JPH01129237A - 光論理回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光によって動作する論理素子に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

従来の光論理演算においてに、光の高速性および、その
並列性のみに注目した系がさかんに研究されてきた。こ
れらは−口に言えばインコヒーレント光と、光マスクを
用いた投影光学系であυ、画像処理や高並列数値演算を
目偏としている。−方、このままでは数値演算用として
の実現は困難であり、またノ・−ドウエア的にも演算速
度め；光マスクのシャッタ速度で制限されるため、高速
イヒめ１離かしいので、電子回路と組合わせた光ＩＣ（
ＯＥＩＣ）　　の研究が行なわれている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

し臥しながらこのような従来の方法では、電子回路にエ
ネルギ損失にともなう発熱が生ずるため、冷却を行なわ
ねばならないという制約から、集積化が難かしかった。

〔問題点を解決するための手段〕

このような問題を解決するためにこの発明は、光強度に
より屈折率が変化する非線形素子を少なくとも１つ含む
とともに少なくとも３つの入力端子を有する光干渉計と
、その入力端子に光子数雑音のない２値以上の光子数状
態の信号光を供給する光源とを備え九ものである。

〔作用〕

非線形素子を通る光と通らない光との位相差を調整する
ことによってプレデキンゲートが構成され、入力端子の
状態を選択することによって論理状態の切換が行なわれ
る。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示す図である。図において
１，４は５０１５０ビームスプリツタ、２゜３は完全反
射ミラー、５．６は偏向ビームスプリッタである。’、
　Ｑ　、　Ｑ　、　Ｑ　、　Ｑ　、　？　、　’、は各
光路の場の演算子であり、場の演算子全、舎の偏向は直
交しており、偏向ビームスプリッタ５，６により三次元
非直線形媒質（以下、非線形素子と称する）Ｔの内部を
通シ、その後に分離される。非線形素子７は光強度によ
って屈折率が変るようになっている。

８＆〜８ｃは光子数雑音のない２値以上の光子数状態の
信号光を供給する光源であり、第２図に示すように、輝
度変調器８１．非縮退形光パラメトリック発振器８２．
光子カウンタ８３．差動増幅器８４から構成されている
。

このように構成された装置において、第２図に示す光源
の輝度変調器ａ１にポンプ信号が供給されると非縮退形
パラメトリック発振器８２からシグナル、ポンプ、アイ
ド２の３種の信号が出力される。このうちシグナル、ア
イドラの２種は同質の信号であるため、アイドラ信号を
光子カウンタ８３により計数し、その結果を差動増幅器
８４を介して負帰還する。

このようにするとアイドラ光子数ゆらぎが抑圧され、こ
の結果シグナルの光子数ゆらぎも抑圧され、光子数雑音
すなわち振幅雑音が抑圧される。

このようにして作られた光子数雑音のない２値以上の光
子数状態の信号光が第１図のａ、ｂ、ｃとして供給され
る。

入力元金、仝はビームスプリッタ１によって混合されｄ
、ｅとなシ、入力光Ｃは偏向ビームスプ△ リッタ５に入射してｄとの間で非線形相互作用をし、互
いに位相差を生じて合、　、　合、となる。これらの関
係は以下のようになる。

沓 舎・＝舎。１　、ただし令＝４ダ令Ｃ′Ｖｖは７中の非
線形相互作用の大きさで決まるノ（ラメ−ターであＦ）
、ｎｃはＣの光路の光子数演算子、θはｅとｄとの位相
差である。入力光はすべて光子数状態であるのでｎ（Ｂ
は、古典的物理量であるＣ−数、光子数ｎ６に置き換え
られ、従って位相差金もＣ−数θと置き換えできる。こ
こで、θ＝−ｆ　ＫＬｅ＝＋土ｍπ（ｍ＝０．１，２．
・参−・・）となるように設定しである。また、これ以
外に合′とｅは位相差を持たないように調整しである。

