特表 2024-546504 離散キュビットの符号化を連続キュビットに変換するためのシステム

(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】2024-12-24

(54)【発明の名称】離散キュビットの符号化を連続キュビットに変換するためのシステム

(51)【国際特許分類】

   G06N 10/00 20220101AFI20241217BHJP

   G02F 3/00 20060101ALI20241217BHJP

【ＦＩ】

G06N10/00

G02F3/00

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024537543

(86)(22)【出願日】2022-12-16

(85)【翻訳文提出日】2024-08-16

(86)【国際出願番号】 EP2022086469

(87)【国際公開番号】W WO2023117797

(87)【国際公開日】2023-06-29

(31)【優先権主張番号】2114170

(32)【優先日】2021-12-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】518059934

【氏名又は名称】ソルボンヌ・ユニヴェルシテ

【氏名又は名称原語表記】ＳＯＲＢＯＮＮＥ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＥ

(71)【出願人】

【識別番号】506316557

【氏名又は名称】サントル ナショナル ドゥ ラ ルシェルシュ シアンティフィック

(71)【出願人】

【識別番号】514144582

【氏名又は名称】エコール・ノルマル・スペリウール

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】ジュリアン・ローラ

(72)【発明者】

【氏名】トム・ダラス

(72)【発明者】

【氏名】ベアテ・エリザベート・アセンベック

(72)【発明者】

【氏名】ジョヴァンニ・グッチョーネ

(72)【発明者】

【氏名】アドリアン・カヴァイユ

【テーマコード（参考）】

2K102

【Ｆターム（参考）】

2K102AA03

2K102AA05

2K102AA09

2K102AA10

2K102BA13

2K102BA31

2K102BB01

2K102BB10

2K102BC01

2K102DA01

2K102DA06

2K102EB20

2K102EB22

(57)【要約】

本発明は、離散変数として符号化されたキュビットの符号化を、連続変数として符号化されたキュビットに変換するためのシステム（１、１’、１’’）に関し、システムは、－ それぞれ、単一モードおよび二重モードの圧縮されたブランク状態を生成するように構成された、第１および第２の圧縮されたブランク状態ソース（３、５）と、－ それぞれ、第１および第２のソースから光子を受信するように配置された、第１および第２のビームスプリッタ（７、９）と、－ それぞれ、第１および第２のソースの調整経路の光子状態と、離散変数として符号化されたキュビットおよび第２のソースの信号経路の光子状態とを混合するように構成された、第３および第４のビームスプリッタ（１１、１３）と、－ それぞれ、第３および第４のビームスプリッタの出力部において配置された、第１および第２の検出器（１５）とを備え、第２の検出器は光子カウンタである。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

離散変数として符号化されたキュビットの符号化を、連続変数として符号化されたキュビットに変換するためのシステム（１、１’、１’’）であって、
－ 離散変数として符号化されたキュビットの入力経路（２）と、
－ 単一モードスクイーズド真空状態を生成するように構成された第１のスクイーズド真空状態ソース（３）、特に発振しきい値未満の光パラメトリック発振器と、
－ ２モードスクイーズド真空状態を生成するように構成された第２のスクイーズド真空状態ソース（５）、特に発振しきい値未満の光パラメトリック発振器と、
－ 前記第１のスクイーズド真空状態ソースから光子を受信するように配置された第１のビームスプリッタ（７）であって、前記第１のビームスプリッタの第１の出力光路が、連続変数として符号化されたキュビットの出力経路（８）を構成し、第２の出力光路が、前記第１のスクイーズド真空状態ソースの調整経路を構成する、第１のビームスプリッタ（７）と、
－ 前記第２のスクイーズド真空状態ソースから光子を受信するように配置された第２の偏光ビームスプリッタ（９）であって、前記第２のビームスプリッタの第１の出力光路が、前記第２のスクイーズド真空状態ソースの調整経路を構成し、第２の出力光路が、前記第２のスクイーズド真空状態ソースの信号経路を構成する、第２の偏光ビームスプリッタ（９）と、
－ 前記第１のスクイーズド真空状態ソースの前記調整経路の光子状態と前記第２のスクイーズド真空状態ソースの前記調整経路の光子状態とを混合するように構成された、前記第１のビームスプリッタの前記第２の出力光路および前記第２のビームスプリッタの前記第１の出力光路の上に配置された第３のビームスプリッタ（１１）と、
－ 離散変数として符号化された前記キュビットの光子状態と前記第２のスクイーズド真空状態ソースの前記信号経路の光子状態とを混合するように構成された、離散変数として符号化された前記キュビットの光路および前記第２のビームスプリッタの前記第２の出力光路の上に配置された第４のビームスプリッタ（１３）と、
－ 前記第３のビームスプリッタの第１の出力光路の上に配置された第１の光子検出器（１５）と、
－ 前記第４のビームスプリッタの第１の出力光路の上に配置された第２の光子検出器（１９）とを備え、前記第２の光子検出器が光子カウンタであり、
前記システムが、前記第３のビームスプリッタの第２の出力光路の上の第３の光子検出器（１７）と、前記第４のビームスプリッタの第２の出力光路の上に配置された第４の光子検出器（２１）とをさらに備える、
システム。

【請求項2】

前記第４の光子検出器が光子カウンタである、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記第２のビームスプリッタと前記第３のビームスプリッタとの間に配置された、変位演算子を適用するように構成されたデバイス（２３）を備える、請求項１または２に記載のシステム。

【請求項4】

－ ２モードスクイーズド真空状態を生成するように構成された第３のスクイーズド真空状態ソース（２５）、特に発振しきい値未満の光パラメトリック発振器であって、前記第２のビームスプリッタが、前記第２のスクイーズド真空状態ソースおよび前記第３のスクイーズド真空状態ソースから光子を受信するように配置される、光パラメトリック発振器と、
－ 前記第１の光子検出器が第５のビームスプリッタの第１の出力光路の上に配置されるように前記第１の光子検出器（１５）と前記第３のビームスプリッタ（１１）との間に配置された第５の偏光ビームスプリッタ（２７）と、
－ 前記第３の光子検出器が第６のビームスプリッタの第１の出力光路の上に配置されるように前記第３の光子検出器（１７）と前記第３のビームスプリッタ（１１）との間に配置された第６の偏光ビームスプリッタ（２９）と、
－ 前記第５のビームスプリッタ（２７）の第２の出力光路の上に配置された第５の光子検出器（３１）、および前記第６のビームスプリッタ（２９）の第２の出力光路の上に配置された第６の光子検出器（３３）と
をさらに備える、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項5】

－ 前記第１のビームスプリッタと前記第３のビームスプリッタとの間に配置された第１の遅延ループ（３９）と、
－ 前記第２のビームスプリッタと前記第３のビームスプリッタとの間に配置された第２の遅延ループ（４１）と、
－ 前記第２のビームスプリッタと前記第４のビームスプリッタとの間に配置された第３の遅延ループ（４３）と
をさらに備える、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項6】

前記第１の遅延ループの入力部に接続された真空状態の入力経路（３５）と、真空状態の前記入力経路の上に配置され、前記真空状態に変位演算子を適用するように構成された第２の変位デバイス（３７）とを備える、請求項５に記載のシステム。

【請求項7】

前記第２の光子検出器（１９）が、第７のビームスプリッタ（５５）、前記第７のビームスプリッタの第１の出力光路の上に配置されたＳＮＳＰＤ（５７）、および前記第７のビームスプリッタの第２の出力光路の上に配置されたホモダイン検出器（５９）を備える、請求項１から６のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項8】

