特表 2023-530777 ＰＰＫＴＰ結晶によるマルチモード受信小型化エンタングルメントソースシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-07-19

(54)【発明の名称】ＰＰＫＴＰ結晶によるマルチモード受信小型化エンタングルメントソースシステム

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/39 20060101AFI20230711BHJP

【ＦＩ】

G02F1/39

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023501785

(86)(22)【出願日】2021-08-19

(85)【翻訳文提出日】2023-01-11

(86)【国際出願番号】 CN2021113428

(87)【国際公開番号】W WO2022048447

(87)【国際公開日】2022-03-10

(31)【優先権主張番号】202010931398.6

(32)【優先日】2020-09-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523011853

【氏名又は名称】済南量子技術研究院

【氏名又は名称原語表記】ＪＩＮＡＮ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＯＦ ＱＵＡＮＴＵＭ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

(74)【代理人】

【識別番号】110000729

【氏名又は名称】弁理士法人ユニアス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】周 飛

【テーマコード（参考）】

2K102

【Ｆターム（参考）】

2K102AA05

2K102AA34

2K102AA37

2K102BA18

2K102BB02

2K102BC01

2K102BD03

2K102CA11

2K102DA01

2K102DA10

2K102DA20

2K102DB02

2K102DB06

2K102DD10

2K102EB02

2K102EB06

2K102EB10

2K102EB12

2K102EB16

2K102EB20

2K102EB22

(57)【要約】

本発明はＰＰＫＴＰ結晶によるマルチモード受信小型化エンタングルメントソースシステムを開示している。
ポンプ光源１、ポンプ光伝送モジュール、エンタングルメント装置４、第１収集装置５―１及び第２収集装置５―２を含む。第１収集装置５―１と第２収集装置５―２とは構造的に対称していない。第１収集装置５―１は第１マルチモードファイバー、時間フィルタリングユニット６及び空間フィルタリングユニット８を含み、前記時間フィルタリングユニット６は前記空間フィルタリングユニット８の前方に位置する。第２収集装置５―２は空間フィルタリングユニット９及び第２マルチモードファイバーを含む。本発明によって、簡素化した構造で、高い偏光コントラスト比、高輝度、高品質のエンタングルメント光を安定に提供できる。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＰＰＫＴＰ結晶によるマルチモード受信小型化エンタングルメントソースシステムであって、
ポンプ光源（１）、ポンプ光伝送モジュール、エンタングルメント装置（４）、第１収集装置（５―１）及び第２収集装置（５―２）を含み、
ポンプ光源（１）から出力された光は前記ポンプ光伝送モジュールによって、ポンプ光として前記エンタングルメント装置（４）に入力され、
前記エンタングルメント装置（４）は、前記ポンプ光によってＰＰＫＴＰ結晶に基づいてエンタングルメント光を生成するように配置され、前記エンタングルメント光は偏光方向が互いに直交した信号光とアイドラー光を含み、
前記第１収集装置（５―１）は、前記信号光と前記アイドラー光のうちの一方を受信するように配置され、
前記第２収集装置（５―２）は、前記信号光と前記アイドラー光のうちの他方を受信するように配置され、
前記第１収集装置（５―１）と前記第２収集装置（５―２）とは構造的に対称しておらず、
前記第１収集装置（５―１）のみに、時間フィルタリングユニット（６）及び空間フィルタリングユニット（８）がともに配置され、前記時間フィルタリングユニット（６）は前記空間フィルタリングユニット（８）の前方に位置し、
前記第２収集装置（５―２）には空間フィルタリングユニット（９）が配置され、
前記第１収集装置（５―１）は第１マルチモードファイバーをさらに含み、前記第２収集装置（５―２）は第２マルチモードファイバーをさらに含むことを特徴とするエンタングルメントソースシステム。

【請求項2】

前記時間フィルタリングユニット（６）はナローバンドフィルターを含み、及び／又は前記空間フィルタリングユニット（８、９）は絞りを含む請求項１に記載のエンタングルメントソースシステム。

