CN102447557A - 量子加密通信设备，量子加密通信方法和量子加密通信系统 - Google Patents

量子加密通信设备，量子加密通信方法和量子加密通信系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及量子加密通信设备，量子加密通信方法和量子加密通信系统。一种进行基于量子加密的通信处理的传送方量子加密通信设备包括：生成光脉冲的光源单元；利用可变波长板进行光脉冲的偏振调制的偏振调制单元；和驱动可变波长板以把光脉冲的偏振态随机转换成多种预定偏振基之一的控制器。

Description

量子加密通信设备,量子加密通信方法和量子加密通信系统
技术领域
本公开涉及量子加密通信设备，量子加密通信方法和量子加密通信系统，更具体地说，涉及进行量子加密通信的小型化量子加密通信设备，它能够安装在便携式电子设备等上。
背景技术
在现有技术中，在因特网等中进行的通信中，利用加密技术保持安全性。加密系统主要被分成两种加密系统，即，共用密钥加密系统和公开密钥加密系统。例如在目前，AES(高级加密标准)等已被广泛用作共用密钥加密系统，RSA等已被广泛用作公开密钥加密系统。
在共用密钥加密系统中，通信双方保管共用的秘密密钥。发射器利用秘密密钥加密明文，从而生成密文，接收器利用相同的秘密密钥对密文解码，从而获得原始明文。
在共用密钥加密系统中，保持安全性的重要因素是使密钥保密。在共用密钥加密系统中，如果进行利用暴力破解搜索密钥的所谓“暴力破解攻击”，那么密钥暴露的可能性高。在目前使用的共用密钥加密系统中，估计进行暴力破解攻击需要不切实际的大量资源(计算性能或计算量)。于是，目前可认为共用密钥加密系统是安全的。不过在未来，由于计算机性能的提高等，预计暴力破解攻击是可行的攻击。事实上，推荐用AES替代现有技术中一直使用的称为2-key TDES(3重DES)的方法。
就包括暴力破解攻击在内的攻击而论，通过利用频繁更新共用密钥的方法可增强安全性。换句话说，尽管攻击者窃听通信并获得密钥，不过如果密钥被经常更新，那么利用密钥译解的密文量被减小，以致相对降低攻击者获得的信息总量。
作为频繁更新共用密钥的方法之一，如在日本专利No.4015385中公开的那样，提出一种利用量子加密通信进行量子密钥分配(QKD：量子密钥分配)的方法。量子密钥分配是一种在利用可传送量子态的通信线路和通常的通信线路连接的双方之间，生成共用秘密密钥的协议。该协议以量子力学原理为基础。于是，尽管攻击者在通信线路上进行窃听，不过认为与生成的秘密密钥相关的信息不被泄露给攻击者。如果使用量子密钥分配协议，那么彼此分离的双方可安全地共享秘密密钥，可利用量子密钥分配协议在任何时候生成该秘密，以致可以频繁地进行共用密钥的上述更新。这样，通过结合量子密钥分配和共用密钥加密，能够增强共用密钥加密系统的安全性。
在量子密钥分配中，例如，使用了BB84协议，或者作为在“Secretkey can be obtained from both compatible and incompatiblemeasurements in the six-state QKD protocol”(Matsumoto Ryutaro，IEICE Technical Report IT2007-43，ISEC20070140，WBS2007-74(2008-02))中公开的B84协议的扩展的6态式协议。另外，如在未经审查的日本专利申请公开No.2007-286551中公开的一样，使用一种进行光脉冲的强度调制，以致能够进一步提高量子密钥分配的加密强度的诱骗方法。
发明内容
不过，在现有技术的量子加密通信中，由于对利用光缆的长距离通信使用调相器等，因此，通信设备尺寸较大。例如，由于通信设备具有以致其被容纳在机架中的尺寸，因此难以使所述通信设备适合于便携式电子设备，比如移动电话机、PDA、平板式PC、电子书籍阅读器、笔记本PC等。
理想的是提供一种能够嵌入便携式电子设备等中，并进行量子加密通信的量子加密通信设备，量子加密通信方法和量子加密通信系统。
按照本公开的第一实施例，提供一种进行基于量子加密的通信处理的传送方量子加密通信设备，包括：生成光脉冲的光源单元；利用可变波长板进行光脉冲的偏振调制的偏振调制单元；和驱动可变波长板以把光脉冲的偏振态随机转换成多种预定偏振基(polarizationbase)之一的控制器。