変換組立体であって、請求項１から７のいずれか一項に記載の変換システムと、離散変数として符号化されたキュビットを作成するためのシステム（１００）とを備え、作成システムが、離散変数として符号化されたキュビットをキュビットの前記入力経路（２）を介して前記変換システムへ送信するように構成される、変換組立体。

【請求項9】

請求項１から７のいずれか一項に記載のシステムによって実施される、離散変数として符号化されたキュビットの符号化を、連続変数として符号化されたキュビットに変換するための方法であって、
－ 離散変数として符号化された入力光子キュビットを提供するステップと、
－ 離散モードと連続モードとの間のハイブリッドエンタングルメントを実行するステップと、
－ 前記ハイブリッドエンタングルメントの前記離散モードとの前記入力キュビットの混合を実行するステップと、
－ 個々の光子を検出することによって前記混合のベル測定を実行するステップと、
－ 連続変数として符号化された出力キュビットを前記ハイブリッドエンタングルメントの前記連続モードから取得するステップと
からなるステップを備える、方法。

【請求項10】

前記離散モードと前記連続モードとの間の前記ハイブリッドエンタングルメントを実行する前記ステップが、
－ 前記連続モードを構成する、光の単一モード真空状態、および前記離散モードを構成する、光の２モードスクイーズド真空状態を提供するステップと、
－ 前記２モードスクイーズド真空状態から発生する離散状態の調整経路と、前記単一モードスクイーズド真空状態から発生する連続状態の調整経路とを混合することによって、ハイブリッドエンタングルメントを実行するステップと
からなるアクションを備える、請求項９に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、量子情報の分野に関する。本発明は、より詳細には、異種システム間の量子相互接続を実施することを可能にする、離散量子変数の量子ビットの符号化を連続量子変数に変換するためのシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

量子情報技法は、従来より別々の以下の２つの手法、すなわち、離散変数として符号化される量子ビットすなわちキュビットに基づく手法、および連続変数として符号化されるキュビットに基づく手法を、開発している。

【0003】

離散変数として符号化することは、その固有値が離散値を取り得る可観測量（ｏｂｓｅｒｖａｂｌｅ）を使用することに依拠する。

【0004】

離散キュビットは、たとえば、電子のスピン、光子の偏光、粒子の存在もしくは不在、または実際、時間ビンにおいて符号化されてよい。この最後の候補は、異なる長さの２つの光路に沿って通過する可能性を、そうした状態に残すことによって、粒子の重ね合わせ状態を作り出すこと、したがって、粒子の２つの量子状態のコヒーレント重ね合わせを作り出すことからなる。

【0005】

連続変数として符号化することは、その固有値が連続値を取り得る可観測量を使用することに依拠する。

【0006】

連続キュビットは、たとえば、光のコヒーレント状態の重ね合わせによって符号化されてよい。

【0007】

これらの２つのタイプの変数のために開発されたツールおよび概念は、概して異なり互換的に使用され得ない。したがって、離散キュビットを操作するように設計されたデバイスは、一般に、連続キュビットを操作するように設計されたデバイスと互換性がない。

【0008】

例として、離散キュビットは、より容易に量子メモリの中に記憶され得るが、これらのキュビットを操作するためのプロトコルは、今日まで圧倒的に確率論的なままである。連続キュビットは、対照的に、状態の決定論的テレポーテーションなどの決定論的プロトコルを実施することを可能にし、いくつかの量子コンピューティング機能性を容易にし得る。量子コンピュータの様々な実装形態は、実行中のプロセスの中にあり、同じく様々な情報符号化に依拠する。

【0009】

したがって、具体的には、量子情報機器の様々な部材間の互換性を保証するために、離散変数と連続変数との間でキュビットの符号化を変換できることが有用である。このことは、特に、離散キュビットを操作するシステムと連続キュビットを操作するシステムとを備える異種量子ネットワークを実施することを可能にする。

【0010】

出願ＵＳ２００５／２５４８２３は、光子の形態で符号化された量子情報を第１の光子状態から第２の光子状態に変換または転写するためのデバイスに関係する。そのデバイスのいくつかの実施形態が開示されている。

【0011】

論文「Entanglement and teleportation between polarization and wave-like encodings of an optical qubit」、Ｓｙｃｈｅｖら、Ｎａｔｕｒｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ９、３６７２、２０１８年は、偏光として符号化された離散キュビットを、コヒーレント状態の重ね合わせに基づいて符号化された連続キュビットにテレポートさせるための、実験的なデバイスを記載している。

【0012】

このデバイスでは、離散キュビットと連続キュビットとの間のハイブリッドエンタングル状態が、真空からの大きい寄与を伴って作り出され、後選択ステップのみによって除去され得る。しかしながら、このとき、どれが無視され得る事象であるのかを決定することが可能でないので、未知の量子状態を転写するためのプロトコルにとって、後選択ステップを実施することは許容できない。

【0013】

論文「Engineering optical hybrid entanglement between discrete- and continuous-variable states」、Ｈｕａｎｇら、Ｎｅｗ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ ２１、０８３０３３、２０１９年は、離散キュビットと連続キュビットとの間のハイブリッドエンタングルメントの理論的な概念を開示する。しかしながら、実際の実装形態は記載されていない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0014】

【特許文献1】ＵＳ２００５／２５４８２３

【非特許文献】

【0015】

【非特許文献1】「Entanglement and teleportation between polarization and wave-like encodings of an optical qubit」、Sychevら、Nature Communications 9、3672、2018年

【非特許文献2】「Engineering optical hybrid entanglement between discrete- and continuous-variable states」、Huangら、New Journal of Physics 21、083033、2019年

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0016】

したがって、特に後選択ステップに頼ることをなくすことによって、既存のデバイスの性能を改善し、かつ異種量子リンクをもたらすことを可能にする、離散キュビットの符号化を連続キュビットに変換するためのシステムを提案する必要がある。

【0017】

本発明の狙いは、このニーズを少なくとも部分的に満たすことである。

【課題を解決するための手段】

【0018】

そうするために、本発明は、離散変数として符号化されたキュビットの符号化を、連続変数として符号化されたキュビットに変換するためのシステムに関し、システムは、
－ 離散変数として符号化されたキュビットの入力経路と、
－ 単一モードスクイーズド真空状態を生成するように構成された第１のスクイーズド真空状態ソース、特に発振しきい値未満で動作させられる光パラメトリック発振器と、
－ ２モードスクイーズド真空状態を生成するように構成された第２のスクイーズド真空状態ソース、特に光パラメトリック発振器と、
－ 第１のスクイーズド真空状態ソースから光子を受信するように配置された第１のビームスプリッタであって、第１のビームスプリッタの第１の出力光路が、連続変数として符号化されたキュビットの出力経路を構成し、第１のビームスプリッタの第２の出力光路が、第１のスクイーズド真空状態ソースの調整経路を構成する、第１のビームスプリッタと、
－ 第２のスクイーズド真空状態ソースから光子を受信するように配置された第２の偏光ビームスプリッタであって、第２のビームスプリッタの第１の出力光路が、第２のスクイーズド真空状態ソースの調整経路を構成し、第２のビームスプリッタの第２の出力光路が、第２のスクイーズド真空状態ソースの信号経路を構成する、第２の偏光ビームスプリッタと、
－ 第１のスクイーズド真空状態ソースの調整経路の光子状態と第２のスクイーズド真空状態ソースの調整経路の光子状態とを混合するように構成された、第１のビームスプリッタの第２の出力光路および第２のビームスプリッタの第１の出力光路の上に配置された第３のビームスプリッタと、
－ 離散変数として符号化されたキュビットの光子状態と第２のスクイーズド真空状態ソースの信号経路の光子状態とを混合するように構成された、離散変数として符号化されたキュビットの光路および第２のビームスプリッタの第２の出力光路の上に配置された第４のビームスプリッタと、
－ 第３のビームスプリッタの第１の出力光路の上に配置された第１の光子検出器と、
－ 第４のビームスプリッタの第１の出力光路の上に配置された第２の光子検出器とを備え、第２の光子検出器は光子カウンタである。