【請求項3】

前記第１収集装置（５―１）及び／又は前記第２収集装置（５―２）は、前記信号光又はアイドラー光をコリメーションするコリメーションユニット（１０、１１）をさらに含み、及び／又は、
前記第２収集装置（５―２）は、前記信号光又はアイドラー光を除いた迷光を除去する迷光除去ユニット（７）をさらに含む請求項１に記載のエンタングルメントソースシステム。

【請求項4】

前記第１及び／又は第２マルチモードファイバーは、１０５マルチモードファイバーであり、及び／又は、
前記ポンプ光の波長は４０５ｎｍであり、及び／又は、
前記ナローバンドフィルターは８１０ｎｍの中心波長及び５ｎｍの半値幅を有し、及び／又は、
前記絞りは１.５ｍｍの孔径を有する請求項２に記載のエンタングルメントソースシステム。

【請求項5】

前記ポンプ光伝送モジュールは、コリメーションデバイス（２）及び集光装置（３）を含む請求項１に記載のエンタングルメントソースシステム。

【請求項6】

前記コリメーションデバイス（２）は、コリメーションレンズを含み、及び／又は、前記集光装置（３）は集光レンズを含む請求項５に記載のエンタングルメントソースシステム。

【請求項7】

前記エンタングルメント装置（４）は、第１光学素子（４―１）及びＳａｇｎａｃ干渉リング構造（４―２）を含み、
前記第１光学素子（４―１）は、前記ポンプ光を透過させ、前記エンタングルメント光を反射することを許可するように配置され、
前記Ｓａｇｎａｃ干渉リング構造（４―２） は、前記ポンプ光によってＰＰＫＴＰ結晶に基づいて前記エンタングルメント光を生成するように配置される請求項１に記載のエンタングルメントソースシステム。

【請求項8】

前記第１光学素子（４―１）は、ダイクロイックミラーを含み、及び／又は、
前記Ｓａｇｎａｃ干渉リング構造（４―２）は、二波長偏光ビームスプリッター（４―２―１）、二波長半波長板（４―２―４）、第１二波長反射鏡（４―２―２）、第２二波長反射鏡（４―２―３）及びＰＰＫＴＰ結晶（４―２―５）を含む請求項７に記載のエンタングルメントソースシステム。

【請求項9】

前記エンタングルメント装置（４）と前記収集装置（５―１、５―２）との間に設けられる測定装置をさらに含む請求項１に記載のエンタングルメントソースシステム。

【請求項10】

前記第１及び／又は第２収集装置（５―１、５―２）における前記絞りは１つ、又は２つ、又はより多い請求項２に記載のエンタングルメントソースシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、量子情報技術分野に関し、特に、ＰＰＫＴＰ結晶によるマルチモード受信小型化エンタングルメントソースシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

量子エンタングルメントの概念は、最初に、シュレディンガー及び有名なＥＰＲパラドックスから提出され、近年、物理学及び情報通信などの学科の注目されている研究になっている。量子エンタングルメントは、その特別な性質のため、量子計算、量子暗号通信、量子テレポーテーションなどの面で、著しい応用価値を備えている。今まで、キャビティＱＥＤ、イオントラップ、量子ドットなどの体系において、何れもエンタングルメント状態を生成できるが、光学系によるエンタングルメント状態は高レート及び高輝度を最も容易に実現するため、大幅に応用されて研究される。

【0003】

今まで、非線形結晶における自発的パラメトリック下方変換（ＳＰＤＣ）過程でエンタングルメント光子ペアを生成することは、最も成熟した方法であり、例えば、中国特許文献ＣＮ２０１７２１０２７８１３.５及びＣＮ２０１１１０１７０１７７.２を参照すればよい。ＳＰＤＣは、非線形媒体において、強いポンプ光と、量子真空ノイズによる自然輻射とパラメトリック発振を行うことで生成され、即ち、高周波ポンプ光子はある確率で、信号光子、アイドラー光子という１対の低周波のダウンコンバージョン光子に自発的に分解される。その後、ＰＰＫＴＰ（周期的分極ＫＴｉＯＰＯ４）、ＰＰＬＮ（周期的分極ＬｉＮｂＯ３）などの周期的分極の非線形結晶及び擬似位相整合技術によってエンタングルメント光子ペアを生成する解決策が出現し、例えば、中国特許文献ＣＮ２０１８１０９５５７４８.５を参照すればよい。擬似位相整合（ＱＰＭ）技術は、光学結晶非線形分極率を周期的に変調することで、屈折率分散による光波間の位相ミスマッチを補償する技術である。

