以下、図面を参照して本発明の好適な実施� ��態を詳細に説明する。
(量子エンタングルメント生成装置の第1実施� ��態)
 図1は、本発明の第1実施形態に係る量子エ� �タングルメント生成装置30の構成を示す平面 視のブロック図である。光路は直線で示して いる。図示したXY座標によって、平面図にお� ��る横方向をX方向とし、縦方向をY方向とし� �説明する。図1に示すように、本発明の量子� ��ンタングルメント生成装置30は、レーザー� �源1とリング型干渉計20とから構成されてい� �。光周波数が2f ₀ のレーザー光源1から出射した光は、第1の鏡3 を介してリング型干渉計20に入射される。

(量子エンタングルメント生成装置の第2実施� ��態)
 図2は、本発明の第2実施形態に係る量子エ� �タングルメント生成装置35の構成を示す平面 視のブロック図である。光路は直線で示して いる。図2に示す量子エンタングルメント生� �装置35が図1に示す量子エンタングルメント� �成装置30と異なるのは、レーザー光源1の構� �である。レーザー光源1は、光周波数f ₀ のレーザー光源15と第2高調波発生器2とから� �成されており、光周波数2f ₀ の光を発生する。レーザー光源1から発生し� �レーザー光は、図2において、-X方向(左向き) に直進して第1の鏡3に入力され、その反射光� ��-Y方向(下向き)に反射されてリング型干渉計 20へ入射する。

 リング型干渉計20は、ビームスプリッタ4� ��第2の鏡5と光パラメトリック増幅器6と第3の 鏡7と第4の鏡8と分散媒質9とから構成されて� �る。ビームスプリッタ4の-Y方向(下側)に第2� �鏡5が配置されている。第2の鏡5のX方向(右側 )に第3の鏡7が配置されている。また、ビーム スプリッタ4のX方向(右側)に第4の鏡8が配置さ れている。

 リング型干渉計20は、ビームスプリッタ4� ��第2~4の鏡5,7,8とが四角形、具体的には矩形� �各頂点に配置され、光路を形成している。� �まり、リング型干渉計20は、ビームスプリッ タ4と、リング型干渉計20用の第1~第3の鏡5,7,8� ��反時計方向に順に配設されている。光パラ� ��トリック増幅器6は第2の鏡5と第3の鏡7とか� �形成される光路軸に沿って配置されている� �分散媒質9は、ビームスプリッタ4と第4の鏡8� ��から形成される光路軸に沿って配置されて� ��る。

 ビームスプリッタ4は、光周波数2f ₀ と光周波数f ₀ の両方の光に対して、透過率及び反射率が50% であることが望ましい。

 第1~4の鏡3,5,7,8は、何れも光周波数2f ₀ と光周波数f ₀ の両方の光を反
射する鏡であり、例えば、誘電体からなる。

 光パラメトリック増幅器6は光周波数2f ₀ の光をf ₀ に変換する。光パラメトリック増幅器6は、2� ��の非線型光学効果を有する結晶を用いるこ� ��ができ、例えば、周期分極反転構造を有す� ��LiNbO ₃ からなる光導波路を用いることができる。

 分散媒質9は光学ガラスを用いることがで きる。光学ガラスの材料としては、BK7のよう なホウケイ酸ガラスを使用してもよい。分散 媒質9が光学ガラスからなる場合には、光学� �ラスの光軸内の寸法が変化するように微動� �ることにより、レーザー光がガラス内を透� �する距離を変化させることで、レーザー光� �相対的な位相を制御することができる。光� �ガラスとしては、楔形状のウェッジガラス� �を用いてもよく、後述するように、2枚用い� ��分散媒質9としてもよい。別の分散媒質9と� �ては、空気などの気体を容器に充填し、光� �入り口及び出口となる窓部を有する、所謂� �スセルを用いることができる。分散媒質9が� ��スセルからなる場合には、気体の圧力を変� ��させることで、気体を通過するレーザー光� ��相対的な位相を制御することができる。

 リング型干渉計20は、平面の上に形成さ� �ていることが好ましい。リング型干渉計20は 、ブレッドボード上に形成することができる 。ブレッドボードは、光学定盤とも呼ばれて いる。ブレッドボードは、剛性がある材料か らなる板または基板であってもよい。リング 型干渉計20を単一のブレッドボード上に形成� ��ることにより、温度変動や振動に対して光� ��長の安定化を図ることができると共に、装� ��の構成が簡単になる。第1の鏡3も単一のブ� �ッドボード上に形成してもよい。レーザー� �源1からの光も、光ファイバで単一のブレッ� ��ボードへ導光すれば、さらに、温度変動や� ��動に対して光路長の安定化を図ることがで� ��る。

 次に、本発明の量子エンタングルメント生� ��装置30,35の動作を説明する。
 レーザー光源1から出射して第1の鏡3とビー� ��スプリッタ4と第2の鏡5とを通過した光周波� ��2f ₀ の光は、光パラメトリック増幅器6の励起光� �力となり、光周波数f ₀ の第1のスクイーズ光を発生する。この第1の� ��クイーズ光は、リング型干渉計20の中を反� �計回りに進み、第3の鏡7及び第4の鏡8で反射� ��れたのち、分散媒質9を通過し、ビームスプ リッタ4に至る。

 次に、ビームスプリッタ4でX方向(右側)に反 射されたレーザー光は、分散媒質9を通過し� �第4の鏡8で-Y方向(下側)に反射され、第3の鏡7 で-X方向(左側)に反射されたのち、光パラメ� �リック増幅器6に入射し、光周波数f ₀ の第2のスクイーズ光を発生する。したがっ� �、この第2のスクイーズ光は、リング共振器� ��中を時計回りに進み、分散媒質9を通過して 第2の鏡5で反射された後、ビームスプリッタ4 に至る。

 このようにして、リング型干渉計20で発� �し、互いに反対方向へ進む第1及び第2のスク イーズ光は、ビームスプリッタ4で空間的に� �ね合わせが生起される。このとき、第1のス� ��イーズ光と第2のスクイーズ光との相対的な 位相がπ/2となるように分散媒質9を操作する� ��とにより、量子的な相関をもつ第1の量子エ ンタングルビーム10と第2の量子エンタングル ビーム11を発生することができる。第1の量子 エンタングルビーム10は、ビームスプリッタ4 を通過した後、図1に示すように-X方向(左方� �)に出射する。第2の量子エンタングルビーム 11は、ビームスプリッタ4によりY方向(上方向) へ反射し、第1の鏡3を通過して出射する。

 第1のスクイーズ光と第2のスクイーズ光と� �、ビームスプリッタ4で重ね合わせた際の相� ��的な位相を、分散媒質9を用いて制御できる のは、次の理由による。リング型干渉計20を� ��時計回りに進む経路では、光周波数f ₀ の光が分散媒質9を通過するのに対し、時計� �りに進む経路では光周波数2f ₀ の光が分散媒質を通過するからである。すな わち、時計回りと反時計回りの互いに反対方 向に進む場合には、分散媒質9を通るときの� �周波数が異なるので、分散の大きさを変え� �ことで、第1のスクイーズ光と第2のスクイー ズ光の相対的な位相を変えることができる。