【0019】

本発明は、連続変数と離散変数との間のハイブリッドテレポーテーションを実行することを可能にする。このことは、第１および第２のスクイーズド真空状態ソースの相補的なモードを混合することであって、このことがハイブリッドエンタングルメントを作り出すこと、および入力離散キュビットをハイブリッドエンタングルメント状態の離散モードと混合することによって、達成される。光子カウンタによってベル（Ｂｅｌｌ）測定が実行され、これは変換の成功を予告（ｈｅｒａｌｄ）する。

【0020】

したがって、本発明は、後選択ステップを必要としない、キュビットの符号化の変換を可能にする。

【0021】

ビームスプリッタは、たとえば、半反射ミラーである。

【0022】

本発明のコンテキストでは、スクイーズド真空状態ソースとは、スクイーズド真空状態、特に単一モードまたは２モードのスクイーズド真空状態を生成することを可能にする非線形特性を有するデバイスである。スクイーズド真空状態ソースは、たとえば、単光路非線形結晶、特に光パラメトリック増幅器（ＯＰＡ：ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）、キャビティの中に配置された非線形結晶、特に光パラメトリック発振器（ＯＰＯ：ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）、たとえば、カー（Ｋｅｒｒ）効果もしくは４波混合を通じて取得される、３次非線形性を有する光ファイバ、または実際、考えられる高温蒸気もしくは原子雲などの、光と物質との相互作用を行う原子系である。

【0023】

好ましい一実施形態によれば、システムは、第４のビームスプリッタの第２の出力光路の上に配置された第４の光子検出器を備える。

【0024】

好ましくは、第４の光子検出器は光子カウンタである。

【0025】

第４の光子検出器は、位相ロックを実行するために、または光子カウンタから構成されるとき、ベル測定を実行するために、使用されてよい。

【0026】

第４の検出器がベル測定を実行するために使用される場合、好ましくは、第４のスプリッタと第３の検出器との間、または第４のスプリッタと第４の検出器との間に、追加のビームスプリッタが配置され、追加のビームスプリッタの出力経路のうちの１つは、位相ロックを実行することを可能にする、フォトダイオードなどの追加の光子検出器に向かって導かれる。

【0027】

有利なことに、システムは、第３のビームスプリッタの第２の出力光路の上に配置された第３の光子検出器を備える。

【0028】

第３の光子検出器は、位相ロックを実行するために、または第１の光子検出器によって準備される状態に対して逆位相を有するハイブリッドエンタングルメント状態を準備するために、使用されてよい。

【0029】

第３の検出器が位相ロックを実行するために使用されない場合、好ましくは、第３のスプリッタと第１の検出器との間、または第３のスプリッタと第３の検出器との間に、追加のビームスプリッタが配置され、追加のビームスプリッタの出力経路のうちの１つは、位相ロックを実行することを可能にする、フォトダイオードなどの追加の光子検出器に向かって導かれる。特定の一実施形態によれば、システムは、第２のビームスプリッタと第３のビームスプリッタとの間に配置された、変位演算子を適用するように構成されたデバイスを備える。

【0030】

一変形形態によれば、システムは、
－ ２モードスクイーズド真空状態を生成するように構成された第３のスクイーズド真空状態ソース、特に発振しきい値未満の光パラメトリック発振器であって、第２のビームスプリッタが、第２のスクイーズド真空状態ソースおよび第３のスクイーズド真空状態ソースから光子を受信するように配置される、光パラメトリック発振器と、
－ 第１の光子検出器が第５の偏光ビームスプリッタの第１の出力光路の上に配置されるように第１の光子検出器と第３のビームスプリッタとの間に配置された第５の偏光ビームスプリッタと、
－ 第３の光子検出器が第６の偏光ビームスプリッタの第１の出力光路の上に配置されるように第３の光子検出器と第３のビームスプリッタとの間に配置された第６の偏光ビームスプリッタと、
－ 第５のビームスプリッタの第２の出力光路の上に配置された第５の光子検出器、および第６のビームスプリッタの第２の出力光路の上に配置された第６の光子検出器とをさらに備える。

【0031】

この構成は、有利なことに、偏光として符号化された離散キュビットの符号化を連続キュビットに変換することを可能にする。

【0032】

代替として、システムは、
－ 第１のビームスプリッタと第３のビームスプリッタとの間に配置された第１の遅延ループと、
－ 第２のビームスプリッタと第３のビームスプリッタとの間に配置された第２の遅延ループと、
－ 第２のビームスプリッタと第４のビームスプリッタとの間に配置された第３の遅延ループとをさらに備える。

【0033】

この構成は、有利なことに、時間ビンにおいて符号化された離散キュビットを連続キュビットに変換することを可能にする。

【0034】

好ましくは、システムは、このとき、第１の遅延ループの入力部に接続された真空状態の入力経路と、真空状態の入力経路の上に配置され、真空状態に変位演算子を適用するように構成された第２の変位デバイスとを備える。

【0035】

有利なことに、第２の光子検出器は、第７のビームスプリッタ、第７のビームスプリッタの第１の出力光路の上に配置された超電導ナノワイヤ単一光子検出器（ＳＮＳＰＤ：ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｎａｎｏｗｉｒｅ ｓｉｎｇｌｅ－ｐｈｏｔｏｎ ｄｅｔｅｃｔｏｒ）、および第７のビームスプリッタの第２の出力光路の上に配置されたホモダイン検出器を備える。

【0036】

この特徴はベル測定を改善する。

【0037】

本発明はまた、本発明による変換システムと、離散変数として符号化されたキュビットを作成するためのシステムとを備える、変換組立体に関係し、作成システムは、離散変数として符号化されたキュビットをキュビットの入力経路を介して変換システムへ送信するように構成される。

【0038】

本発明はまた、特に上記で規定されるような本発明によるシステムによって実施される、離散変数として符号化されたキュビットの符号化を、連続変数として符号化されたキュビットに変換するための方法に関係し、方法は、
－ 離散変数として符号化された入力光子キュビットを提供するステップと、
－ 離散モードと連続モードとの間のハイブリッドエンタングルメントを実行するステップと、
－ ハイブリッドエンタングルメントの離散モードとの入力キュビットの混合を実行するステップと、
－ 個々の光子を検出することによって混合のベル測定を実行するステップと、
－ 連続変数として符号化された出力キュビットをハイブリッドエンタングルメントの連続モードから取得するステップと
からなるステップを備える。

【0039】

好ましくは、離散モードと連続モードとの間のハイブリッドエンタングルメントを実行するステップは、
－ 連続モードを構成する、光の単一モードスクイーズド真空状態、および離散モードを構成する、光の２モードスクイーズド真空状態を提供するステップと、
－ ２モードスクイーズド真空状態から発生する離散状態の調整経路と、単一モードスクイーズド真空状態から発生する連続状態の調整経路とを混合することによって、ハイブリッドエンタングルメントを実行するステップと
からなるアクションを備える。

