constant is calculated by the following equation.

ここで、モード結合損失以外の共振器長あたりの損失とミラーの透過率を加えたものをf(l)とすると、共振器の共振器長あたりの損失は次式のように表される。 Here, if f (l) is the sum of the loss per resonator length other than the mode coupling loss and the transmittance of the mirror, the loss per resonator length of the resonator is expressed by the following equation.

ここで、L0は、モード間結合に関する全ての比例係数を繰り込んだ係数である。これを用いて、それぞれの偏光モードに対する共振器緩和率κ1、κ2は次式のように表される。 Here, L 0 is a coefficient that carries in all the proportional coefficients related to the intermode coupling. Using this, the resonator relaxation rates κ 1 and κ 2 for each polarization mode are expressed by the following equations.

共振器の演算素子としての性能を決める性能指数naiは次式のように表すことができる。 The figure of merit n ai, which determines the performance of the resonator as an arithmetic element, can be expressed as follows.

性能指数は、その値が小さいほど演算素子が高性能であることを示す。性能指数naiは、上記κ１、κ２を用いて次式のように表される。 The figure of merit indicates that the smaller the value, the higher the performance of the arithmetic element. The figure of merit n ai is expressed by the following equation using the above κ 1 and κ 2 .

ここで、ｃｉは、γおよびｇのω２に対する係数ならびにκｉの係数などを全て繰り込んだ定数である。 Here, c i is the coefficient of the coefficient and kappa i for omega 2 of γ and g are all convolutionally's constant, and the like.

（５）損失を抑制し高い演算素子性能を得ることができる条件
このように求めた共振器の性能指数naiの式から損失を抑制し演算素子としての性能を向上させる条件を調べる。まず、モード結合損失以外の損失が共振器長に依存しない（f(l)=AL0）場合に、最適な演算素子性能が得られる条件を調べる。この場合のnaiは次式のように表される。 (5) Conditions under which loss can be suppressed and high arithmetic element performance can be obtained From the equation of the figure of merit n ai of the resonator obtained in this way, the conditions for suppressing loss and improving the performance as an arithmetic element are investigated. First, when the loss other than the mode coupling loss does not depend on the cavity length (f (l) = AL 0 ), the condition for obtaining the optimum arithmetic element performance is investigated. In this case, n ai is expressed by the following equation.

これらの式を微分して最適な共振器長lは次式のように表される。 The optimum resonator length l by differentiating these equations is expressed as the following equation.

また、図４から明らかなように、共振器長lが最適な共振器長l0の半分から２倍までの範囲（0.5l0≦l≦2l0）では、性能指数naの変化は小さい、すなわち、モード間結合による損失が効果的に抑制される。従って、0.5l0≦l≦2l0が満たされるように共振器が設計されてもよい。 Further, as is clear from FIG. 4, the change in the figure of merit n a is small in the range where the cavity length l is half to twice the optimum cavity length l 0 (0.5 l 0 ≤ l ≤ 2 l 0 ). That is, the loss due to intermode coupling is effectively suppressed. Therefore, the resonator may be designed so that 0.5l 0 ≤ l ≤ 2l 0 is satisfied.

また、モード結合損失以外の損失が共振器長に比例する（f(l)=BlL0）場合に、最適な演算素子性能が得られる条件を調べる。この場合のnaiは次式のように表される。 In addition, when the loss other than the mode coupling loss is proportional to the cavity length (f (l) = BlL 0 ), the conditions under which optimum computing element performance can be obtained are investigated. In this case, n ai is expressed by the following equation.

この式を微分して最適な共振器長は次式のように表される。 The optimum cavity length by differentiating this equation is expressed as the following equation.

また、共振器長lが最適な共振器長l0の半分から２倍までの範囲（0.5l0≦l≦2l0）でも、モード間結合による損失が効果的に抑制される。従って、0.5l0≦l≦2l0が満たされるように共振器が設計されてもよい。 Further, even when the cavity length l is in the range of half to twice the optimum cavity length l 0 (0.5 l 0 ≤ l ≤ 2 l 0 ), the loss due to intermode coupling is effectively suppressed. Therefore, the resonator may be designed so that 0.5l 0 ≤ l ≤ 2l 0 is satisfied.

このような条件はモード結合損失以外の損失がより一般の関数で表されるような場合にも、上記の方法と同様の方法で求めることができる。また、ここで示した例は一例であり、種々の共振器に対して上記の解析手法を用いてモード結合損失を定式化することで、複屈折結晶に取り付けた共振器の共振器モードの損失を抑制する条件を得ることができる。 Such a condition can be obtained by the same method as the above method even when the loss other than the mode coupling loss is expressed by a more general function. Further, the example shown here is an example, and by formulating the mode coupling loss for various resonators by using the above analysis method, the loss of the resonator mode of the resonator attached to the birefringent crystal is obtained. It is possible to obtain the conditions for suppressing.

（実施例１）
実施例１では、モード結合損失以外の損失が共振器長に依存しない場合における共振器の一例について説明する。 (Example 1)
In the first embodiment, an example of the resonator in the case where the loss other than the mode coupling loss does not depend on the resonator length will be described.

実施例１に係る共振器は、図１に示されるように、複屈折結晶１１としてのPr3+イオンをドープしたY2SiO5結晶（Pr:YSO）と、Y2SiO5結晶の表面１４に配置された球面ミラー１２と、Y2SiO5結晶の表面１５に配置された平面ミラー１３と、を備えるモノリシックなファブリペロー型共振器である。球面ミラー１２および平面ミラー１３は、Y2SiO5結晶の結晶軸（b軸、D1軸、D2軸）のうちのb軸が共振器の光軸（z軸）方向になるように配置され、光軸上での共振器モードの偏光方向（x軸方向）がD2軸方向になるように使用される。光の波長を606nmとすると、D2軸方向の偏光の屈折率は約1.81であり、b軸方向の偏光の屈折率は約1.79である。球面ミラー１２は、曲率半径がR=2.000mmとなるようにY2SiO5結晶の表面１４を研磨し、研磨した表面１４に誘電体多層膜を成膜することにより作製される。Y2SiO5結晶は、共振器長が0.173mmとなるように加工される。平面ミラー１３は、平面研磨した表面１５に誘電体多層膜を成膜することにより作製される。これにより、モードウエスト半径は5μmとなる。 The resonator according to the first embodiment, as shown in FIG. 1, Y 2 SiO 5 crystals doped with Pr 3+ ions as the birefringent crystal 11: and (Pr YSO), Y 2 surface 14 of SiO 5 crystals the spherical mirror 12 disposed, Y 2 plane mirror 13 SiO 5 disposed on the surface 15 of the crystal, a monolithic Fabry-Perot resonator comprising a. Spherical mirror 12 and the plane mirror 13, Y 2 crystal axis of SiO 5 crystal (b-axis, D 1 axis, D 2 axis) arranged as b-axis of is the optical axis (z axis) direction of the resonator It is used so that the polarization direction (x-axis direction) of the cavity mode on the optical axis is the D 2- axis direction. Assuming that the wavelength of light is 606 nm, the refractive index of polarized light in the D 2- axis direction is about 1.81, and the refractive index of polarized light in the b-axis direction is about 1.79. Spherical mirror 12 has a radius of curvature polished surface 14 of Y 2 SiO 5 crystal such that R = 2.000 mm, is manufactured by depositing a dielectric multilayer film on the surface 14 polished. Y 2 SiO 5 crystal resonator length is processed so that 0.173 mm. The flat mirror 13 is manufactured by forming a dielectric multilayer film on the flat-polished surface 15. As a result, the mode waist radius becomes 5 μm.

このように加工された共振器は、例えば、球面ミラー１２上でAL0=0.01%程度の損失があり、且つ、複屈折結晶中の損失BlL0が無視できる程度しかない場合において、上述したモード結合損失を抑制する条件を満たす。また、このように加工された共振器は、例えば、複屈折結晶中の損失がBlL0=0.01%程度であり、且つ、球面ミラー１２上での損失AL0が無視できる程度しかない場合においても、上述したモード結合損失を抑制する条件を満たす。したがって、実施例１に係る共振器によれば、モード結合損失を抑制することができる。 The resonator processed in this way has, for example, a loss of about AL 0 = 0.01% on the spherical mirror 12, and the loss BlL 0 in the birefringent crystal is negligible. Satisfy the conditions for suppressing bond loss. Further, in the resonator processed in this way, for example, even when the loss in the birefringent crystal is about BlL 0 = 0.01% and the loss AL 0 on the spherical mirror 12 is negligible. , The condition for suppressing the mode coupling loss described above is satisfied. Therefore, according to the resonator according to the first embodiment, the mode coupling loss can be suppressed.

（実施例２）
実施例２では、第１の実施形態に係る共振器を用いた量子計算機について説明する。
図６は、実施例２に係る量子計算機を概略的に示している。図６に示される量子計算機は、図１に示される共振器１０を備える。共振器１０は、Pr3+:Y2SiO5結晶を複屈折結晶１１として備える。共振器１０は、クライオスタット６８内に設置され、低温に（例えば４Ｋに）保たれる。 (Example 2)
In the second embodiment, the quantum computer using the resonator according to the first embodiment will be described.
FIG. 6 schematically shows a quantum computer according to a second embodiment. The quantum computer shown in FIG. 6 includes the resonator 10 shown in FIG. Resonator 10, Pr 3+: Y 2 comprises a SiO 5 crystals as the birefringent crystal 11. The resonator 10 is installed in the cryostat 68 and kept at a low temperature (for example, 4K).

