JP2009225028A - Quantum encryption key delivery system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a quantum encryption key delivery system of time-bin entangled photon requiring no polarization control to signal light. <P>SOLUTION: The quantum key delivery system includes: a photon pair generator which generates a time-bin entangled photon pair comprising a pulse train of signal photon and a pulse train of idler photon, a first receiver which receives the pulse train of signal photon, and a second receiver which receives the pulse train of idler photon. The photon pair generator sends the pulse train in which polarized states of adjoining pulses are orthogonal to each other, for each pulse train. The first and second receivers respectively branch the received pulse trains, and apply a delay between the branched paths so that pulses whose polarized states coincide with each other are interfered with each other for photon detection. Thereby, a polarization-dependent optical component and a device can be used and a polarization-independent key generation operation can be attained as an entire system. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、量子暗号鍵配送システムに関し、特に、時間位置もつれ光子による量子暗号鍵配送システムに関する。   The present invention relates to a quantum key distribution system, and more particularly to a quantum key distribution system using time-entangled photons.

近年、光子1個レベルの光を用いることにより、物理的に安全性が保証された量子暗号通信の研究が進められている。量子暗号は、離れた2つの通信装置の間で暗号通信を行なうための秘密鍵を共有するためのものであり、量子鍵配送とも呼ばれている。量子鍵配送にも各種方式があるが、ここでは、時間位置もつれ光子による量子鍵配送システムについて説明する。   In recent years, research on quantum cryptography communication in which safety is physically guaranteed by using light of one photon level has been advanced. The quantum cryptography is for sharing a secret key for performing cryptographic communication between two remote communication devices, and is also called quantum key distribution. There are various methods for quantum key distribution, but here, a quantum key distribution system using time-entangled photons will be described.

図1に、従来の時間位置もつれ光子による量子鍵配送システムの一例を示す(特許文献1)。このシステム100は、時間位置もつれ光子対を発生する光子対発生器と、互いに離れた地点で秘密鍵を生成する1組の受信機AおよびBとを備えている。時間位置もつれ光子対発生器は、ポンプ光源と、光非線形媒質とを有し、光パラメトリック過程を起こす光非線形媒質にポンプ光源からのポンプ光を入射することにより、量子もつれ関係にある一定時間間隔Tの光パルス列(シグナル光子およびアイドラー光子)を受信機A,Bに配送する。ここで、光子対発生器は、平均1光子対/パルス未満となる光レベルに設定される。シグナル光子とアイドラー光子は、エネルギー保存則を満たすために、必ず対で発生する。さらに、任意の連続する光子対をみた時に、シグナル光子同士の位相差Δθsとアイドラー光子同士の位相差Δθiの和(Δθs+Δθi)は必ず一定であるという関係がある。このような相関を持った光子のペアを時間位置もつれ光子対という。 FIG. 1 shows an example of a conventional quantum key distribution system using time-entangled photons (Patent Document 1). The system 100 includes a photon pair generator that generates time-position entangled photon pairs and a set of receivers A and B that generate secret keys at points remote from each other. The time-entangled photon pair generator has a pump light source and an optical nonlinear medium, and the pump light from the pump light source is incident on the optical nonlinear medium that causes an optical parametric process, and thereby has a constant time interval in a entangled relationship. The T optical pulse train (signal photon and idler photon) is delivered to the receivers A and B. Here, the photon pair generator is set to a light level that averages less than one photon pair / pulse. The signal photon and idler photon are always generated in pairs in order to satisfy the energy conservation law. Furthermore, when an arbitrary continuous photon pair is seen, there is a relationship that the sum (Δθ s + Δθ i ) of the phase difference Δθ s between signal photons and the phase difference Δθ i between idler photons is always constant. A photon pair having such a correlation is called a time-position entangled photon pair.

時間位置もつれ光子対発生器から出力されたシグナル・アイドラーパルス列は、それぞれ伝送路を経て受信機A,Bに到達する。各受信機は同じ構成であり、それぞれ、光位相変調器と、1パルス遅延干渉計と、干渉計での干渉状態に応じて光子を検出する2つの光子検出器を備えている。各受信機は、パルス間隔Tのパルス列を受信し、各パルスを位相変調器により0またはπ/2で位相変調する。位相変調した各パルスは、光分岐器C1,C3により2つに分岐され、光遅延経路により分岐経路間に遅延Tが加えられた後、2×2の光カップラC2,C4により合波される。光遅延経路の遅延Tは、パルス間隔Tに等しくなるように設定されているので、前後のパルス列が重なり合って合波される。すなわち、合波カップラC2,C4において、前後のパルス列の光子が干渉し、その干渉状態に応じて、光子が合波カップラの2つの出力ポートのいずれかに出力される。そのため、光子の干渉状態に応じて、2つの出力ポートに接続された光子検出器A1およびA2,B1およびB2のいずれかで光子が検出される。位相変調器での位相変調情報に加えて、光子検出器での検出時刻および検出結果が情報処理装置CPUに供給される。情報処理装置は、2つの受信機AおよびBの間で情報を交換することができるように構成されている。   The signal idler pulse train output from the time-position entangled photon pair generator reaches the receivers A and B through the transmission lines, respectively. Each receiver has the same configuration, and includes an optical phase modulator, a one-pulse delay interferometer, and two photon detectors that detect photons according to the interference state of the interferometer. Each receiver receives a pulse train having a pulse interval T, and each pulse is phase-modulated by 0 or π / 2 by a phase modulator. Each phase-modulated pulse is branched into two by optical branching units C1 and C3, a delay T is added between the branching paths by an optical delay path, and then multiplexed by 2 × 2 optical couplers C2 and C4. . Since the delay T of the optical delay path is set to be equal to the pulse interval T, the preceding and succeeding pulse trains are overlapped and combined. That is, in the coupling couplers C2 and C4, the photons of the preceding and following pulse trains interfere with each other, and the photons are output to one of the two output ports of the coupling coupler according to the interference state. Therefore, photons are detected by one of the photon detectors A1 and A2, B1, and B2 connected to the two output ports according to the interference state of the photons. In addition to the phase modulation information in the phase modulator, the detection time and detection result in the photon detector are supplied to the information processing device CPU. The information processing apparatus is configured to exchange information between the two receivers A and B.