【0004】

伝統の非線形エンタングルメントソースの製造方法は、メタホウ酸バリウム（ＢＢＯ）非線形結晶によってパラメトリック下方変換を行ってから、薄い結晶及び波長板を介して横方向、縦方向の空間ウォークオフの補償を行って、よいエンタングルメントソースを生成する。２００４年、ＭＩＴの科学者は周期的分極リン酸チタニルカリウム（ＰＰＫＴＰ）結晶を使用して、エンタングルメントソースの輝度を再び大幅に向上させている。実験室の条件で、ＰＰＫＴＰ結晶及びＳａｇｎａｃ干渉リング技術によって、エンタングルメントソースの輝度が既に優れた効果に達し、近年、擬似位相整合技術によるＰＰＫＴＰ結晶エンタングルメントソースは既に、高輝度、高品質エンタングルメントソースの最適な選択になっている。

【0005】

従って、従来技術は、いくつかのＰＰＫＴＰ結晶によるエンタングルメントソースシステムを続々提出している。図１に示すように、例えば、出願番号がＣＮ２０１８１０９５５７４８.５である中国特許は、いくつかのエンタングルメントソース構造を開示している。「周期的分極ＫＴｉＯＰＯ４結晶による高輝度エンタングルメントソース研究製造」（物理学報）は、ＰＰＫＴＰ結晶によるエンタングルメントソース構造を開示し、図２に示すように、ＰＰＫＴＰ結晶において偏光方向が直交した１対のパラメトリック光を生成した後、ダイクロイックミラー及びロングパスフィルターによってポンプ光とパラメトリック光とを離間させてから、ＰＢＳによってパラメトリック光子ペアを離間させ、シングルモードファイバーに結合し、そして、ＢＢＯ結晶による伝統のエンタングルメント光源より、その輝度は１つのオーダー以上高まっていると記載している。「百キロ量子通信実験によるモバイル統合型エンタングルメントソース」もＰＰＫＴＰ結晶によるエンタングルメントソース構造を開示し、空間フィルタリング及びパターンマッチング技術によって、ＢＢＯ結晶によるエンタングルメントソースの輝度を１０００ｃｐｓ／ｍｗに高める。しかしながら、当該解決策の量子エンタングルメントソースシステムは、相変わらず満足の偏光コントラスト比及び輝度を取得できず、図３のＰＰＫＴＰ結晶によるエンタングルメントソース構造を採用すれば、その輝度を１つのオーダー以上に高める。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

従来の技術的解決策を分析して分かるように、従来のＰＰＫＴＰ結晶による偏光エンタングルメントソースシステムは、出力光学性能（例えば、偏光コントラスト比、輝度及び品質など）、性能の安定性、及び経済性などの面に不足があるため、改善の必要がある。

【0007】

例えば、従来のエンタングルメントソースシステムは一般的に、シングルモード受信エンタングルメント光を採用しているが、シングルモードファイバーは高いコストを有し、電力消費が多く、湾曲が苦手であり、溶接に対する要求が高く、付加的な損失が生じやすくて、洗浄に対する要求が高く、そして、従来技術において、両側収集装置は、完全に対称なデバイス構造を採用しているため、システムにおけるデバイスの数が多く、ある程度で資源を浪費する。特に実験及び教学環境で、上記問題は、システム出力光学性能の不安定及び経済性の問題を招致する。また、収集装置から出力されるエンタングルメント光は偏光コントラスト比、輝度及び品質面で、まだ改善の必要がある。

【0008】

従来技術における上記不足に対して、本発明はＰＰＫＴＰ結晶によるマルチモード受信小型化エンタングルメントソースシステムを提出し、マルチモードファイバー受信エンタングルメント光の概念を採用することを提出し、そのためにエンタングルメントソースシステムの片側収集装置に、時間フィルタリングと空間フィルタリング技術との有機結合によって実現されるエンタングルメント光処理解決策を導入することを初めて提出し、エンタングルメントソースシステムに非対称なデバイス構造を形成することで、マルチモード受信エンタングルメントソースを実現するとともに、エンタングルメントソースの偏光コントラスト比、輝度、品質、安定性及び経済性をさらに向上させる。