在本公开的实施例中，光脉冲由利用例如半导体发光器件构成的光源单元生成。在偏振调制单元中，通过利用液晶延迟器作为可变波长板，进行光脉冲的偏振调制。控制器驱动液晶延迟器把光脉冲的偏振态转换成多种预定偏振基之一。这样，传送方的量子加密通信设备输出偏振调制的光脉冲。另外，在液晶延迟器的光脉冲入射面一侧中一体地布置偏振器。另外，在液晶延迟器的出射面一侧中布置光轴相对于液晶延迟器的光轴被倾斜45°的第二液晶延迟器，所述两个液晶延迟器由控制器驱动，以致进行利用6态式协议的量子加密通信。另外，在偏振器和液晶延迟器之间布置强度调制器，例如，用液晶延迟器和偏振器构成的强度调制器，以进行光脉冲的强度的转换，以致进行量子加密通信。
按照本公开的第二实施例，提供一种进行基于量子加密的通信处理的传送方量子加密通信设备的量子加密通信方法，包括：允许光源单元生成光脉冲；利用可变波长板进行光脉冲的偏振调制；和允许控制器驱动可变波长板以把光脉冲的偏振态随机转换成多种预定偏振基之一。
按照本公开的第三实施例，提供一种进行量子加密的通信处理的量子加密通信系统，其中传送方的量子加密通信设备包括：生成光脉冲的光源单元；利用可变波长板进行光脉冲的偏振调制，并把偏振调制的光脉冲发射到通信线路的偏振调制单元；和驱动可变波长板以把光脉冲的偏振态随机转换成多种预定偏振基之一的控制器，其中接收方的量子加密通信设备包括：把从传送方的量子加密通信终端发射出的光脉冲分配给每个偏振基的光学单元；和相对于每个偏振基，检测分配给每个偏振基的光脉冲的受光单元。
按照本公开，能够利用可变波长板，例如液晶延迟器，把光源单元生成的光脉冲的偏振态随机转换成多种预定偏振基之一。于是，由于可利用简单的结构，使偏振调制的光脉冲从传送方发射到接收方，因此能够使量子加密通信设备或系统小型化。
附图说明
图1是图解说明量子加密通信系统的整体结构的示图；
图2是图解说明按照本公开的第一实施例的结构的示图；
图3是图解说明用液晶延迟器进行的偏振调制的示图；
图4是图解说明按照本公开的第二实施例的结构的示图；
图5是图解说明按照本公开的第二实施例的另一结构的示图；
图6是图解说明用液晶延迟器和1/4波长板进行的偏振调制的示图；
图7是图解说明按照本公开的第三实施例的结构的示图；
图8是图解说明用液晶延迟器进行的偏振调制的示图；
图9是图解说明按照本公开的第四实施例的结构的示图；
图10是图解说明按照本公开的第五实施例的结构的示图；
图11是图解说明量子加密通信设备被装配到移动电话机中的状态的示图；
图12是图解说明量子加密通信设备被装配到笔记本式PC中的状态的示图；
图13是图解说明在量子加密通信设备被装配到笔记本式PC中的状态下的结构的示图。
具体实施方式
下面说明本公开的实施例。另外，将按照下述顺序进行说明。
1.量子加密通信系统的整体结构
2.第一实施例
3.第二实施例
4.第三实施例
5.第四实施例
6.第五实施例
<1.量子加密通信系统的整体结构和操作>
图1是图解说明量子加密通信系统的整体结构的示图。量子加密通信系统10包括传送方量子加密通信设备(下面称为“传送方通信设备”)20和接收方量子加密通信设备(下面称为“接收方通信设备”)30。发射方通信设备20和接收方通信设备30通过量子通信线路51和传统通信线路55相互连接。
发射方通信设备20包括光源单元21、偏振调制单元22、密钥存储器23、加密/解码单元24、通信单元25和控制器26。
光源单元21由诸如激光二极管或LED之类的半导体发光器件、使从半导体发光器件射出的光脉冲准直的透镜等构成。光源单元21的发光由控制器26控制。
偏振调制单元22把从光源单元22射出的光脉冲的偏振态转换成多种预定偏振基之一。偏振调制单元22是利用可变波长板，比如液晶延迟器构成的。偏振调制单元22根据控制器26的控制信号进行偏振调制，根据控制信号高速地把从光源单元21射出的光脉冲的偏振态转换成多种预定偏振基之一，并通过量子通信线路51把光脉冲发射到接收方通信设备30。
密钥存储器23保存控制器26生成的共用密钥KYc。另外，加密/解码单元24通过使用保存在密钥存储器23中的共用密钥KYc，利用加密对通信文本DVa加密，或者对加密的通信文本DVae解码。