【0040】

スクイーズドモードおよび２モードスクイーズド状態は各々、好ましくは、光パラメトリック発振器、光パラメトリック増幅器、光ファイバ、または原子系などの、スクイーズド真空状態ソースによって生成される。

【0041】

ベル測定は、好ましくは、ビームスプリッタ、ビームスプリッタの第１の出力光路の上に配置されたＳＮＳＰＤ、およびビームスプリッタの第２の出力光路の上に配置されたホモダイン検出器を備える、光子カウンタによって実行される。

【図面の簡単な説明】

【0042】

【図1】フォック（Ｆｏｃｋ）に基づいて離散変数として符号化されたキュビットを、連続変数として符号化されたキュビットに変換するように構成された、本発明によるシステムを概略的に示す図である。

【図2】偏光として符号化された離散キュビットを、連続変数として符号化されたキュビットに変換するように構成された、本発明によるシステムを概略的に示す図である。

【図3】時間ビンにおいて符号化された離散キュビットを、連続変数として符号化されたキュビットに変換するように構成された、本発明によるシステムを概略的に示す図である。

【図4】図３のシステムの中で使用されるような遅延ループの詳細図である。

【図5】フォックに基づいて符号化された離散キュビットを作成するためのシステムに関連する、本発明によるシステムを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0043】

図１は、フォック｛｜０＞，｜１＞｝に基づいて符号化された、言い換えれば、単一の光子の存在｜１＞または不在｜０＞に対して符号化された離散キュビットを、｜ｃａｔ±＞∝｜α＞±｜－α＞となるようなコヒーレント状態の重ね合わせ｛｜ｃａｔ＋＞，｜ｃａｔ－＞｝に基づいて符号化された連続キュビットに変換するように構成された、本発明によるシステム１を概略的に示し、ただし、｜α＞および｜－α＞は、振幅｜α｜のコヒーレント状態である。

【0044】

入力キュビットは、フォックに基づいて離散変数（ＤＶ：ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｖａｒｉａｂｌｅ）として符号化され、したがって、

【0045】

【数1】

【0046】

という形式を有し、ｃ_０およびｃ_１ｅ^ｉθは、入力キュビットに対して符号化された情報を表す係数である。

【0047】

出力キュビットは、連続変数（ＣＶ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｖａｒｉａｂｌｅ）として符号化され、

【0048】

【数2】

【0049】

という形式を取る。したがって、システム１は、離散変数として符号化された入力キュビットによって搬送される情報を、連続変数として符号化された出力キュビットに転写する。その情報は、係数ｃ_０およびｃ_１ｅ^ｉθによって表される。

【0050】

［式２］の中の＋または－という符号は、テレポーテーションを実行するために使用される検出器に依存する。

【0051】

システム１は、発振しきい値未満で動作させられ、かつ光の単一モードスクイーズド真空状態を生成するように構成された、第１のスクイーズド真空状態ソース３、この例では、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）、および光の２モードスクイーズド真空状態を生成するように構成された、発振しきい値未満で動作させられる、第２のスクイーズド真空状態ソース５、この例では、光パラメトリック発振器を備える。

【0052】

好ましくは、第１のＯＰＯ３によって生成される単一モードスクイーズド真空状態において光子減算が実行される。光子の減算は、スクイーズド真空状態からビームの断片を抽出することによって実行される。抽出されたこの断片は、光子検出器に向かって導かれる。この光子検出器における光子の検出は、光子の減算を用いたスクイーズド真空状態の生成を予告する。

【0053】

光のスクイーズド状態とは、その直交成分のうちのいくつかにとって、コヒーレント状態に対して量子不確実性が低減されたモードである。

【0054】

第１のＯＰＯ３によって生成されるスクイーズドモードは、第１のビームスプリッタ７に向かって導かれる。第１のスプリッタ７の第１の出力光路は、連続変数として符号化されたキュビットのための出力経路８を構成する。第１のスプリッタ７の第２の出力光路は、ハイブリッドエンタングルメントの連続モードの調整経路を構成する。

【0055】

ｒとラベル付けされた、第１のスプリッタの振幅反射係数は、好ましくは、ｒ^２が０．１以下、より好ましくは０．０５以下、たとえば、０．０３に等しいようなものである。したがって、入射ビームの断片（１－ｒ^２）が、出力経路を構成する第１のスプリッタ３の出力光路へ送信され、入射ビームの断片ｒ^２が、調整経路に向かって、かつ第３のビームスプリッタ１１に向かって反射される。

【0056】

第２のＯＰＯ５によって生成される２モードスクイーズド真空状態は、第２のビームスプリッタ９に向かって導かれる。

【0057】

２モードスクイーズド真空状態は、特に直交偏光をなしてもつれた光子のペアの低いポンプ動力における、相関するフォック状態の重ね合わせであるものと見なされてよい。それらの垂直偏光または水平偏光による２つのフォック状態に対応する２つの光子を分離するために、スプリッタ９が偏光させている。

【0058】

第３のビームスプリッタ１１は、第１のスプリッタ７の第２の出力光路および第２のスプリッタ９の第１の出力光路の上に配置され、離散モードの調整経路を構成する。

【0059】

随意に、第２のビームスプリッタ９と第３のビームスプリッタ１１との間に、変位演算子を適用するように構成されたデバイス２３が配置される。

【0060】

デバイス２３は、変位されるべきモードを、対応する振幅ｒ１｜α｜を有する減衰したコヒーレント状態と混合するように構成された、部分反射性のビームスプリッタを備える。

【0061】

変位演算子が適用され、すなわち、

【0062】

【数3】

【0063】

となり、ｒ１は、デバイス２３のビームスプリッタの振幅反射係数を表し、｜α｜は、第１のＯＰＯ３によって準備されるモードの振幅であり、

【0064】

【数4】

【0065】

および

【0066】

【数5】

【0067】

は、それぞれ、光子消滅演算子および光子生成演算子である。

【0068】

第１のＯＰＯから発生するコヒーレント状態の振幅｜α｜が較正されていないとき、ｒ１は、好ましくは、振幅ｒ１｜α｜が第１のＯＰＯ３の調整経路の中の光の振幅に対応するように調整される。

【0069】

有利なことに、この変位を適用することは、変換プロトコルを改善することを可能にする。具体的には、第２のスプリッタ９の出力部における、離散モードの調整経路上での変位は、第２のＯＰＯ５から発生する光子の平均個数を第１のスプリッタ７から発生する光子の平均個数と均衡させることを可能にし、このことは、第３のスプリッタ１１における区別不可能性を最大化する。

【0070】

区別不可能性は、ｒ１が第１のビームスプリッタ７の振幅反射係数ｒに等しいときに最適である。

【0071】

第１の光子検出器１５、および随意に第３の光子検出器１７は、第３のスプリッタ１１の２つの出力光路の上に配置される。

【0072】

したがって、第３のスプリッタ１１は、ＯＰＯ３（連続モード）から発生する光子とＯＰＯ５（離散モード）から発生する光子とを混合するように構成される。言い換えれば、２つのＯＰＯ３、５の調整経路は、第３のスプリッタにおいて組み合わせられる。