【課題を解決するための手段】

【0009】

具体的に、本発明のＰＰＫＴＰ結晶によるマルチモード受信小型化エンタングルメントソースシステムはポンプ光源１、ポンプ光伝送モジュール、エンタングルメント装置４、第１収集装置５―１及び第２収集装置５―２を含む。

【0010】

ポンプ光源１から出力された光は、前記ポンプ光伝送モジュールによって、ポンプ光として、前記エンタングルメント装置４に入力され、
前記エンタングルメント装置４は、前記ポンプ光によってＰＰＫＴＰ結晶に基づいてエンタングルメント光を生成するように配置され、前記エンタングルメント光は偏光方向が互いに直交した信号光とアイドラー光を含み、
前記第１収集装置５―１は、前記信号光と前記アイドラー光のうちの一方を受信するように配置され、前記第２収集装置５―２は、前記信号光と前記アイドラー光のうちの他方を受信するように配置され、
前記第１収集装置５―１と前記第２収集装置５―２とは構造的に対称しておらず、前記第１収集装置５―１のみに、時間フィルタリングユニット６及び空間フィルタリングユニット８がともに配置され、前記時間フィルタリングユニット６は前記空間フィルタリングユニット８の前方に位置し、前記第２収集装置５―２には空間フィルタリングユニット９が配置され、前記第１収集装置５―１は第１マルチモードファイバーをさらに含み、前記第２収集装置５―２は第２マルチモードファイバーをさらに含む。

【0011】

好ましくは、前記時間フィルタリングユニット６はナローバンドフィルターであり、及び／又は前記空間フィルタリングユニット８、９は絞りである。

【0012】

さらに、前記第１及び／又は前記第２収集装置５―１、５―２は、前記信号光又はアイドラー光をコリメーションするコリメーションユニット１０、１１をさらに含み、及び／又は、前記第２収集装置５―２は、前記信号光又はアイドラー光を除いた迷光を濾過する迷光除去ユニット７をさらに含む。

【0013】

好ましくは、前記第１及び／又は第２マルチモードファイバーは１０５マルチモードファイバーであり、及び／又は、前記ポンプ光の波長は４０５ｎｍであり、及び／又は、前記ナローバンドフィルターは８１０ｎｍの中心波長及び５ｎｍの半値幅を有し、及び／又は、前記絞りは１.５ｍｍの孔径を有する。

【0014】

さらに、前記ポンプ光伝送モジュールはコリメーションデバイス２及び集光装置３を含む。

【0015】

好ましくは、前記コリメーションデバイス２はコリメーションレンズを含み、及び／又は、前記集光装置３は集光レンズを含む。

【0016】

さらに、前記エンタングルメント装置４は第１光学素子４―１及びＳａｇｎａｃ干渉リング構造４―２を含む。第１光学素子４―１は、前記ポンプ光を透過させ、前記エンタングルメント光を反射すると許可されるように配置され、Ｓａｇｎａｃ干渉リング構造４―２は、前記ポンプ光によってＰＰＫＴＰ結晶に基づいて前記エンタングルメント光を生成するように配置される。

【0017】

好ましくは、第１光学素子４―１はダイクロイックミラーを含み、及び／又は、Ｓａｇｎａｃ干渉リング構造４―２は二波長偏光ビームスプリッター４―２―１、二波長半波長板４―２―４、第１二波長反射鏡４―２―２、第２二波長反射鏡４―２―３及びＰＰＫＴＰ結晶４―２―５を含む。

【0018】

さらに、本発明のエンタングルメントソースシステムは、前記エンタングルメント装置４と前記収集装置５―１、５―２との間に設けられる測定装置をさらに含む。

【0019】

前記第１及び／又は第２収集装置５―１、５―２における絞りは１つ、又は２つ、又はより多い。

【図面の簡単な説明】

【0020】

以下、図面を結合して本発明の具体的な実施形態をさらに詳しい説明する。
本発明の実施例又は従来技術における技術的解決策をより明らかに説明するために、以下、実施例又は従来技術の記載の必要な図面を簡単に紹介し、明らかに、以下に記載の図面は本発明のいくつかの実施例であり、当業者にとって、進歩性に値する労働をしないことを前提として、これらの図面に基づいて、他の図面を取得できる。

