CN1148607C - 光子数状态发生装置 - Google Patents
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Abstract
提供发生其发生时刻已知的一定数的光子的装置，进而提供按已知的计划发生一定数的光子的装置。特别是上述一定数为1，可以利用于量子密码通信等。具有发生由信号光子和空载光子构成的发生时刻具有相关关系的光子对的光子对源、检测空载光子的光子数的光子数检测器、根据光子数检测器的光子数的信息控制门装置的控制装置和控制信号光子的射出的门装置。
Description
技术领域
本发明涉及发生发生时刻已知的一定数的光子的装置，进而涉及按已知的计划发生一定数的光子的装置。特别重要的上述一定数是1，可以利用于量子密码通信等。
背景技术
在量子密码通信***中，通过使光子逐个携带信息，便可根据量子力学的原理发现窃听者。但是，如果使2个以上的光子携带相同的信息，窃听者就有可能利用这些光子中的一部分，从而不能检测到窃听者的存在。这样，从理想上说，就有必要利用最多只包含1个光子的脉冲。作为这样的脉冲，为了使每1个脉冲的光子的平均数μ约为0.1，通常利用衰减器将来自激光光源的光进行衰减。通过这样处理，就可以将2个以上的光子包含在脉冲中的概率减小到1/100，但是，脉冲中包含1个光子的概率也减小到了约0.1。即，μ＝0.1时，10次中实际只能进行1次传输。
作为改善这种方法的先有技术的一例，下面，使用与本发明实施例中的图5相当的图11说明在日本特表平8-505019号公报的「使用量子密码的密钥分配***和方法」中所述的技术。在图11中，7是发生用于抽运非线性光学介质9的抽运光8的激光器。在非线性光学晶体9中，发生抽运光的光子一个概率地发生2个光子的参量荧光对。其中的1个光子(这里，称为空载光子5)由光检测器和门控制装置38检测，在检测到时，就打开门装置4让另一个光子(称为信号光子6)通过。在该先有技术中，如日本特表平8-505019号公报的「使用量子密码的密钥分配***和方法」的实施例所示的那样，作为光检测器，使用了光电倍增管及在能动猝熄控制中使用的半导体雪崩光电二极管(以下，表为AQ-APD)等。
但是，在直接将先有技术中使用的检测器作为光检测器使用时，在检测器的反应时间内多个光子入射时，就不能检测多个入射的情况。例如，在AQ-APD中，不论入射几个光子，脉冲的大小是一定的，所以，即使能检测光子入射的情况，也不能得到关于入射的光子的数的信息。另外，在使用光电倍增管时，其量子效率η低，最大也只有约20％，2光子检测的效率是η的平方，非常低(4％)，不能检测2光子以上的入射。
在先有技术中，由于是以使用这些检测器为前提的，所以，没有进行入射光子数的判断的机构。
因此，在从参量荧光在检测器的反应时间内连续地发生多个光子时，就把门打开了，从而就存在射出2光子的状态这样的问题。
但是，在另一方面，2光子在检测器的反应时间内连续存在的「2光子状态」的生成等又是不可能的。
如上所述，在先有的技术中，由于检测器不能检测入射光子数，并且不具有判断该入射的光子数的机构，所以，在光子对在光子检测器的反应时间内连续地发生时，将把门打开，从而有在检测器的反应时间内将射出包含2个光子或2个以上的光子的状态这样的缺点。
另外，在先有的方法中，在1个脉冲内部不能正确地发生多个光子。
另外，不能控制在脉冲内部的光子发生的时刻。
发明内容
本发明就是为了解决这些问题而提出的，目的旨在实现可以抑制在检测器的反应时间内包含不相关的2个或2个以上的光子的状态，并在1个脉冲内部正确地发生具有相关关系的多个光子从而可以控制脉冲内部的光子发生的时刻。
本发明的光子数状态发射装置包括：发生由信号光子和空载光子构成的发生时刻具有相关关系的光子对的光子对源、检测空载光子的光子数的光子数检测器、根据光子数检测器的光子数的信息控制门装置的控制装置和控制信号光子的射出的门装置，其中所述光子数检测器具有多个光束准直器和数量与光束准直器的输出的数量N相等的光子检测器，并根据与入射光子对应的光子检测器的数目来识别同时入射的光子的数目，以及所述控制装置具有分辨光子数检测器的光子数的分辨部。