 さらに、第1のスクイーズ光と第2のスク� �ーズ光との相対的な位相を、分散媒質9によ� ��所望の値、例えば、π/2となるように設定す ることにより、第1及び第2の量子エンタング� ��ビーム10,11を生成することができる。

 本発明の第1,第2の実施形態に係る量子エン� ��ングルメント生成装置30,35によれば、第1及� ��第2の2つのスクイーズ光は、互いに異なる� �路をたどるのではなく、同一のリング型干� �計20内を互いに逆向きに回るだけであるので 、それらの間の相対的な位相は機械的に安定 である。さらに、リング型干渉計20内で光の� ��長が変換される。すなわち、光周波数2f ₀ のレーザー光源1による励起光によって、光� �ラメトリック増幅器6において光周波数f ₀ のスクイーズ光を発生し、分散媒質9を制御� �ることにより、第1及び第2のスクイーズ光間 の相対的な位相を変化させることができる。 したがって、本発明の量子エンタングルメン ト生成装置30,35によれば、第1及び第2のスク� �ーズ光を重ね合わせるエンタングルメント� �成において、第1及び第2のスクイーズ光の相 対的な位相差を安定に制御することができる 。

(量子エンタングルメント生成装置の第3実施� ��態)
 次に、本発明の第3実施形態に係る量子エン タングルメント生成装置40の構成について説� ��する。
 図3は、本発明の第3実施形態に係る量子エ� �タングルメント生成装置40の構成を示す平面 視したブロック図である。光路は直線で示し ている。図3に示す量子エンタングルメント� �成装置40が、図1に示す量子エンタングルメ� �ト生成装置30と異なるのは、リング型干渉計 25である。他の構成は、量子エンタングルメ� ��ト生成装置30と同じであるので説明は省略� �る。
 リング型干渉計25は、ビームスプリッタ4と� ��散媒質9と第2の鏡5と光パラメトリック増幅� ��6と第3の鏡7とから構成されている。ビーム� ��プリッタ4の垂直下方(-Y方向)に第2の鏡5が配 置されている。ビームスプリッタ4のX方向(右 方向)に第3の鏡7が配置されている。

 リング型干渉計25は、ビームスプリッタ4� ��第2の鏡5と第3の鏡7とが三角形の各頂点に配 置されて光路を形成している。つまり、リン グ型干渉計25は、ビームスプリッタ4と、リン グ型干渉計25用の第1及び第2の鏡5,7が反時計� �向に順に配設されている。光パラメトリッ� �増幅器6は第2の鏡5と第3の鏡7とから形成され る光路軸に沿って配置されている。分散媒質 9は、ビームスプリッタ4と第2の鏡5とから形� �される光路軸に沿って配置されている。

 リング型干渉計25は、リング型干渉計20と 同様に基板上に形成されていることが好まし い。リング型干渉計25を基板上に形成するこ� ��により、温度変動や振動に対して光路長の� ��定化を図ることができると共に、装置の構� ��が簡単になる。第1の鏡3も同一の基板上に� �成してもよい。レーザー光源1からの光を光� ��ァイバで基板へ導光すれば、さらに、温度� ��動や振動に対して光路長の安定化を図るこ� ��ができる。

 次に、第3実施形態の量子エンタングルメン ト生成装置40による量子エンタングルメント� ��成について説明する。
 レーザー光源1から出射した光周波数2f ₀ の光は、第1の鏡3で反射され、ビームスプリ� ��タ4を透過した後、分散媒質9を通過して第2� ��鏡5で反射され、光パラメトリック増幅器6� �励起光入力となる。光パラメトリック増幅� �6は、光周波数f ₀ の第1のスクイーズ光を発生する。光周波数f ₀ の第1のスクイーズ光は、水平偏光した光で� �ってもよい。
 この第1のスクイーズ光は、リング型干渉計 25の中を反時計回りに進み、第3の鏡7で反射� �れたのち、ビームスプリッタ4に至る。

 レーザー光源1から出射し、第1の鏡3で反射� ��れた光はビームスプリッタ4へ入射し、ビー ムスプリッタ4に入射した光周波数2f ₀ の光はX方向へ反射され、第3の鏡7で紙面左斜 め下方に反射されて光パラメトリック増幅器 6に入射し、光周波数f ₀ の第2のスクイーズ光を発生する。
 次に、光周波数f ₀ の第2のスクイーズ光は第2の鏡5でY方向に反� �されたのち、分散媒質9を通過し、ビームス� ��リッタ4に至る。したがって、この第2のス� �イーズ光は、リング型干渉計25の中を時計回 りに進み、分散媒質9を通過してビームスプ� �ッタ4に至る。

 このようにして、リング型干渉計25で発� �した第1及び第2のスクイーズ光は、ビームス プリッタ4で空間的に重ね合わせが生起され� �。このとき、第1のスクイーズ光と第2のスク イーズ光との相対的な位相がπ/2となるよう� �分散媒質9を操作することにより、量子的な� ��関をもつ第1の量子エンタングルビーム10及� ��第2の量子エンタングルビーム11を発生する� ��とができる。第1の量子エンタングルビーム 10は、ビームスプリッタ4を通過した後、図3� �示すように-X方向(左方向)に出射する。第2の 量子エンタングルビーム11は、ビームスプリ� ��タ4によりY方向(上側)へ反射し、第1の鏡3を� ��過して出射する。

 第1のスクイーズ光及び第2のスクイーズ� �の相対的な位相をπ/2となるように分散媒質9 を設定することにより、第1及び第2の量子エ� ��タングルビーム10,11を生成することができ� �。

(量子エンタングルメント生成検出装置の第1� ��施形態)
 次に、本発明の第1の実施形態に係る量子エ ンタングルメントの生成検出装置50について� ��明する。
 図4は、第1実施形態に係る量子エンタング� �メントの生成検出装置50を示す平面視におけ るブロック図である。光路は直線で示してい る。量子エンタングルメントの生成検出装置 50は、量子エンタングルビームを生成する手� ��と、生成された量子エンタングルビームを� ��出する手段と、を備えた装置である。図4に 示すように、量子エンタングルメントの生成 検出装置50は、光源部60とリング型干渉計70と 第1のホモダイン検出器80と第2のホモダイン� �出器90とから構成されている。

 ここで、量子エンタングルビームの生成� ��、光源部60とリング型干渉計70とにより行わ れる。生成された量子エンタングルビーム信 号は、第1及び第2のホモダイン検出器80,90に� �り検出される。この場合、光源部60からの光 が局部発振光となる。ホモダイン検出とは、 同じ光周波数を有する信号光及び局部発振光 の混合による検波であり、信号光の直交位相 振幅を測定するものである。

 光源部60は、パルスレーザー光源100と、� �ルスレーザー光源100から出射されるパルス� �ーザー光の光路に沿って順に配置されてい� �1/2波長板102と第2高調波発生器105と偏光ビー� ��スプリッタ109と2波長用波長板112と鏡114と偏 光ビームスプリッタ117と2波長用波長板118と� �ら構成されている。2波長用波長板118を通過� ��たレーザー光がリング型干渉計70へ入射さ� �る。