以上の構成において、受信機AおよびBが共に光子を検出した場合には、時間位置もつれ光子対の性質により、受信機Aの光子検出結果と受信機Bの光子検出結果には、各受信機が加える位相変調に応じて、表1のような相関がある。   In the above configuration, when both the receivers A and B detect photons, the photon detection result of the receiver A and the photon detection result of the receiver B are included in each receiver due to the nature of the time-position entangled photon pair. There is a correlation as shown in Table 1 depending on the phase modulation applied by.

Figure 2009225028
Figure 2009225028

それぞれの受信機は各パルスを0またはπ/2で位相変調しているので、この位相変調により干渉を起こす2つの連続パルスに与えられる位相差(差動位相量)は、−π/2,0またはπ/2である。一方の受信機で与えられる差動位相量が3通りあるので、2つの受信機で与えられる差動位相量の組み合わせは9通りである。表1は、それぞれの組み合わせについての光子検出の相関関係を示している。   Since each receiver phase-modulates each pulse by 0 or π / 2, the phase difference (differential phase amount) given to two continuous pulses causing interference by this phase modulation is −π / 2, 0 or π / 2. Since there are three types of differential phase amounts given by one receiver, there are nine combinations of differential phase amounts given by two receivers. Table 1 shows the correlation of photon detection for each combination.

表1において、Δθa、Δθbはそれぞれ受信機A,Bで与えられる差動位相量を表わす。また、「A1−B2」は、検出器A1が光子を検出すれば必ず検出器B2が光子を検出することを表わしている。「A2−B1」、「A1−B1」および「A2−B2」も同様である。さらに、「?」は、2つの受信機の光子検出事象には相関がなく、各光子検出器は全くランダムに光子を検出することを表わしている。上記の相関関係をまとめると、Δθa+Δθb=±πのときは「A1−B2」または「A2−B1」、Δθa+Δθb=0のときは「A1−B1」または「A2−B2」、Δθa+Δθb=±π/2のときは「?」となっている。なお、表1の相関関係の式を用いた詳細な説明は、特許文献1で述べられている。 In Table 1, Δθ a and Δθ b represent the differential phase amounts given by the receivers A and B, respectively. “A1-B2” indicates that the detector B2 always detects a photon whenever the detector A1 detects the photon. The same applies to “A2-B1”, “A1-B1”, and “A2-B2”. Furthermore, “?” Indicates that there is no correlation between the photon detection events of the two receivers, and that each photon detector detects photons at random. The above correlation can be summarized as “A1-B2” or “A2-B1” when Δθ a + Δθ b = ± π, and “A1-B1” or “A2-B2” when Δθ a + Δθ b = 0. , Δθ a + Δθ b = ± π / 2, “?”. A detailed description using the correlation formula in Table 1 is described in Patent Document 1.

以上の構成を用いて、受信機AおよびBは次の手順により秘密鍵を共有することができる。
(1)まず、各受信機は、パルス列を受信し、上記のように光子を検出する。この際、光子を検出した時刻とどちらの検出器で光子を検出したかを情報処理装置CPUに記録する。
(2)必要な所定数だけ光子を受信した後、各受信機は、光子を検出した時刻(光子検出時刻)と共に差動位相量(または位相変調器での位相変調量)を情報処理装置CPUを用いて通常の伝送路を介して互いに送受する。
(3)そして、両受信機は、同時刻に光子を検出した場合について、予め定めた規則(たとえば、Δθa+Δθb=±πの場合には、検出器A1/B2による検出事象をビット「0」、検出器A2/B1による検出事象をビット「1」、Δθa+Δθb=0の場合には、検出器A1/B1による検出事象をビット「0」、検出器A2/B2による検出事象をビット「1」とする規則。)に従って鍵ビットを生成する。Δθa+Δθb=±π/2の場合にはビットを生成しない。
Using the above configuration, the receivers A and B can share the secret key by the following procedure.
(1) First, each receiver receives a pulse train and detects photons as described above. At this time, the time when the photon is detected and the detector with which the photon is detected are recorded in the information processing device CPU.
(2) After receiving the required predetermined number of photons, each receiver indicates the differential phase amount (or the phase modulation amount in the phase modulator) together with the time when the photons are detected (photon detection time). Are sent and received via a normal transmission line.
(3) Then, when both photons detect photons at the same time, in the case of a predetermined rule (for example, Δθ a + Δθ b = ± π, the detection event by the detector A1 / B2 is indicated by a bit “ 0 ”, detection event by detector A2 / B1 is bit“ 1 ”, and Δθ a + Δθ b = 0, detection event by detector A1 / B1 is bit“ 0 ”, detection event by detector A2 / B2 The key bit is generated according to the rule that sets the bit to “1”. No bit is generated when Δθ a + Δθ b = ± π / 2.

時間位置もつれ光子対の性質により、上記のように受信機A,Bの両者が生成したビットは互いに必ず一致する。これにより、2つの受信機AおよびBは秘密鍵として同じビット列を共有することができる。   Due to the nature of the time-entangled photon pair, the bits generated by both receivers A and B always match each other as described above. Thus, the two receivers A and B can share the same bit string as a secret key.

この手順において、受信機AおよびBの間で通常の伝送路を通じて送受される情報は光子検出時刻と差動位相量であり、ビット情報は外部には出ない。また、これらの送受される情報から他人が鍵ビットを生成することもできない。光子対発生器から送られているのはパルス当り平均1光子未満の光なので、盗聴者が信号の一部を分岐してビット情報を得ることはできない。なぜなら、光子は2分割されることはないので、盗聴者が分岐により光子を検出すると、その光子は受信機に届かず、2つの受信機が獲得するビット列にはならないからである。   In this procedure, the information transmitted and received between the receivers A and B through the normal transmission path is the photon detection time and the differential phase amount, and the bit information does not go outside. Also, another person cannot generate a key bit from the information transmitted and received. Since the light transmitted from the photon pair generator is less than one photon on average per pulse, an eavesdropper cannot branch a part of the signal to obtain bit information. This is because, since the photon is not divided into two, if the eavesdropper detects the photon by branching, the photon does not reach the receiver and does not become a bit string acquired by the two receivers.

次に、別の従来例について説明する。図2に、従来の時間位置もつれ光子対による量子鍵配送システムの別の一例を示す(非特許文献1)。基本的には図1の従来例と同様であるが、図2のシステム200では、各受信機に位相変調器が備えられていない。   Next, another conventional example will be described. FIG. 2 shows another example of a conventional quantum key distribution system using time-entangled photon pairs (Non-Patent Document 1). Although basically the same as the conventional example of FIG. 1, in the system 200 of FIG. 2, each receiver does not include a phase modulator.