另外，作为发生光子对的光子对源具有抽运光光源和非线性光学介持，来自抽运光光源的抽运光入射到非线性光学介质上。
另外，作为入射抽运光的非线性光学介质为具有抽运光与非线性光学介质的光轴间的夹角设定为谐振曲线与和特定的单一波长a对应的直线相切的角度的非线性光学晶体。
另外，作为入射抽运光的非线性光学介质为具有抽运光与非线性光学介质的光轴间的夹角设定为谐振曲线与和某一特定的2个波长a、b对应的直线相切的角度的非线性光学晶体。
另外，作为入射抽运光的非线性光学介质包括波导型的非线性光学介质。
另外，作为入射抽运光的非线性光学介质包括伪相位匹配型非线性光学介质。
另外，本发明的光子数状态发生装置还具有分辨光子数检测器的光子数信息是表示入射到光子数检测器中的光子数为1个的分辨部。
另外，所述控制装置中具有时钟发生部和在由该时钟所规定的一定时间内仅以小于特定数的次数开关门装置的开关次数判断部。
另外，所述控制装置中具有时钟发生部和在由该时钟发生部所规定的一定时间内仅仅对最初的光子数检测器的信号开关门装置的开关次数判断部。
另外，所述控制信号光子的射出的门装置中，具有以比开关时间短的时间差进行开关的多个快门。
另外，本发明的光子数状态发生装置具有使从光子对发生的信号光子到达控制该光子的射出的门装置的光纤。
在本发明中，在光子源中发生的发生时刻具有相关关系的由信号光子和空载光子构成的光子对内，通过由光子数检测器检测空载光子的光子数，并根据光子数检测器的光子数的信息控制门装置，来控制包含在信号光子中的光子数。
另外，入射来自抽运光光源的抽运光，将由非线性光学介质发生的发生时刻具有相关关系的光子对作为空载光子和信号光子使用。
另外，在设置入射抽运光的非线性光学介质时，将抽运光与非线性光学介质的光轴的夹角设定为其谐振曲线与和某一特定的单一波长a对应的直线相切的角度。
另外，在设置入射抽运光的非线性光学介质时，将抽运光与非线性光学介质的光轴的夹角设定为其谐振曲线与和某一特定的2个波长a、b对应的直线相切的角度。
另外，使抽运光入射到波导型的非线性光学介质中。
另外，使抽运光入射到伪假相位匹配型非线性光学介质中。
另外，来自光子数检测器的光子数的信息为一定的范围者由控制装置的分辨部进行分辨。
另外，来自输出根据输入光子数而其输出脉冲的高度发生变化的信号的光子数检测器的信号，由控制装置所备有的波高分辨部分辨输出脉冲的高度在某一一定的范围内者。
另外，分辨来自光子数检测器的光子数的信息中的入射到光子数检测器中的光子数为1个的情况。
另外，分辨来自光子数检测器的输出脉冲的高度与入射光子数检测器的光子数为1个时的高度相当的情况。
另外，在由控制装置的时钟发生部的时钟规定的一定时间内仅以小于特定的次数的次数开关门装置。
另外，在由控制装置的时钟发生部的时钟规定的一定时间内仅对最初的光子数检测器的信号开关门装置。
另外，由光子数检测器检测空载光子的光子的输入，在由时钟发生器的时钟规定的一定时间内仅以小于特定的次数的次数开关控制信号光子的射出的门装置。
另外，由以比开关时间短的时间差进行开关的多个快门控制信号光子的射出。
另外，使用光纤使从光子对发生的信号光子到达控制该光子的射出的门装置。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的全体结构图。
图2是表示由非线性光学介质发生的光子的波长与发射角度的关系的图。
图3是表示在本发明的一个实施例中使用的光子数检测器的入射光子与输出信号的关系的图。
图4是表示在本发明的一个实施例中使用的光子数检测器的入射光子数与输出信号的高度的关系的图。
图5是本发明的一个实施例的全体结构图。
图6是在本发明的一个实施例中使用的光子数检测器的结构图。
图7是在本发明的一个实施例中使用的门装置的结构图。
图8是用于说明在本发明的一个实施例中使用的门装置的动作的图。
图9是本发明的一个实施例的全体结构图。
图10是用于说明本发明的一个实施例的动作的图。
图11是先有技术的一例的全体结构图。
最佳实施方式
实施例1.