量子計算機は、量子ビットを担う物理系を操作するための操作光を生成し、操作光を物理系に照射する光源装置を備える。光源装置は、半導体レーザー６０、ビームスプリッタ６１、ミラー６２、音響光学素子６３、６４、ミラー６５、６６、レンズ６７、および制御装置６９を含む。半導体レーザー６０から出力されたレーザー光は、ビームスプリッタ６１によって２つに分割される。分割されたレーザー光の一方は、音響光学素子６３に入射し、他方は、ミラー６２によって反射されて音響光学素子６４に入射する。音響光学素子６３、６４は、制御装置６９によって生成された制御信号に従ってレーザー光の周波数および強度を変調する。音響光学素子６３によって変調されたレーザー光は、共振器１０に照射されるように、ミラー６５、６６、レンズ６７によって導かれる。音響光学素子６３によって変調されたレーザー光は、共振器１０に照射されるように、レンズ６７によって導かれる。量子計算機は、これらの２つのレーザー光の照射によって２つの量子ビットを選択的に操作することによって量子ゲートを実行することができる。 The quantum computer includes a light source device that generates operating light for operating the physical system that carries the qubit and irradiates the physical system with the operating light. The light source device includes a semiconductor laser 60, a beam splitter 61, a mirror 62, an acoustic optical element 63, 64, a mirror 65, 66, a lens 67, and a control device 69. The laser light output from the semiconductor laser 60 is split into two by the beam splitter 61. One of the divided laser beams is incident on the acoustic optical element 63, and the other is reflected by the mirror 62 and incident on the acoustic optical element 64. The acoustic and optical elements 63 and 64 modulate the frequency and intensity of the laser beam according to the control signal generated by the control device 69. The laser light modulated by the acoustic optical element 63 is guided by the mirrors 65, 66 and the lens 67 so as to irradiate the resonator 10. The laser beam modulated by the acoustic optical element 63 is guided by the lens 67 so as to irradiate the resonator 10. Quantum computers can execute quantum gates by selectively manipulating two qubits by irradiating these two laser beams.

実施例２に係る量子計算機は、共振器の共振器モードと共振器内に配置された複屈折結晶に含まれる物理系とが効率的に結合する共振器を用いて量子ゲート操作を行なう。これにより、量子ゲート操作の成功確率を向上することができる。 The quantum computer according to the second embodiment performs a quantum gate operation using a resonator in which the resonator mode of the resonator and the physical system included in the birefringent crystal arranged in the resonator are efficiently coupled. As a result, the success probability of the quantum gate operation can be improved.

［第２の実施形態］
量子ビットを担う物理系を光で操作し、物理系が共通の共振器モードに共鳴することで物理系間の相互作用を導入する量子計算機において、量子ゲート操作の誤りが特定の原因から生じる場合に、その誤りの情報処理への影響を抑える方法が知られている。ここで、量子ゲート操作の誤りは、量子ゲート操作後における量子ビットの実際の量子状態が量子ゲート操作後に期待される量子ビットの量子状態と異なることに対応する。例えば、ある量子ビットの量子状態に応じてもう一つの量子ビットの量子状態を変化させる条件付き量子ゲート、または、２量子ビットゲートと呼ばれる量子ゲートが操作光によるアディアバティックパッセージという手法で実行され、その際に、量子ビットを担う物理系から自然放出により光子が失われるか、量子ビットを担う物理系間に相互作用を導入するために必要な共振器モードの光子が失われるかのいずれかによって誤りが生じることがある。このようにして失われる光子を損失光子と呼ぶ。これらの場合では、誤り訂正用の量子ゲート操作を加えながら、損失光子を検出するように量子計算機を構成しておき、量子計算機は、損失光子が検出されない場合の情報処理結果を採用する。それにより、誤りの情報処理への影響を効率的に抑えることができる。 [Second Embodiment]
In a quantum computer that operates the physical system responsible for the qubit with light and introduces the interaction between the physical systems by resonating the physical system in a common resonator mode, when an error in quantum gate operation occurs from a specific cause. In addition, a method of suppressing the influence of the error on information processing is known. Here, the error of the quantum gate operation corresponds to the fact that the actual quantum state of the qubit after the quantum gate operation is different from the quantum state of the qubit expected after the quantum gate operation. For example, a conditional qubit gate that changes the quantum state of another qubit according to the quantum state of one qubit, or a qubit gate called a two-qubit gate, is executed by a technique called adiabatic passage by operating light. At that time, either the photons are lost by natural emission from the physical system carrying the qubit, or the photons in the resonator mode required to introduce the interaction between the physical systems carrying the qubit are lost. Errors can occur. Photons lost in this way are called lost photons. In these cases, the quantum computer is configured to detect the lost photons while adding the quantum gate operation for error correction, and the quantum computer adopts the information processing result when the lost photons are not detected. As a result, the influence of errors on information processing can be efficiently suppressed.

ところが、量子ビットが固体媒質中にある場合、固体媒質中または外部と固体媒質との界面で操作光が散乱され、損失光子よりも強い散乱光が光検出器に届き、操作光による散乱光と損失光子との区別が困難になる。従って、損失光子を正しく検出することができない。このため、損失光子が実際には失われていない場合であっても、散乱光に起因して情報処理結果が破棄される場合がある、すなわち、量子ゲート操作が失敗したと見なされる場合がある。 However, when the quantum bit is in a solid medium, the operating light is scattered in the solid medium or at the interface between the outside and the solid medium, and the scattered light stronger than the lost photons reaches the light detector, and the scattered light by the operating light It becomes difficult to distinguish from lost photons. Therefore, the lost photon cannot be detected correctly. Therefore, even if the lost photons are not actually lost, the information processing result may be discarded due to the scattered light, that is, the quantum gate operation may be considered to have failed. ..

第２の実施形態では、固体媒質中の物理系を量子ビットとして利用する場合において、量子ビットを操作するための操作光の散乱の影響を受けずに、損失光子を正しく検出できるようにする手法を提供する。 In the second embodiment, when a physical system in a solid medium is used as a qubit, a method for correctly detecting lost photons without being affected by scattering of operating light for manipulating the qubit. I will provide a.

図７（ａ）および（ｂ）は、第２の実施形態に係る量子計算機に用いられる一例の共振器７０を概略的に示す上面図および正面図である。共振器７０は、図７（ａ）および（ｂ）に示されるように、固体媒質７１と、固体媒質７１に取り付けられた球面ミラー７２と、球面ミラー７２に対向する、固体媒質７１に取り付けられた球面ミラー７３と、を備える。固体媒質７１は、共振器７０の共通の共振器モードに共鳴する物理系を内部に含む。固体媒質７１は、量子ビットを担う物理系を操作するための操作光の進行方向における厚さが異なる領域を有する。以下では、厚さは、特に指定しない限り、操作光の進行方向における厚さを指すものとする。図７（ａ）において、操作光は、入射面７７から出射面７８へ進む。具体的には、固体媒質７１は、厚さの薄い領域７４と、球面ミラー７２、７３にそれぞれ隣接する厚さの厚い領域７６と、領域７４と領域７６との間のテーパー状に広がる領域７５と、を有する。領域７４に位置する物理系が量子ビットとして利用され、領域７４の一部に操作光が照射される。以下では、領域７４を照射領域と呼ぶ。操作光は、例えば、図６に示されるような光源装置から発せられる。 7 (a) and 7 (b) are a top view and a front view schematically showing an example resonator 70 used in the quantum computer according to the second embodiment. As shown in FIGS. 7A and 7B, the resonator 70 is attached to the solid medium 71, the spherical mirror 72 attached to the solid medium 71, and the solid medium 71 facing the spherical mirror 72. A spherical mirror 73 and a spherical mirror 73 are provided. The solid medium 71 internally includes a physical system that resonates with the common resonator mode of the resonator 70. The solid medium 71 has regions having different thicknesses in the traveling direction of the operating light for manipulating the physical system carrying the qubit. In the following, the thickness shall refer to the thickness in the traveling direction of the operating light unless otherwise specified. In FIG. 7A, the operating light travels from the incident surface 77 to the exit surface 78. Specifically, the solid medium 71 has a thin region 74, a thick region 76 adjacent to the spherical mirrors 72 and 73, and a tapered region 75 between the region 74 and the region 76, respectively. And have. The physical system located in the region 74 is used as a qubit, and a part of the region 74 is irradiated with operating light. Hereinafter, the region 74 is referred to as an irradiation region. The operating light is emitted from, for example, a light source device as shown in FIG.

量子ビットを担う物理系は、共通の共振器モードに共鳴し、その共振器モードに存在する光子を介して２量子ビットゲートに必要な相互作用を及ぼし合う。固体媒質７１は、この共振器モードの光子寿命への影響が２量子ビットゲートの実行に支障がない範囲において部分的に薄くされている。 The physical system responsible for the qubit resonates in a common resonator mode and exerts the necessary interactions on the two qubit gates via the photons present in that resonator mode. The solid medium 71 is partially thinned to the extent that the effect of this resonator mode on the photon lifetime does not interfere with the execution of the two-qubit gate.

固体媒質７１内部で操作光によって生じる散乱光の総量は、固体媒質７１が一般的な一様な透明媒質であって散乱光の総量が入射光のごく一部（例えば１０％以下）である場合には、固体媒質７１内部での操作光の光路長にほぼ比例する。固体媒質７１は、そのような透明媒質であり得る。固体媒質７１は、固体媒質７１内部での操作光の光路長が短くなるように、照射領域７４がその近傍の領域７５、７６よりも薄くなるように形成されている。これにより、散乱光の発生を軽減することができる。 The total amount of scattered light generated by the operating light inside the solid medium 71 is when the solid medium 71 is a general uniform transparent medium and the total amount of scattered light is a small part (for example, 10% or less) of the incident light. Is substantially proportional to the optical path length of the operating light inside the solid medium 71. The solid medium 71 can be such a transparent medium. The solid medium 71 is formed so that the irradiation region 74 is thinner than the regions 75 and 76 in the vicinity thereof so that the optical path length of the operating light inside the solid medium 71 is shortened. Thereby, the generation of scattered light can be reduced.

図８（ａ）および（ｂ）は、第２の実施形態に係る量子計算機に用いられる他の例の共振器８０を概略的に示す上面図および正面図である。共振器８０は、図８（ａ）および（ｂ）に示されるように、固体媒質８１と、固体媒質８１に取り付けられた球面ミラー８２と、球面ミラー８２に対向する、固体媒質８１に取り付けられた平面ミラー８３と、を備える。固体媒質８１は、共振器８０の共通の共振器モードに共鳴する物理系を内部に含む。固体媒質８１は、平面ミラー８３に隣接する厚さの薄い照射領域８４と、球面ミラー８２に隣接する厚さの厚い領域８６と、照射領域８４と領域８６との間のテーパー状に広がる領域８５と、を有する。 8 (a) and 8 (b) are a top view and a front view schematically showing a resonator 80 of another example used in the quantum computer according to the second embodiment. As shown in FIGS. 8A and 8B, the resonator 80 is attached to the solid medium 81, the spherical mirror 82 attached to the solid medium 81, and the solid medium 81 facing the spherical mirror 82. A flat mirror 83 is provided. The solid medium 81 internally includes a physical system that resonates with the common resonator mode of the resonator 80. The solid medium 81 has a thin irradiation region 84 adjacent to the plane mirror 83, a thick region 86 adjacent to the spherical mirror 82, and a tapered region 85 between the irradiation region 84 and the region 86. And have.