このように構成すると、各受信機A,Bが同時に光子を検出する相関特性は、表1においてΔθa=Δθb=0とした場合と同じものになる。すなわち、検出器A1が光子を検出すれば必ず検出器B1が光子を検出し、検出器A2が光子を検出すれば必ず検出器B2が光子を検出することになる。 With this configuration, the correlation characteristics at which the receivers A and B simultaneously detect photons are the same as when Δθ a = Δθ b = 0 in Table 1. That is, if the detector A1 detects a photon, the detector B1 always detects a photon, and if the detector A2 detects a photon, the detector B2 always detects a photon.

以上の構成を用いて、受信機AおよびBは次の手順により秘密鍵を共有することができる。
(1)まず、各受信機は、パルス列を受信し、上記のように光子を検出する。この際、格子を検出した時刻とどちらの検出器で光子を検出したかを情報処理装置CPUに記録する。
(2)必要な所定数だけ光子を受信した後、各受信機は、光子を検出した時刻(光子検出時刻)を情報処理装置CPUを用いて通常の伝送路を介して互いに送受する。
(3)そして、両受信機は、同時刻に光子を検出した場合について、予め定めた規則(例えば、検出器A1/B2による検出事象をビット「0」、検出器A2/B2による検出事象をビット「1」、とする規則。)に従って鍵ビットを生成する。
Using the above configuration, the receivers A and B can share the secret key by the following procedure.
(1) First, each receiver receives a pulse train and detects photons as described above. At this time, the time at which the lattice is detected and which detector has detected the photon are recorded in the information processing device CPU.
(2) After receiving the required number of photons, each receiver transmits and receives the photon detection time (photon detection time) to each other via a normal transmission path using the information processing device CPU.
(3) Then, both receivers detect a photon detected at the same time with a predetermined rule (for example, detection event by detector A1 / B2 is bit “0”, detection event by detector A2 / B2 is detected) The key bit is generated according to the rule of “1”.

時間位置もつれ光子対の性質により、上記のように受信機A,Bの両者が生成したビットは互いに必ず一致する。これにより、2つの受信機AおよびBは秘密鍵として同じビット列を共有することができる。   Due to the nature of the time-entangled photon pair, the bits generated by both receivers A and B always match each other as described above. Thus, the two receivers A and B can share the same bit string as a secret key.

この手順において、受信機AおよびBの間で通常の伝送路を通じて送受される情報は、光子検出時刻であり、ビット情報は外部には出ない。また、この送受される情報から他人が鍵ビットを生成することもできない。   In this procedure, the information transmitted and received between the receivers A and B through the normal transmission path is the photon detection time, and the bit information does not go outside. Also, another person cannot generate a key bit from this transmitted / received information.

特開2006−179982号公報JP 2006-179982 A K. Inoue and H. Takesue, “Quantum key distribution using entangled-photon trains with no basis selection,” Physical Review A, vol.73, 032332, 2006.K. Inoue and H. Takesue, “Quantum key distribution using entangled-photon trains with no basis selection,” Physical Review A, vol. 73, 032332, 2006.

図1の従来例では、各受信機において、光子対発生器から伝送されてきた受信信号に対して位相変調を与えている。これには光位相変調器が用いられるが、通常、光位相変調器の変調効率は入力光の偏波状態に依存する。すなわち、常に0またはπ/2の位相変調を与えるためには、入力光の偏波状態を所定の状態に保たなければならない。ところが、一般に光ファイバ伝送路を透過した光の偏波状態はランダムであり、かつ時間的にも揺らいでいる。したがって、図1の従来例においてシステムを安定に動作させるためには、図示していないが、各受信機で伝送信号光の偏波状態を制御する手段が必要である。平均光子数が1個/パルス未満の光に対してこのような制御を行なうには高度な技術が必要であり装置の煩雑化を招く。   In the conventional example of FIG. 1, each receiver applies phase modulation to the received signal transmitted from the photon pair generator. For this, an optical phase modulator is used, but the modulation efficiency of the optical phase modulator usually depends on the polarization state of the input light. That is, in order to always give 0 or π / 2 phase modulation, the polarization state of the input light must be kept in a predetermined state. However, in general, the polarization state of the light transmitted through the optical fiber transmission line is random and fluctuates with time. Therefore, in order to operate the system stably in the conventional example of FIG. 1, although not shown, means for controlling the polarization state of the transmission signal light is required at each receiver. In order to perform such control on light having an average photon number of less than 1 / pulse, a high level of technology is required, resulting in complication of the apparatus.

図2の従来例では、位相変調器は用いられていないが、他の光部品や装置に偏波依存性がある場合がある。例えば、受信機で用いられる光子検出器として、図3に示す波長変換型の光子検出器に関する研究が進められている。   In the conventional example of FIG. 2, no phase modulator is used, but other optical components and devices may have polarization dependency. For example, as a photon detector used in a receiver, research on a wavelength conversion type photon detector shown in FIG. 3 is underway.

波長変換型光子検出器300では、波長1.5μmの信号光子を波長1.3μm(または0.9μm)のポンプ光と合波して、光非線形素子に入力する。光非線形素子では、光パラメトリック相互作用と呼ばれる光のミキンシング現象により、波長1.5μmの信号光子が短波長の光子に変換される。これを光フィルターで取り出し、Si−アバランシェフォトダイオード(Si−APD)で検出する。Si−APDは、1.5μm帯用のInGaAs−アバランシェフォトダイオード(InGaAs−APD)より高速性に優れている。そのため、1.5μmの光子を速いレートで検出することができ、結果として量子鍵配送システムの鍵生成レートを高めることができる。   In the wavelength conversion type photon detector 300, a signal photon having a wavelength of 1.5 μm is combined with pump light having a wavelength of 1.3 μm (or 0.9 μm) and input to the optical nonlinear element. In an optical nonlinear element, a signal photon having a wavelength of 1.5 μm is converted into a short wavelength photon by a light mixing phenomenon called optical parametric interaction. This is taken out with an optical filter and detected with a Si-avalanche photodiode (Si-APD). Si-APD is superior in speed to the InGaAs-avalanche photodiode (InGaAs-APD) for 1.5 μm band. Therefore, 1.5 μm photons can be detected at a high rate, and as a result, the key generation rate of the quantum key distribution system can be increased.