图1是本发明的一个实施例的全体结构图。在本实施例中，是发生在检测器的分解时间τ以内2光子不密集地存在的单一光子状态的装置。
在图1中，1是发生发生时刻具有相关关系的光子对的光子对源、2是检测空载光子5的光子数检测器、3是根据光子数检测器的光子数的信息控制门装置4的控制装置。门装置4控制信号光子6的射出。光子对源1由非线性光学介质9和对其进行抽运的抽运光8的光源7构成。由非线性光学介质9发生的空载光子5由透镜15通过有选择地使目的的空载光子透过的滤光镜17而聚焦到光子数检测器2上。从光子数检测器2根据一度入射的光子数而输出波高不同的脉冲。仅在该脉冲的波高表示入射光子数为1光子时，波高分辨部12触发门装置控制部13，通过该触发，门装置控制部13将门装置4打开一定的时间。
另一方面，信号光子6由透镜15聚焦，通过有选择地使信号光的波长2λ的光子透过的滤光镜16，聚焦到光纤10上。14是用于使外部的光有效地入射到光纤中的微动装置。光纤10用于在通过上述步骤空载光子5入射到检测器2中后，至控制门装置4之前所需要的时间期间使信号光子6到达门装置4的时间延迟。
(光子对发生器的说明)
在非线性光学介质9中，通过降频变换发生具有抽运光8的波长λ的2倍的波长2λ的空载光子5和信号光子6。在本实施例中，作为抽运光源7，使用具有351.1nm的波长的氩激光器。这时，空载光子5和信号光子6作为相互发生的光子的能量之和与351.1nm的波长的光子的能量相等的对即分别作为702.2nm的波长的光子而分别发生。
如在日本特愿平9-353078的「光子束发生装置」中所详细描述的那样，通过将非线性光学介质的光轴设定为与抽运光成某一特定的角度，便可使发生的空载光子5和信号光子6以光束状并且高效率地发生。图2表示β-Barium-Boron-Oxcide(BBO)晶体的光轴设定为与抽运光成50.4度的角度时的谐振曲线。在图2中，横轴表示发生的光子的波长，纵轴表示光子相对于抽运光的入射方向的出射方向。由图可知，2个谐振曲线与和波长702.2nm对应的直线相切。在该条件下，波长702.2nm的荧光对分别在+3度和-3度的方向以光束状射出。通过使用这样的非线性光学介质，相对于抽运光的入射功率，有效地发生光子对，结果，在以同等的比率发生单一光子时，可以降低装置的电力消耗。
这里，作为发生时刻具有相关关系的光子对的发生方法，使用了参量荧光对，但是，也可以利用其他方法来发生。例如，可以利用激励状态的级联发射过程等。
(光子数检测器的说明)
在本实施例中，作为光子数检测器，使用了Boeing公司开发的Visual Light Photon Counter(以下表为VLPC)。该VLPC如AppliedPhysics Letters的1999年2月15日号登载的Jungsang Kim，ShigekiTakeuchi，Yoshihisa Yamamoto，and Henry H.Hogue等人的题为「Multi-photon Counting using Visible Light Photon Counter」的论文所详细论述的那样，可以以很高的量子效率检测入射了几个光子。
下面，使用图3说明多个光子入射到检测器中时的动作。在图3中，横轴表示时间，纵轴表示VLPC的输出脉冲的高度(波高)。另外，曲线从上到下分别表示(a)仅1个光子入射、(b)2光子同时入射、(c)2光子按3ns的间隔入射、(d)2光子按5ns的间隔入射时的输出脉冲。这样，在2光子同时入射时，脉冲高度成为1光子入射的约2倍。