通信单元25通过传统通信线路55，把未加密的通信文本DVb或者用加密/解码单元24加密的通信文本DVae传给接收方通信设备30。另外，通信单元25通过传统通信线路55，接收从接收方通信设备30传来的通信文本。在接收的通信文本未被加密的情况下，通信单元25把接收的通信文本DVb提供给信号处理单元(未示出)。另外，在接收的通信文本被加密的情况下，通信单元25把接收的通信文本DVae提供给加密/解码单元24。于是，解码的通信文本DVa从加密/解码单元24被提供给信号处理单元。
为了进行量子加密通信，控制器26控制从光源单元21的光脉冲的发射，或者控制偏振调制单元22对射出的光脉冲进行的偏振调制。另外，控制器26通过通信单元25或者传统通信线路55，与接收方通信设备30进行通信，并进行根据量子加密通信的通信结果生成共用密钥的处理、通信文本的通信控制、利用共用密钥的加密或解码的控制，等等。
接收方通信设备30包括光学单元31、受光单元32、密钥存储器33、加密/解码单元34、通信单元35和控制器36。
光学单元31把通过量子通信线路51从传送方通信设备20供给的偏振调制光脉冲分配给偏振基。受光单元32关于每个偏振基，检测分配给每个偏振基的光脉冲，并把检测结果输出给控制器36。
密钥存储器33保存控制器36根据受光单元32的检测结果生成的共用密钥KYc。另外，加密/解码单元34利用保存在密钥存储器33中的共用密钥KYc，利用加密对通信文本DVa加密，或者对加密的通信文本DVae解码。
通信单元35通过传统通信线路55，把未加密的通信文本DVb或者用加密/解码单元34加密的通信文本DVae传给传送方通信设备20。另外，通信单元35通过传统通信线路55，接收从传送方通信设备20传来的通信文本。在接收的通信文本未被加密的情况下，通信单元35把接收的通信文本DVb提供给信号处理单元(未示出)。另外，在接收的通信文本被加密的情况下，通信单元35把接收的通信文本DVae提供给加密/解码单元34。于是，解码的通信文本DVa从加密/解码单元34被提供给信号处理单元。
控制器36通过利用受光单元32的检测结果，经通信单元35或传统通信线路55与传送方通信设备20进行通信，并进行根据量子加密通信的通信结果生成共用密钥的处理、通信文本的通信控制、和利用共用密钥的加密或解码的控制。
在具有这种结构的量子加密通信系统中，传送方通信设备20的控制器26独立生成随机数；所生成的随机数被提供给偏振调制单元22；并进行通过量子通信线路51的光学信号的偏振调制。另外，接收方通信设备30的控制器36根据受光单元32的受光结果生成接收信号，对接收信号进行纠错、保密增强等，并生成或更新为传送方通信设备20和接收方通信设备30所共有的共用密钥。另外，控制器36把共用密钥保存在密钥存储器23和33中。
<2.第一实施例>
在第一实施例中，利用包括两种线偏振和两种圆偏振的四种偏振态，按照BB84协议，通过利用传播通过自由空间的光脉冲，进行量子密钥分配。
<2-1.第一实施例的结构>
图2图解说明本公开的第一实施例的结构。另外，图2图解说明在图1中例示的光源单元21、偏振调制单元22、光学单元31和受光单元32的结构。
传送方通信设备20的光源单元21是利用诸如激光二极管或LED之类的半导体发光器件211、使从半导体发光器件211射出的光脉冲准直的透镜212构成的。
在偏振调制单元22中使用把准直光脉冲的偏振态转换成所述四种偏振态之一的液晶延迟器221。液晶延迟器221被布置成以致使光轴相对于从光源单元21射出的光脉冲的线偏振方向倾斜45°。液晶延迟器221按照控制器26的控制信号，改变在沿着FAST轴和SLOW轴的偏振分量中出现的相差。
另外，在偏振调制单元22中，在从光源单元21射出的光不是线偏振的情况下，或者在尽管所述光是线偏振，但是难以相对于液晶延迟器221的光轴准确地控制偏振方向的情况下，在液晶延迟器221的光脉冲入射面一侧布置偏振器225。例如，使偏振器225在液晶延迟器221的光脉冲入射面一侧与液晶延迟器221结合，以致液晶延迟器221的光轴被设定成相对于从偏振器225射出的线偏振倾斜45°。按照偏振调制单元22的这种结构，尽管未相对于光源单元21精确地控制偏振调制单元22的位置，不过能够把偏振方向和液晶延迟器221的光轴设定成期望的角度。