しかしながら、この波長変換型光子検出器300には、偏波依存性が存在する。これは、光非線形素子内で起こる光パラメトリック相互作用の効率が、ポンプ光と信号光の偏波状態に依存するためであり、その結果、光子検出器としての検出効率が信号光子の偏波状態に依存することになる。したがって、図2の従来例において波長変換型光子検出器を用いる場合には、図1の従来例と同様に、各受信機において伝送信号光の偏波状態を制御する手段が必要となる。   However, this wavelength conversion type photon detector 300 has polarization dependency. This is because the efficiency of the optical parametric interaction that occurs in the optical nonlinear element depends on the polarization state of the pump light and the signal light. As a result, the detection efficiency as a photon detector is the polarization state of the signal photon. Will depend on. Therefore, when the wavelength conversion type photon detector is used in the conventional example of FIG. 2, as in the conventional example of FIG. 1, means for controlling the polarization state of the transmission signal light is required in each receiver.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、信号光の偏波制御を必要としない時間位置もつれ光子による量子鍵配送システムを提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a quantum key distribution system using time-entangled photons that does not require polarization control of signal light.

本発明は、このような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、量子鍵配送システムであって、シグナル光子のパルス列とアイドラー光子のパルス列とからなる時間位置もつれ光子対を発生する光子対発生器と、前記シグナル光子のパルス列を受信する第1の受信機と、前記アイドラー光子のパルス列を受信する第2の受信機とを備え、前記光子対発生器は、各パルス列について、隣り合うパルスの偏波状態が互いに直交したパルス列を送出し、前記各受信機は、受信したパルス列を分岐し、その分岐経路間に遅延を与えることによって前記偏波状態が一致するパルス同士を干渉させて光子を検出することを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention provides a quantum key distribution system for generating a time-position entangled photon pair comprising a pulse train of signal photons and a pulse train of idler photons. A photon pair generator, a first receiver that receives the pulse train of the signal photons, and a second receiver that receives the pulse train of the idler photons, the photon pair generator for each pulse train, Pulse trains in which the polarization states of adjacent pulses are orthogonal to each other are sent out, and each of the receivers branches the received pulse train, and delays between the branch paths, thereby interfering pulses with the same polarization state. And detecting photons.

また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の量子鍵配送システムであって、前記光子対発生器は、ポンプ光のパルス列を発生するポンプ光源と、前記ポンプ光のパルス列について、隣り合うパルスの偏波状態を直交させる偏波変調手段と、前記隣り合うパルスの偏波状態が直交したポンプ光のパルス列から前記シグナル光子のパルス列と前記アイドラー光子のパルス列とを生成する光非線形媒質とを備えたことを特徴とする。   The invention according to claim 2 is the quantum key distribution system according to claim 1, wherein the photon pair generator includes a pump light source that generates a pulse train of pump light, and a pulse train of the pump light. An optical nonlinear medium that generates a pulse train of the signal photon and a pulse train of the idler photon from a pulse train of pump light in which the polarization states of the adjacent pulses are orthogonal to each other. It is characterized by comprising.

また、請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の量子鍵配送システムであって、前記光子対発生器は、ポンプ光のパルス列を発生するポンプ光源と、前記ポンプ光のパルス列から前記シグナル光子のパルス列と前記アイドラー光子のパルス列とを生成する光非線形媒質と、前記シグナル光子および前記アイドラー光子の各パルス列について、隣り合うパルスの偏波状態を直交させる偏波変調手段とを備えたことを特徴とする。   The invention according to claim 3 is the quantum key distribution system according to claim 1, wherein the photon pair generator includes a pump light source that generates a pulse train of pump light, and a pulse train of the pump light. An optical nonlinear medium that generates a pulse train of signal photons and a pulse train of idler photons, and a polarization modulation unit that orthogonalizes polarization states of adjacent pulses for each pulse train of the signal photons and idler photons. It is characterized by.

本発明によれば、量子もつれ光子による秘密鍵配送システムにおいて、偏波依存性のある光部品や装置を用いつつ、システム全体としては偏波依存性のない鍵生成動作を達成することができる。   According to the present invention, in a secret key distribution system using entangled photons, it is possible to achieve a key generation operation having no polarization dependency as a whole system while using optical components and devices having polarization dependency.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
図4は、本発明の第1の実施形態に係る量子鍵配送システムの構成例である。基本的には図1の従来例と同様であるが、図4のシステム400では、次の2つの点で相違している。第1に、時間位置もつれ光子対発生器において、光非線形媒質に入射するポンプ光を偏波変調している。第2に、各受信機において、遅延干渉計で与える時間遅延量が、パルス間隔の2倍(2T)となっている。すなわち、各受信機における干渉計は2パルス遅延干渉計となっている。また、各受信機における位相変調手段の前段には、もっとも変調効率の高い直線偏波状態のみを透過する検光子が備えられているものとする。この検格子は、通常、位相変調器に組み込まれているため、図示していない。
(First embodiment)
FIG. 4 is a configuration example of the quantum key distribution system according to the first embodiment of the present invention. Although basically the same as the conventional example of FIG. 1, the system 400 of FIG. 4 is different in the following two points. First, in the time-entangled photon pair generator, the pump light incident on the optical nonlinear medium is polarization-modulated. Second, in each receiver, the time delay amount given by the delay interferometer is twice the pulse interval (2T). That is, the interferometer in each receiver is a two-pulse delay interferometer. Further, it is assumed that an analyzer that transmits only the state of linear polarization with the highest modulation efficiency is provided in the previous stage of the phase modulation means in each receiver. This grating is not shown because it is usually built into a phase modulator.