图4是分别对入射到检测器中的光子数为1光子时和2光子时统计的脉冲高度的分布。2光子入射使用参量荧光对进行，但是，由于有光学调整的问题，所以，对于发生的所有的光子对，并不是使光子对的光子双方都入射到VLPC上。在曲线上，10mV以下的部分是噪声，以37mV为中心的峰值相当于1光子检测，以74mV为中心的峰值相当于2光子检测。因此，VLPC在其结构上入射2个以上的光子时，就输出与该个数基本上成正比的高度的检测脉冲。
(控制装置的具体结构和说明)
在修正了光学调整的问题等评价中，判定检测器的波高在10mV到56mV的范围内为「1光子检测」时，使用VLPC的光子数检测器对1光子入射的量子效率为75％时，不论2光子入射如何，判定为「1光子」的概率约为35％。在波高分辨部12中，使用波高分析器仅在从光子数检测器入射这样的波高的信号时触发门装置控制部。按照该触发开关门装置。门装置打开的时间最好约为检测器的分解时间，在本实施例中，最好约为2ns～5ns。
将上述2光子误判定为1光子的概率，通过进一步提高使用VLPC的光子数检测器的量子效率便可得到改善。在这样的检测器中，如Applied Physics Letters 1999年2月22日号登载的JungsangKim，Shigeki Takeuchi，Yoshihisa Yamamoto，and Henry H.Hogue等人的题为「High quantum-efficiency single-photon countingsystem」论文所述的那样，可以改善到接近90％的量子效率，这时，可以将把2光子误判定为1光子的概率抑制到18％以下。
通过使用这样的检测器，就可以将在先有技术中「从参量荧光在检测器的反应时间内连续地发生多个光子并打开门而射出2光子的状态」这样的现象降低到1/5以下。另外，在先有技术中，为了避免2光子射出而采用了减少每1脉冲的平均光子数(例如，为0.1)的方法，所以，利用于通信时，将降低传输效率，但是，按照本实施例，每1脉冲平均可以射出1个光子，从而可以提高传输效率。
实施例2.
在实施例1中，发生的信号光的波长为702.2nm，但是，该波长可以通过选择适当的抽运光源用激光器和非线性光学介质而任意改变。例如，可以发生在使用光纤的通信中通常所使用的1550nm附近、1310nm附近、以及800nm附近的波长。
实施例1(图2)所示的光子对的发生方法，是适用于得到波长相等、角度展宽小的光子对光束的方法，但是，对于其他的目的，通过改变BBO晶体的光轴方向，也可以得到波长不同的光子对。这时，图2的2个谐振曲线就分别与和不同的波长对应的直线相切。这时，光子的取出方向就以图2所示的谐振曲线与和各波长对应的直线相切的角度取出。按照该条件，通常扩展为圆锥状的光子集束为1条光束，从而可以得到分布密度高的光子光束。
作为本发明的这样的其他实施例，有在图1中使用半导体激励Yag激光器的升频激光器作为抽运光源7发生532nm的抽运光8、并发生1310nm的光子作为信号光子6、发生896nm的光子作为空载光子5的装置。这时，按照日本特愿平9-353078的「光子光束发生装置」所详细说明的方法，将非线性光学介质的光轴的角度设定为其谐振曲线分别在1310nm和896nm相切的角度，来提高光子对的发生效率。另外，通过将空载光子的波长设定为接近可见光的波长的红外区域，可以在光子数检测器的量子效率高的状态检测光子数。
利用这样的结构，可以在检测器的分解时间τ以内发生在光纤中的传输损失小的1310nm附近的光子，而不密集地存在2光子。另外，在本实施例中，通过如上所述那样设定晶体的角度，可以有效地发生光子对，另外，可以维持空载光子的光子数的高检测效率，结果，便可降低装置的电力消耗。
实施例3.