接收方通信设备30的光学单元31包括非偏振分束器311、偏振分束器312和315，和1/4波长板313。非偏振分束器311实现从传送方通信设备20射出的光脉冲的偏振状态的无变化的分割。偏振分束器312对用非偏振分束器311分离的光脉冲之一进行偏振分离。就用非偏振分束器311分离的另一个光脉冲的偏振态来说，1/4波长板313把线偏振转换成圆偏振，和把圆偏振转换成线偏振。偏振分束器315对偏振态被1/4波长板313改变的光脉冲进行偏振分离。
受光单元32包括受光器件321H、321V、321R和321L。受光器件321H检测用偏振分束器312偏振分离的一个光脉冲，受光器件321V检测用偏振分束器312偏振分离的另一个光脉冲。类似地，受光器件321R检测用偏振分束器315偏振分离的一个光脉冲，受光器件321L检测用偏振分束器315偏振分离的另一个光脉冲。
<2-2.第一实施例的操作>
[量子通信操作]
就BB84协议的量子通信而论，传送方通信设备20进行下述操作。
控制器26利用脉冲电流驱动光源单元21的半导体发光器件211，以生成光脉冲。此时，可取的是每个脉冲的光子的数目为1以下(在来自半导体发光器件211的光脉冲的强度较强的情况下，通过利用诸如ND滤光片之类的光感测单元(图中未示出)，可把每个脉冲的光子的数目设定成为1以下)。
使光源单元21生成的光脉冲入射到偏振调制单元22的液晶延迟器221上。另外，在安装偏振器225的情况下，光脉冲通过偏振器225入射到液晶延迟器221上。
控制器26随机控制液晶延迟器221，以致按照光脉冲的到达计时，在沿着FAST轴和SLOW轴的偏振分量中出现的相差φ为0°、90°、180°和270°之一。
就通过液晶延迟器221的光脉冲的偏振态来说，在相差φ为0°的情况下，偏振态为入射时的线偏振，而没有变化；在相差φ为180°的情况下，偏振态被改变成与入射线偏振垂直的线偏振。在相差φ为90°或270°的情况下，偏振态被改变成方向彼此不同的圆偏振。另外，在相差φ为90°或270°的情况下，偏振态是左旋圆偏振和右旋圆偏振，还是右旋圆偏振和左旋圆偏振是按照设置的液晶延迟器的光轴(SLOW轴和FAST轴)的方向决定的。
图3图解说明用液晶延迟器221进行的偏振调制。图3中图解说明的x方向的线偏振被设定成垂直偏振。另外，液晶延迟器221的FAST轴被设定到相对于x方向轴倾斜45°的位置。另外，液晶延迟器221的FAST轴用“F”表示，其SLOW轴用“S”表示。
这种情况下，如果在沿着液晶延迟器221的FAST轴和SLOW轴的偏振分量中出现的相差φ被设定成0°，那么通过液晶延迟器221的光脉冲变成垂直偏振。另外，在相差φ被设定成90°的情况下，所述光脉冲变成左旋圆偏振；在相差φ被设定成180°的情况下，所述光脉冲变成水平偏振；在相差φ被设定成270°的情况下，所述光脉冲变成右旋圆偏振。
按照这种方式，从传送方通信设备20输出偏振态由控制器26随机控制为这四种偏振态之一的光脉冲。
接收方通信设备30允许光学单元31的非偏振分束器311分割从传送方通信设备20射出的光脉冲。用非偏振分束器311分离的光脉冲之一入射到偏振分束器312上，被分成偏振分量，从而入射到受光器件321H或受光器件321V上。
用非偏振分束器311分离的另一个光脉冲通过1/4波长板313，从而使偏振态能够被改变，之后，入射到偏振分束器315上，被分成偏振分量，从而入射到受光器件321R或受光器件321L上。另外，在上面的说明中，尽管公开了分离光脉冲，不过在实际情况下(这里，假定不存在噪声)，不必用所有受光器件检测一个光脉冲。这是因为光脉冲的强度被设定成以致每个脉冲的光子的数目为1以下，从而，光子由四个受光器件之一检测，以转换成电信号。
表1列举每个偏振态的受光器件的光脉冲检测概率。另外，表1列举每个脉冲的光子的数目为“1”，非偏振分束器311的分离比为p∶(1-p)(这里0＜p＜1)、并且既不存在光损失也不存在窃听的理想情况的值。
表1
Figure BDA0000095556970000101
在用非偏振分束器311使为垂直偏振V或者水平偏振H的光脉冲转向受光器件321H或受光器件321V的情况下，其概率为“p”，光脉冲由对应的受光器件检测。换句话说，在光脉冲为垂直偏振V的情况下，受光器件321V检测该光脉冲的概率变成“p”，受光器件321H检测该光脉冲的概率变成“0”。另外，在光脉冲为水平偏振H的情况下，受光器件321V检测该光脉冲的概率变成“0”，受光器件321H检测该光脉冲的概率变成“p”。