【図1】従来技術の１つの量子エンタングルメントソースシステムである。

【図2】従来技術の別の量子エンタングルメントソースシステムである。

【図3】従来技術のさらなる量子エンタングルメントソースシステムである。

【図4】本発明のエンタングルメントソースシステムの１つの例示の構造模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、図面を参照して、本発明の例示的な実施例を詳しく記載する。以下の実施例は例を挙げて提供され、本発明の精神を当業者に十分に伝達する。従って、本発明は本明細書に開示される実施例に限定されない。

【0022】

図４は、本発明のエンタングルメントソースシステムの１つの例示の構造模式図である。

【0023】

図に示すように、当該エンタングルメントソースシステムは、ポンプ光源１、ポンプ光伝送モジュール、エンタングルメント装置４、第１収集装置５―１及び第２収集装置５―２を含む。

【0024】

ポンプ光源１は、偏光を出力するように配置され、例えば、ポンプレーザによって実現される。１つの例示において、ポンプ光源１は、波長が４０５ｎｍであるポンプレーザを含む。

【0025】

ポンプ光源１から出力された偏光はエンタングルメント装置４のポンプ光として、ポンプ光伝送モジュールによってエンタングルメント装置４に入力される。

【0026】

図４の実施形態において、ポンプ光伝送モジュールは、コリメーションデバイス２、及び集光装置３を含む。

【0027】

当該実施形態において、コリメーションデバイス２は、ポンプ光源１から出力された偏光をコリメーションし、集光装置３は偏光を集光させる。

【0028】

例示として、コリメーションデバイス２はコリメーションレンズ２を含む。集光装置３は集光レンズ３を含む。

【0029】

図４の例示において、ポンプ光源１の射出中心、コリメーションレンズ２の焦点及び集光レンズ３の焦点は同一直線に設けられている。当業者であれば、ポンプ光伝送モジュールは他の光路構造及び位置関係を有してもよく、ポンプ光源１から出力される光をポンプ光として、所望の状態でエンタングルメント装置４に入力すればよいことを理解できる。

【0030】

エンタングルメント装置４は、第１光学素子４―１及びＳａｇｎａｃ干渉リング構造４―２を含む。

【0031】

第１光学素子４―１は、ポンプ光を透過させ、エンタングルメント光を反射することを許可するように配置される。例示として、第１光学素子４―１はダイクロイックミラー（ＤＭ）４―１であってもよい。

【0032】

Ｓａｇｎａｃ干渉リング構造４―２は、ポンプ光によってＰＰＫＴＰ結晶に基づいてエンタングルメント光、即ち、エンタングルメント光子ペアを生成するように配置される。当業者であれば分かるように、当該エンタングルメント光子ペアは、偏光方向が直交した信号光とアイドラー光を含む。

【0033】

図４に示すように、例示として、Ｓａｇｎａｃ干渉リング構造４―２は二波長偏光ビームスプリッター４―２―１、二波長半波長板４―２―４、第１二波長反射鏡４―２―２、第２二波長反射鏡４―２―３及びＰＰＫＴＰ結晶４―２―５を含む。

【0034】

当該例示において、ポンプ光伝送モジュールによって、エンタングルメント装置４に入ったポンプ光は、まず、ダイクロイックミラー４―１を透過して偏光ビームスプリッター４―２―１に達し、偏光ビームスプリッター４―２―１によって２本の偏光に分解されてから、当該２本の偏光はＳａｇｎａｃ干渉リングのループにそれぞれ入って、反対する方向に沿ってループにおいて伝播される。ループの伝播過程で、２本の偏光はそれぞれ半波長板４―２―４、反射鏡４―２―２和４―２―３、及びＰＰＫＴＰ結晶４―２―５を介して、ループにおいて１周循環した後、偏光ビームスプリッター４―２―１に戻って集まり、干渉作用を発揮し、干渉結果は偏光ビームスプリッター４―２―１を介して、異なるポート（反射端及び透過端）によってそれぞれ射出され、信号光及びアイドラー光を含むエンタングルメント光子ペアを提供する。