【0073】

好ましくは、第１のＯＰＯ３は、ノイズ低減が５ｄＢ以下、より好ましくは３ｄＢ以下の、スクイーズド真空状態を作り出す。

【0074】

第１の検出器１５上での光子の到着は、第３のスプリッタによって実行される混合が原因で互いに区別され得ない２つの状態のうちの１つに対応する。

【0075】

たとえば、第１のＯＰＯ３によって生成されるスクイーズド真空状態からの光子減算を用いて真空状態が生成される場合、区別され得ない２つの状態とは、以下のこと、すなわち、検出された光子が第２のＯＰＯ５から来ることであって、その場合、出力経路８上の第１のＯＰＯ３の出力部においてスクイーズド真空状態が存在しており、第２のＯＰＯ５の出力部において単一の光子が存在していたこと、または検出された光子が第１のＯＰＯ３から来ることであって、その場合、第２のＯＰＯ５の出力において真空状態が存在しており、第１のＯＰＯ３の出力経路８上に、光子減算を伴うスクイーズド真空状態が存在していたことの、いずれかである。

【0076】

第１の検出器１５上での光子の検出は、｜０＞｜ｃａｔ＋＞＋｜１＞｜ｃａｔ－＞という形式のハイブリッドエンタングルメント状態の生成を予告する。

【0077】

第３の検出器１７は、有利なことに、位相ロックを実行するために使用されてよい。

【0078】

第３の検出器１７はまた、｜０＞｜ｃａｔ＋＞－｜１＞｜ｃａｔ－＞という形式の状態と言うべき、第１の検出器１５によって予告されたエンタングル状態の位相に対向する位相を有するエンタングル状態の準備を予告してよい。

【0079】

第３の検出器が位相ロックを実行するために使用されない場合、好ましくは、第３のスプリッタ１１と第１の検出器１５との間、または第３のスプリッタ１１と第３の検出器１７との間に、追加のビームスプリッタが配置され、追加のビームスプリッタの出力経路のうちの１つは、位相ロックを実行することを可能にする、フォトダイオードなどの追加の光子検出器に向かって導かれる。

【0080】

位相ロックは、たとえば、干渉法によって実行される。干渉パターンの振幅が光子検出器上で測定され、制御ループが、たとえば、圧電アクチュエータの助けをかりて、光路の長さにわたってパターンのピーク上にとどまることを可能にする。

【0081】

システム１はまた、離散変数として符号化されたキュビットのための入力経路２を備える。

【0082】

第２のスプリッタ９の第２の出力光路および入力経路２の光路の上に、第４のビームスプリッタ１３が配置される。好ましくは、第４のスプリッタ１３および／または第２のスプリッタ９および／または第３のスプリッタ１１は、受信された光のうちの５０％を送信し、受信された光のうちの５０％を反射するスプリッタである。

【0083】

したがって、第４のスプリッタ１３は、入力キュビットを第２のＯＰＯ５から発生する離散モードと混合することを可能にする。

【0084】

第２の光子検出器１９、および随意に第４の光子検出器２１は各々、第４のスプリッタ１３の２つの出力光路のうちの一方の上に配置される。

【0085】

第２の検出器１９は光子カウンタである。

【0086】

光子をカウントすることは、ベル状態測定を個別に実行する。ベル状態測定は、入力キュビットによって搬送された情報を出力キュビットにテレポートさせることを可能にする。

【0087】

したがって、第２の検出器１９上での光子の検出は、状態を予告し、すなわち、

【0088】

【数6】

【0089】

となる。

【0090】

ベル測定は、様々なやり方で実施されてよい。

【0091】

したがって、光子カウンタは、たとえば、超電導ナノワイヤ単一光子検出器（ＳＮＳＰＤ）である。ＳＮＳＰＤは、高い量子効率を達成する。しかしながら、ＳＮＳＰＤは、一般に、複数光子成分から単一光子成分を区別することを可能にしない。このことは、テレポーテーションの品質を劣化させることになりやすい。

【0092】

したがって、ＳＮＳＰＤをホモダイン検出と結合することが好ましい。

【0093】

光ホモダイン検出は、信号と基準ビームとの間の干渉を測定し、信号および基準は、それらの間に相対位相を有する。ホモダイン検出は、電界の直交成分を測定することを可能にする。

【0094】

本発明のコンテキストでは、ホモダイン検出はパリティ検出器として使用されてよい。

【0095】

ＳＮＳＰＤをホモダイン検出と組み合わせることによって、単一光子が検出されることを確認することが可能であり、このことは、ベル測定を有利に改善する。この組合せを実行するために、光子カウンタは、ｒ２^２が０．１以下、より好ましくは０．０５以下、たとえば、０．０３に等しくなるような、好ましくは、振幅反射係数ｒ２を有する、ビームスプリッタを備える。ビームの反射断片ｒ２^２に対応する、このスプリッタの第１の光出力は、ＳＮＳＰＤに向かって導かれ、ビームの送信された断片（１－ｒ２^２）に対応する他の光出力は、ホモダイン検出器に向かって導かれる。

【0096】

そのような光子カウンタ１９の一例が図５に示される。

【0097】

ベル測定を実行するために、光子カウンタにおいて、光子の不在、光子の存在、または２つの光子の存在からなる事象の間を区別することが可能でなければならない。ＳＮＳＰＤによる検出は、光子の不在の場合を除外することを可能にする。ビームの小さい断片をホモダイン検出器へ送信するビームスプリッタを使用すると、ＳＮＳＰＤによる検出は、２つの光子の初期存在の場合には光子がホモダイン検出器に向かって導かれること、または単一の光子の初期存在の場合には光子がホモダイン検出器に向かって導かれないことの、いずれかを意味する。ホモダイン検出器は、光子の存在と不在との間を弁別すること、したがって、単一の光子が光子カウンタに入ったかどうかを決定することを可能にする。

【0098】

代替として、光子カウンタは、光子数識別検出器（ＰＮＲＤ：ｐｈｏｔｏｎ ｎｕｍｂｅｒ ｒｅｓｏｌｖｉｎｇ ｄｅｔｅｃｔｏｒ）であってよい。このタイプの検出器は、入射光子の個数を区別することが可能である。

【0099】

図１に示す例では、第２の検出器１９および第４の検出器２１は両方とも光子カウンタである。

【0100】

第４の光子検出器２１上での検出は、第２の検出器１９によって予告された状態からのπの値との相対位相差を有する、後続の状態を予告し、すなわち、

【0101】

【数7】

【0102】

となる。

【0103】

この状態は、第２の光子検出器１９上での検出によって予告された状態に対する逆位相を有する。言い換えれば、このことは、第２の検出器１９によって予告された状態にパウリ（Ｐａｕｌｉ）演算子σ_Ｚを適用することになる。

【0104】

しかしながら、同じ位相の状態を体系的に作成するために、この位相差を補償することが可能である。補償は、たとえば、第３の検出器１９および第４の検出器２１での可能な検出イベントに応じて、出力経路８の上に配置された調整可能な位相遅延板によって実行される。

【0105】

代替として、第４の検出器２１は光子カウンタでなく、位相ロックを実行するように構成される。このことは、特に第４の検出器２１がフォトダイオードである場合に実行されてよい。

【0106】

第４の検出器が位相ロックを実行するために使用されない場合、好ましくは、第４のスプリッタ１３と第３の検出器１９との間、または第４のスプリッタ１３と第４の検出器２１との間に、追加のビームスプリッタが配置され、追加のビームスプリッタの出力経路のうちの１つは、位相ロックを実行することを可能にする、フォトダイオードなどの追加の光子検出器に向かって導かれる。