 パルスレーザー光源100は、光周波数がf ₀ で水平偏光の光パルス101を発生する。水平偏 光の光パルス光101は、光周波数f ₀ に対してゼロオーダーの1/2波長板102に入射す る。1/2波長板102は、水平偏光の光パルス光101 の偏光面を回転し、斜め直線偏光の光に変換 する。つまり、光パルス光101の偏光面が、水 平偏光成分103と垂直偏光成分104に変換され、 水平偏光成分103及び垂直偏光成分104が第2高� �波発生器105へ入射する。この場合、偏光面� �回転角により局部発振光の強度を調節する� �とができる。

 第2高調波発生器105により、光周波数f ₀ のパルス光の水平偏光成分103の一部は、光周 波数が2f ₀ で水平偏光のパルスレーザー光106に変換され る。この水平偏光のパルスレーザー光106は、 偏光ビームスプリッタ109及び2波長用波長板11 2で変化を受けることなくそのまま透過する� �第2高調波発生器105には、2次の非線型光学効 果を有する結晶、例えば、周期分極反転した LiNbO ₃ からなる光導波路を用いることができる。

 光周波数2f ₀ に変換されなかった水平偏光成分の光周波数 f ₀ の光107は、垂直偏光を透過するように配置さ れた光周波数f ₀ に対する偏光ビームスプリッタ109により反射 され、光周波数f ₀ の光の水平偏光成分110となり外部へ出射し、 エンタングルビーム生成には使用しない。こ れは、第2高調波への変換効率が高い場合に� �、変換されずに残った基本波の時間波形が� �れるためである(非特許文献3参照)。しかし� �がら、第2高調波発生器105の変換効率が高く� ��い場合には、水平偏光成分110を必ずしも捨� ��る必要はなく、再利用することも可能であ� ��。

 一方、光周波数f ₀ のパルス光の垂直偏光成分104は、第2高調波� �生器105の非線形相互作用を受けることなく� �過するので、出力される垂直偏光成分108は� �元のパルスレーザー光源100から出力される� �ルスと同じパルス幅とスペクトルを有して� �る。この光周波数f ₀ のパルス光の垂直偏光成分108は、偏光ビーム スプリッタ109を透過し、透過した垂直偏光の 光111は、光周波数f ₀ では1/2波長、光周波数2f ₀ では1波長となる2波長用波長板112によって水� ��偏光の光113となる。

 鏡114は、光周波数2f ₀ に対する反射率が高いものを用いる。鏡114と しては、誘電体からなる鏡を使用することが できる。鏡114の光周波数f ₀ に対する反射率は、後述するホモダイン検出 に必要な局部発振光の強度に応じて選ぶこと ができる。鏡114の光周波数f ₀ に対する反射率が小さいときは、鏡114を光周 波数f ₀ のみを選択的に減衰するフィルタとして用い ることができる。

 したがって、パルスレーザー光源100から出� ��した光は、同じ光軸上において、どちらも� ��平偏光である光周波数f ₀ のパルス光115と光周波数2f ₀ のパルス光116となる。ここで、光周波数f ₀ のパルス光115及び光周波数2f ₀ のパルス光116は同じ光軸にあるので、同軸上 のパルス光115及び光周波数2f ₀ のパルス光116とも呼ぶ。

 偏光ビームスプリッタ117が、光周波数f ₀ の水平偏光成分を透過するように配置されて いる。したがって、光周波数f ₀ のパルス光はそのまま透過する。つぎに、2� �長用波長板118により、光周波数f ₀ のパルス光が垂直偏光へと変換される。

 リング型干渉計70は、後述する特殊な機� �を有するビームスプリッタ120(以下、本発明� ��は特殊ビームスプリッタと呼ぶ。)と鏡121と 光パラメトリック増幅器122と鏡123と分散媒質 124とから構成されている。鏡121は特殊ビーム スプリッタ120の平面視-X方向(左側)に配置さ� �ており、鏡123は特殊ビームスプリッタ120の-Y 方向(下側)に配置されている。

 リング型干渉計70は、特殊ビームスプリ� �タ120と鏡121,123とが三角形の各頂点に配置さ� ��ている。光パラメトリック増幅器122は、鏡1 21と鏡123とから形成される光路軸に沿って配� ��されている。分散媒質124は、特殊ビームス� ��リッタ120と鏡123とから形成される光路軸に� ��って配置されている。上述したリング型干� ��計20と同様に、リング型干渉計70は、ブレッ ドボードや基板上に形成されていることが好 ましい。リング型干渉計70をブレッドボード� ��基板上に形成することで、温度変動や振動� ��対して光路長の安定化を図ることができる� ��共に、装置の構成が簡単になる。

 特殊ビームスプリッタ120は、光周波数f ₀ 及び光周波数2f ₀ の水平直線偏光の光に対しては透過率及び反 射率が共にほぼ50%であり、光周波数f ₀ の垂直直線偏光の光に対してはほぼ100%の反� �率を有している。したがって、光周波数2f ₀ のパルス光116は水平偏光であるので、特殊ビ ームスプリッタ120により、ほぼ1対1の割合で� ��岐され、リング型干渉計70に入射した後、� �述するように第1及び第2の量子エンタングル ビーム131,132を発生する。

 鏡121,123は、光周波数f ₀ 及び2f ₀ に対して反射率がほぼ100%の鏡であり、例え� �誘電体からなる。

 光パラメトリック増幅器122は、2次の非線型 光学効果を有する結晶を用いることができ、 例えば、周期分極反転したLiNbO ₃ からなる光導波路を用いることができる。

 分散媒質124は、第1のガラス板125と第2のガ� �ス板126とから構成されている。第1及び第2の ガラス板125,126は、波長に対して微小な光路� �差を与えることができる光学部品のウェッ� �ガラス板を使用することができる。ウェッ� �ガラス板125,126の一例は、片面が光軸に対し� ��直角な面であり、他面が光軸に対して傾斜� ��として形成されている。ウェッジガラスの� ��料としては、BK7のようなホウケイ酸ガラス� ��使用することができる。第1または第2のウ� �ッジガラス板125,126は、光軸に対して垂直方� ��へ移動することができる。第1または第2の� �ェッジガラス板125,126を光の進行方向に垂直� ��向に移動しても、2つのウェッジガラス板125 ,126を通過後の光ビーム位置の変動を抑える� �とができる。
 上記の構成において、ウェッジガラス板125, 126のウェッジの向きを互い逆にすることで、 すなわち、2つのウェッジガラス板125,126の厚� ��が薄い側が光軸に対して左右逆になるよう� ��配置することで、光ビーム位置の変動をさ� ��に抑えることができる。