【0035】

図４を引き続いて参照し、信号光とアイドラー光のうちの一方は偏光ビームスプリッター４―２―１から出力された後、第２収集装置５―２に伝送され、他方はダイクロイックミラー４―１によって反射された後、第１収集装置５―１に伝送される。

【0036】

本発明によれば、第１収集装置５―１及び第２収集装置５―２は非対称のデバイス構造を有するように配置される。

【0037】

具体的に、第１収集装置５―１は、時間フィルタリングユニット６、空間フィルタリングユニット８及び第１マルチモードファイバーを含む。第２収集装置５―２は、空間フィルタリングユニット９、迷光除去ユニット７及び第２マルチモードファイバーを含む。

【0038】

時間フィルタリングユニット６は、エンタングルメント光に対して時間モード選択処理を行う。好適な例示として、時間フィルタリングユニット６はナローバンドフィルター６によって実現される。

【0039】

空間フィルタリングユニット８、９は、エンタングルメント光に対して空間モード選択処理を行う。好適な例示として、空間フィルタリングユニット８、９は絞り８、９によって実現される。

【0040】

迷光除去ユニット７は、エンタングルメント光を除いた迷光を除去することで、ノイズ低減機能を提供する。例示として、迷光除去ユニット７はロングパスフィルター７を含む。

【0041】

本発明によれば、マルチモード受信を実現するとともに、システムの偏光コントラスト比を向上させるために、図４に示すように、第１収集装置５―１において、時間フィルタリングユニット６は空間フィルタリングユニット８の前方に配置されなければならない。これによって、片側収集装置において、先ず時間、後に空間の方式で、エンタングルメント光に対して時間・空間フィルタリング処理を行うことで、マルチモード受信の高い偏光コントラスト比、高輝度、高品質のエンタングルメント光子ペアを実現できる。また、本発明において、片側（第１）収集装置のみに時間・空間フィルタリングユニットが配置され、同側の収集装置に時間フィルタリングユニット（例えば、ナローバンドフィルター６）及び迷光除去ユニット（例えば、ロングパスフィルター７）が同時に配置されなくてもよいため、従来技術の完全に対称なデバイス構造に比べると、エンタングルメントソースシステム構造を大幅に簡素化して、資源を節約し、実験教学環境において、高品質のエンタングルメントソースを容易に取得できる。

【0042】

さらに、本発明の収集装置において、絞り８、９の孔径の大きさは絞りの配置位置と関係し、絞りが受信端に近いほど、絞りの孔径が大きくされる必要がある。従って、本発明の収集装置において、絞りは受信端に近い場所に設けられる。

【0043】

実験によって証明されるように、エンタングルメントソースシステムの収集装置において、ナローバンドフィルターを導入して、エンタングルメント光に対して時間フィルタリングを行わなくて、絞りの孔径の大きさ及び距離の遠さのみを調節すれば、エンタングルメントソースシステムの偏光コントラスト比は基本的に変更しない。概して、第１収集装置５―１から収集されたエンタングルメント光子に対して、まず、ナローバンドフィルター６によって時間モード選択を行ってから、絞り８によって空間モード選択を行って、結果として、エンタングルメントソースシステムの偏光コントラスト比を著しく高める。

【0044】

好適な実施形態において、マルチモードファイバーは１０５マルチモードファイバーを採用してもよい。ナローバンドフィルターは８１０ｎｍの中心波長及び５ｎｍの半値幅を有してもよい。絞りは１.５ｍｍの孔径を有してもよい。以上のように、当業者であれば理解できるように、絞りの孔径はその配置位置に基づいて適切に調整される。好ましくは、本発明のエンタングルメントソースシステムには、絞りの位置決めを実現する絞り位置決め装置が含まれる。例えば、絞り位置決め装置の１つの実施形態において、まず、シングルモードファイバーによってエンタングルメント光子を収集してから、シングルモードファイバーによって赤い光を反射することで、絞りの位置決めを実現する。