【0107】

有利なことに、干渉フィルタおよび／またはファブリペロー（Ｆａｂｒｙ－Ｐｅｒｏｔ）キャビティが、光子検出器のうちの１つまたは複数の入力部の前方に、具体的には第１の光子検出器の前方および／または第２の光子検出器の前方に配置される。

【0108】

図２は、｛｜Ｈ＞，｜Ｖ＞｝に基づいて偏光として符号化された、言い換えれば、光子の水平偏光｜Ｈ＞または垂直偏光｜Ｖ＞に対して符号化された、離散キュビットの符号化を、コヒーレント状態の重ね合わせ｛｜α＞，｜－α＞｝に基づいて符号化された連続キュビットに変換するように構成された、本発明によるシステム１’を概略的に示す。

【0109】

図１の実施形態の要素と同一であり、同じ機能を果たす要素は、同じ参照符号によって識別される。

【0110】

入力キュビットは、離散変数（ＤＶ）として符号化され、

【0111】

【数8】

【0112】

という形式を有し、ｃ_０およびｃ_１ｅ^ｉθは、入力キュビットに対して符号化された情報を表す係数である。

【0113】

出力キュビットは、連続変数（ＣＶ）として符号化され、

【0114】

【数9】

【0115】

という形式を取る。したがって、システム１’は、離散変数として符号化された入力キュビットによって搬送される情報を、連続変数として符号化された出力キュビットに転写する。

【0116】

図１に示すシステム１とは異なり、システム１’は、第３の光パラメトリック発振器２５を備える。第３のＯＰＯ２５は、第２のＯＰＯ５のように、光の２モードスクイーズド真空状態を生成するように構成される。第３のＯＰＯ２５によって生成される場（ｆｉｅｌｄ）は、第２のビームスプリッタ９に向かって導かれる。

【0117】

したがって、第２および第３のＯＰＯの出力部における光子状態は、第２のビームスプリッタ９において混合される。

【0118】

２つのＯＰＯ５、２５を使用することは、偏光としての符号化の場合には二重検出を必要とする、ハイブリッドエンタングル状態を予告することを可能にする。この例では、ハイブリッドエンタングルメントの離散モードは、偏光として符号化される。

【0119】

第３のビームスプリッタ１１の出力部における光子の偏光状態の検出は、偏光ビームスプリッタ２７、２９の、第３のスプリッタの２つの出力光路の各々における実装を必要とする。偏光スプリッタ２７、２９の各々は、２つの偏光スプリッタ２７、２９の出力部において光子を検出するように配置される、それぞれ、２つの検出器１５、３１および１７、３３に向かって、それらの偏光状態｜Ｈ＞または｜Ｖ＞に応じて光子を導く。

【0120】

検出器１５、１７、３１、３３は、ＳＮＳＰＤなどの光子カウンタである。

【0121】

状態｜Ｈ＞をなす光子がスプリッタ２７の出力部において検出され、かつ状態｜Ｖ＞をなす光子がスプリッタ２９の出力部において検出されると、または反対に、状態｜Ｖ＞をなす光子がスプリッタ２７の出力部において検出され、かつ状態｜Ｈ＞をなす光子がスプリッタ２９の出力部において検出されると、ハイブリッドエンタングルメント状態が予告される。

【0122】

検出モードに応じて、予告された状態の間にπの値との相対位相差がある。したがって、予告されるハイブリッドエンタングルメント状態は、第１の事例では｜Ｈ＞｜α＞＋｜Ｖ＞｜－α＞、また第２の事例では｜Ｈ＞｜α＞－｜Ｖ＞｜－α＞という形式を有する。

【0123】

ちょうど図１の実施形態におけるように、変位デバイス２３および第４の光子検出器２１は随意である。

【0124】

図３は、｛｜ｓ＞，｜ｌ＞｝に基づいて時間ビンにおいて符号化された離散キュビットの符号化を、コヒーレント状態の重ね合わせ｛｜α＞，｜－α＞｝に基づいて符号化された連続キュビットに変換するように構成された、本発明によるシステム１’’を概略的に示す。図示の例では、離散キュビットは、光子が進行する短距離｜ｓ＞または長距離｜ｌ＞に対して符号化される。

【0125】

図１の実施形態の要素と同一であり、同じ機能を実行する要素は、同じ参照符号によって識別される。

【0126】

入力キュビットは、離散変数（ＤＶ）として符号化され、

【0127】

【数10】

【0128】

という形式を有し、ｃ_０およびｃ_１ｅ^ｉθは、入力キュビットに対して符号化された情報を表す係数である。

【0129】

出力キュビットは、連続変数（ＣＶ）として符号化され、

【0130】

【数11】

【0131】

という形式を取る。したがって、システム１’’は、離散変数として符号化された入力キュビットによって搬送される情報を、連続変数として符号化された出力キュビットに転写する。

【0132】

図１の実施形態とは異なり、システム１’’はいくつかの遅延ループを備える。遅延ループは、光子の状態｜ｓ＞および｜ｌ＞を生成することを可能にする。遅延ループは、好ましくは、第１の光路ｓ、および経路ｓよりも長い第２の光路ｌを作成するように配置された、２つのビームスプリッタおよび２つのミラーを備える。

【0133】

遅延ループ４５の一例が図４に示される。遅延ループ４５は、ビームスプリッタ４７を備え、ビームスプリッタ４７の出力光路のうちの一方がビームスプリッタ５３に向かって導かれ、ビームスプリッタ４７の他方の出力光路が、ミラー４９、ミラー５１、次いでスプリッタ５３に向かって連続的に導かれる。

【0134】

したがって、ｓと呼ばれる、遅延ループ４５の第１の光路は、スプリッタ４７からスプリッタ５３まで直接通過することからなる。ｌと呼ばれる、遅延ループの第２の光路は、スプリッタ４７からミラー４９、５１まで、かつ最後にスプリッタ５３まで通過することからなる。

【0135】

システム１’’は、第１のビームスプリッタ７と第３のビームスプリッタ１１との間に配置された第１の遅延ループ３９を備える。

【0136】

システム１’’はまた、第１の遅延ループ３９の入力ビームスプリッタに向かって導かれた、真空状態の入力経路３５を備える。入力経路３５は、ＣＶモードの調整経路を提供する。

【0137】

随意に、真空状態において変位Ｄ（ｒα）を実行するように構成された変位デバイス３７が、入力経路３５と第１の遅延ループ３９との間に置かれ、ただし、ｒは、デバイス３７のビームスプリッタの振幅反射係数を表し、｜α｜は、特に第１のＯＰＯ３によって実行される圧縮に依存する、入力経路３５の状態の振幅を表す。変位デバイス３７は、スクイーズド真空状態の振幅を、第１のスプリッタ７によって第１のＯＰＯ３から抽出された光の断片と均衡させることを可能にすることによって、変換を有利に改善してよく、このことは、遅延線における干渉を最大化することを可能にする。好ましくは、この効果を最大化するために、デバイス３７のビームスプリッタの係数ｒは第１のスプリッタ７の係数ｒに等しい。

【0138】

それぞれ、第２のビームスプリッタ９と第３のビームスプリッタ１１との間、および第２のスプリッタ９と第４のスプリッタ１３との間に、第２の遅延ループ４１および第３の遅延ループ４３が配置される。

【0139】

したがって、遅延ループ３９、４１、４３は、様々なビームにおいてモード｜ｓ＞または｜ｌ＞を作成することを可能にする。

【0140】

図１の実施形態におけるように、第１の光子検出器１５上での検出は、｜ｓ＞｜α＞＋｜ｌ＞｜－α＞という形式のエンタングルハイブリッド状態の生成を予告する。第３の随意の光子検出器１７上での検出は、｜ｓ＞｜α＞－｜ｌ＞｜－α＞という形式の状態と言うべき、逆位相を有する状態の生成を予告する。