另外，在用非偏振分束器311使为垂直偏振V或者水平偏振H的光脉冲转向受光器件321L或受光器件321R的情况下，其概率为“1-p”。另外，由于受光器件以相同的概率“0.5”检测所有的光脉冲，因此在光脉冲为垂直偏振V和水平偏振H任意之一的情况下，受光器件321L和321R检测该光脉冲的概率变成概率“0.5(1-p)”。
类似地，在光脉冲为左旋圆偏振L的情况下，受光器件321L检测该光脉冲的概率变成“1-p”，受光器件321R检测该光脉冲的概率变成“0”。另外，在光脉冲为右旋圆偏振R的情况下，受光器件321L检测该光脉冲的概率变成“0”，受光器件321R检测该光脉冲的概率变成“1-p”。另外，在光脉冲为左旋圆偏振L和右旋圆偏振R任意之一的情况下，受光器件321V和321H检测该光脉冲的概率变成概率“0.5p”。在BB84协议中，通过重复进行上述操作，进行量子通信的部分把受光器件321V、321H、321L和321R的受光结果输出给控制器36。
[传统通信操作]
之后，在BB84协议的量子通信之后，进行传统通信。传送方通信设备20和接收方通信设备30利用公开通信线路(即，通信详情未被加密，窃听者可识别所有的通信详情)执行下面说明的协议。
(1)基交换
接收方通信设备30通过公开通信线路，例如，传统通信线路55与传送方通信设备20通信，以只把指示在量子通信的接收结果中是检测到线偏振还是检测到圆偏振的信息，从控制器36通过通信单元35和传送方通信设备的通信单元25传给控制器26。例如，在检测到垂直偏振V的情况下，不传送指示“检测到垂直偏振V”的信息，而只传送指示“检测到线偏振”的信息。传送方通信设备20的控制器26在接收结果中，检测哪个时刻的哪个接收结果是正确的，并把检测结果通知接收方通信设备30的控制器36。接收方通信设备30的控制器36根据通知的检测结果，只选择所述正确数据。换句话说，在传送方通信设备20传送为线偏振(垂直偏振V或水平偏振H)的光脉冲，并且接收方通信设备30检测到圆偏振(左旋圆偏振L或右旋圆偏振R)的情况下，不生成共享的秘密信息。另外，在传送方通信设备20传送为圆偏振(L或R)的光脉冲，并且接收方通信设备30检测到线偏振(V或H)的情况下，不生成共享的秘密信息。于是，数据被丢弃。另外，根据剩余的数据，例如，在线偏振的情况下，如果垂直偏振V被设定成“0”，水平偏振H被设定成“1”，和在圆偏振的情况下，如果左旋圆偏振L被设定成“0”，右旋圆偏振R被设定成“1”，那么传送设备和接收设备可共享关联的随机比特序列。传送方通信设备20和接收方通信设备30根据所述随机比特序列生成共用密钥。
另外，相反，传送方通信设备20可以只把指示“是传送了线偏振还是传送了圆偏振”的信息，从控制器26通过通信单元25和接收方通信设备30的通信单元35传给控制器36，接收方通信设备30的控制器36可根据通知的偏振基，只选择正确的数据。
不过，在一些情况下，传送方通信设备和接收方通信设备共享的比特序列可能包括由量子通信线路51引起的差错，或者在传送和接收期间发生的差错。另外，在存在于量子通信线路51上的窃听者窃听光子信息的情况下，在共享的比特序列中会出现差错。于是，进行差错率的估计、纠错或保密增强。
(2)差错率的估计
在差错率的估计中，在传送方通信设备20传送为线偏振(V或H)的光脉冲，并且接收方通信设备30检测到线偏振(V或H)的情况下，和在传送方通信设备20传送为圆偏振(L或R)的光脉冲，并且接收方通信设备30检测到圆偏振(L或R)的情况下，在通过基交换获得的比特序列中，随机选择约一半的数据。另外，通过结合随机选择的数据的值，估计差错率。另外，从比特序列中除去用于差错率估计的数据。
(3)纠错
在纠错中，对除去了用于差错率估计的数据的比特序列进行纠错。例如，在纠错中，比特序列被分成多个块，通过检查每个块的奇偶性指定包括差错的块，并通过对相关的块应用汉明代码等进行纠错。
(4)保密增强