【0045】

１つの実施形態において、収集装置における絞りの数量は２つ又はより多くてもよい。

【0046】

さらに、図４に示すように、本発明の収集装置に、マルチモードファイバーによって受信されるように、エンタングルメント光をコリメーションするコリメーションユニット１０、１１がさらに設けられてもよい。

【0047】

１つの実施形態において、コリメーションユニット１０、１１は、コリメーションレンズを含む。

【0048】

当業者であれば理解できるように、本発明のエンタングルメントソースシステムは、学生の実験室課程の実験（異なるエンタングルメント状態の製造／分析、Ｂｅｌｌ不等式の検査、量子状態トモグラフィー測定、量子鍵配送を行う）、科学実験（量子光学、量子通信、量子情報）に適用されてもよいし、商業応用（暗号化、計測、光学センシング）に拡張されてもよい。

【0049】

例えば、マルチモードファイバーによってエンタングルメント光子を収集した後、時間相関単一光子検出技術を使用して、同時計数採集を行って、偏光コントラスト比を測定することで、単一光子計数、同時計数及び偏光コントラスト比を取得する。

【0050】

好ましくは、特に、エンタングルメントソースシステムは、教学又は科学研究場合に適用されるように設計される場合、実験ニーズに基づいて、エンタングルメントソースシステムに測定装置を配置することで、エンタングルメント光子ペアを測定し、偏光状態の選択を実現し、後続の実験操作を行って、例えば、Ｂｅｌｌ不等式検査などの他の実験を実現する。

【0051】

１つの実施形態において、エンタングルメント装置４と収集装置５―１、５―２との間には測定装置が設けられている。

【0052】

特に、エンタングルメントソースシステムが教学に適用される実施形態において、第１及び／又は第２収集装置にナローバンドフィルター、ロングパスフィルター及び絞りのうちの任意のいくつかを配置して調節することで、他のエンタングルメントソースシステムと比較実験を行って、例えば、空間フィルタリングと時間フィルタリングとの相互の共同作用による、エンタングルメント光性能に対する改善を了解する。

【0053】

以上から分かるように、本発明のエンタングルメントソースシステムにおいて、片側収集装置のみにおいて、先に時間、後に空間の二重フィルタリング処理をエンタングルメント光に提供することで、マルチモード受信時、偏光コントラスト比を著しく高める。これによって、最少のデバイス、最も資源を節約する方式で、高品質のエンタングルメントソースシステムのマルチモード受信を実現でき、構造全体が簡単、ポータブル、経済であり、出力光学性能が安定且つ光学品質が高く、よい教学及び科学実用価値を備える。

【0054】

さらに、マルチモード受信を許可するため、エンタングルメントソースシステムにおいてマルチモードファイバー受信エンタングルメント光を使用でき、従来技術において、シングルモードファイバーによる問題を克服し、ポータブル且つ経済的であり、特に、教学及び科学研究応用場所に適する。また、従来技術の小型エンタングルメントソースシステムが一般的に完全に対称なデバイス構造を採用し、及び偏光コントラスト比が低い現状と違って、本発明において、片側収集装置のみに空間・時間フィルタリングユニットを配置し、非対称なデバイス配置を形成し、構造でエンタングルメントソースシステムをさらに簡素化し、光学資源を最大限に節約し、偏光コントラスト比及び輝度を高めて、よい教学及び科学実用価値を備える。

【0055】

以上、図面を結合して、具体的な実施例によって本発明を説明したが、ただ例示的であり、本発明の原理を説明するためのものであり、上記実施例は本発明の範囲を限定しない。本発明の精神及び範囲から逸脱しない場合、当業者は上記実施例に対して各種の組み合わせ、補正及び等価置換を行うことができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【手続補正書】