合′。

△ 含は４によって混合され次のような？、Ａとなる。

△　　　１　　△　　△ ｆ＝憂７（ｄ’　十ｅ　） △　　　１　　　△　　　△ １＝蓬運（ｄ’　−ｅ） ？　、Ｑの光路中に見い出される光子数の平均値は一般
のθに対して次のようになる。

＜Ｑｆ＞　＝７１２Ｌ００ｇ”　（θ／２　）　＋　ｎ
ｂ　＆ｉｌｌ”　（θ／２）＜Ｑ、＞　：　　ｎ、　５
ｉｓ２　（θ／２）十ｎｂＷ（０／２）△ ＜ｎ、＞はｆ、ｇの光路中の光子数の期待値である。従
って前述のようにθを選んだ場合およびθ＝ｏ（ｎｃ＝
ｏ）とした場合に、 となる。

このような構造となっているので、入力光光子ａ”１ｓ
ｎｂ＋ｎ（ＨがＯの時を状態「０」とし、０でない時を
状態「１」とすると、第３図に示すよう々フレデキンゲ
ー）　（ＦＲＥＤＫＩＮ＠ＧＡＴＥ　）になる。

対応関係はＡ　１　ｅ　Ｂ　１にａ、ｂの光路が、Ａｏ
、Ｂ。

にｇ、ｆの光路がそれぞれ対応し、コントロール△ にＣ光路が対応している。さらに第１表の入出力光から
明らかなように、アンド、オア、ノット。

コピーなどの基本論理演算が各光路の読み替えによって
可能である。その読み替えは第２表に示す。

第１表 第２表 このようにこの装盆は、 ａ、熱力学的に可逆でエネルギー損失を伴なわない。

ｂ、光子数状態を用いて量子雑音による工２−をなくし
ている。

Ｃ０一般的論理構成が容易である。

事を最も主要な特徴としている。

一方、従来の演算回路は、出力情報量が入力情報量に比
べ減少しており、この情報量分だけ発熱をするので、減
少情報量ｂｔｔ当たりｋｎ　ＴＡｎ２　（ｋｎはボルツ
マン係数、Ｔは絶対温度）のエネルギーを放出するが、
今回提案のものは入出力の情報量は常に同じであり、こ
のような発熱はない。また従来の素子においては、論理
演算時のスイッチングが散逸的構造のためエネルギーを
損失して１．／）るのに対し、今回のものはスイッチン
グは熱損失である。

さらに従来の光回路においてはコヒーレントもしくはイ
ンコヒーレント光が信号光として用いられており、量子
雑音の影響を避けるためコヒーレント状態で誤り率を１
０−９以下とするのに平均光子数２１個以上のエネルギ
ーが必要であるが、今回のものは光子数状態を用いてお
り、このような制限はない。熱雑音の影響も可視領域の
光子という高エネルギー量子を用いるため無視でき、ま
た同一構成により、基本論理演算を行なう事ができ、回
路構成、集積化に有利である。

〔発明の効果〕

以上説明したように信号光として光子数状態を用いる非
線形干渉計を用いる事により、エネルギーの損失を伴わ
ず確実にスイッチングが行なわれる。その入出力関係は
アンド、オア、ノット、コピーの機能を含んでいるため
、本構成単一の組み合わせによりあらゆる論理を構成で
きる。このような単純な構成によってエネルギー損失を
伴わず、高速な光演算回路を一般的に構築できるととも
に光子数雑音を抑圧しているので、低レベルまで十分使
用できるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第２図は光
源の構成を示す回路図、第３図はフレデキンゲートの構
成を示す回路図である。 １．４・・・・ビームスプリッタ、２，３・・・・完全
反射ミラー、５，６・・・・偏向ビームスプリッタ、Ｔ
・・拳・三次光非線形媒質、８＆〜８ｃ　・・・・光源
。 特許出願人　　日本電信電話株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光強度により屈折率が変化する非線形素子を少なくとも
   １つ含むとともに少なくとも３つの入力端子を有する光
   干渉計と、 その入力端子に光子数雑音のない２値以上の光子数状態
   の信号光を供給する光源とから構成される光論理回路。