図９（ａ）および（ｂ）は、第２の実施形態に係る量子計算機に用いられる他の例の共振器９０を概略的に示す上面図および正面図である。図９（ａ）および（ｂ）に示される共振器９０は、ウィスパリングギャラリーモードと呼ばれる共振器モードを有するトロイダル型または円盤型共振器である。共振器９０は、円盤状の固体媒質９１を備える。固体媒質９１には、光の入出力用のテーパー光ファイバー（図示せず）が接続される。固体媒質９１は、共振器９０の共通の共振器モードに共鳴する物理系を内部に含む。この共振器モードは、固体媒質９１内部において固体媒質９１の外周に沿って存在する。固体媒質９１は、外周に沿う厚さの薄い照射領域９４と、照射領域９４の内側に位置する厚さの厚い領域９５と、を含む。 9 (a) and 9 (b) are a top view and a front view schematically showing a resonator 90 of another example used in the quantum computer according to the second embodiment. The resonator 90 shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b) is a toroidal type or disk type resonator having a resonator mode called a whispering gallery mode. The resonator 90 includes a disk-shaped solid medium 91. A tapered optical fiber (not shown) for input / output of light is connected to the solid medium 91. The solid medium 91 internally includes a physical system that resonates with the common resonator mode of the resonator 90. This resonator mode exists inside the solid medium 91 along the outer circumference of the solid medium 91. The solid medium 91 includes a thin irradiation region 94 along the outer periphery and a thick irradiation region 95 located inside the irradiation region 94.

図１０は、第２の実施形態に係る量子計算機に用いられる他の例の共振器１００を概略的に示す上面図である。共振器１００は、図１０に示されるように、固体媒質１０１と、固体媒質１０１に取り付けられた球面ミラー１０２、１０３、１０４を備える。固体媒質１０１は、共振器１００の共通の共振器モードに共鳴する物理系を内部に含む。この共振器モードは、球面ミラー１０２と球面ミラー１０３との間、球面ミラー１０３と球面ミラー１０４との間、および球面ミラー１０２と球面ミラー１０４との間に存在する。固体媒質１０１の照射領域１０５は、近傍の他の領域より薄く形成されている。 FIG. 10 is a top view schematically showing a resonator 100 of another example used in the quantum computer according to the second embodiment. As shown in FIG. 10, the resonator 100 includes a solid medium 101 and spherical mirrors 102, 103, and 104 attached to the solid medium 101. The solid medium 101 internally includes a physical system that resonates with the common resonator mode of the resonator 100. This resonator mode exists between the spherical mirror 102 and the spherical mirror 103, between the spherical mirror 103 and the spherical mirror 104, and between the spherical mirror 102 and the spherical mirror 104. The irradiation region 105 of the solid medium 101 is formed thinner than other regions in the vicinity.

図８（ａ）および（ｂ）に示される共振器８０、図９（ａ）および（ｂ）に示される共振器９０、並びに、図１０に示される共振器１００はいずれも、図７（ａ）および（ｂ）に示される共振器７０に関して説明したものと同様に、固体媒質内部での操作光の光路長が短くなる形状を有しており、それにより、散乱光の発生を軽減することができる。 The resonator 80 shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b), the resonator 90 shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b), and the resonator 100 shown in FIG. 10 are all shown in FIG. 7 (a). ) And (b) have a shape in which the optical path length of the operating light inside the solid medium is shortened, thereby reducing the generation of scattered light, as described for the resonator 70. Can be done.

次に説明するようにさらなる散乱光が発生することがある。例えば図７に示される共振器７０において、操作光は、入射面７７を通じて固体媒質７１に入射し、固体媒質７１中を通過し、出射面７８を通じて固体媒質７１の外へ出射される。このとき、操作光の一部は、出射面７８で反射され、固体媒質７１中を再び通過する。この場合、出射面７８からの反射光によって固体媒質７１内部でさらなる散乱光が発生する。反射光が入射面７７に到達した場合、反射光の大部分は入射面７７を通じて固体媒質７１の外へ出射されるが、反射光の一部は、入射面７７で反射され、固体媒質７１中を再び通過する。入射面７７からの反射光によって固体媒質７１内部でさらなる散乱光が発生する。また、出射面７８から出射された操作光は、例えば何らかの物体によって反射されるなどして、固体媒質７１に再び入射することがある。固体媒質７１に再び入射した操作光に起因して、固体媒質７１内部でさらなる散乱光が発生する。上述したようなさらなる散乱光の発生を防止する機構について説明する。 Further scattered light may be generated as described below. For example, in the resonator 70 shown in FIG. 7, the operating light enters the solid medium 71 through the incident surface 77, passes through the solid medium 71, and is emitted to the outside of the solid medium 71 through the exit surface 78. At this time, a part of the operation light is reflected by the exit surface 78 and passes through the solid medium 71 again. In this case, the reflected light from the exit surface 78 further generates scattered light inside the solid medium 71. When the reflected light reaches the incident surface 77, most of the reflected light is emitted to the outside of the solid medium 71 through the incident surface 77, but a part of the reflected light is reflected by the incident surface 77 and is in the solid medium 71. Pass again. Further scattered light is generated inside the solid medium 71 by the reflected light from the incident surface 77. Further, the operating light emitted from the exit surface 78 may be incident on the solid medium 71 again, for example, by being reflected by some object. Further scattered light is generated inside the solid medium 71 due to the operating light re-entering the solid medium 71. The mechanism for preventing the generation of further scattered light as described above will be described.

図１１（ａ）および（ｂ）は、第２の実施形態に係る量子計算機に用いられる他の例の共振器１１０を概略的に示す上面図および正面図である。共振器１１０は、図１１（ａ）および（ｂ）に示されるように、固体媒質７１と、互いに対向して固体媒質７１に取り付けられた球面ミラー７２、７３と、照射領域７４の入射面７７に施された反射防止コーティング１１１と、照射領域７４の出射面７８に施された反射防止コーティング１１２と、反射防止コーティング１１２に対向して設けられた光トラップ１１３と、を備える。光トラップ１１３は、操作光の進行方向において反射防止コーティング１１２の先に設置されている。なお、固体媒質７１は、図１１（ａ）に示されるような照射領域７４が近傍の領域７５、７６よりも薄い形状を有する例に限らず、例えば図２に示される共振器１０のように、照射領域７４が他の領域７５、７６と同じ厚さを有していてもよい。 11 (a) and 11 (b) are a top view and a front view schematically showing a resonator 110 of another example used in the quantum computer according to the second embodiment. As shown in FIGS. 11A and 11B, the resonator 110 includes a solid medium 71, spherical mirrors 72 and 73 mounted on the solid medium 71 facing each other, and an incident surface 77 of the irradiation region 74. The antireflection coating 111 is provided on the surface of the irradiation region 74, the antireflection coating 112 is applied to the exit surface 78 of the irradiation region 74, and the light trap 113 is provided so as to face the antireflection coating 112. The light trap 113 is installed ahead of the antireflection coating 112 in the traveling direction of the operating light. The solid medium 71 is not limited to an example in which the irradiation region 74 as shown in FIG. 11A has a shape thinner than the neighboring regions 75 and 76, for example, the resonator 10 shown in FIG. , The irradiation region 74 may have the same thickness as the other regions 75 and 76.

反射防止コーティング１１１、１１２は、内部反射を防止する。具体的には、反射防止コーティング１１２は、固体媒質７１中を移動する操作光が出射面７８で反射されることを防止する。反射防止コーティング１１２を設けることにより、出射面７８で反射される操作光が低減される。反射防止コーティング１１１は、出射面７８で反射されて固体媒質７１中を移動する操作光が入射面７７で反射されることを防止する。反射防止コーティング１１１を設けることにより、入射面７７で反射される操作光が低減される。 The antireflection coatings 111 and 112 prevent internal reflection. Specifically, the antireflection coating 112 prevents the operating light moving in the solid medium 71 from being reflected by the exit surface 78. By providing the antireflection coating 112, the operating light reflected by the exit surface 78 is reduced. The antireflection coating 111 prevents the operating light that is reflected by the exit surface 78 and moves in the solid medium 71 from being reflected by the incident surface 77. By providing the antireflection coating 111, the operating light reflected by the incident surface 77 is reduced.

なお、図１１（ａ）および（ｂ）に示される例では、反射防止コーティングは、入射面７７および出射面７８の両方に施されているが、反射防止コーティングが施される部分は、この例に限定されない。例えば、反射防止コーティングは入射面７７および出射面７８の一方のみに施されていてもよい。好ましくは、出射面７８に反射防止コーティングが施される。また、反射防止コーティングは、入射面７７および出射面７８以外の部分にも施されていてもよい。 In the examples shown in FIGS. 11A and 11B, the antireflection coating is applied to both the entrance surface 77 and the exit surface 78, but the portion to which the antireflection coating is applied is this example. Not limited to. For example, the antireflection coating may be applied to only one of the entrance surface 77 and the exit surface 78. Preferably, the exit surface 78 is coated with an antireflection coating. Further, the antireflection coating may be applied to a portion other than the incident surface 77 and the exit surface 78.

光トラップ１１３は、固体媒質７１を透過した操作光をトラップ（捕捉）する。光トラップ１１３を設けることにより、固体媒質７１を透過した操作光が固体媒質７１に再び入射することが防止される。なお、光トラップ１１３の代わりに、光吸収体が用いられてもよい。 The optical trap 113 traps (captures) the operating light transmitted through the solid medium 71. By providing the optical trap 113, it is possible to prevent the operating light transmitted through the solid medium 71 from re-entering the solid medium 71. A light absorber may be used instead of the light trap 113.

なお、反射防止コーティングおよび光トラップまたは光吸収体は、図８（ａ）および（ｂ）に示される共振器８０、図９（ａ）および（ｂ）に示される共振器９０、並びに、図１０に示される共振器１００などの他の共振器に適用することもできる。 The antireflection coating and the light trap or light absorber are the resonator 80 shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b), the resonator 90 shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b), and FIG. It can also be applied to other resonators such as the resonator 100 shown in.