本发明的其他实施例示于图5。在本实施例中，7是抽运光源、18是将抽运光进行导波的光纤、19是波导型非线性介质、20是分辨从波导型非线性光学介质19发生的荧光对和抽运光的波导型滤波器、21是抽运光的射出口、22是把荧光对区分成2个分支的波导型滤波器。
在本实施例中，参量荧光对在波导型非线性光学介质19中发生。荧光对分别具有纵、横的偏振光，在作为偏振光光束分离器而动作的波导型滤波器22中，使具有其中的一方的偏振光的荧光传达到光子数检测器，而使另一方传达到光纤10。
利用这样的结构，可以使装置实现小型化，另外，也不需要光学的调整。
在本实施例中，作为非线性光学介质，使用了波导型非线性光学介质19。如日本物理学会讲演概要集第53卷第2号第2分册341页的佐中等人的「光波导型非线性元件的2光子相关现象I」所述的那样，在伪假相位匹配型的波导型非线性介质中，通过伪假相位匹配可以得到满足所使用的抽运光和发生的光子平行地发生的条件的非线性。
这样，便可任意地选择抽运光和发生光子的波长。
实施例4.
作为其他的实施例，将多个光子检测器组合而构成为图3～4所示的实施例1中的光子数检测器的情况示于图6。在图6中，23、24、25是具有50∶50的分割比的波导型光束准直器、26～29是光子检测器。作为光子检测器26～29，也可以使用可以检测光子的入射而不能分辨入射的光子数的检测器。例如，可以使用入射的光子数以盖格模式驱动雪崩光电二极管的例如精工EG&G制的SPCM(SinglePhoton Counting Module)-AQ。
由光纤传播来的光子在经过光束分离器23～25的期间分别以1/4的概率向光子检测器26～29入射。因此，例如在检测器的反应时间内入射了2光子时，有3/4的概率2个检测器进行应答，从而可以区别为2光子。
检测器26～29的检测信号可以直接作为并行信号传输到图3的分辨部12，也可以以一定的形式压缩后作为串行信号进行传输。另外，通过将逻辑电路组装到各检测器的后级，可以使光子数检测器和分辨部12实现一体化。
另外，这里作为一例给出了将4个检测器并联使用的情况，但是，也可以使用任意个数的检测器。通常，将N个检测器并联使用并设置光束分离器用以按和这些检测器相等的概率入射光子时，2光子入射的检测概率可以表为(N-1)/N。
另外，在本实施例中，对于光束分离器23～25，使用了50∶50的光束分离器，但是，也可以根据各检测器的量子效率等使用适当的分割率的光束分离器。
另外，作为用并列设置的多个检测器接收光子的方法，这里使用了使用光束分离器将光路分割为多个的方法，但是，例如在可以相邻地设置受光面时，也可以使用透镜等利用这些多个光子检测器分别以均匀的检测率进行检测。
实施例5.
作为其他的实施例，也可以在图1的波高分辨部12中仅将光子数检测信号与入射2个光子的情况相当的成分切出。这时，在检测器的反应时间内就从门射出包含2个光子的状态。当然，既可以切出光子数N个的情况，同样也可以发生包含2个以上的光子的状态或偶数个光子数状态等任意的组合。
实施例6.