【0141】

第２の光子検出器１９および第４の光子検出器２１は両方とも光子カウンタであってよい。代替として、第２の検出器１９だけが光子カウンタである。第４の随意の検出器２１はまた、位相ロックを実行するために使用されるフォトダイオードであってよい。

【0142】

（実施例）
図５は、離散変数として符号化されたキュビットを作成するためのシステム１００に関連する、本発明によるシステム１の一実施形態を示す。

【0143】

図１の実施形態の要素と同一であり、同じ機能を実行する要素は、同じ参照符号によって識別される。

【0144】

システム１は、入力経路２を介して入ってくる、フォックに基づいて離散変数として符号化されたキュビットを、出力経路８を介して出ていく、連続変数として符号化されたキュビットに変換するように構成される。

【0145】

離散変数として符号化されたキュビットが、システム１００によって生成される。

【0146】

システム１００は、光の２モードスクイーズド真空状態を生成するように構成された光パラメトリック発振器１０２を備える。ＯＰＯ１０２は、単一の光子を生成してよい。ＯＰＯ１０２の光出力は、偏光ビームスプリッタ１０４に向かって導かれる。スプリッタ１０４の第１の出力光路は、変換システム１の入力経路２に向かって導かれ、他の出力光路は、ビームスプリッタ１０６に向かって導かれる。

【0147】

離散キュビットを生成するために、ＯＰＯ１０２によって生成される光子の予告モードに変位が適用され、このことは、光子の予告モードと変位モードとを区別不可能にさせる。キュビットの生成は、ＳＮＳＰＤ１０８上での検出によって予告される。フォトダイオード１１０は、位相ロックθを制御することを可能にする。

【0148】

生成される離散キュビットは、

【0149】

【数12】

【0150】

という形式を有する。係数ｃ_０およびｃ_１ｅ^ｉθは、ＯＰＯ１０２によって生成された光子の予告モードの変位の振幅および位相によって決定される。

【0151】

この例では、第１の光子検出器１５はＳＮＳＰＤであり、第３の光子検出器１７は、位相ロックを統制するように構成されたフォトダイオードである。

【0152】

変換システム１の第２の光子検出器１９は、ホモダイン検出器と組み合わせられたＳＮＳＰＤを備える光子カウンタである。

【0153】

したがって、第２の検出器１９が、まず第一にビームスプリッタ５５を備える。スプリッタ５５の第１の出力光路はＳＮＳＰＤ５７に向かって導かれ、他の出力光路はホモダイン検出器５９に向かって導かれる。

【0154】

ホモダイン検出器５９は、ビームスプリッタ６１を備える。基準ビームの入力経路６３は、スプリッタ６１に向かって導かれる。信号と基準ビームとの混合が、デバイス６７に接続される２つの光子検出器６５、好ましくは、フォトダイオードへ送られ、デバイス６７は、ホモダイン測定を実行することを可能にする。デバイス６７は、たとえば、２つの光子検出器６５によって生成される電流を減算するように構成される。

【0155】

第４の光子検出器２１は、位相ロックを実行するように構成されたフォトダイオードである。

【0156】

したがって、ハイブリッドエンタングルメントは、第１のＳＮＳＰＤ１５において予告することによりＯＰＯ３および５の調整経路を計画することによって準備される。このことは、入力離散キュビットをハイブリッドエンタングルメントの離散モードと混合することを可能にする。

【0157】

第２の検出器１９のＳＮＳＰＤ５７上での検出と、それに後続するホモダイン検出組立体５９上での調整によって、ベル測定が予告される。

【0158】

２つのＳＮＳＰＤ１５および５７上での同時検出によって、キュビットの変換が予告される。

【0159】

図５の例では、ＯＰＯ３、５、１０２は、約５０ＭＨｚの通過帯域および４．３ＧＨｚの自由スペクトル範囲を有するように構成される。ポンプ動力は、発振しきい値を下回る。ポンプ光は、波長が５３２ｎｍの連続レーザーによって生成される。ＯＰＯ３、５、１０２は各々、１０６４ｎｍの波長におけるシグナル波およびアイドラー波を生成する。

【0160】

第１のＯＰＯ３および第２のＯＰＯ５は、直線状のセミモノリシックキャビティを備える。入力ミラーは、ＯＰＯの結晶の上に直接堆積される。出力ミラーは、３８ｍｍの曲率の半径を有する。

【0161】

第１のＯＰＯ３は、４．５ｄＢのノイズ圧縮を伴って１５ｍＷのポンプ動力を受ける、Ｒａｉｃｏｌによって供給されるようなタイプＩの周期分極チタンリン酸カリウム（ＰＰＫＴＰ）結晶を備える。光子減算を用いてスクイーズド真空状態を作成するために、生成されたビームのうちの７％が抽出される。第１のＯＰＯ３は二重共鳴型であり、二重共鳴は、キャビティの長さおよびＰＰＫＴＰ結晶の温度を調整することによって取得される。

【0162】

第２のＯＰＯ５は、３．５ｍＷのポンプ動力を受ける、Ｒａｉｃｏｌによって供給されるようなタイプＩＩのチタンリン酸カリウム（ＫＴＰ）結晶を備える。ＯＰＯ５は三重共鳴型であり、三重共鳴は、キャビティの長さ、結晶の温度、およびポンプレーザーの波長を調整することによって取得される。

【0163】

ＯＰＯ１０２は、２ｍＷのポンプ動力を受けるタイプＩＩのＫＴＰ結晶を備える。ＯＰＯ５および１０２の同時三重共鳴を取得するために、ＯＰＯ１０２の結晶の角度が追加の自由度を構成する。この目的で、ＯＰＯ１０２の入力ミラーは、ＯＰＯ１０５とは対照的に、自由であり結晶の上に堆積されない。

【0164】

ＳＮＳＰＤ１５、５７、１０８は、１．３Ｋという温度において実装される。各ＳＮＳＰＤの入力部の前に、１２５ＧＨｚの通過帯域を有する干渉フィルタ、ならびに３３０ＧＨｚの自由スペクトル範囲および３２０ＭＨｚの通過帯域を有するファブリペローキャビティが、ヘラルド光子（ｈｅｒａｌｄｉｎｇ ｐｈｏｔｏｎ）をフィルタ処理するために配置される。

【0165】

連続キュビットへの離散キュビットのテレポーテーションの成功を予告するために、３つのＳＮＳＰＤ１５、５７、１０８が各々、同じ時間ビンの中で事象を予告しなければならない。この三重検出を分析するために、ＩＤ ＱｕａｎｔｉｑｕｅからのＩＤ９００タイムコントローラモジュールなどの超高速検出モジュールが使用される。