以上のように、反射防止コーティング１１１、１１２および光トラップ１１３により、操作光が固体媒質７１内で多重反射して散乱光が発生することが防止されるとともに、固体媒質７１の外に一旦出た操作光が再び固体媒質７１中に戻って散乱光が発生すること、および固体媒質７１の外に出た操作光が何らかの散乱体に到達してそれにより散乱光が発生することが防止される。その結果、散乱光が、損失光子を検出する光検出器に到達することを防ぐことができる。さらに、固体媒質７１内で発生した散乱光が、入射面７７または出射面７８に到達した場合に、入射面７７または出射面７８で反射されて固体媒質７１内に再び戻ることを防ぐことができる。 As described above, the antireflection coatings 111 and 112 and the light trap 113 prevent the operation light from being multiple-reflected in the solid medium 71 to generate scattered light, and once exit the solid medium 71. It is prevented that the operating light returns to the solid medium 71 to generate scattered light, and that the operating light emitted outside the solid medium 71 reaches some scattering body, thereby generating scattered light. As a result, it is possible to prevent the scattered light from reaching the photodetector that detects the lost photons. Further, when the scattered light generated in the solid medium 71 reaches the incident surface 77 or the exit surface 78, it can be prevented from being reflected by the incident surface 77 or the exit surface 78 and returning to the solid medium 71 again. ..

本実施形態では、操作光の偏光方向は共振器モードの波面と交わる（例えば直交する）方向に設定されることができる。偏光方向は、光の電場ベクトルの方向を指す。図１２（ａ）および（ｂ）は、図７（ａ）および（ｂ）に示されるファブリペロー型共振器７０において、操作光の偏光方向が共振器モードの波面と直交する方向に設定される様子を示している。図１３（ａ）および（ｂ）は、図９（ａ）および（ｂ）に示される共振器９０のような共振器１３０において、操作光の偏光方向が共振器モードの波面と直交する方向に設定される様子を示している。共振器１３０の固体媒質１３１では、照射領域がその近傍の領域と同じ厚さを有している。操作光の偏光方向が共振器モードの波面と直交する方向に設定される場合、共振器モードの波面と直交する方向には、散乱光が発生しにくくなる。その理由は後述する。 In the present embodiment, the polarization direction of the operating light can be set to intersect (for example, orthogonal to) the wave plane of the resonator mode. The polarization direction points to the direction of the electric field vector of light. 12 (a) and 12 (b) show that in the Fabry-Perot type cavity 70 shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b), the polarization direction of the operating light is set to be orthogonal to the wave plane in the resonator mode. It shows the situation. 13 (a) and 13 (b) show the direction in which the polarization direction of the operating light is orthogonal to the wave plane in the resonator mode in the resonator 130 such as the resonator 90 shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b). It shows how it is set. In the solid medium 131 of the resonator 130, the irradiation region has the same thickness as the region in the vicinity thereof. When the polarization direction of the operating light is set to be orthogonal to the wave plane of the resonator mode, scattered light is less likely to be generated in the direction orthogonal to the wave plane of the resonator mode. The reason will be described later.

損失光子が、共振器モードの光と共振器外部の光との間の入出力部から主に失われるとする。例えば、ファブリペロー型共振器の場合、共振器を構成するミラー（例えば、球面ミラー７２または球面ミラー７３）から損失光子が失われる。また、トロイダル型または円盤型共振器の場合、入出力用のテーパー光ファイバーを通して損失光子が失われる。これらのような場合、共振器モードから固体媒質外に出る損失光子の、共振器モード外での空間モード（存在する場所および進む方向）が明らかであるため、その空間モードに合わせて光検出器または光子検出器を設置することになる、すなわち、共振器を構成するミラーの近くまたは入出力用テーパー光ファイバーの端面に設置することになると考えられる。その際、操作光の偏光方向を共振器モードの波面と直交する方向に設定することで、光検出器に損失光子でない光子、すなわち、操作光により発生した散乱光が到達する可能性を大幅に減少させることができる。 It is assumed that lost photons are mainly lost from the input / output section between the light in the cavity mode and the light outside the cavity. For example, in the case of a Fabry-Perot type cavity, lost photons are lost from a mirror (for example, a spherical mirror 72 or a spherical mirror 73) constituting the resonator. Also, in the case of a toroidal type or disk type resonator, lost photons are lost through the tapered optical fiber for input and output. In such cases, the spatial mode (where it exists and the direction in which it travels) outside the cavity mode of the lost photons that exit the solid medium from the cavity mode is clear, so the photodetector is matched to that spatial mode. Alternatively, it is considered that a photon detector will be installed, that is, it will be installed near the mirror constituting the cavity or at the end face of the tapered optical fiber for input / output. At that time, by setting the polarization direction of the operating light to a direction orthogonal to the wave plane in the resonator mode, the possibility that non-loss photons, that is, scattered light generated by the operating light, reaches the photodetector is greatly increased. Can be reduced.

次に、操作光の偏光方向を共振器モードの波面と直交する方向に設定することで、共振器モードの波面と直交する方向に散乱光が発生しにくくなる理由を説明する。
散乱体に光が照射され、それにより散乱光が発生する場合、散乱光の強度分布は、照射光の進行方向およびその偏光方向に大きく依存する。その依存性について図１４を参照して説明する。図１４に示すように、z軸方向に進む照射光がy軸方向に振動する電場ベクトルを持つとする。照射光が散乱体により散乱されることで散乱光が発生する場合、散乱体で誘起される双極子モーメントの方向もy軸方向である。この双極子モーメントから放射される電磁波が散乱光であるが、その遠方（far field）での強度は、z軸方向およびx軸方向に進む散乱光では強く、y軸方向に進む散乱光では弱くなる。y軸方向と散乱体から散乱光の強度を観測する観測点への方向とのなす角をθとすると、単位立体角あたりの強度（パワー）は、sin2θに比例する。従って、操作光の偏光方向を共振器モードの波面と直交する方向に設定することで、共振器モードの波面と直交する方向には、散乱光が発生しにくくなる。 Next, the reason why scattered light is less likely to be generated in the direction orthogonal to the wave plane of the resonator mode by setting the polarization direction of the operation light to be orthogonal to the wave plane of the resonator mode will be described.
When the scatterer is irradiated with light and the scattered light is generated thereby, the intensity distribution of the scattered light largely depends on the traveling direction of the irradiation light and the polarization direction thereof. The dependency will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 14, it is assumed that the irradiation light traveling in the z-axis direction has an electric field vector oscillating in the y-axis direction. When the scattered light is generated by being scattered by the scatterer, the direction of the dipole moment induced by the scatterer is also the y-axis direction. The electromagnetic waves radiated from this dipole moment are scattered light, but the intensity in the far field is strong for scattered light traveling in the z-axis direction and x-axis direction, and weak for scattered light traveling in the y-axis direction. Become. Assuming that the angle between the y-axis direction and the direction from the scatterer to the observation point where the intensity of scattered light is observed is θ, the intensity (power) per unit solid angle is proportional to sin 2 θ. Therefore, by setting the polarization direction of the operating light to a direction orthogonal to the wave plane of the resonator mode, scattered light is less likely to be generated in the direction orthogonal to the wave plane of the resonator mode.

前述したように照射領域に反射防止コーティングを設けると、固体媒質内で発生する散乱光は、固体媒質と外部との界面で反射することなく、固体媒質外に出るようになる。また、操作光の偏光方向が共振器モードの波面と直交する方向に設定される場合、固体媒質外に出る散乱光が強くなる方向は、固体媒質の操作光照射スポットを含む共振器モードの波面の面内方向を中心に限られる。このため、照射領域に反射防止コーティングを設け、且つ、操作光の偏光方向を共振器モードの波面と直交する方向に設定することにより、損失光子が、共振器モードの光と共振器外部の光との間の入出力部以外から失われる場合、例えば、共振器モード中での散乱光または量子ビットを担う物理系から自然放出により失われる場合でも、操作光が固体媒質で散乱されることにより生じる散乱光の影響を避け、損失光子をより正確に検出するための光検出器の配置を選択することが可能になる。 When the antireflection coating is provided on the irradiation region as described above, the scattered light generated in the solid medium goes out of the solid medium without being reflected at the interface between the solid medium and the outside. When the polarization direction of the operating light is set to be orthogonal to the wave plane of the cavity mode, the direction in which the scattered light emitted outside the solid medium becomes stronger is the wave plane of the cavity mode including the operating light irradiation spot of the solid medium. Limited to the in-plane direction of. Therefore, by providing an antireflection coating in the irradiation region and setting the polarization direction of the operating light in a direction orthogonal to the wave plane in the resonator mode, the lost photons are the light in the resonator mode and the light outside the resonator. Even if it is lost from other than the input / output section between and, for example, it is lost due to natural emission from the scattered light in the resonator mode or the physical system that bears the quantum bits, the operating light is scattered by the solid medium. It is possible to avoid the influence of the scattered light generated and select the arrangement of the light detector to detect the lost photons more accurately.

以上のように、本実施形態によれば、（１）固体媒質の照射領域を近傍の他の領域より薄く形成すること、（２）反射防止コーティングおよび光トラップまたは光吸収体を設けること、および（３）操作光の偏光方向を共振器モードの波面と交差する方向に設定すること、のうちの少なくとも１つを採用することにより、量子ビットを操作するための操作光の散乱の影響を受けずに正しく損失光子を検出することができるようになる。 As described above, according to the present embodiment, (1) the irradiation region of the solid medium is formed thinner than other regions in the vicinity, (2) an antireflection coating and a light trap or a light absorber are provided, and (3) By adopting at least one of setting the polarization direction of the operating light to the direction intersecting the wave plane in the resonator mode, it is affected by the scattering of the operating light for operating the qubit. It will be possible to detect lost photons correctly without having to.