作为其他的实施例，在图1的门装置4中具有2个快门的装置示于图7。在图7中，10是用于延迟信号光子到达门装置的到达时刻的光纤，30、31是电光元件，32、33、34是偏振片，35是“非”门，36是延迟器，13是控制装置。这时，偏振片33和34设定为对通过偏振片32的光的偏振光具有最大的透过率，而具有与其正交的偏振光的光则不能透过。另外，电光元件30和31在给定的控制信号的逻辑值为1时使偏振光转动90度，在控制信号的逻辑值为0时就不使偏振光转动。
门装置尽可能保持仅在光子存在的期间打开的状态，在除此以外的期间最好关闭。但是，在电光元件单体中，该门时间不能设定为小于由该电光元件的反复应答时间规定的时间。本实施例通过具有2个快门，来实现比快门的反复应答时间短的时间的门操作。
下面，使用图8说明该门电路的动作。在图8中，横轴表示时间。最上边的曲线表示作为目标的光子数的状态到达门操作部的概率，曲线A表示在图7的A点的信号的状态，曲线B同样表示在图7的B点的信号的状态。A也可以认为是控制装置的控制信号本身。电光元件31在通过偏振片33、34的组合而输入逻辑0时使光子透过，另外，在输入逻辑1时就阻挡光子。
电光元件30通过偏振片32、33的组合也起同样的作用。
如图8的曲线A的时刻T0的状态那样，控制装置的控制信号总是设定为1。这时，利用电光元件31作为门装置而不让光子透过。这时，逻辑0通过“非”门35输入电光元件30，使光子透过。
控制装置13使输出的逻辑值从1变化为0，用以使在预测为光子到达门操作部之前的时刻T1电光元件31使偏振光通过。这时，由于延迟器36的作用，电光元件30仍然是逻辑0。这时，光子可以透过门装置。该状态在由延迟器设定的时间期间继续。在延迟之后，在时刻T2，电光元件的逻辑值变换为1，从而光子不能透过电光元件30部分。在时刻T3，控制信号再次从0变换为1，电光元件31转移到关闭的状态，在时刻T4返回到初始状态。
根据上述结构，可以用比各个电光元件的应答时间短的时间打开门装置，从而可以有选择地仅射出所需要的光子。
实施例7.
本发明的其他实施例示于图9。在图9中，37是发生供给控制装置的时钟的时钟发生部。下面，使用图10说明本实施例的动作。在图10中，横轴表示时间。曲线C表示在图9的点C观测的时钟信号，曲线D表示在图9的D点观测的光子数检测器12的信号，曲线E表示控制装置13的门控制信号，曲线F表示经过门装置4后在光纤11中观测的光子的分布。
如由曲线D所看到的那样，从光子数检测器2总是输出具有与在该时刻的入射光子数相应的波高的信号。波高分辨部12选择与1次1个光子的入射对应的波高。在控制装置13中，仅对在时钟前沿之后最初输入的波高分辨部的信号打开门装置4(曲线E)。结果，便从光纤11以由曲线F所看到的基本上一定的间隔射出单一的光子。
在本实施例中，波高分辨部12选择在光子数检测器2的灵敏度时间内仅1个光子的状态。当然，也可以选择与2个或2个以上的光子数对应的状态。这样，便可以与一定间隔相近的间隔发生多光子数状态。如果增加发生的光子对的数，就可以使该间隔进一步接近一定。
实施例8.