【0166】

ただし、本発明の範囲から逸脱することなく、他の変形および改善が行われてよい。

【符号の説明】

【0167】

１ システム
１’ システム
１’’ システム
２ 入力経路
３ 第１のスクイーズド真空状態ソース
５ 第２のスクイーズド真空状態ソース
７ 第１のビームスプリッタ
８ 出力経路
９ 第２のビームスプリッタ
１１ 第３のビームスプリッタ
１３ 第４のビームスプリッタ
１５ 第１の光子検出器
１７ 第３の光子検出器
１９ 第２の光子検出器
２１ 第４の光子検出器
２３ デバイス
２５ 第３の光パラメトリック発振器
２７ 偏光ビームスプリッタ
２９ 偏光ビームスプリッタ
３１ 第５の光子検出器
３３ 第６の光子検出器
３５ 入力経路
３７ 変位デバイス
３９ 第１の遅延ループ
４１ 第２の遅延ループ
４３ 第３の遅延ループ
４５ 遅延ループ
４７ ビームスプリッタ
４９ ミラー
５１ ミラー
５３ ビームスプリッタ
５５ ビームスプリッタ
５７ 超電導ナノワイヤ単一光子検出器（ＳＮＳＰＤ）
５９ ホモダイン検出器
６１ ビームスプリッタ
６３ 入力経路
６５ 光子検出器
６７ デバイス
１００ システム
１０２ 光パラメトリック発振器
１０４ 偏光ビームスプリッタ
１０６ ビームスプリッタ
１０８ 超電導ナノワイヤ単一光子検出器（ＳＮＳＰＤ）
１１０ フォトダイオード

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【手続補正書】

【提出日】2024-08-21

【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】

離散変数として符号化されたキュビットの符号化を、連続変数として符号化されたキュビットに変換するためのシステム（１、１’、１’’）であって、
－ 離散変数として符号化されたキュビットの入力経路（２）と、
－ 単一モードスクイーズド真空状態を生成するように構成された第１のスクイーズド真空状態ソース（３）と、
－ ２モードスクイーズド真空状態を生成するように構成された第２のスクイーズド真空状態ソース（５）と、
－ 前記第１のスクイーズド真空状態ソースから光子を受信するように配置された第１のビームスプリッタ（７）であって、前記第１のビームスプリッタの第１の出力光路が、連続変数として符号化されたキュビットの出力経路（８）を構成し、第２の出力光路が、前記第１のスクイーズド真空状態ソースの調整経路を構成する、第１のビームスプリッタ（７）と、
－ 前記第２のスクイーズド真空状態ソースから光子を受信するように配置された第２の偏光ビームスプリッタ（９）であって、前記第２のビームスプリッタの第１の出力光路が、前記第２のスクイーズド真空状態ソースの調整経路を構成し、第２の出力光路が、前記第２のスクイーズド真空状態ソースの信号経路を構成する、第２の偏光ビームスプリッタ（９）と、
－ 前記第１のスクイーズド真空状態ソースの前記調整経路の光子状態と前記第２のスクイーズド真空状態ソースの前記調整経路の光子状態とを混合するように構成された、前記第１のビームスプリッタの前記第２の出力光路および前記第２のビームスプリッタの前記第１の出力光路の上に配置された第３のビームスプリッタ（１１）と、
－ 離散変数として符号化された前記キュビットの光子状態と前記第２のスクイーズド真空状態ソースの前記信号経路の光子状態とを混合するように構成された、離散変数として符号化された前記キュビットの光路および前記第２のビームスプリッタの前記第２の出力光路の上に配置された第４のビームスプリッタ（１３）と、
－ 前記第３のビームスプリッタの第１の出力光路の上に配置された第１の光子検出器（１５）と、
－ 前記第４のビームスプリッタの第１の出力光路の上に配置された第２の光子検出器（１９）とを備え、前記第２の光子検出器が光子カウンタであり、
前記システムが、前記第３のビームスプリッタの第２の出力光路の上の第３の光子検出器（１７）と、前記第４のビームスプリッタの第２の出力光路の上に配置された第４の光子検出器（２１）とをさらに備える、
システム。

【請求項2】

前記第４の光子検出器が光子カウンタである、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記第２のビームスプリッタと前記第３のビームスプリッタとの間に配置された、変位演算子を適用するように構成されたデバイス（２３）を備える、請求項１に記載のシステム。

【請求項4】

－ ２モードスクイーズド真空状態を生成するように構成された第３のスクイーズド真空状態ソース（２５）であって、前記第２のビームスプリッタが、前記第２のスクイーズド真空状態ソースおよび前記第３のスクイーズド真空状態ソースから光子を受信するように配置される、第３のスクイーズド真空状態ソース（２５）と、
－ 前記第１の光子検出器が第５のビームスプリッタの第１の出力光路の上に配置されるように前記第１の光子検出器（１５）と前記第３のビームスプリッタ（１１）との間に配置された第５の偏光ビームスプリッタ（２７）と、
－ 前記第３の光子検出器が第６のビームスプリッタの第１の出力光路の上に配置されるように前記第３の光子検出器（１７）と前記第３のビームスプリッタ（１１）との間に配置された第６の偏光ビームスプリッタ（２９）と、
－ 前記第５のビームスプリッタ（２７）の第２の出力光路の上に配置された第５の光子検出器（３１）、および前記第６のビームスプリッタ（２９）の第２の出力光路の上に配置された第６の光子検出器（３３）と
をさらに備える、請求項１に記載のシステム。

【請求項5】

－ 前記第１のビームスプリッタと前記第３のビームスプリッタとの間に配置された第１の遅延ループ（３９）と、
－ 前記第２のビームスプリッタと前記第３のビームスプリッタとの間に配置された第２の遅延ループ（４１）と、
－ 前記第２のビームスプリッタと前記第４のビームスプリッタとの間に配置された第３の遅延ループ（４３）と
をさらに備える、請求項１に記載のシステム。

【請求項6】

前記第１の遅延ループの入力部に接続された真空状態の入力経路（３５）と、真空状態の前記入力経路の上に配置され、前記真空状態に変位演算子を適用するように構成された第２の変位デバイス（３７）とを備える、請求項５に記載のシステム。

【請求項7】

前記第２の光子検出器（１９）が、第７のビームスプリッタ（５５）、前記第７のビームスプリッタの第１の出力光路の上に配置されたＳＮＳＰＤ（５７）、および前記第７のビームスプリッタの第２の出力光路の上に配置されたホモダイン検出器（５９）を備える、請求項１に記載のシステム。

【請求項8】

変換組立体であって、請求項１に記載の変換システムと、離散変数として符号化されたキュビットを作成するためのシステム（１００）とを備え、作成システムが、離散変数として符号化されたキュビットをキュビットの前記入力経路（２）を介して前記変換システムへ送信するように構成される、変換組立体。

【請求項9】

請求項１に記載のシステムによって実施される、離散変数として符号化されたキュビットの符号化を、連続変数として符号化されたキュビットに変換するための方法であって、
－ 離散変数として符号化された入力光子キュビットを提供するステップと、
－ 離散モードと連続モードとの間のハイブリッドエンタングルメントを実行するステップと、
－ 前記ハイブリッドエンタングルメントの前記離散モードとの前記入力キュビットの混合を実行するステップと、
－ 個々の光子を検出することによって前記混合のベル測定を実行するステップと、
－ 連続変数として符号化された出力キュビットを前記ハイブリッドエンタングルメントの前記連続モードから取得するステップと
を備える、方法。

【請求項10】

前記離散モードと前記連続モードとの間の前記ハイブリッドエンタングルメントを実行する前記ステップが、
－ 前記連続モードを構成する、光の単一モード真空状態、および前記離散モードを構成する、光の２モードスクイーズド真空状態を提供するステップと、
－ 前記２モードスクイーズド真空状態から発生する離散状態の調整経路と、前記単一モードスクイーズド真空状態から発生する連続状態の調整経路とを混合することによって、ハイブリッドエンタングルメントを実行するステップと
からなるアクションを備える、請求項９に記載の方法。

【国際調査報告】