 さらに、ウェッジガラス板125,126の両面に、 光周波数f ₀ 及び光周波数2f ₀ に対する無反射コーティングを施すことで、 ウェッジガラス板125,126に高い透過率をもた� �ることができる。ウェッジガラス板125,126を� ��軸に対して垂直方向へ移動すると、ガラス� ��中を透過する光路長が変化するので、分散� ��効果を得ることができる。すなわち、第1の ウェッジガラス板125と第2のウェッジガラス� �126とを用い、光の周波数による屈折率の違� �の効果により、光周波数がf ₀ と2f ₀ との光の間の相対的な光路長を変化させるこ とができる。例えば、ウェッジガラス板125,12 6の材料としてBK7を使用し、ウェッジガラス� �傾斜角を1度とする。光周波数f ₀ の光の波長が1535nmで、光周波数2f ₀ の光の波長が767nmとした場合、ウェッジガラ� ��板125,126を光軸に対して垂直方向に0.86mm移動 すると、光周波数f ₀ の光と光周波数2f ₀ の光の相対的な位相がπ/2変化する。この時� �光周波数f ₀ と光周波数2f ₀ との光ビームの相対的な位置変動は3nmよりも 小さい。また、好ましくは、光ビームを1枚� �のウェッジガラス板125に対して垂直に入射� �せ、2枚目のウェッジガラス板126から光ビー� ��を垂直に出射するように第1及び第2のウェ� �ジガラス板125,126を配置し、さらに、2枚のウ ェッジガラス板125,126の間隔を可能な限り接� �させることで,光周波数f ₀ 及び光周波数2f ₀ の光ビームの位置のずれを小さくすることが できる。

 次に、第1実施形態に係る量子エンタングル メント生成検出装置50の動作について説明す� ��。
 特殊ビームスプリッタ120によりほぼ1対1の� �合で分岐された光周波数2f ₀ の2つの光において、その一方の光は、リン� �型干渉計70内を反時計方向、つまり、鏡121と 光パラメトリック増幅器122と鏡123と分散媒質 124との順に通過する。他方の光は、リング型 干渉計70内を時計方向、つまり、分散媒質124� ��鏡123と光パラメトリック増幅器122と鏡121と� ��順に通過する。

 反時計方向に進む光周波数2f ₀ の水平偏光の光は、光パラメトリック増幅器 122に入射し、光周波数2f ₀ のパルス光はパラメトリック増幅の励起光と してはたらき、光周波数f ₀ の水平偏光したスクイーズ光を発生する。こ の反時計回りに進むスクイーズ光は、鏡123で 反射され、分散媒質124を通過し、再び特殊ビ ームスプリッタ120に入射する。

 時計方向に進む光周波数2f ₀ の水平偏光の光は、分散媒質124を通過して光 パラメトリック増幅器122に入射し、光周波数 2f ₀ のパルス光はパラメトリック増幅の励起光と してはたらき、光周波数f ₀ の水平偏光したスクイーズ光を発生する。こ の時計回りに進むスクイーズ光は、鏡121で反 射され、再び特殊ビームスプリッタ120に入射 する。

 特殊ビームスプリッタ120に入射され互い� ��反対方向に進むスクイーズ光、つまり、時� ��回りに進むスクイーズ光と反時計回りに進� ��スクイーズ光とは、どちらも水平偏光であ� ��、ほぼ1対1で重ね合わせることができる。2� ��のスクイーズ光間の相対的な位相は、分散� ��質124内の第1及び第2のウェッジガラス板124,1 25の相対位置により任意の値に設定すること� ��できる。相対的な位相差をπ/2となるように 設定すると、量子的な相関をもつ第1及び第2� ��量子エンタングルビーム130,131を発生するこ とができる。

 特殊ビームスプリッタ120は、光周波数f ₀ で水平直線偏光の光に対しては透過率及び反 射率が共にほぼ50%である。したがって、発生 した量子エンタングルビームは、特殊ビーム スプリッタ120により反射された成分が第1の� �子エンタングルビーム130となり、特殊ビー� �スプリッタ120を透過した成分が第2の量子エ� ��タングルビーム131となる。

 図示するように、第1の量子エンタングルビ ーム130は、1/2波長板132と鏡133と特殊ビームス プリッタ134とを介して、第1のホモダイン検� �器80に入射する。1/2波長板132は、光周波数f ₀ に対するゼロオーダーの波長板であって、光 周波数f ₀ で水平直線偏光の光を垂直偏光に変換する。 鏡133は光周波数f ₀ の光を反射し、例えば、誘電体からなる。特 殊ビームスプリッタ134は垂直偏光の光を反射 する。これにより、第1の量子エンタングル� �ーム130は、垂直偏光に変換された後に、第1� ��ホモダイン検出器80に入射する。

 第2の量子エンタングルビーム131は、2波長� �波長板118により垂直偏光の光に変換され、� �光ビームスプリッタ117と特殊ビームスプリ� �タ134と鏡135とで反射されて、第2のホモダイ� ��検出器90に入射する。鏡135は光周波数f ₀ の光を反射し、例えば誘電体からなる。

 第1及び第2のホモダイン検出器80,90の局部発 振光となる光について説明する。光源部60か� ��の光は、光周波数f ₀ の垂直直線偏光の光と光周波数2f ₀ とが同軸上に形成されて、特殊ビームスプリ ッタ120に入射される。光周波数2f ₀ のパルス光は上記したように、リング型干渉 計70内で量子エンタングルビームを発生させ� ��のに使用されている。一方、光周波数f ₀ の垂直直線偏光の光は、第1及び第2のホモダ� ��ン検出器80,90の局部発振光となるパルス光� �なる。以下、詳細に説明する。

 光周波数f ₀ の垂直直線偏光は、特殊ビームスプリッタ120 で反射され、図4の左水平方向に配置されて� �る鏡121で反射されて、光パラメトリック増� �器122を通過して鏡123で反射され、分散媒質12 4を通過して、再び特殊ビームスプリッタ120� �入射する。ここで、特殊ビームスプリッタ12 0は光周波数f ₀ の垂直直線偏光は反射する。したがって、特 殊ビームスプリッタ120に入射した光周波数f ₀ の垂直直線偏光した光は、反射されて光周波 数f ₀ に対するゼロオーダーの1/2波長板132に向かう 。1/2波長板132に入射した光周波数f ₀ の垂直直線偏光した光は、1/2波長板132により 光周波数f ₀ の光の偏光面を90度回転し、光周波数f ₀ の垂直直線偏光の光は水平偏光となり、光周 波数f ₀ に対して反射率の高い鏡133で反射され、特殊 ビームスプリッタ134へ到達する。

 特殊ビームスプリッタ134は、光周波数f ₀ の水平直線偏光の光に対しては透過率及び反 射率が共にほぼ50%である。したがって、特殊 ビームスプリッタ134に入射した光周波数f ₀ の水平に偏光した光は、反射光及び透過光と なる。反射光が第1のホモダイン検出器80に入 射し、透過光が第2のホモダイン検出器90に入 射し、それぞれ、ホモダイン検出器80,90の局� ��発振光となる。

 次に、第1及び第2のホモダイン検出器80、90� ��ついて説明する。
 第1のホモダイン検出器80は、電気光学結晶1 36と1/2波長板138と偏光ビームスプリッタ140と2 つのフォトダイオード132,143とRFコンバイナー 146と増幅器148とからなる。第2のホモダイン� �出器90も、第1のホモダイン検出器80と同様に 、電気光学結晶137と1/2波長板139と偏光ビーム スプリッタ141と、2つのフォトダイオード144,1 45とRFコンバイナー147と増幅器149からなる。