在保密增强中，按照估计的差错率，对纠错后的比特序列进行保密增强。此时，尽管不存在窃听者，不过由于传送方通信设备20、接收方通信设备30或者量子通信线路中的噪声的影响，会产生差错。不过，为了提高安全性，假定所有差错都源于窃听。换句话说，在假定归因于窃听而发生差错的情况下，根据差错率估计泄露给窃听者的信息的数量，并进行使比特序列减少所述信息量的变换。就减少后的比特序列来说，窃听者的信息量可被忽略。
通过进行这种处理，例如，如果差错率较小(例如，就BB84来说，等于或小于1％)，那么能够获得其长度大于1的比特序列。获得的比特序列作为共用密钥被保存在传送方通信设备20的密钥存储器23和接收方通信设备30的密钥存储器33中。在差错率较大并且比特序列的长度变为0的情况下，密钥分配失败。
另外，在上面的说明中，为了更好地理解本公开，说明了顺序进行量子通信部分和传统通信部分的情况。不过实际上，可取的是量子通信部分是连续进行的，当保存一定程度的数据时，在任何必需的时间间歇地进行传统通信部分。这是因为单位时间获得的共用密钥的数量被增大。
在需要通信的加密的任何时候，使用保存在传送方通信设备20和接收方通信设备30中的共用密钥。例如，当利用共用密钥加密系统进行加密通信时，预先确定利用一个共用密钥加密的明文的数量。这里，如果通信量超过确定的通信量，那么传送方通信设备和接收方通信设备同时从密钥存储器提取共用密钥，并更新用于共用密钥加密系统的密钥。另外，如果通信量几乎恒定而不是变化极大的话，那么传送方通信设备20和接收方通信设备30每隔预定时间，同时从密钥存储器提取共用密钥，并更新用于共用密钥加密系统的密钥。
这样，由于传送方通信设备20被配置成以致利用可变波长板(比如液晶延迟器)构成偏振调制单元，因此与现有的量子加密通信中利用调相器等的通信设备相比，能够容易地使通信设备小型化，并将其安装在便携式电子设备等上。
另外，偏振器被布置成在液晶延迟器的入射面一侧，与液晶延迟器结合，以致使液晶延迟器的光轴相对于从偏振器射出的线偏振倾斜45°。于是，尽管未相对于光源单元精确控制偏振调制单元的位置，不过能够把偏振方向和液晶延迟器的光轴设定成期望的角度。
<3.第二实施例>
在第二实施例中，利用四种线偏振的偏振态，按照BB84协议，通过利用传播通过自由空间的光脉冲进行量子密钥分配。
<3-1.第二实施例的结构>
图4图解说明第二实施例的结构。另外，图4图解说明图1中例示的光源单元21、偏振调制单元22、光学单元31和受光单元32的结构。
传送方通信设备20的光源单元21是利用诸如激光二极管或LED之类的半导体发光器件211和使从半导体发光器件211射出的光脉冲准直的透镜212构成的。
偏振调制单元22包括把准直光脉冲的偏振态转换成所述四种偏振态之一的液晶延迟器221。液晶延迟器221被布置成以致使光轴相对于从光源单元21射出的光脉冲的线偏振方向倾斜45°。液晶延迟器221按照控制器26的控制信号，改变在沿着FAST轴和SLOW轴的偏振分量中出现的相差。
1/4波长板222被布置在液晶延迟器221的光脉冲出射面一侧中，以致相对于液晶延迟器221的光轴倾斜45°。在入射的光脉冲是线偏振的情况下，1/4波长板222无变化地射出所述线偏振。另外，在入射光脉冲是圆偏振的情况下，1/4波长板222射出相对于在入射光脉冲是线偏振情况下的线偏振倾斜45°的变化的线偏振。
另外，在偏振调制单元22中，在从光源单元21射出的光不是线偏振的情况下，或者在尽管所述光是线偏振、但是难以相对于液晶延迟器221的光轴准确地控制偏振方向的情况下，在液晶延迟器221的光脉冲入射面一侧布置偏振器225。例如，使偏振器225在液晶延迟器221的光脉冲入射面一侧与液晶延迟器221结合，以致液晶延迟器221的光轴被设定成相对于从偏振器225射出的线偏振倾斜45°。按照偏振调制单元22的这种结构，尽管未相对于光源单元21精确地控制偏振调制单元22的位置，不过能够把偏振方向和液晶延迟器221的光轴设定成期望的角度。
接收方通信设备30的光学单元31包括非偏振分束器311及偏振分束器312和315。非偏振分束器311执行从传送方通信设备20射出的光脉冲的偏振状态无变化的分割。偏振分束器312对用非偏振分束器311分离的光脉冲之一进行偏振分离。偏振分束器315被安装成相对于安装偏振分束器312的表面，围绕入射光的光轴旋转45°，以致用非偏振分束器311分离的另一个光脉冲被偏振分离。