（実施例３）
実施例３に係る量子計算機では、量子ビットとして、Y2SiO5結晶中のPr3+イオンの核スピンの量子状態を用いる。
図１５（ａ）および（ｂ）に示される量子ビットを含む固体媒質１５１は、次のようにして用意される。Y2SiO5結晶中のY3+イオンのうちの10-6％をPr3+イオンで置換したPr3+:Y2SiO5結晶からなる１辺3mmの立方体を作製し、立方体の１つの面を、その面の中心に接する曲率半径3.3mmの球面に加工する。その際、Pr3+:Y2SiO5結晶の結晶軸の方向は次のようにする。球面の中心（Ｏ点とする）と球面に対向する平面の中心（Ｂ点とする）とを結ぶ直線と直交する方向で、かつ球面に接する４つの平面のいずれかに直交する方向に結晶のＢ軸を設定する。Ｄ２軸は、Ｏ点とＢ点とを結ぶ直線と平行にならずかつ直交しないようにする。 (Example 3)
The quantum computer according to the third embodiment, as qubits, using nuclear spin quantum states of Pr 3+ ions in Y 2 SiO 5 crystal.
The solid medium 151 containing the qubits shown in FIGS. 15A and 15B is prepared as follows. Y 2 SiO 5 10 -6% of Y 3+ ion in the crystal was replaced with Pr 3+ ion Pr 3+: Y 2 SiO 5 to prepare a one side 3mm cubes of crystalline, one cube The surface is machined into a spherical surface with a radius of curvature of 3.3 mm that touches the center of the surface. At that time, Pr 3+: the direction of the crystal axis of Y 2 SiO 5 crystal is as follows. Crystals in the direction orthogonal to the straight line connecting the center of the sphere (point O) and the center of the plane facing the sphere (point B) and in the direction orthogonal to any of the four planes in contact with the sphere. Set the B axis. The D2 axis should not be parallel or orthogonal to the straight line connecting points O and B.

図１６に示すように、固体媒質１５１の球面とそれに対向する平面に誘電体多層膜ミラー１６２、１６３を形成すると、固体媒質１５１中に共振器モードが生じる。Ｏ点とＢ点とを結ぶ直線と結晶に形成した球面との交点をＡ点とする。Ａ点とＢ点とを結ぶ直線ＡＢに沿って生じるＴＥＭ００モードのうち、Pr3+イオンの3H4-1D2遷移と共鳴する494.7THz近傍の共振器モードを、量子ビットを担う物理系間（Pr3+イオン間）に相互作用を導入するために利用する。この共振器モードは、Ｂ点にモードの太さが最小となるモードウエストを持ち、そこのモードウエスト半径（モード半径）は約10μmとなる。また、モードウエスト近傍では、モードの波面は、ほぼ平面となる。Ａ点では、モード半径が最大の33μmとなる。 As shown in FIG. 16, when the dielectric multilayer mirrors 162 and 163 are formed on the spherical surface of the solid medium 151 and the plane facing the spherical surface, a resonator mode is generated in the solid medium 151. Let point A be the intersection of the straight line connecting points O and B and the spherical surface formed in the crystal. Of TEM 00 mode occurring along a straight line AB connecting the point A and point B, 3 H 4 of Pr 3+ ions - the 1 D 2 transition resonator mode 494.7THz vicinity of the resonance, physical responsible for qubit It is used to introduce an interaction between systems (Pr 3 + ions). This resonator mode has a mode waist at point B where the thickness of the mode is minimized, and the mode waist radius (mode radius) there is about 10 μm. Further, in the vicinity of the mode waist, the wave surface of the mode becomes almost flat. At point A, the mode radius is 33 μm, which is the maximum.

この共振器モードとPr3+イオンとの相互作用の大きさ（結合定数）は、直線ＡＢに近いほど、またモード半径が小さいところほど強くなる。従って、Ｂ点近傍のイオンを量子ビットとして用いる。本実施例の場合、モードウエストの位置に固体媒質１５１の端面と誘電体多層膜ミラー１６３がある。操作光が固体媒質１５１の端面または誘電体多層膜ミラー１６３によって散乱されることを避けるために、Ｂ点よりも約500μmだけＡ点方向に移動したＣ点のイオンを量子ビットとして用いる。本実施例の場合、モードウエスト半径10μmが共振器モードの波長（494.7THzに相当する約606nm）より十分大きいため、Ａ点方向に向かってのモードの広がり角が小さく、Ｃ点でもＢ点とほぼ同様の結合定数が得られる。従って、量子ビットの操作に利用する操作光をＣ点に約10μmに集光して照射し、そこに存在するイオンを量子ビットとして利用する。 The magnitude (coupling constant) of the interaction between this resonator mode and Pr 3+ ions becomes stronger as it is closer to the straight line AB and as the mode radius is smaller. Therefore, the ion near point B is used as the qubit. In the case of this embodiment, the end face of the solid medium 151 and the dielectric multilayer mirror 163 are located at the position of the mode waist. In order to prevent the operating light from being scattered by the end face of the solid medium 151 or the dielectric multilayer mirror 163, the ion at point C, which is moved in the direction of point A by about 500 μm from point B, is used as the qubit. In the case of this embodiment, since the mode waist radius of 10 μm is sufficiently larger than the wavelength of the resonator mode (about 606 nm corresponding to 494.7 THz), the spread angle of the mode in the direction of point A is small, and point C is also point B. Almost the same coupling constant is obtained. Therefore, the operation light used for the operation of the qubit is focused and irradiated at the point C to about 10 μm, and the ions existing there are used as the qubit.

固体媒質１５１の球面と対向する面も球面に加工し、固体媒質１５１内部にモードウエストを生じさせることもできる。例えば、固体媒質として、本実施例の上記の固体媒質１５１のＡ点とＢ点の間の長さ（共振器長）を6mmとし、Ｂ点側の平面もその平面の中心点でその平面に接する球面に加工し、さらに両方の球面の曲率半径を3.3mmとすると、Ａ点とＢ点を結ぶ線分の中点にモードウエストが生じる。その場合には、その中点に操作光を照射し、そこに存在するイオンを量子ビットとして利用する。 The surface of the solid medium 151 facing the spherical surface can also be processed into a spherical surface to form a mode waist inside the solid medium 151. For example, as a solid medium, the length (resonator length) between points A and B of the solid medium 151 of the present embodiment is set to 6 mm, and the plane on the point B side is also the plane at the center point of the plane. If the spheres are processed into tangent spheres and the radius of curvature of both spheres is 3.3 mm, a mode waist is generated at the midpoint of the line connecting points A and B. In that case, the midpoint is irradiated with operating light, and the ions existing there are used as qubits.

固体媒質１５１が操作光に対してほぼ透明な単結晶であり、ミラーを作製する面の研磨精度が十分高い場合、本実施例の固体媒質１５１から量子ビットを担うPr3+イオン間の相互作用に必要な光子が失われる主な過程は、ミラー１６２または１６３を通して固体媒質１５１外部に光子が抜け出る過程であると考えられる。このような過程で失われる損失光子を検出するために、図１７に示すように、Ａ点の近傍に半径100μmのピンホール１７１と光検出器１７３とを設置し、Ｂ点の近傍に30μmのピンホール１７２と光検出器１７４とを設置する。 When the solid medium 151 is a single crystal that is almost transparent to the operating light and the polishing accuracy of the surface on which the mirror is formed is sufficiently high, the interaction between the Pr 3+ ions carrying the quantum bits from the solid medium 151 of this embodiment. It is considered that the main process of losing the photons necessary for the process is the process of the photons escaping to the outside of the solid medium 151 through the mirror 162 or 163. In order to detect the lost photons lost in such a process, as shown in FIG. 17, a pinhole 171 having a radius of 100 μm and a photodetector 173 are installed in the vicinity of the point A, and the distance is 30 μm in the vicinity of the point B. A pinhole 172 and a photodetector 174 are installed.

この状態で、まず電場ベクトルが直線ＡＢと直交し、またその電場ベクトルが入射面と平行である約100μWの操作光を照射し、２つの光検出器１７３、１７４で検出された光強度の合計を記録し、それをI1とする。 In this state, the electric field vector is first orthogonal to the straight line AB, and the electric field vector is irradiated with operating light of about 100 μW parallel to the incident surface, and the sum of the light intensities detected by the two light detectors 173 and 174. Is recorded and it is designated as I 1 .

次に、上記の固体媒質１５１の球面と対向する正方形の面の中心と中心を共有する100μm×3mmの長方形（長辺が上記入射面と平行）の部分のミラーを残して、その長方形の両脇をえぐるように四角柱を切り取った構造（図１８に示される）の共振器を用意し、図１９に示すように、Ａ点の近傍に半径100μmのピンホール１７１と光検出器１７３とを設置し、Ｂ点の近傍に30μmのピンホール１７２と光検出器１７４とを設置する。前述したものと同様にして、操作光をＣ点に照射し、光検出器１７３、１７４で検出された光強度の合計を記録し、それをI2とする。 Next, both of the rectangles are left, leaving a mirror of a 100 μm × 3 mm rectangle (long side is parallel to the incident surface) that shares the center with the center of the square surface of the solid medium 151 facing the spherical surface. Prepare a resonator having a structure (shown in FIG. 18) in which a square pillar is cut out so as to gouge the sides, and as shown in FIG. 19, a pinhole 171 having a radius of 100 μm and an optical detector 173 are placed in the vicinity of point A. It is installed, and a 30 μm pinhole 172 and an optical detector 174 are installed in the vicinity of point B. In the same manner as described above, the operation light is irradiated to the point C, the total light intensity detected by the photodetectors 173 and 174 is recorded, and it is designated as I 2 .

I1とI2の比は、主に操作光が散乱光を発生しながら固体媒質１５１中を進む光路長の差異に起因して、次のようになる。 The ratio of I 1 to I 2 is as follows, mainly due to the difference in the optical path length of the operating light traveling through the solid medium 151 while generating scattered light.

ここで、ＳはＡ点近傍のピンホール１７１の開口部面積である。図１８に示される共振器を用いる場合、光検出器１７３、１７４に到達する散乱光の光子は３０分の１程度に低減する。すなわち、本実施例に係る量子計算機（図１９）では、照射領域における固体媒質の厚さが照射領域近傍の他の部分の厚さより薄い固体媒質１５１を用いることにより、操作光が固体媒質で散乱され生じる散乱光が損失光子の正確な検出を妨げる影響を軽減することができる。 Here, S is the opening area of the pinhole 171 near the point A. When the resonator shown in FIG. 18 is used, the number of photons of scattered light reaching the photodetectors 173 and 174 is reduced to about 1/30. That is, in the quantum computer (FIG. 19) according to the present embodiment, the operating light is scattered by the solid medium by using the solid medium 151 in which the thickness of the solid medium in the irradiation region is thinner than the thickness of the other portion near the irradiation region. It is possible to reduce the influence that the scattered light generated is hindering the accurate detection of lost photons.