時間位置もつれ光子対発生器において、ポンプ光源からのポンプ光は、光非線形媒質への入射偏波状態がパルスごとに互いに直交関係となるように偏波変調される。例えば、横直線偏波(H)−縦直線偏波(V)−横直線偏波(H)−縦直線偏波(V)…、といった具合である。光ファイバのような等方的な非線形媒質においては、光パラメトリック過程により発生するシグナル・アイドラー光の偏波状態はポンプ光と同一となる性質がある。このため、このような光非線形媒質に上記のように偏波変調されたポンプ光が入射されると、非線形媒質からパルスごとに偏波状態が直交するシグナル・アイドラーパルス列が発生する。   In the time-entangled photon pair generator, the pump light from the pump light source is polarization-modulated so that the incident polarization state to the optical nonlinear medium is orthogonal to each other for each pulse. For example, horizontal linearly polarized wave (H) −vertical linearly polarized wave (V) −horizontal linearly polarized wave (H) −vertical linearly polarized wave (V)... In an isotropic nonlinear medium such as an optical fiber, the polarization state of the signal idler light generated by the optical parametric process is the same as that of the pump light. For this reason, when the polarization-modulated pump light as described above is incident on such an optical non-linear medium, a signal idler pulse train in which the polarization state is orthogonal for each pulse is generated from the non-linear medium.

時間位置もつれ光子対発生器から出力されたシグナル・アイドラーパルス列は、それぞれ伝送路を経て受信機A,Bに到達する。各受信機は同じ構成であり、それぞれ、光位相変調器と、2パルス遅延干渉計と、干渉計での干渉結果を検出する2つの光子検出器を備えている。各受信機A,Bは、パルス間隔Tのパルス列を受信し、各パルスを位相変調器により0またはπ/2で位相変調する。位相変調した各パルスは、光分岐器C1,C3により2つに分岐され、光遅延経路により分岐経路間に遅延2Tが加えられた後、2×2の光カップラC2,C4により合波される。光遅延経路の遅延2Tは、パルス間隔Tの2倍に等しくなるように設定されているので、図5に示すように、1パルスおきにパルス列が重なり合って合波される。すなわち、合波カップラC2,C4において、1パルスおきにパルス列の光子が干渉し、その干渉状態に応じて、光子が合波カップラの2つの出力ポートのいずれかに出力される。そのため、光子の干渉状態に応じて、2つの出力ポートに接続された光子検出器A1およびA2,B1およびB2のいずれかで光子が検出される。位相変調器での位相変調情報に加えて、光子検出器での検出時刻および検出結果が情報処理装置CPUに供給される。情報処理装置は、2つの受信機AおよびBの間で情報を交換することができるように構成されている。   The signal idler pulse train output from the time-position entangled photon pair generator reaches the receivers A and B through the transmission lines, respectively. Each receiver has the same configuration, and includes an optical phase modulator, a two-pulse delay interferometer, and two photon detectors that detect interference results from the interferometer. Each of the receivers A and B receives a pulse train having a pulse interval T, and phase-modulates each pulse by 0 or π / 2 by a phase modulator. Each phase-modulated pulse is branched into two by optical branching devices C1 and C3, a delay 2T is added between the branching paths by an optical delay path, and then multiplexed by 2 × 2 optical couplers C2 and C4. . Since the delay 2T of the optical delay path is set to be equal to twice the pulse interval T, as shown in FIG. 5, the pulse trains are overlapped and multiplexed every other pulse. That is, in the coupling couplers C2 and C4, the photons of the pulse train interfere every other pulse, and the photons are output to one of the two output ports of the multiplexing coupler according to the interference state. Therefore, photons are detected by one of the photon detectors A1 and A2, B1, and B2 connected to the two output ports according to the interference state of the photons. In addition to the phase modulation information in the phase modulator, the detection time and detection result in the photon detector are supplied to the information processing device CPU. The information processing apparatus is configured to exchange information between the two receivers A and B.

前述のように、時間位置もつれ光子対発生器から出力されるシグナル・アイドラーパルス列は、隣り合うパルスの偏波状態が互いに直交している。このようなパルス列が2ビット遅延干渉計を透過すると、合波カップラで重なり合うパルスの偏波状態は一致する(図5)。したがって、重なり合ったパルスは干渉を起こし、その干渉状態に応じて2つの光子検出器のいずれかで光子が検出されることになる。   As described above, in the signal idler pulse train output from the time-position entangled photon pair generator, the polarization states of adjacent pulses are orthogonal to each other. When such a pulse train passes through the 2-bit delay interferometer, the polarization states of the pulses overlapped by the multiplexing coupler coincide (FIG. 5). Therefore, the overlapping pulses cause interference, and photons are detected by one of the two photon detectors depending on the interference state.

干渉の結果、受信機A,Bが共に光子を検出した場合の光子検出の相関関係は、表1と同様となる。ただし、表1では、{Δθa、Δθb}は隣り合うパルス間の差動位相量であったが、図4の構成では、1パルスおきのパルス間の差動位相量となる。 As a result of the interference, the correlation of photon detection when the receivers A and B both detect photons is the same as in Table 1. However, in Table 1, {Δθ a , Δθ b } is the differential phase amount between adjacent pulses, but in the configuration of FIG. 4, it is the differential phase amount between every other pulse.

以上の構成を用いて、受信機AおよびBは次の手順により秘密鍵を共有することができる。
(1)まず、各受信機は、パルス列を受信し、上記のように光子を検出する。この際、光子を検出した時刻とどちらの検出器で光子を検出したかを情報処理装置CPUに記録する。
(2)必要な所定数だけ光子を受信した後、各受信機は、光子を検出した時刻(光子検出時刻)と共に差動位相量(または位相変調器での位相変調量)を情報処理装置CPUを用いて通常の伝送路を介して互いに送受する。
(3)そして、両受信機は、同時刻に光子を検出した場合について、予め定めた規則(たとえば、Δθa+Δθb=±πの場合には、検出器A1/B2による検出事象をビット「0」、検出器A2/B1による検出事象をビット「1」、Δθa+Δθb=0の場合には、検出器A1/B1による検出事象をビット「0」、検出器A2/B2による検出事象をビット「1」、とする規則。)に従って鍵ビットを生成する。Δθa+Δθb=±π/2の場合には、ビットを生成しない。
Using the above configuration, the receivers A and B can share the secret key by the following procedure.
(1) First, each receiver receives a pulse train and detects photons as described above. At this time, the time when the photon is detected and the detector with which the photon is detected are recorded in the information processing device CPU.
(2) After receiving the required predetermined number of photons, each receiver indicates the differential phase amount (or the phase modulation amount in the phase modulator) together with the time when the photons are detected (photon detection time). Are sent and received via a normal transmission line.
(3) Then, when both photons detect photons at the same time, in the case of a predetermined rule (for example, Δθ a + Δθ b = ± π, the detection event by the detector A1 / B2 is indicated by a bit “ 0 ”, detection event by detector A2 / B1 is bit“ 1 ”, and Δθ a + Δθ b = 0, detection event by detector A1 / B1 is bit“ 0 ”, detection event by detector A2 / B2 The key bit is generated according to a rule that sets the bit to “1”. If Δθ a + Δθ b = ± π / 2, no bit is generated.