 第1のホモダイン検出器80へは、第1の量子エ ンタングルビーム130が上述したように、光周 波数f ₀ の垂直偏光したパルス光が信号光照射として 入射し、光周波数f ₀ の水平直線偏光したパルス光が局部発振光と して入射する。同様に、第2のホモダイン検� �器90へは、第2の量子エンタングルビーム131� �上述したように、光周波数f ₀ の垂直偏光したパルス光が信号光照射として 入射し、光周波数f ₀ の水平直線偏光したパルス光が局部発振光と して入射する。

 第1のホモダイン検出器80に入射する第1の 量子エンタングルビーム130は水平偏光であり 、一方、局部発振光となる垂直偏光したコヒ ーレントな光パルスも同じ光軸上を進む。つ まり、信号光となる第1の量子エンタングル� �ーム130と局部発振光となる垂直偏光したコ� �ーレントな光パルスは同軸上を進む。した� �って、第1の量子エンタングルビーム130と局� ��発振光は常に同じ経路をたどるので、これ� ��の間の相対的な位相は非常に安定に保つこ� ��が可能である。

 第2のホモダイン検出器90に入射する第2の 量子エンタングルビーム131の場合には、量子 エンタングルビーム131と局部発振光は、特殊 ビームスプリッタ120で分かれた後、特殊ビー ムスプリッタ134で再合流するため、一部異な る経路をたどることになる。このことにより 生じる相対的な位相の不安定さは、特殊ビー ムスプリッタ120、偏光ビームスプリッタ117、 誘電体ミラー133、特殊ビームスプリッタ134の 4つの光学部品を共通のブレッドボードや基� �上に設置し、ビームの高さを低く保つこと� �改善することができる。

 第1のホモダイン検出器80において、電気光� ��結晶136は、結晶に印加される電圧を変化さ� ��ることで、水平偏光成分と垂直偏光成分と� ��間の相対的な位相を変化させることができ� ��。光周波数f ₀ に対するゼロオーダーの1/2波長板138は、直線 偏光の偏光面を45度回転するように配置され� ��いる。このため、第1の量子エンタングルビ ーム130と局部発振光は互いに偏光面は直交し つつ、45度偏光面が回転した偏光状態となる� ��

 これにより、光周波数f ₀ に対する偏光ビームスプリッタ140で、第1の� �子エンタングルビーム130と局部発振光を、� �ぼ1対1の割合で重ね合わせることができる。 偏光ビームスプリッタ140を反射した光及び透 過した光が、それぞれフォトダイオード142,14 3へ入射する。

 RFコンバイナー146は、2つのフォトダイオ� ��ド142と143の光電流の差を出力し、増幅器148� ��増幅した後、その出力電圧を計測すること� ��、第1の量子エンタングルビーム130における 直交位相振幅の測定が可能となる。RFコンバ� ��ナー146は2つのフォトダイオード142と143とか らなる検出器の差分を出力する手段である。 RFコンバイナー146の代わりに、2つのフォトダ イオード142,143のアノードとカソードを接続� �ることで、差電流を取り出すこともできる� �

 第2のホモダイン検出器90も第1のホモダイン 検出器80と同様に、電気光学結晶137に印加さ� ��る電圧を変化させることで、水平偏光成分� ��垂直偏光成分との間の相対的な位相を変化� ��せることができる。光周波数f ₀ に対するゼロオーダーの1/2波長板139は、直線 偏光の偏光面を45度回転するように設置する� ��その結果、第2の量子エンタングルビーム131 と局部発振光は互いに偏光面は直交しつつ、 45度偏光面が回転した偏光状態となる。

 これにより、光周波数f ₀ に対する偏光ビームスプリッタ141で、第2の� �子エンタングルビーム131と局部発振光を、� �ぼ1対1の割合で重ね合わせることができる。 偏光ビームスプリッタ140を反射した光及び透 過した光が、それぞれフォトダイオード144,14 5へ入射する。

 RFコンバイナー147は、2つのフォトダイオ� ��ド144及び145の光電流の差を出力し、増幅器1 49で増幅した後、その出力電圧を計測するこ� ��で、第2の量子エンタングルビーム131におけ る直交位相振幅の測定が可能となる。RFコン� ��イナー146は2つのフォトダイオード144と145と からなる検出器の差分を出力する手段である 。RFコンバイナー147の代わりに、2つのフォト ダイオード144,145のアノードとカソードを接� �することで、差電流を取り出すこともでき� �。

 このような構成によれば、2つのスクイーズ 光の相対的な位相を安定に保つことにより、 安定に量子エンタングルメントを生成できる 。さらに、量子エンタングルメントと同軸の 局部発振光を出力することができ、ホモダイ ン検出の安定性を向上することができる。
 本実施例では、偏光の自由度を利用するこ� ��により、量子エンタングルビームとホモダ� ��ン検出のための局部発信光を同軸に出力し� ��エンタングルビームと局部発信光の相対的� ��位相を安定に保つことができる。

(量子エンタングルメント生成検出装置の第2� ��施形態)
 次に、本発明の第2の実施形態に係る量子エ ンタングルメントの生成検出装置150について 説明する。
 図5は、本発明の第2実施形態に係る量子エ� �タングルメントの生成検出装置150を示す平� �視におけるブロック図である。光路は直線� �示している。図5に示すように、量子エンタ� ��グルメントの生成検出装置150は、量子エン� ��ングルビームを生成する生成手段と、生成� ��れた量子エンタングルビームを検出する検� ��手段と、を備え、生成手段は光源部160とリ� ��グ型干渉計170とから構成され、検出手段は� ��1のホモダイン検出器180と第2のホモダイン� �出器190とから構成されている。

 光源部160が、第1実施形態の量子エンタング ルメントの生成検出装置50における光源部100� ��異なるのは、第2高調波発生器105である。第 2高調波発生器105は、第2高調波発生器となる� ��導波路201と、この光導波路201のパルスレー� ��ー光源100側及び第2高調波の出射側に配置さ れる集光手段となるレンズ200,202と、を備え� �いる。つまり、光導波路201が、光軸上で2枚� ��レンズ200,202に挟まれている点が異なってい る。光導波路201は、例えば周期分極反転型で MgOを添加したLiNbO ₃ からなる光導波路を用いることができる。レ ンズ200,202としては、凸レンズを用いること� �できる。光導波路201へのパルスレーザー光� �100の集光を凸レンズ200により効率良く行う� �とができる。同様に、光導波路201から発生� �せる第2高調波をレンズ202によって効率良く� ��射させることができる。他の構成は、量子� ��ンタングルメントの生成検出装置50におけ� �光源部100と同じであるので、説明は省略す� �。

 第2実施形態に係る量子エンタングルメン トの生成検出装置150におけるリング型干渉計 170の構成は、第1実施形態に係る生成検出装� �50におけるリング型干渉計70に対して、特殊� ��ームスプリッタ120を備える点は同じ構成で� ��るが、光路形状(第1の相違点)、光パラメト� ��ック増幅器122の構造(第2の相違点)、分散媒� ��124の構造(第3の相違点)、赤色フィルタ205,206 を挿入可能にした構造(第4の相違点)が異なっ ている。以下、これらの相違点について図5� �参照して詳細に説明する。