另外，如图5中所示，在非偏振分束器311和偏振分束器315之间布置1/2波长板314，以致使线偏振的方向旋转45°。这样，不必使偏振分束器315相对于安装偏振分束器312的表面旋转45°。
受光单元32包括受光器件321H、321V、321+和321-。受光器件321H检测用偏振分束器312偏振分离的一个光脉冲，受光器件321V检测用偏振分束器312偏振分离的另一个光脉冲。类似地，受光器件321+检测用偏振分束器315偏振分离的一个光脉冲，受光器件321-检测用偏振分束器315偏振分离的另一个光脉冲。
<3-2.第二实施例的操作>
[量子通信操作]
就BB84协议的量子通信而论，传送方通信设备20进行下述操作。
控制器26利用脉冲电流驱动光源单元21的半导体发光器件211，以生成光脉冲。此时，可取的是每个脉冲的光子的数目为1以下(在来自半导体发光器件211的光脉冲的强度较强的情况下，通过利用诸如ND滤光片之类的光感测单元(图中未示出)，可把每个脉冲的光子的数目设定成为1以下)。
使光源单元21生成的光脉冲入射到偏振调制单元22的液晶延迟器221上。另外，在安装偏振器225的情况下，光脉冲通过偏振器225入射到液晶延迟器221上。
控制器26随机控制液晶延迟器221，以致按照光脉冲的到达计时，在沿着FAST轴和SLOW轴的偏振分量中出现的相差φ为0°、90°、180°和270°之一。
就通过液晶延迟器221的光脉冲的偏振状态来说，在相差φ为0°的情况下，偏振态为入射时的线偏振，而没有变化；在相差φ为180°的情况下，偏振态被改变成与入射线偏振垂直的线偏振。在相差φ为90°或270°的情况下，偏振态被改变成方向彼此不同的圆偏振。另外，在相差φ为90°或270°的情况下，偏振态是左旋圆偏振和右旋圆偏振，还是右旋圆偏振和左旋圆偏振是按照设置的液晶延迟器的光轴(SLOW轴和FAST轴)的方向决定的。使通过液晶延迟器221的光脉冲入射到1/4波长板222之上。
1/4波长板222被布置成相对于液晶延迟器221的光轴倾斜45°。于是，在入射光脉冲是线偏振的情况下，无变化地使用该线偏振；在入射光脉冲是圆偏振的情况下，光脉冲被改变成相对于该线偏振倾斜45°的线偏振。
图6图解说明用液晶延迟器221和1/4波长板222进行的偏振调制。图6中图解说明的x方向的线偏振被设定成垂直偏振。另外，液晶延迟器221的FAST轴被设定到相对于x方向轴倾斜45°的位置。另外，1/4波长板222被设定到相对于液晶延迟器221的光轴倾斜45°的位置。另外，液晶延迟器221和1/4波长板222的FAST轴用“F”表示，它们的SLOW轴用“S”表示。
这种情况下，如果在沿着液晶延迟器221的FAST轴和SLOW轴的偏振分量中出现的相差φ被设定成0°，那么通过液晶延迟器221的光脉冲变成垂直偏振。另外，在相差φ被设定成90°的情况下，所述光脉冲变成左旋圆偏振；在相差φ被设定成180°的情况下，所述光脉冲变成水平偏振；在相差φ被设定成270°的情况下，所述光脉冲变成右旋圆偏振。
这里，就指示线偏振的偏振方向的角度来说，垂直方向(x轴方向)被设定成0°，从其沿着y轴方向的旋转方向被设定为正。之后，在光脉冲通过1/4波长板222之后，在液晶延迟器221的相差为0°的情况下，光脉冲变成垂直偏振V；在相差为90°的情况下，光脉冲变成+45°倾斜的线偏振+；在相差为180°的情况下，光脉冲变成水平偏振H；在相差为270°的情况下，光脉冲变成-45°倾斜的线偏振-。
按照这种方式，从传送方通信设备20输出偏振态由控制器26随机控制为这四种偏振态之一的光脉冲。
接收方通信设备30允许光学单元31的非偏振分束器311分割从传送方通信设备20射出的光脉冲。用非偏振分束器311分离的光脉冲之一入射到偏振分束器312上，被分成偏振分量，并入射到受光器件321H或受光器件321V上。
用非偏振分束器311分离的另一个光脉冲入射到偏振分束器315上，被分成偏振分量，并入射到受光器件321+或受光器件321-上。
通过分别用线偏振+、线偏振-、受光器件321+和受光器件321-替换和读出表1的左旋圆偏振L、右旋圆偏振R、受光器件321L和受光器件321R，表2中列举每个偏振态的受光器件的光脉冲检测概率。另外，表2还列举每个脉冲的光子的数目为“1”，非偏振分束器311的分离比为p∶(1-p)(这里0＜p＜1)，并且既不存在光损失也不存在窃听的理想情况的值。