時間位置もつれ光子対の性質により、上記のように受信機A,Bの両者が生成したビットは互いに必ず一致する。これにより、2つの受信機AおよびBは秘密鍵として同じビット列を共有することができる。得られたビット列が外部に知られていない秘密鍵となることは、従来例と同様である。   Due to the nature of the time-entangled photon pair, the bits generated by both receivers A and B always match each other as described above. Thus, the two receivers A and B can share the same bit string as a secret key. As in the conventional example, the obtained bit string becomes a secret key that is not known to the outside.

上記のように構成すると、各受信機の光子検出特性は、伝送信号光の偏波状態には依存しなくなる。その理由を以下に述べる。   When configured as described above, the photon detection characteristics of each receiver do not depend on the polarization state of the transmission signal light. The reason is described below.

まず、各受信機の光位相変調器は、x方向の直線偏波光に対して変調効率が最大、y方向の直線偏波光に対しては変調効率最小であるとする。ただし、{x,y}は直交座標系である。任意の偏波状態の光子の確率振幅(光電場の複素振幅に相当)は、{x,y}直交座標系でA(cos[θ],sin[θ]exp[iψ])と表わされる。また、2つの光E1,E2が直交関係にあるということは、式の上で、(E1・E2 *)=0と表わされる。ただし、(・)はベクトルの内積、*は複素共役である。 First, it is assumed that the optical phase modulator of each receiver has the maximum modulation efficiency for linearly polarized light in the x direction and the minimum modulation efficiency for linearly polarized light in the y direction. However, {x, y} is an orthogonal coordinate system. The probability amplitude (corresponding to the complex amplitude of the photoelectric field) of a photon in any polarization state is represented as A (cos [θ], sin [θ] exp [iψ]) in the {x, y} orthogonal coordinate system. In addition, the fact that the two lights E 1 and E 2 are in an orthogonal relationship is expressed as (E 1 · E 2 * ) = 0 in the equation. Where (·) is the inner product of vectors and * is the complex conjugate.

光位相変調器への入力偏波状態は、ファイバ伝送により一般にはランダムであるが、直交関係は保たれている。すなわち、時間位置もつれ光子対発生器の出力段で直交偏波関係にあった2つのパルスの偏波関係は、光位相変調器の入力段においても直交している。したがって、光位相変調器の入力において奇数番目のパルスの偏波状態を一般的にA(cos[θ0],sin[θ0]exp[iψ0])と表わすと、偶数番目の偏波状態はこれに直交する状態としてA(sin[θ0],−cos[θ0]exp[−iψ0])と表わすことができる。 The input polarization state to the optical phase modulator is generally random due to fiber transmission, but the orthogonal relationship is maintained. That is, the polarization relationship of two pulses that were orthogonally polarized at the output stage of the time-entangled photon pair generator is also orthogonal at the input stage of the optical phase modulator. Therefore, when the polarization state of the odd-numbered pulse at the input of the optical phase modulator is generally expressed as A (cos [θ 0 ], sin [θ 0 ] exp [iψ 0 ]), the even-numbered polarization state Can be expressed as A (sin [θ 0 ], −cos [θ 0 ] exp [−iφ 0 ]) as a state orthogonal to this.

本実施形態の説明の冒頭で述べたように、光位相変調器には、効率最大となる偏波成分を透過させる検光子が備えられている。したがって、x成分だけが変調器を透過する。これにより、奇数番目のパルスの出力振幅はAcos[θ0]、偶数番目のパルスの出力振幅はAsin[θ0]となる。光子が検出される確率は振幅の絶対値の二乗に比例するので、奇数番目のパルスからの光子検出確率はA2cos2[θ0]に比例し、偶数番目のパルスからの光子検出確率はA2sin2[θ0]に比例する。したがって、パルス全体の平均光子検出数は、A2cos2[θ0]+A2sin2[θ0]=A2に比例することになる。すなわち、パルス全体の平均光子検出数は、位相変調器への入力偏波状態に依存しない定数となり、受信機の光子検出特性は偏波無依存となる。 As described at the beginning of the description of the present embodiment, the optical phase modulator is provided with an analyzer that transmits a polarization component having the maximum efficiency. Therefore, only the x component passes through the modulator. As a result, the output amplitude of the odd-numbered pulse is Acos [θ 0 ], and the output amplitude of the even-numbered pulse is Asin [θ 0 ]. Since the probability that a photon is detected is proportional to the square of the absolute value of the amplitude, the photon detection probability from an odd-numbered pulse is proportional to A 2 cos 20 ], and the photon detection probability from an even-numbered pulse is It is proportional to A 2 sin 20 ]. Therefore, the average number of detected photons of the entire pulse is proportional to A 2 cos 20 ] + A 2 sin 20 ] = A 2 . That is, the average number of detected photons of the entire pulse is a constant that does not depend on the state of input polarization to the phase modulator, and the photon detection characteristics of the receiver are independent of polarization.

(第2の実施形態)
第1の実施形態では、時間位置もつれ光子対発生器において、光非線形媒質への入射ポンプ光を偏波変調することにより、パルスごとに偏波状態が直交したシグナル・アイドラー光子パルス列を発生させたが、第2の実施形態では、図6に示すように、シグナル・アイドラー光子対発生後に偏波を変調した後、光フィルターなどの手段によりシグナル光とアイドラー光を分離する構成としている。この場合も、パルスごとに偏波状態が直交したシグナル・アイドラー光子パルス列を生成することができる。また、光フィルターに代えて光カップラを用いることもできる。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, in the time-position entangled photon pair generator, the signal idler photon pulse train in which the polarization state is orthogonal is generated for each pulse by polarization-modulating the incident pump light to the optical nonlinear medium. However, in the second embodiment, as shown in FIG. 6, after the polarization of the signal / idler photon pair is generated, the signal light and the idler light are separated by means such as an optical filter. Also in this case, a signal idler photon pulse train in which the polarization states are orthogonal for each pulse can be generated. Moreover, it can replace with an optical filter and can also use an optical coupler.