【提出日】2023-02-16

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＰＰＫＴＰ結晶によるマルチモード受信小型化エンタングルメントソースシステムであって、
ポンプ光源（１）、ポンプ光伝送モジュール、エンタングルメント装置（４）、第１収集装置（５―１）及び第２収集装置（５―２）を含み、
ポンプ光源（１）から出力された光は前記ポンプ光伝送モジュールによって、ポンプ光として前記エンタングルメント装置（４）に入力され、
前記エンタングルメント装置（４）は、前記ポンプ光によってＰＰＫＴＰ結晶に基づいてエンタングルメント光を生成するように配置され、前記エンタングルメント光は偏光方向が互いに直交した信号光とアイドラー光を含み、
前記第１収集装置（５―１）は、前記信号光と前記アイドラー光のうちの一方を受信するように配置され、
前記第２収集装置（５―２）は、前記信号光と前記アイドラー光のうちの他方を受信するように配置され、
前記第１収集装置（５―１）と前記第２収集装置（５―２）とは構造的に対称しておらず、
前記第１収集装置（５―１）のみに、時間フィルタリングユニット（６）及び空間フィルタリングユニット（８）がともに配置され、前記時間フィルタリングユニット（６）は前記空間フィルタリングユニット（８）の前方に位置し、先ず時間、後に空間の方式で、信号光とアイドラー光とのうちの一方に対して時間・空間フィルタリング処理を行って、
前記第２収集装置（５―２）には空間フィルタリングユニット（９）が配置され、
前記第１収集装置（５―１）は第１マルチモードファイバーをさらに含み、前記第２収集装置（５―２）は第２マルチモードファイバーをさらに含むことを特徴とするエンタングルメントソースシステム。

【請求項2】

前記時間フィルタリングユニット（６）はナローバンドフィルターを含み、及び／又は前記空間フィルタリングユニット（８、９）は絞りを含む請求項１に記載のエンタングルメントソースシステム。

【請求項3】

前記第１収集装置（５―１）及び／又は前記第２収集装置（５―２）は、前記信号光又はアイドラー光をコリメーションするコリメーションユニット（１０、１１）をさらに含み、及び／又は、
前記第２収集装置（５―２）は、前記信号光又はアイドラー光を除いた迷光を除去する迷光除去ユニット（７）をさらに含む請求項１に記載のエンタングルメントソースシステム。

【請求項4】

前記第１及び／又は第２マルチモードファイバーは、１０５マルチモードファイバーであり、及び／又は、
前記ポンプ光の波長は４０５ｎｍであり、及び／又は、
前記ナローバンドフィルターは８１０ｎｍの中心波長及び５ｎｍの半値幅を有し、及び／又は、
前記絞りは１.５ｍｍの孔径を有する請求項２に記載のエンタングルメントソースシステム。

【請求項5】

前記ポンプ光伝送モジュールは、コリメーションデバイス（２）及び集光装置（３）を含む請求項１に記載のエンタングルメントソースシステム。

【請求項6】

前記コリメーションデバイス（２）は、コリメーションレンズを含み、及び／又は、前記集光装置（３）は集光レンズを含む請求項５に記載のエンタングルメントソースシステム。

【請求項7】

前記エンタングルメント装置（４）は、第１光学素子（４―１）及びＳａｇｎａｃ干渉リング構造（４―２）を含み、
前記第１光学素子（４―１）は、前記ポンプ光を透過させ、前記エンタングルメント光を反射することを許可するように配置され、
前記Ｓａｇｎａｃ干渉リング構造（４―２） は、前記ポンプ光によってＰＰＫＴＰ結晶に基づいて前記エンタングルメント光を生成するように配置される請求項１に記載のエンタングルメントソースシステム。

【請求項8】

前記第１光学素子（４―１）は、ダイクロイックミラーを含み、及び／又は、
前記Ｓａｇｎａｃ干渉リング構造（４―２）は、二波長偏光ビームスプリッター（４―２―１）、二波長半波長板（４―２―４）、第１二波長反射鏡（４―２―２）、第２二波長反射鏡（４―２―３）及びＰＰＫＴＰ結晶（４―２―５）を含む請求項７に記載のエンタングルメントソースシステム。

【請求項9】

前記エンタングルメント装置（４）と前記収集装置（５―１、５―２）との間に設けられる測定装置をさらに含む請求項１に記載のエンタングルメントソースシステム。

【請求項10】

前記第１収集装置（５―１）及び／又は前記第２収集装置（５―２）における前記絞りは１つ、又は２つ、又はより多い請求項２に記載のエンタングルメントソースシステム。

【国際調査報告】