 第1の相違点である光路形状について説明す る。
 図5において、リング型干渉計170は、特殊ビ ームスプリッタ120と、鏡203,204,121と、光パラ� ��トリック増幅器122と、鏡123,210と分散媒質124 とから構成されている。鏡203は特殊ビームス プリッタ120の平面視-X方向に配置され、鏡204� ��鏡203のY方向に配置され、鏡121は鏡204の-X方� ��に配置され、鏡123は光パラメトリック増幅� ��122の-Y方向に配置され、鏡210は鏡123のX方向� ��配置されると共に特殊ビームスプリッタ120� ��-Y方向に配置されている。
 ここで、鏡203,204,210は、鏡121,123と同様に、� ��周波数f ₀ 及び2f ₀ に対して反射率がほぼ100%の鏡であり、例え� �誘電体からなる。

 リング型干渉計170は、特殊ビームスプリ� ��タ120と鏡203,204,121,123,210とが六角形の各頂点 に配置されている。第1実施形態におけるリ� �グ型干渉計70が三角形の光路を有しているの に対して、本第2実施形態におけるリング型� �渉計170は六角形の光路を有している点(第1の 相違点)が異なっているが、リング型干渉計17 0としての動作は基本的に同じである。

 第2の相違点である光パラメトリック増幅器 122について説明する。
 光導波路207の光軸方向の前後にレンズ206,208 を配置した点が、第1実施形態によるリング� �干渉計70とは異なっている。リング型干渉計 170内の光パラメトリック増幅器122は、鏡121と 鏡123とから形成される光路軸に沿って配置さ れており、2枚のレンズ206,208で挟まれた周期� ��極反転型のMgOが添加されたLiNbO ₃ からなる光導波路207とから構成されている。 レンズ206,208としては、凸レンズを用いるこ� �ができる。リング型干渉計170内を周回し、� �導波路207を通過する光周波数f ₀ と光周波数2f ₀ の光は、2枚のレンズ206,208によって効率良く� ��射と出射が行われる。

 第1実施形態によるリング型干渉計70と比� ��て、本実施形態のリング型干渉計170では鏡2 03,204,210が追加されている。光導波路207の両� �それぞれに2枚以上の鏡を配置することによ� ��、光導波路207への両側からの光パルスの入� ��効率を最適化することができる。また、リ� ��グ型干渉計170中で、右回りと左回りで光導� ��路207から特殊ビームスプリッタ120までの距� ��を等しくすることにより、右回りと左回り� ��生成されたスクイーズド光間の空間的なモ� ��ドの一致を高めることができる。

 第3の相違点である分散媒質124について説明 する。
 リング型干渉計170に配置する分散媒質124と� ��て、2枚の平行に配置された平面ガラス板(� �下、平行平面ガラス板と呼ぶ)211,212を分散媒 質124として使用している点が、2枚のウェッ� �ガラス板124,125を使用した第1実施形態による リング型干渉計70と相違している。

 平行平面ガラス板211,212は、光軸に垂直な面 に対して対称に等しい傾き角を持つように配 置されている。この光軸に対する傾き角を、 平行平面ガラス板211,212の両者で等しく保ち� �がら変化させることが好ましい。この場合� �平行平面ガラス板211,212の傾き角が変化して� ��、これらのガラス板211,212を通過後の光ビー ムの光軸は変化しない。光軸に垂直な面に対 してこれらのガラス板211,212の傾き角を変化� �せると、平行平面ガラス板211,212の間を透過� ��る光路が変化するので、2枚のウェッジガラ ス板124,125と同様に分散の効果を得ることが� �きる。すなわち、第1及び第2の平行に配置さ れた平行平面ガラス板211,212を用い、光周波� �による屈折率の違いの効果により、光周波� �f ₀ と2f ₀ との光の間の相対的な光路長を変化させるこ とができる。

 ここで、平行平面ガラス板211,212の材料とし ては、BK7のようなホウケイ酸ガラスを使用す ることができる。さらに、これらのガラス板 211,212の両面には、光周波数f ₀ 及び光周波数2f ₀ に対する無反射コーティングを施し、光周波 数f ₀ 及び光周波数2f ₀ において高い透過率を持たせることが好まし い。

 例えば、平行平面ガラス板211,212の材料とし てBK7を用い、それらの厚さを5mmとする。光周 波数f ₀ の波長が1535nmで光周波数2f ₀ の波長が767nmの場合、平行平面ガラス板211,212 を対称に0°から4.8°回転させることで、光周� ��数f ₀ の光と光周波数2f ₀ の光の相対的な位相差をπ/2だけ変化させる� �とができる。

 第4の相違点である赤色フィルタ205,209につ� �て説明する。
 リング型干渉計170内の光軸上に抜き差しで� ��るように2枚の赤色フィルタ205,209を配設し� �おり、図示の場合には、赤色フィルタ205は� �121とレンズ206との間の光軸上に配置され、� �色フィルタ209はレンズ209と鏡123との間の光� �上に配置されている。赤色フィルタ205,209は� ��光周波数f ₀ をほぼ100%透過し、光周波数2f ₀ をほぼ100%吸収する特性を有している。赤色� �ィルタ205,209を上記した配置、つまり、2つの レンズに挟まれた光導波路207の前後に配置す ることで、光導波路207には光周波数2f0の光が 入射しなくなる。従って、光パラメトリック 増幅器122を構成する光導波路207には、励起光 となる光周波数2f ₀ のパルス光は赤色フィルタ205,209で除去され� �ので、光導波路207から光周波数f ₀ の水平偏光したスクイーズ光が発生しなくな る。このため、リング型干渉計170から第1及� �第2の量子エンタングルビーム130,131が発生し なくなる。

 赤色フィルタ205,209を光軸に挿入した場合、 ホモダイン検出器180,190には、スクイーズ光13 1,132が信号光として入射せず、光周波数f ₀ の局部発振光だけが入射する。これにより、 ホモダイン検出器180,190は、信号光が入射し� �い状態、つまりショット雑音レベルの検出� �として動作する。

 第2実施形態に係る量子エンタングルメン トの生成検出装置150において、光源部160及び リング型干渉計170は、赤色フィルタ205,209を� �軸に挿入できる以外は、第1実施形態に係る� ��子エンタングルメントの生成検出装置50と� �様に、第1の量子エンタングルビーム130及び� ��2の量子エンタングルビーム131を発生する。

 第1の量子エンタングルビーム130から第1の� �モダイン検出器180への伝播光路について説� �する。
 図示するように、水平直線偏光の第1の量子 エンタングルビーム130は、1/2波長板132と特殊 ビームスプリッタ213と鏡214との順に通過し、 第1のホモダイン検出器180に入射する。1/2波� �板132は、光周波数f ₀ に対するゼロオーダーの波長板であって、光 周波数f ₀ で水平直線偏光の光を垂直偏光に変換する。 特殊ビームスプリッタ213は垂直偏光の光を反 射させ、この光周波数f ₀ の光が鏡214によって反射される。鏡214は、例 えば誘電体からなる。
 これにより、第1の量子エンタングルビーム 130は、垂直偏光に変換された後に、第1のホ� �ダイン検出器180に入射する。これは、第1実� ��形態に係る量子エンタングルメントの生成� ��出装置50と同じである。