（実施例４）
実施例４に係る量子計算機は、実施例３と同様の量子計算機において、固体媒質１５１の操作光入射面と操作光出射面に反射防止コーティングを施したものである。このコーティングにより、操作光が出射面で反射して再び固体媒質１５１内に入り、散乱光を発生させたり、出射面と入射面との間で反射を繰り返し、固体媒質内で散乱光を発生させたり、固体媒質１５１内で発生した散乱光が出射面や入射面に到達した場合に反射して再び固体媒質１５１内に戻ったりする確率が減る。そのため、本実施例によれば、実施例３の場合に比べて、光検出器に到達する散乱光の光子をさらに減少させることができる。 (Example 4)
The quantum computer according to the fourth embodiment is the same quantum computer as the third embodiment, in which the operating light incident surface and the operating light emitting surface of the solid medium 151 are coated with antireflection. With this coating, the operation light is reflected on the exit surface and enters the solid medium 151 again to generate scattered light, or is repeatedly reflected between the exit surface and the incident surface to generate scattered light in the solid medium. Alternatively, when the scattered light generated in the solid medium 151 reaches the exit surface or the incident surface, it is reflected and the probability of returning to the solid medium 151 is reduced. Therefore, according to this embodiment, the number of photons of scattered light reaching the photodetector can be further reduced as compared with the case of Example 3.

また、本実施例では、出射面から出た操作光を受ける光トラップが設けられる。これにより、出射面から出た操作光が、物体にあたったり空気や空気中の微粒子で散乱されたりして、光検出器に到達し、損失光子の正確な検出を妨げる影響を軽減する。この光トラップ設置による効果は、実施例３と後述する実施例５においても有効である。 Further, in this embodiment, an optical trap that receives the operation light emitted from the exit surface is provided. As a result, the operation light emitted from the exit surface hits an object or is scattered by air or fine particles in the air, reaches the photodetector, and reduces the influence of hindering accurate detection of lost photons. The effect of installing the optical trap is also effective in Example 3 and Example 5 described later.

以上のように、本実施例に係る量子計算機では、固体材料の操作光入射面と操作光出射面に反射防止コーティングを設け、出射面の先に光トラップまたは光吸収体を設けることにより、操作光が固体媒質や固体媒質外の物質で散乱され生じる散乱光が損失光子の正確な検出を妨げる影響を軽減することができる。 As described above, in the quantum computer according to the present embodiment, the operation is performed by providing an antireflection coating on the operating light incident surface and the operating light emitting surface of the solid material and providing a light trap or a light absorber at the tip of the emitting surface. It is possible to reduce the influence of scattered light generated by scattering light in a solid medium or a substance outside the solid medium, which hinders accurate detection of lost photons.

（実施例５）
実施例５では、実施例４と同様の量子計算機において、操作光の偏光方向が、直線ＡＢの方向に一致するように、すなわち、Ｃ点における共振器モードの波面に直交するように設定される。この場合、光検出器に到達する散乱光の進行方向と操作光の偏光方向がなす角を、Ａ点側の検出器１７３の場合をθ1、Ｂ点側の検出器１７４の場合をθ2とすると、 (Example 5)
In the fifth embodiment, in the same quantum computer as in the fourth embodiment, the polarization direction of the operation light is set so as to coincide with the direction of the straight line AB, that is, orthogonal to the wave plane of the resonator mode at the point C. .. In this case, the angle formed by the traveling direction of the scattered light reaching the photodetector and the polarization direction of the operating light is θ 1 for the detector 173 on the A point side and θ 2 for the detector 174 on the B point side. Then

となる。実施例３および実施例４における操作光の偏光では、 Will be. In the polarization of the operating light in Examples 3 and 4,

である。 Is.

操作光により発生する散乱光の強度は、操作光の偏光方向と散乱体から散乱光の強度を観測する観測点への方向とのなす角をθとすると、sin2θに比例する。従って、操作光の偏光方向を本実施例のように設定することにより、実施例３に比べて、光検出器に到達する散乱光の光子をさらに1/100〜1/1000程度に低減することができる。 The intensity of the scattered light generated by the operating light is proportional to sin 2 θ, where θ is the angle between the polarization direction of the operating light and the direction from the scatterer to the observation point where the intensity of the scattered light is observed. Therefore, by setting the polarization direction of the operating light as in the present embodiment, the photons of the scattered light reaching the photodetector can be further reduced to about 1/100 to 1/1000 as compared with the third embodiment. Can be done.

本実施例での固体媒質１５１内部で操作光により発生する散乱を、光ファイバーの石英による700nmの波長の光での散乱程度と考える。光ファイバーの石英では、3dB/km程度の散乱損失がある。従って、強度Iinの入射光がｌkm固体媒質１５１中を進んだ場合の全散乱光強度（散乱損失）は、 The scattering generated by the operating light inside the solid medium 151 in this embodiment is considered to be the degree of scattering by the quartz of the optical fiber at a wavelength of 700 nm. Quartz of optical fiber has a scattering loss of about 3 dB / km. Therefore, the total scattered light intensity (scattering loss) when the incident light of intensity I in travels through the lkm solid medium 151 is

となる。本実施例では、照射領域における操作光の進行方向における固体媒質１５１の厚さは100μmなので、100μWの操作光により発生する全散乱光は、 Will be. In this embodiment, the thickness of the solid medium 151 in the traveling direction of the operating light in the irradiation region is 100 μm, so that the total scattered light generated by the operating light of 100 μW is

となる。このうち、２つの光検出器１７３、１７４に届く散乱光の強度Iは、仮に操作光の偏光方向が直線ＡＢに直交する場合には、 Will be. Of these, the intensity I of the scattered light reaching the two photodetectors 173 and 174 is determined if the polarization direction of the operating light is orthogonal to the straight line AB.

となり、本実施例のように操作光の偏光方向が直線ＡＢに平行である場合は、２つの光検出器１７３、１７４に届く散乱光の強度をその1/100〜1/1000である10-15Wより弱くすることが可能である。 , And when the polarization direction of the operation light as in this embodiment is parallel to the line AB is the intensity of scattered light reaching the two optical detectors 173, 174 thereof 1 / 100-1 / 1000 10 - It can be weaker than 15 W.

例えば、２量子ビットゲートを100μsで実行する場合、損失光子の光子１個のエネルギーは約4×10-19Jなので、このような量子ゲートの場合の損失光子の検出には、ゲート１回あたり１光子が損失する場合の損失光子強度である4×10-19J/100μs=4×10-15Wの光を正確に検出する必要がある。本実施例では、操作光により発生する散乱光の光子が光検出器に到達する強度を10-15W以下に抑えることができ、損失光子の正確な検出が可能になる。 For example, when a 2-qubit gate is executed at 100 μs, the energy of one photon of lost photon is about 4 × 10 -19 J, so the detection of lost photon in the case of such a quantum gate is per gate. It is necessary to accurately detect light of 4 × 10 -19 J / 100 μs = 4 × 10 -15 W, which is the loss photon intensity when one photon is lost. In this embodiment, the intensity at which the photons of the scattered light generated by the operating light reach the photodetector can be suppressed to 10 -15 W or less, and accurate detection of lost photons becomes possible.

以上の実施例３、実施例４、実施例５では、強い操作光により散乱光が生じ、その生じた散乱光がさらに固体媒質中で散乱される多重散乱は無視できるほど小さい場合を考えたが、多重散乱を考慮しても、第２の実施形態において説明した技法は有効である。また、以上の実施例３、実施例４、実施例５において固体媒質と外部との界面での散乱を考慮した場合でも、第２の実施形態において説明した技法は有効である。 In the above-mentioned Examples 3, 4, and 5, we considered a case where scattered light is generated by strong operating light and the generated scattered light is further scattered in a solid medium, and the multiple scattering is negligibly small. The technique described in the second embodiment is effective even in consideration of multiple scattering. Further, even when the scattering at the interface between the solid medium and the outside is taken into consideration in the above-mentioned Examples 3, 4, and 5, the technique described in the second embodiment is effective.

（付記）
以下に、第２の実施形態の好ましい態様を付記する。 (Additional note)
Hereinafter, preferred embodiments of the second embodiment will be added.

［１］第１の態様に係る量子計算機は、
量子ビットを担う物理系を含む固体媒質を備え、前記物理系と共鳴する共振器モードを有する共振器と、
前記物理系が前記共振器モードによって互いに結合した状態で、前記共振器モードの波面と交わる偏光方向を有する操作光を前記物理系に照射する光源部と、
前記物理系から失われる光子または前記共振器モードから失われる光子を検出する検出器と、
を備える。 [1] The quantum computer according to the first aspect is
A resonator having a solid medium including a physical system carrying a qubit and having a resonator mode that resonates with the physical system.
A light source unit that irradiates the physical system with operating light having a polarization direction intersecting the wave surface of the resonator mode in a state where the physical systems are coupled to each other by the resonator mode.
A detector that detects photons lost from the physical system or photons lost from the resonator mode,
To be equipped.

［２］：［１］に記載した量子計算機において、前記固体媒質は、前記物理系が配置された第１の領域および前記第１の領域と異なる第２の領域を含み、前記第１の領域は、前記操作光の進行方向における厚さが前記第２の領域よりも薄い。 [2]: In the quantum computer described in [1], the solid medium includes a first region in which the physical system is arranged and a second region different from the first region, and the first region is included. Is thinner than the second region in the traveling direction of the operating light.

［３］：［１］または［２］に記載した量子計算機において、前記操作光が入射する前記固体媒質の第１の面に第１の反射防止コーティングが施されており、前記操作光が出射する前記固体媒質の第２の面に第２の反射防止コーティングが施されており、前記第２の反射防止コーティングに対向して配置される光トラップまたは光吸収体をさらに備える。 [3]: In the quantum computer according to [1] or [2], the first antireflection coating is applied to the first surface of the solid medium to which the operating light is incident, and the operating light is emitted. A second antireflection coating is applied to the second surface of the solid medium, and further includes a light trap or a light absorber arranged to face the second antireflection coating.