在实施例7中，在一定时间间隔内只打开1次门装置，但是，也可以在一定时间间隔内打开N次门装置。这样，就可以在一定时间内生成包含N个光子的状态。这时，通过增加发生的光子对的数，便可生成以某一一定间隔反复发生N个光子的组的状态。
如上所述，在本发明的光子数状态发生装置中，通过具有发生发生时刻具有相关关系的光子对源、检测其中的一方的光子的光子数检测器和根据光子数检测器的光子数的信息控制门装置的控制装置，可以与检测器的应答速度无关地发生任意的光子数状态。
另外，作为发生光子对的光子对源，通过具有抽运光光源和入射来自抽运光光源的抽运光的非线性光学介质，可以有效地发生任意的光子数状态。
另外，通过适当地调节非线性光学元件，可以更有效地发生光子数状态。
另外，作为非线性光学介质，通过具有波导型的非线性光学介质，不需要光学的调整便可很容易地进行处理。
另外，在控制装置中通过具有时钟发生部和在由其脉冲规定的一定时间内仅以小于特定的次数的次数开关门的开关次数判断部，便可在一定时间间隔内发生光子数状态。
另外，在门装置中通过具有以比开关时间短的时间差进行开关的多个快门，可以实现比快门本身的反复频率短得多的时间开关。
工业上的可利用性
本发明的光子数状态发生装置，通过具有发生发生时刻具有相关关系的光子对源、检测其中的一方的光子的光子数检测器和根据光子数检测器的光子数的信息控制门装置的控制装置，可以与检测器的应答速度无关地发生任意的光子数状态，作为发生其发生时刻已知的一定数的光子的装置是有用的。
Claims (11)
1.一种光子数状态发生装置，其特征在于包括：发生由信号光子和空载光子构成的发生时刻具有相关关系的光子对的光子对源、检测空载光子的光子数的光子数检测器、根据光子数检测器的光子数的信息控制门装置的控制装置和控制信号光子的射出的门装置；
其中，所述光子数检测器具有多个光束准直器和数量与光束准直器的输出的数量N相等的光子检测器，并根据与入射光子对应的光子检测器的数目来识别同时入射的光子的数目，以及
所述根据光子数检测器的光子数的信息控制门装置的控制装置具有分辨光子数检测器的光子数的分辨部。
2.按权利要求1所述的光子数状态发生装置，其特征在于：所述发生光子对的光子对源具有抽运光光源和非线性光学介质，来自抽运光光源的抽运光入射到所述非线性光学介质上。
3.按权利要求2所述的光子数状态发生装置，其特征在于：所述入射抽运光的非线性光学介质为非线性光学晶体，它的抽运光与非线性光学介质的光轴间的夹角设定为谐振曲线与和特定的单一波长a对应的直线相切的角度。
4.按权利要求2所述的光子数状态发生装置，其特征在于：所述入射抽运光的非线性光学介质为具有抽运光与非线性光学介质的光轴间的夹角设定为谐振曲线与和某一特定的2个波长a和b对应的直线相切的角度的非线性光学晶体。
5.按权利要求2所述的光子数状态发生装置，其特征在于：所述入射抽运光的非线性光学介质包括波导型的非线性光学介质。
6.按权利要求2所述的光子数状态发生装置，其特征在于：所述入射抽运光的非线性光学介质包括伪相位匹配型非线性光学介质。
7.按权利要求1所述的光子数状态发生装置，其特征在于：具有分辨光子数检测器的光子数信息是表示入射到光子数检测器中的光子数为1个的分辨部。
8.按权利要求1所述的光子数状态发生装置，其特征在于：所述控制装置具有时钟发生部和开关次数判断部，所述开关次数判断部在由该时钟发生部所规定的一定时间内仅以小于特定数的次数开关所述门装置。
9.按权利要求1所述的光子数状态发生装置，其特征在于：所述控制装置具有时钟发生部和开关次数判断部，所述开关次数判断部在由该时钟发生部所规定的一定时间内仅仅对最初的光子数检测器的信号开关所述门装置。
10.按权利要求1所述的光子数状态发生装置，其特征在于：所述控制信号光子的射出的门装置具有以比开关时间短的时间差进行开关的多个快门。
11.按权利要求1所述的光子数状态发生装置，其特征在于：具有使从光子对发生的信号光子到达控制该光子的射出的门装置的光纤。
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