このような光子対発生器の構成によっても、第1の実施形態と同様の原理により、入力偏波状態に依存しない光子検出特性を得ることができる。   Even with such a configuration of the photon pair generator, a photon detection characteristic independent of the input polarization state can be obtained by the same principle as in the first embodiment.

(第3の実施形態)
図7は、本発明の第3の実施形態に係る量子鍵配送システムの構成例である。基本的には図2の従来例と同様であるが、図7のシステム700では、次の2つの点で相違している。第1に、時間位置もつれ光子対発生器において、光非線形媒質に入射するポンプ光を偏波変調している。第2に、各受信機において、遅延干渉計で与える時間遅延量が、パルス間隔の2倍(2T)となっている。すなわち、各受信機における干渉計は2パルス遅延干渉計となっている。
(Third embodiment)
FIG. 7 is a configuration example of a quantum key distribution system according to the third embodiment of the present invention. Although basically the same as the conventional example of FIG. 2, the system 700 of FIG. 7 is different in the following two points. First, in the time-entangled photon pair generator, the pump light incident on the optical nonlinear medium is polarization-modulated. Second, in each receiver, the time delay amount given by the delay interferometer is twice the pulse interval (2T). That is, the interferometer in each receiver is a two-pulse delay interferometer.

時間位置もつれ光子対発生器の構成は、第1の実施形態と同様である。これにより、時間位置もつれ光子対発生器からは、パルスごとに偏波状態が直交したシグナル・アイドラーパルス列が生成される。   The configuration of the time position entangled photon pair generator is the same as that of the first embodiment. Thus, a signal-idler pulse train in which the polarization states are orthogonal for each pulse is generated from the time-position entangled photon pair generator.

各受信機の構成は、第1の実施形態で示した受信機構成から位相変調手段を除いたものである。これにより、合波カップラでは1パルスおきにパルス同士が干渉し、その結果、受信機A,Bが共に光子を検出した場合の光子検出の相関関係は、表1においてΔθa+Δθb=0とした場合と同様になる。ただし、表1では、{Δθa、Δθb}は隣り合うパルス間の差動位相量であったが、図6の構成では、1パルスおきのパルス間の差動位相量となる。 The configuration of each receiver is obtained by removing the phase modulation means from the receiver configuration shown in the first embodiment. As a result, in the multiplexing coupler, the pulses interfere with each other, and as a result, the correlation of photon detection when the receivers A and B both detect photons is Δθ a + Δθ b = 0 in Table 1. It will be the same as the case. However, in Table 1, {Δθ a , Δθ b } is the differential phase amount between adjacent pulses, but in the configuration of FIG. 6, it is the differential phase amount between every other pulse.

以上の構成を用いて、受信機AおよびBは次の手順により秘密鍵を共有することができる。
(1)まず、各受信機は、パルス列を受信し、上記のように光子を検出する。この際、光子を検出した時刻とどちらの検出器で光子を検出したかを情報処理装置CPUに記録する。
(2)必要な所定数だけ光子を受信した後、各受信機は、光子を検出した時刻(光子検出時刻)を情報処理装置CPUを用いて通常の伝送路を介して互いに送受する。
(3)そして、両受信機は、同時刻に光子を検出した場合について、予め定めた規則(例えば、検出器A1/B1による検出事象をビット「0」、検出器A2/B2による検出事象をビット「1」、とする規則。)に従って鍵ビットを生成する。
Using the above configuration, the receivers A and B can share the secret key by the following procedure.
(1) First, each receiver receives a pulse train and detects photons as described above. At this time, the time when the photon is detected and the detector with which the photon is detected are recorded in the information processing device CPU.
(2) After receiving the required number of photons, each receiver transmits and receives the photon detection time (photon detection time) to each other via a normal transmission path using the information processing device CPU.
(3) Then, both receivers detect a photon detected at the same time in accordance with a predetermined rule (for example, detection event by detector A1 / B1 is bit “0”, detection event by detector A2 / B2 is detected). The key bit is generated according to the rule of “1”.

時間位置もつれ光子対の性質により、上記のように受信機A,Bの両者が生成したビットは互いに必ず一致する。これにより、2つの受信機A,Bは秘密鍵として同じビット列を共有することができる。得られたビット列が外部に知られていない秘密鍵となることは、従来例と同様である。   Due to the nature of the time-entangled photon pair, the bits generated by both receivers A and B always match each other as described above. As a result, the two receivers A and B can share the same bit string as a secret key. As in the conventional example, the obtained bit string becomes a secret key that is not known to the outside.

次に、上記の構成により、各受信機の光子検出器が偏波依存性を持つ場合でも、システムとしての鍵ビット生成特性が偏波無依存となる。その理由を以下で説明する。   Next, with the above configuration, even when the photon detector of each receiver has polarization dependency, the key bit generation characteristic as a system becomes polarization independent. The reason will be described below.

まず、各受信機の光子検出器は、x方向の直線偏波光に対してのみ検出効率があるものとする。これに対し、奇数番目のパルスはA(cos[θ0],sin[θ0]exp[iψ0])、偶数番目のパルスはA(sin[θ0],−cos[θ0]exp[−iψ0])である偏波状態のパルス列が入力されたとする。第1の実施形態で述べたように、このように表記すると、奇数番目のパルスと偶数番目のパルスの偏波状態は直交していることになる。すると、奇数番目のパルスからの光子検出確率はA2cos2[θ0]に比例し、偶数番目のパルスからの光子検出確率はA2sin2[θ0]に比例する。これより、全体の平均光子検出数は、A2cos2[θ0]+A2sin2[θ0]=A2に比例することになる。すなわち、光子検出器への入力偏波状態に依存しない定数となり、受信機の光子検出特性は偏波無依存となる。 First, it is assumed that the photon detector of each receiver has detection efficiency only for linearly polarized light in the x direction. On the other hand, the odd-numbered pulse is A (cos [θ 0 ], sin [θ 0 ] exp [iψ 0 ]), and the even-numbered pulse is A (sin [θ 0 ], −cos [θ 0 ] exp [ It is assumed that a pulse train having a polarization state of −iψ 0 ]) is input. As described in the first embodiment, in this way, the polarization states of the odd-numbered pulses and the even-numbered pulses are orthogonal to each other. Then, the photon detection probability from the odd-numbered pulse is proportional to A 2 cos 20 ], and the photon detection probability from the even-numbered pulse is proportional to A 2 sin 20 ]. Thus, the total number of detected average photons is proportional to A 2 cos 20 ] + A 2 sin 20 ] = A 2 . That is, the constant does not depend on the state of input polarization to the photon detector, and the photon detection characteristic of the receiver is independent of polarization.