［４］：第２の態様に係る量子計算機は、
量子ビットを担う物理系が配置された第１の領域および前記第１の領域と異なる第２の領域を含む固体媒質を備え、前記物理系と共鳴する共振器モードを有する共振器であって、前記第１の領域は、前記物理系を操作するための操作光の進行方向における厚さが前記第２の領域よりも薄い、共振器と、
前記物理系が前記共振器モードによって結合した状態で、前記物理系を操作するための操作光を前記物理系に照射する光源部と、
前記物理系から失われる光子または前記共振器モードから失われる光子を検出する検出器と、
を備える。 [4]: The quantum computer according to the second aspect is
A resonator having a solid medium including a first region in which a physical system carrying a quantum bit is arranged and a second region different from the first region, and having a resonator mode that resonates with the physical system. The first region includes a resonator whose thickness in the traveling direction of the operating light for operating the physical system is thinner than that of the second region.
A light source unit that irradiates the physical system with operating light for operating the physical system in a state where the physical system is coupled by the resonator mode.
A detector that detects photons lost from the physical system or photons lost from the resonator mode,
To be equipped.

［５］：［４］に記載した量子計算機において、前記操作光が入射する前記固体媒質の第１の面に第１の反射防止コーティングが施されており、前記操作光が出射する前記固体媒質の第２の面に第２の反射防止コーティングが施されており、前記第２の反射防止コーティングに対向して配置される光トラップまたは光吸収体をさらに備える。 [5]: In the quantum computer described in [4], the first surface of the solid medium to which the operating light is incident is coated with a first antireflection coating, and the solid medium from which the operating light is emitted is emitted. A second antireflection coating is applied to the second surface of the light trap, further comprising a light trap or a light absorber arranged to face the second antireflection coating.

［６］：第３の態様に係る量子計算機は、
量子ビットを担う物理系を含む固体媒質を備え、前記物理系と共鳴する共振器モードを有する共振器であって、前記物理系を操作するための操作光が入射する前記共振器の第１の面に反射防止コーティングが施されており、前記操作光が射出する前記共振器の第２の面に第２の反射防止コーティングが施されている、共振器と、
前記第２の反射防止コーティングに対向して配置される光トラップまたは光吸収体と、
前記物理系が前記共振器モードによって結合した状態で、前記操作光を前記物理系に照射する光源部と、
前記物理系から失われる光子または前記共振器モードから失われる光子を検出する検出器と、
を備える。 [6]: The quantum computer according to the third aspect is
A first resonator of the resonator, which comprises a solid medium including a physical system carrying a quantum bit and has a resonator mode that resonates with the physical system, and is incident with operating light for operating the physical system. A resonator having an antireflection coating on the surface and a second antireflection coating on the second surface of the resonator from which the operating light is emitted.
With a light trap or light absorber placed facing the second antireflection coating,
A light source unit that irradiates the physical system with the operation light in a state where the physical system is coupled by the resonator mode.
A detector that detects photons lost from the physical system or photons lost from the resonator mode,
To be equipped.

［７］第４の態様に係る量子計算方法は、
量子ビットを担う物理系を含む固体媒質を備え、前記物理系と共鳴する共振器モードを有する共振器を用意することと、
前記物理系が前記共振器モードによって互いに結合した状態で、前記共振器モードの波面と交わる偏光方向を有する操作光を前記物理系に照射することと、
前記物理系から失われる光子または前記共振器モードから失われる光子を検出することと、
を備える。 [7] The quantum calculation method according to the fourth aspect is
To prepare a resonator having a solid medium including a physical system carrying a qubit and having a resonator mode that resonates with the physical system.
In a state where the physical systems are coupled to each other by the resonator mode, the physical system is irradiated with operating light having a polarization direction intersecting with the wave surface of the resonator mode.
Detecting photons lost from the physical system or photons lost from the resonator mode
To be equipped.

［８］：［７］に記載した量子計算方法において、前記固体媒質は、前記物理系が配置された第１の領域および前記第１の領域と異なる第２の領域を含み、前記第１の領域は、前記操作光の進行方向における厚さが前記第２の領域よりも薄い。 [8]: In the quantum calculation method described in [7], the solid medium includes a first region in which the physical system is arranged and a second region different from the first region, and the first region is included. The region is thinner than the second region in the traveling direction of the operating light.

［９］：［７］または［８］に記載した量子計算方法において、前記操作光が入射する前記固体媒質の第１の面に第１の反射防止コーティングが施されており、前記操作光が出射する前記固体媒質の第２の面に第２の反射防止コーティングが施されており、前記第２の反射防止コーティングに対向して配置される光トラップまたは光吸収体を用意することをさらに備える。 [9]: In the quantum calculation method according to [7] or [8], a first antireflection coating is applied to the first surface of the solid medium to which the operating light is incident, and the operating light is emitted. A second antireflection coating is applied to the second surface of the solid medium to be emitted, and it is further provided that a light trap or a light absorber arranged to face the second antireflection coating is prepared. ..

［１０］：第５の態様に係る量子計算方法は、
量子ビットを担う物理系が配置された第１の領域および前記第１の領域と異なる第２の領域を含む固体媒質を備え、前記物理系と共鳴する共振器モードを有する共振器であって、前記第１の領域は、前記物理系を操作するための操作光の進行方向における厚さが前記第２の領域よりも薄い、共振器を用意することと、
前記物理系が前記共振器モードによって結合した状態で、前記物理系を操作するための操作光を前記物理系に照射することと、
前記物理系から失われる光子または前記共振器モードから失われる光子を検出することと、
を備える。 [10]: The quantum calculation method according to the fifth aspect is
A resonator having a solid medium including a first region in which a physical system carrying a quantum bit is arranged and a second region different from the first region, and having a resonator mode that resonates with the physical system. In the first region, a resonator having a thickness in the traveling direction of the operating light for operating the physical system is thinner than that of the second region is prepared.
In a state where the physical system is coupled by the resonator mode, the physical system is irradiated with operating light for operating the physical system.
Detecting photons lost from the physical system or photons lost from the resonator mode
To be equipped.

［１１］：［１０］に記載した量子計算方法において、前記操作光が入射する前記固体媒質の第１の面に第１の反射防止コーティングが施されており、前記操作光が出射する前記固体媒質の第２の面に第２の反射防止コーティングが施されており、前記第２の反射防止コーティングに対向して配置される光トラップまたは光吸収体を用意することをさらに備える。 [11]: In the quantum calculation method described in [10], the first antireflection coating is applied to the first surface of the solid medium into which the operating light is incident, and the solid from which the operating light is emitted. A second antireflection coating is applied to the second surface of the medium, further comprising providing a light trap or light absorber that is disposed to face the second antireflection coating.

［１２］：第６の態様に係る量子計算方法は、
量子ビットを担う物理系を含む固体媒質を備え、前記物理系と共鳴する共振器モードを有する共振器であって、前記物理系を操作するための操作光が入射する前記共振器の第１の面に反射防止コーティングが施されており、前記操作光が射出する前記共振器の第２の面に第２の反射防止コーティングが施されている、共振器を用意することと、
前記第２の反射防止コーティングに対向して配置される光トラップまたは光吸収体を用意することと、
前記物理系が前記共振器モードによって結合した状態で、前記操作光を前記物理系に照射することと、
前記物理系から失われる光子または前記共振器モードから失われる光子を検出することと、
を備える。 [12]: The quantum calculation method according to the sixth aspect is
A first resonator of the resonator, which comprises a solid medium including a physical system carrying a quantum bit and has a resonator mode that resonates with the physical system, and is incident with operating light for operating the physical system. To prepare a resonator in which the surface is coated with an antireflection coating and the second surface of the resonator from which the operating light is emitted is coated with a second antireflection coating.
To provide a light trap or light absorber that is placed facing the second antireflection coating.
Irradiating the physical system with the operating light in a state where the physical system is coupled by the resonator mode, and
Detecting photons lost from the physical system or photons lost from the resonator mode
To be equipped.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.

１０…共振器、１１…複屈折結晶、１２…球面ミラー、１３…平面ミラー、３０…屈折率楕円体、６０…半導体レーザー、６１…ビームスプリッタ、６２…ミラー、６３…音響光学素子、６４…音響光学素子、６５，６６…ミラー、６７…レンズ、６８…クライオスタット、６９…制御装置、７０…共振器、７１…固体媒質、７２，７３…球面ミラー、７４…照射領域、７７…入射面、７８…出射面、８０…共振器、８１…固体媒質、８２…球面ミラー、８３…平面ミラー、８４…照射領域、９０…共振器、９１…固体媒質、９４…照射領域、１００…共振器、１０１…固体媒質、１０２，１０３，１０４…球面ミラー、１０５…照射領域、１１０…共振器、１１１，１１２…反射防止コーティング、１１３…光トラップ、１３０…共振器、１３１…固体媒質、１５１…固体媒質、１６２，１６３…誘電体多層膜ミラー１７１，１７２…ピンホール、１７３，１７４…光検出器。 10 ... resonator, 11 ... double refracting crystal, 12 ... spherical mirror, 13 ... planar mirror, 30 ... refractive index ellipse, 60 ... semiconductor laser, 61 ... beam splitter, 62 ... mirror, 63 ... acoustic optics, 64 ... Acoustic optics, 65, 66 ... mirror, 67 ... lens, 68 ... cryostat, 69 ... control device, 70 ... resonator, 71 ... solid medium, 72, 73 ... spherical mirror, 74 ... irradiation area, 77 ... incident surface, 78 ... exit surface, 80 ... resonator, 81 ... solid medium, 82 ... spherical mirror, 83 ... plane mirror, 84 ... irradiation region, 90 ... resonator, 91 ... solid medium, 94 ... irradiation region, 100 ... resonator, 101 ... solid medium, 102, 103, 104 ... spherical mirror, 105 ... irradiation area, 110 ... resonator, 111, 112 ... antireflection coating, 113 ... optical trap, 130 ... resonator, 131 ... solid medium, 151 ... solid Medium, 162,163 ... Dielectric multilayer mirror 171, 172 ... Pinhole, 173,174 ... Optical detector.