 第2の量子エンタングルビーム131から第2の� �モダイン検出器190への伝播光路について説� �する。
 第2の量子エンタングルビーム131は、2波長� �波長板118により垂直偏光の光に変換され、� �光ビームスプリッタ117,219を通過し、鏡220で� ��射されて、第2のホモダイン検出器190に入射 する。鏡220は、例えば誘電体からなり、光周 波数f ₀ の光を反射する。
 これにより、第2の量子エンタングルビーム 131は、垂直偏光に変換された後に、第2のホ� �ダイン検出器190に入射する。これは、第1実� ��形態に係る量子エンタングルメントの生成� ��出装置50と同じである。

 次に、局部発振光の伝播光路を説明する。
 光源160からの光周波数f ₀ の垂直偏光は、特殊ビームスプリッタ120で反 射され、リング型干渉計170を1周した後、再� �特殊ビームスプリッタ120で反射される。反� �された光周波数f ₀ の垂直偏光の光パルスは、1/2波長板132で水平 偏光に変換され、特殊ビームスプリッタ213に より強度比がほぼ50対50の水平偏光の反射光� �び水平偏光の透過光となる。特殊ビームス� �リッタ213によって反射された光周波数f ₀ の水平偏光の光パルスは、鏡214により反射さ れ、第1のホモダイン検出器180に入射し、局� �発振光となる。

 一方、特殊ビームスプリッタ213を透過し� ��水平偏光の光パルスは、分散媒質218と偏光� ��ームスプリッタ219を透過し、鏡220によって� ��射された後、第2のホモダイン検出器190に入 射し、局部発振光として使用される。

 第1実施形態に係る量子エンタングルメン トの生成検出装置50のホモダイン検出器80及� �90では、水平偏光した第1の量子エンタング� �ビーム130と垂直偏光した局部発振光間の位� �差を第1の電気光学結晶136によって調整し、� ��様に、水平偏光した第2の量子エンタングル ビーム131と垂直偏光した局部発振光間の位相 差を第2の電気光学結晶137によって調整して� �る。

 第2実施形態に係る量子エンタングルメント の生成検出装置150のホモダイン検出器180及び 190においては、第1実施形態に係る量子エン� �ングルメントの生成検出装置50のホモダイン 検出器80及び90とは異なる構成を採用してい� �。
 第1のホモダイン検出器180は、バンドパスフ ィルタ221と赤色フィルタ223と、光軸上に抜き 差しできる1/4波長板225と、1/2波長板138と、偏 光ビームスプリッタ140と、偏光ビームスプリ ッタ140で反射された光を集光するレンズ226と 集光された反射光を検出するフォトダイオー ド142と、偏光ビームスプリッタ140を透過した 光を集光するレンズ227と集光された透過光を 検出するフォトダイオード143と、2つのフォ� �ダイオード142,143で検出された光電流の差を� ��力するRFコンバイナー146とから構成されて� �る。RFコンバイナー146からの出力は、ホモダ イン検出器80と同様にさらに図示しない増幅� ��148で増幅されても良い。

 第1のホモダイン検出器180においては、鏡 214と1/2波長板138との光軸上にバンドパスフィ ルタ221と赤色フィルタ223と、光軸上に抜き差 しできる1/4波長板225と、レンズ226,227が配置� �れている以外の構成は、第1のホモダイン検� ��器80の構成と同じである。

 バンドパスフィルタ221は、光周波数f ₀ での透過率が最も高い光透過特性を有してい る。このため、光周波数f ₀ の局部発振光と干渉しない光振動数の成分は 、可能な限り除去される。

 赤色フィルタ223は、リング型干渉計170で用� ��た赤色フィルタ205,209と同様に光周波数f ₀ での透過率がほぼ100%で、光周波数2f ₀ での透過率がほぼ0%の光学特性を有している� ��このため、赤色フィルタ223によって、周波� ��2f ₀ の光パルスが、フォトダイオード142,143へ入� �しなくなる。

 1/4波長板225は、光路に挿入した場合、光周� ��数f ₀ の光パルスの水平偏光成分と垂直偏光成分の 位相差をπ/2ずらすことができる。1/4波長板22 5を配置して測定を行うことで、1/4波長板225� �ない場合と比べて、垂直偏光の第1の量子エ� ��タングルビーム130と水平偏光の局部発振光� ��の位相差をπ/2ずらすことができる。これに より、第1のホモダイン検出器80における電気 光学結晶137と同様に、垂直偏光した第1の量� �エンタングルビーム130と水平偏光した局部� �振光間の位相差を調整することができる。

 偏光ビームスプリッタ140とフォトダイオ� ��ド142,143との間に配置されるレンズ226,227は� �光のために設けているが、例えば凸レンズ� �用い得る。

 第1のホモダイン検出器180においては、1/2 波長板138よりも右側に配置される偏光ビーム スプリッタ140とフォトダイオード142,143とRFコ ンバイナー146の機能は、第1のホモダイン検� �器80と同じであるので説明は省略する。

 第1のホモダイン検出器180によれば、バン ドパスフィルタ221、赤色フィルタ223、集光用 のレンズ226,227を備えているので、第1のホモ� ��イン検出器80よりも感度を増大させること� �できる。

 次に、第2のホモダイン検出器190について説 明する。
 第2のホモダイン検出器190は、バンドパスフ ィルタ222と、赤色フィルタ224と、1/2波長板139 と、偏光ビームスプリッタ141と、偏光ビーム スプリッタ141で反射された光を集光するレン ズ228と集光された反射光を検出するフォトダ イオード144と、偏光ビームスプリッタ141を透 過した光を集光するレンズ229と集光された透 過光を検出するフォトダイオード145と、2つ� �フォトダイオード144,145で検出された光電流� ��差を出力するRFコンバイナー147とから構成� �れている。RFコンバイナー147からの出力は、 ホモダイン検出器90と同様にさらに図示しな� ��増幅器149で増幅されても良い。

 第2のホモダイン検出器190が第1のホモダ� �ン検出器180と異なるのは、光軸上に抜き差� �できる1/4波長板225を備えていない点にある� �つまり、第1のホモダイン検出器180の1/4波長� ��225の替わりに分散媒質218を用いている。分� ��媒質218は、上記したように、特殊ビームス� ��リッタ213を透過した水平偏光の光パルスを� ��射させる鏡215と偏光ビームスプリッタ219と� ��間の光軸上に配置されている。

 分散媒質218は、2枚のガラス板216,217から� �成されている。2枚のガラス板216,217は、波長 に対して微小な光路長差を与えることができ る光学部品のウェッジガラス板を使用するこ とができる。上記したように、ウェッジガラ ス板216,217は、ガラス板216又はガラス板217を� �軸に対して垂直方向に移動することができ� �。ガラス板216又はガラス板217を光軸に対し� �垂直方向に移動することにより、第2のホモ� ��イン検出器190において、第2の量子エンタン グルビーム131と局部発振光との位相差を変化 させることができる。

 第2のホモダイン検出器190によれば、第1� �ホモダイン検出器180と同様にバンドパスフ� �ルタ222、赤色フィルタ224、集光用のレンズ22 8,229を備えているので、第2のホモダイン検出 器90よりも感度を増大させることができる。