(第4の実施形態)
第3の実施形態では、時間位置もつれ光子対発生器において、光非線形媒質への入射ポンプ光を偏波変調することにより、パルスごとに偏波状態が直交したシグナル・アイドラー光子パルス列を発生させたが、第4の実施形態では、図8に示すように、シグナル・アイドラー光子対発生後に偏波を変調した後、光フィルターなどの手段によりシグナル光とアイドラー光を分離する構成としている。この場合も、パルスごとに偏波状態が直交したシグナル・アイドラー光子パルス列を生成することができる。
(Fourth embodiment)
In the third embodiment, in the time-position entangled photon pair generator, the signal idler photon pulse train in which the polarization state is orthogonal for each pulse is generated by polarization-modulating the incident pump light to the optical nonlinear medium. However, in the fourth embodiment, as shown in FIG. 8, after the polarization of the signal / idler photon pair is generated, the signal light and the idler light are separated by means such as an optical filter. Also in this case, a signal idler photon pulse train in which the polarization states are orthogonal for each pulse can be generated.

このような光子対発生器の構成によっても、第3の実施形態と同様の原理により、入力信号光の偏波状態に依存しない光子検出特性を得ることができる。   Even with such a configuration of the photon pair generator, a photon detection characteristic that does not depend on the polarization state of the input signal light can be obtained by the same principle as in the third embodiment.

以上、本発明について、具体的にいくつかの実施形態について説明したが、本発明の原理を適用できる多くの実施可能な形態に鑑みて、ここに記載した実施形態は、単に例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。ここに例示した実施形態は、本発明の趣旨から逸脱することなくその構成と詳細を変更することができる。さらに、説明のための構成要素および手順は、本発明の趣旨から逸脱することなく変更、補足、またはその順序を変えてもよい。   The present invention has been described above with respect to several embodiments. However, in view of the many possible embodiments to which the principles of the present invention can be applied, the embodiments described herein are merely illustrative, It is not intended to limit the scope of the invention. The configuration and details of the embodiment exemplified here can be changed without departing from the spirit of the present invention. Further, the illustrative components and procedures may be changed, supplemented, or changed in order without departing from the spirit of the invention.

従来の時間位置もつれ光子による量子鍵配送システムの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the quantum key distribution system by the conventional time position entangled photon. 従来の時間位置もつれ光子による量子鍵配送システムの別の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of the quantum key distribution system by the conventional time position entangled photon. 波長変換型の光子検出器の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a wavelength conversion type photon detector. 本発明の第1の実施形態に係る量子鍵配送システムの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the quantum key distribution system which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の量子鍵配送システムにおいて1パルスおきにパルス列が重なり合って合波される様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that a pulse train overlaps and is multiplexed every other pulse in the quantum key distribution system of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る量子鍵配送システムの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the quantum key distribution system which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る量子鍵配送システムの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the quantum key distribution system which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係る量子鍵配送システムの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the quantum key distribution system which concerns on the 4th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

100,200,400,600,700,800 量子鍵配送システム
300 波長変換型光子検出器
C1,C3 光分岐器
C2,C4 光カップラ
100, 200, 400, 600, 700, 800 Quantum key distribution system 300 Wavelength conversion type photon detector C1, C3 Optical splitter C2, C4 Optical coupler

Claims (3)

量子鍵配送システムであって、
シグナル光子のパルス列とアイドラー光子のパルス列とからなる時間位置もつれ光子対を発生する光子対発生器と、
前記シグナル光子のパルス列を受信する第1の受信機と、
前記アイドラー光子のパルス列を受信する第2の受信機と
を備え、
前記光子対発生器は、各パルス列について、隣り合うパルスの偏波状態が互いに直交したパルス列を送出し、
前記各受信機は、受信したパルス列を分岐し、その分岐経路間に遅延を与えることによって前記偏波状態が一致するパルス同士を干渉させて光子を検出することを特徴とする量子鍵配送システム。
A quantum key distribution system,
A photon pair generator for generating a time-entangled photon pair consisting of a pulse train of signal photons and a pulse train of idler photons;
A first receiver for receiving the signal photon pulse train;
A second receiver for receiving the pulse train of idler photons,
The photon pair generator sends a pulse train in which the polarization states of adjacent pulses are orthogonal to each other for each pulse train,
Each of the receivers divides a received pulse train, and delays between the branch paths to cause interference between pulses having the same polarization state, thereby detecting a photon.
請求項1に記載の量子鍵配送システムであって、
前記光子対発生器は、
ポンプ光のパルス列を発生するポンプ光源と、
前記ポンプ光のパルス列について、隣り合うパルスの偏波状態を直交させる偏波変調手段と、
前記隣り合うパルスの偏波状態が直交したポンプ光のパルス列から前記シグナル光子のパルス列と前記アイドラー光子のパルス列とを生成する光非線形媒質と
を備えたことを特徴とする量子鍵配送システム。
The quantum key distribution system according to claim 1,
The photon pair generator is
A pump light source that generates a pulse train of pump light;
About the pulse train of the pump light, polarization modulation means for orthogonally crossing the polarization state of adjacent pulses,
A quantum key distribution system comprising: an optical nonlinear medium that generates the pulse train of the signal photon and the pulse train of the idler photon from the pulse train of pump light in which the polarization states of the adjacent pulses are orthogonal to each other.
請求項1に記載の量子鍵配送システムであって、
前記光子対発生器は、
ポンプ光のパルス列を発生するポンプ光源と、
前記ポンプ光のパルス列から前記シグナル光子のパルス列と前記アイドラー光子のパルス列とを生成する光非線形媒質と、
前記シグナル光子および前記アイドラー光子の各パルス列について、隣り合うパルスの偏波状態を直交させる偏波変調手段と
を備えたことを特徴とする量子鍵配送システム。
The quantum key distribution system according to claim 1,
The photon pair generator is
A pump light source that generates a pulse train of pump light;
An optical nonlinear medium that generates the pulse train of the signal photon and the pulse train of the idler photon from the pulse train of the pump light;
A quantum key distribution system comprising polarization modulation means for orthogonally crossing the polarization states of adjacent pulses for each pulse train of the signal photon and the idler photon.
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