Claims (13)

物理系を含む固体媒質を含み、前記物理系と共鳴する共振器モードを有する共振器と、
前記物理系が前記共振器モードによって結合されているときに、前記共振器モードの波面と交わる偏光方向を有する操作光を前記物理系に照射する光源部と、
前記物理系または前記共振器モードからの光子を検出する検出器と、
を備え、
前記固体媒質は、前記物理系が配置された第１の領域および前記第１の領域と異なる第２の領域を含み、前記第１の領域は、前記操作光の進行方向における厚さが前記第２の領域よりも薄い、量子計算機。 A resonator containing a solid medium including a physical system and having a resonator mode that resonates with the physical system.
When the physical system is coupled by the resonator mode, a light source unit that irradiates the physical system with operating light having a polarization direction intersecting the wave surface of the resonator mode.
A detector that detects photons from the physical system or the resonator mode,
With
The solid medium includes a first region in which the physical system is arranged and a second region different from the first region, and the first region has a thickness in the traveling direction of the operating light. A quantum computer that is thinner than the region 2. 物理系が配置された第１の領域および前記第１の領域と異なる第２の領域を含む固体媒質を含み、前記物理系と共鳴する共振器モードを有する共振器であって、前記第１の領域は、前記物理系を操作するための操作光の進行方向における厚さが前記第２の領域よりも薄い、共振器と、
前記物理系が前記共振器モードによって結合されているときに、前記操作光を前記物理系に照射する光源部と、
前記物理系または前記共振器モードからの光子を検出する検出器と、
を備える量子計算機。 A resonator having a resonator mode that resonates with the physical system and includes a solid medium including a first region in which the physical system is arranged and a second region different from the first region. The region includes a resonator whose thickness in the traveling direction of the operating light for operating the physical system is thinner than that of the second region.
When the physical system is coupled by the resonator mode, the light source unit that irradiates the physical system with the operation light and
A detector that detects photons from the physical system or the resonator mode,
Quantum computer equipped with. 前記操作光が入射する前記固体媒質の第１の面に施された第１の反射防止コーティングと、
前記操作光が出射する前記固体媒質の第２の面に施された第２の反射防止コーティングと、
前記第２の反射防止コーティングに対向して配置される光トラップまたは光吸収体と、
をさらに備える請求項１または２に記載の量子計算機。 A first antireflection coating applied to the first surface of the solid medium to which the operating light is incident,
A second antireflection coating applied to the second surface of the solid medium from which the operating light is emitted,
With a light trap or light absorber placed facing the second antireflection coating,
The quantum computer according to claim 1 or 2 , further comprising. 物理系を含む固体媒質を含み、前記物理系と共鳴する共振器モードを有する共振器と、
前記物理系が前記共振器モードによって結合されているときに、前記共振器モードの波面と交わる偏光方向を有する操作光を前記物理系に照射する光源部と、
前記物理系または前記共振器モードからの光子を検出する検出器と、
前記操作光が入射する前記固体媒質の第１の面に施された第１の反射防止コーティングと、
前記操作光が出射する前記固体媒質の第２の面に施された第２の反射防止コーティングと、
前記第２の反射防止コーティングに対向して配置される光トラップまたは光吸収体と、
を備える量子計算機。 A resonator containing a solid medium including a physical system and having a resonator mode that resonates with the physical system.
When the physical system is coupled by the resonator mode, a light source unit that irradiates the physical system with operating light having a polarization direction intersecting the wave surface of the resonator mode.
A detector that detects photons from the physical system or the resonator mode,
A first antireflection coating applied to the first surface of the solid medium to which the operating light is incident,
A second antireflection coating applied to the second surface of the solid medium from which the operating light is emitted,
With a light trap or light absorber placed facing the second antireflection coating,
Quantum computer equipped with. 物理系を含む固体媒質を含み、前記物理系と共鳴する共振器モードを有する共振器であって、前記物理系を操作するための操作光が入射する前記共振器の第１の面に反射防止コーティングが施されており、前記操作光が射出する前記共振器の第２の面に第２の反射防止コーティングが施されている、共振器と、
前記第２の反射防止コーティングに対向して配置される光トラップまたは光吸収体と、
前記物理系が前記共振器モードによって結合されているときに、前記操作光を前記物理系に照射する光源部と、
前記物理系または前記共振器モードからの光子を検出する検出器と、
を備える量子計算機。 A resonator that includes a solid medium including a physical system and has a resonator mode that resonates with the physical system, and antireflection is applied to the first surface of the resonator to which operating light for operating the physical system is incident. A resonator having a coating and having a second antireflection coating on the second surface of the cavity from which the operating light is emitted.
With a light trap or light absorber placed facing the second antireflection coating,
When the physical system is coupled by the resonator mode, the light source unit that irradiates the physical system with the operation light and
A detector that detects photons from the physical system or the resonator mode,
Quantum computer equipped with. 前記物理系は量子ビットとして使用される、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の量子計算機。 The quantum computer according to any one of claims 1 to 5 , wherein the physical system is used as a qubit. 前記光子は前記物理系から失われる光子または前記共振器モードから失われる光子である、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の量子計算機。 The quantum computer according to any one of claims 1 to 6 , wherein the photon is a photon lost from the physical system or a photon lost from the resonator mode. 物理系を含む固体媒質を含み、前記物理系と共鳴する共振器モードを有する共振器と、
前記物理系が前記共振器モードによって結合されているときに、前記共振器モードの波面と交わる偏光方向を有する操作光を前記物理系に照射する光源部と、
前記物理系または前記共振器モードからの光子を検出する検出器と、
を備え、
前記光子は前記物理系から失われる光子または前記共振器モードから失われる光子である、量子計算機。 A resonator containing a solid medium including a physical system and having a resonator mode that resonates with the physical system.
When the physical system is coupled by the resonator mode, a light source unit that irradiates the physical system with operating light having a polarization direction intersecting the wave surface of the resonator mode.
A detector that detects photons from the physical system or the resonator mode,
With
A quantum computer, wherein the photon is a photon lost from the physical system or from the resonator mode. 物理系を含む固体媒質を含み、前記物理系と共鳴する共振器モードを有する共振器を用意することと、
前記物理系が前記共振器モードによって結合されているときに、前記共振器モードの波面と交わる偏光方向を有する操作光を前記物理系に照射することと、
前記物理系または前記共振器モードからの光子を検出することと、
を備え、
前記固体媒質は、前記物理系が配置された第１の領域および前記第１の領域と異なる第２の領域を含み、前記第１の領域は、前記操作光の進行方向における厚さが前記第２の領域よりも薄い、量子計算方法。 To prepare a resonator that includes a solid medium including a physical system and has a resonator mode that resonates with the physical system.
When the physical system is coupled by the resonator mode, the physical system is irradiated with operating light having a polarization direction intersecting the wave surface of the resonator mode.
Detecting photons from the physical system or the resonator mode,
With
The solid medium includes a first region in which the physical system is arranged and a second region different from the first region, and the first region has a thickness in the traveling direction of the operating light. A quantum calculation method that is thinner than the region 2. 物理系が配置された第１の領域および前記第１の領域と異なる第２の領域を含む固体媒質を含み、前記物理系と共鳴する共振器モードを有する共振器であって、前記第１の領域は、前記物理系を操作するための操作光の進行方向における厚さが前記第２の領域よりも薄い、共振器を用意することと、
前記物理系が前記共振器モードによって結合されているときに、前記操作光を前記物理系に照射することと、
前記物理系または前記共振器モードからの光子を検出することと、
を備える量子計算方法。 A resonator having a resonator mode that resonates with the physical system and includes a solid medium including a first region in which the physical system is arranged and a second region different from the first region. For the region, prepare a resonator whose thickness in the traveling direction of the operating light for operating the physical system is thinner than that of the second region.
When the physical system is coupled by the resonator mode, irradiating the physical system with the operating light and
Detecting photons from the physical system or the resonator mode,
Quantum calculation method including. 前記操作光が入射する前記固体媒質の第１の面に第１の反射防止コーティングが施されており、前記操作光が出射する前記固体媒質の第２の面に第２の反射防止コーティングが施されており、前記第２の反射防止コーティングに対向して配置される光トラップまたは光吸収体を用意することをさらに備える請求項９または１０に記載の量子計算方法。 A first antireflection coating is applied to the first surface of the solid medium into which the operation light is incident, and a second antireflection coating is applied to the second surface of the solid medium from which the operation light is emitted. The quantum calculation method according to claim 9 or 10 , further comprising providing a light trap or a light absorber which is provided and is arranged to face the second antireflection coating. 物理系を含む固体媒質を含み、前記物理系と共鳴する共振器モードを有する共振器を用意することと、
前記物理系が前記共振器モードによって結合されているときに、前記共振器モードの波面と交わる偏光方向を有する操作光を前記物理系に照射することと、
前記物理系または前記共振器モードからの光子を検出することと、
を備え、
前記操作光が入射する前記固体媒質の第１の面に第１の反射防止コーティングが施されており、前記操作光が出射する前記固体媒質の第２の面に第２の反射防止コーティングが施されており、前記第２の反射防止コーティングに対向して配置される光トラップまたは光吸収体を用意することをさらに備える量子計算方法。 To prepare a resonator that includes a solid medium including a physical system and has a resonator mode that resonates with the physical system.
When the physical system is coupled by the resonator mode, the physical system is irradiated with operating light having a polarization direction intersecting the wave surface of the resonator mode.
Detecting photons from the physical system or the resonator mode,
With
A first antireflection coating is applied to the first surface of the solid medium into which the operation light is incident, and a second antireflection coating is applied to the second surface of the solid medium from which the operation light is emitted. A quantum calculation method further comprising providing a light trap or light absorber that is provided and is arranged to face the second antireflection coating. 物理系を含む固体媒質を含み、前記物理系と共鳴する共振器モードを有する共振器であって、前記物理系を操作するための操作光が入射する前記共振器の第１の面に反射防止コーティングが施されており、前記操作光が射出する前記共振器の第２の面に第２の反射防止コーティングが施されている、共振器を用意することと、
前記第２の反射防止コーティングに対向して配置される光トラップまたは光吸収体を用意することと、
前記物理系が前記共振器モードによって結合されているときに、前記操作光を前記物理系に照射することと、
前記物理系または前記共振器モードからの光子を検出することと、
を備える量子計算方法。 A resonator having a solid medium including a physical system and having a resonator mode that resonates with the physical system, and antireflection on the first surface of the resonator to which operating light for operating the physical system is incident. To prepare a cavity that is coated and has a second antireflection coating on the second surface of the cavity that emits the operating light.
To provide a light trap or light absorber that is placed facing the second antireflection coating.
When the physical system is coupled by the resonator mode, irradiating the physical system with the operating light and
Detecting photons from the physical system or the resonator mode,
Quantum calculation method including.
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