(エンタングルメントの判定基準)
 次に、第1及び第2の量子エンタングルビー� �130,131のエンタングルメントの判定基準につ� ��て説明する。
 第1及び第2の量子エンタングルビーム130,131� ��直交位相振幅を、それぞれX _a (φ _a ),X _b (φ _b )とする。
 ここでφ _a ,φ _b は、それぞれ、第1及び第2の量子エンタング� ��ビーム130,131と対応する局部発振光の位相差 を表す。
 また、2つの真空状態の直交位相振幅をそれ ぞれX _a,vac ,X _b,vac とする。

 生成された状態がエンタングルしているた� ��の十分条件は、下記(1)式の不等式で表され� ��(非特許文献4参照)。
 ここで、φ _a1 ,φ _a2 ,φ _b1 ,φ _b2 ,は、φ _a2 -φ _a1 =π/2,φ _b2 -φ _b1 =π/2の関係を満たす必要がある。
 生成された第1及び第2の量子エンタングル� �ーム130,131の状態が上記(1)式の不等式を満足� ��ていれば、実際にエンタングルしているこ� ��になる。

 ホモダイン検出器180において、第1の量子エ ンタングルビーム130と局部発信光は、同軸で あることから、φ _a はある特定の値に固定されている。ここで、 1/4波長板225がない場合の位相差をφ _a =φ _a1 と定義すると、1/4波長板225を挿入したときの 位相差はφ _a =φ _a2 =φ _a1 +π/2となる。分散媒質218により、φ _b は任意の値に変えることができる。

 測定手順としては、1/4波長板225が光路上に� ��い状況で、φ _b を不連続的に走査させながら、ホモダイン検 出器180でX _a (φ _a1 )とホモダイン検出器190でX _b (φ _b )を同時に測定する。
 次に、1/4波長板225を配置し、φ _b を不連続的に走査させながら、X _a (φ _a2 )及びX _b (φ _b )を同時に測定する。次に、赤色フィルタ205,2 09をリング型干渉計170中に配置し、ホモダイ� ��検出器180,190に局部発信光のみを入射しX _a,vac ,X _b,vac を測定する。
 上記の得たX _a (φ _a1 ),X _b (φ _b ),X _a (φ _a2 ),X _b (φ _b ),X _a,vac 及びX _b,vac から、上記(1)式中の下記(2)式の値を得ること ができる。

(量子エンタングルメント生成検出装置の第2� ��施形態の測定例)
 量子エンタングルメント生成検出装置150の� ��成の主要部を説明する。
パルスレーザー光源100として、波長1535nm,パ� �ス幅3.7ns,繰り返し周波数2.7kHzの受動Qスイッ� ��エルビウム(Er)添加ガラスレーザー(cobolt社� �、tangoレーザー)を使用した。第2高調波発生� ��105として、周期分極反転型のMgOが添加され� ��LiNbO ₃ からなる光導波路201を用いた。同様に、リン グ型干渉計170内の光パラメトリック増幅器122 として、周期分極反転型のMgOが添加されたLiN bO ₃ からなる光導波路207を用いた。従って、光周 波数f ₀ は、波長1535nmであり、光周波数2f ₀ は波長が約767nmである。

 量子エンタングルメント生成検出装置150に� ��って、第1及び第2の量子エンタングルビー� �130,131を発生させ、第1及び第2のホモダイン� �出器180,190によって第1及び第2の量子エンタ� �グルビーム130,131の直交位相振幅を測定した� ��上記のエンタングルメントの判定基準で説� ��した手順によって第1及び第2の量子エンタ� �グルビーム130,131の直交位相振幅であるX _a (φ _a ),X _b (φ _b )、φ _a ,φ _b、 2つの真空状態の直交位相振幅であるX _a,vac ,X _b,vac 等の測定を行った。

 次に、上記測定で得た結果について説明す� ��。
 図6は、〈δ ² (X _a (φ _a1 )+X _b (φ _b ))〉の値が最小になった位相(その位相をφ _b =φ _b1 とする。)におけるX _a (φ _a1 )とX _b (φ _b1 )の散布図である。
 図6から明らかなように、X _a (φ _a1 )とX _b (φ _b1 )とは、和の相関を有していることが分かり� �〈δ ² (X _a (φ _a1 )+X _b (φ _b ))〉=0.31という値を得た。この値は、対応す� �真空雑音に対して-2.0dBである。

 図7は、φ _b =φ _b2 =φ _b1 +π/2を満たす位相(その位相をφ _b =φ _b1 とする。)におけるX _a (φ _a2 )とX _b (φ _b2 )の散布図である。
 図7から明らかなように、X _a (φ _a2 )とX _b (φ _b2 )とは、差の相関を有していることが分かり� �〈δ ² (X _a (φ _a2 )-X _b (φ _b2 ))〉=0.33という値を得た。この値は、対応す� �真空雑音に対して-1.9dBである。

 図8は、測定したX _a (φ _a ),X _b (φ _b )から計算した第1の量子エンタングルビーム1 30と第2の量子エンタングルビーム131の和と差 の分散のφ _b への依存性を示す図である。図8の横軸はφ _b (πラジアン)であり、縦軸は対応する真空雑� �と比較した場合の分散の大きさ(dB)である。� ��において、丸印(●)及びバツ印(×)は、それ� ��れ、〈δ ² (X _a (φ _a1 )+X _b (φ _b ))〉、〈δ ² (X _a (φ _a2 )-X _b (φ _b2 ))〉に対応している。すなわち、丸印のデー� ��は、1/4波長板225が光路上にない状況で、φ _b を不連続的に走査させながら、ホモダイン検 出器180でX _a (φ _a1 )を、ホモダイン検出器190でX _b (φ _b )を同時に測定し、測定されたX _a (φ _a1 ),X _b (φ _b )から計算された和の分散である。また、バ� �印のデータは、1/4波長板225を配置し、φ _b を不連続的に走査させながら、X _a (φ _a2 )及びX _b (φ _b )を同時に測定し、測定したX _a (φ _a2 ),X _b (φ _b )から計算した差の分散である。
 図8から明らかなように、〈δ ² (X _a (φ _a1 )+X _b (φ _b ))〉は、φ _b がπラジアン及び3πラジアンのときに最小と� ��り、φ _b が2πラジアンのときに最大となることが分か る。また、〈δ ² (X _a (φ _a2 )-X _b (φ _b ))〉は、φ _b がおおよそ1.6πラジアンのときに最小となり� ��φ _b がおおよそ2.7πラジアンのときに最大となる� ��とが分かる。

 得られた〈δ ² (X _a (φ _a1 )+X _b (φ _b ))〉及び〈δ ² (X _a (φ _a2 )-X _b (φ _b2 ))〉の値から、上記(1)式を計算すると、下記( 3)式に示す不等式が得られる。
 つまり、上記(3)式の左辺の値が0.64であり、 1よりも小さいので、明白にエンタングルメ� �トに対する十分条件を満たす。つまり、第1� ��量子エンタングルビーム130と第2の量子エン タングルビーム131は、エンタングルしている ことが判明した。