表2
Figure BDA0000095556970000171
在用非偏振分束器311使为垂直偏振V或者水平偏振H的光脉冲转向受光器件321H或受光器件321V的情况下，其概率为“p”，光脉冲由对应的受光器件检测。换句话说，在光脉冲为垂直偏振V的情况下，受光器件321V检测该光脉冲的概率变成“p”，受光器件321H检测该光脉冲的概率变成“0”。另外，在光脉冲为水平偏振H的情况下，受光器件321V检测该光脉冲的概率变成“0”，受光器件321H检测该光脉冲的概率变成“p”。
另外，在用非偏振分束器311使为垂直偏振V或者水平偏振H的光脉冲转向受光器件321+或受光器件321-的情况下，其概率为“1-p”。另外，由于受光器件以相同的概率“0.5”检测所有的光脉冲，因此在光脉冲为垂直偏振V和水平偏振H任意之一的情况下，受光器件321+和321-检测该光脉冲的概率变成概率“0.5(1-p)”。
类似地，在光脉冲为+45°线偏振+的情况下，受光器件321+检测该光脉冲的概率变成“1-p”，受光器件321-检测该光脉冲的概率变成“0”。另外，在光脉冲为-45°线偏振-的情况下，受光器件321+检测该光脉冲的概率变成“0”，受光器件321-检测该光脉冲的概率变成“1-p”。另外，在光脉冲为+45°线偏振+和-45°线偏振-任意之一的情况下，受光器件321V和321H检测该光脉冲的概率变成概率“0.5p”。在BB84协议中，进行量子通信的部分重复进行上述操作。
[传统通信操作]
之后，在BB84协议的量子通信之后，进行传统通信。传送方通信设备20和接收方通信设备30利用公开通信线路(即，通信详情未被加密，窃听者可识别所有的通信详情)执行下面说明的协议。
(1)基交换
接收方通信设备30通过公开通信线路，例如传统通信线路55与传送方通信设备20通信，以只把指示在量子通信的接收结果中，是检测到线偏振(垂直偏振V或水平偏振H)，还是检测到45°倾斜线偏振(+45°线偏振+或-45°线偏振-)的信息从控制器36通过通信单元35和传送方通信设备的通信单元25传给控制器26。例如，在检测到垂直偏振V的情况下，不传送指示“检测到垂直偏振V”的信息，而只传送指示“检测到线偏振”的信息。传送方通信设备20的控制器26在接收结果中检测哪个时刻的哪个接收结果是正确的，并把检测结果通知接收方通信设备30的控制器36。接收方通信设备30的控制器36根据通知的检测结果只选择所述正确数据。换句话说，在传送方通信设备20传送为线偏振(V或H)的光脉冲，并且接收方通信设备30检测到45°倾斜线偏振(+或-)的情况下，不生成共享的秘密信息。另外，在传送方通信设备20传送为45°倾斜线偏振(+或-)的光脉冲，并且接收方通信设备30检测到线偏振(V或H)的情况下，不生成共享的秘密信息。于是，此时的数据被丢弃。另外，根据剩余的数据，例如，在线偏振的情况下，如果垂直偏振V被设定成“0”，水平偏振H被设定成“1”，和如果线偏振+被设定成“0”，线偏振-被设定成“1”，那么传送设备和接收设备可共享关联的随机比特序列。传送方通信设备20和接收方通信设备30根据所述随机比特序列生成共用密钥。
另外，相反，传送方通信设备20可以只把指示“是传送了线偏振还是传送了45°倾斜的线偏振”的信息，从控制器26通过通信单元25和接收方通信设备30的通信单元35传给控制器36，接收方通信设备30的控制器36可根据通知的偏振基，只选择正确的数据。
另外，在一些情况下，传送方通信设备和接收方通信设备共享的比特序列可能包括由量子通信线路51引起的差错，或者在传送和接收期间发生的差错。于是，类似于第一实施例，进行纠正差错的纠错，差错率的估计，和根据估计的差错率减少被认为受到窃听的信息的数量的保密增强。
在需要通信的加密的任何时候，使用保存在传送方通信设备20和接收方通信设备30中的共用密钥。例如，当利用共用密钥加密系统进行加密通信时，预先确定利用一个共用密钥加密的明文的数量。这里，如果通信量超过确定的通信量，那么传送方通信设备和接收方通信设备同时从密钥存储器提取共用密钥，并更新用于共用密钥加密系统的密钥。另外，如果通信量几乎恒定而不是变化极大的话，那么传送方通信设备20和接收方通信设备30每隔预定时间，同时从密钥存储器提取共用密钥，并更新用于共用密钥加密系统的密钥。
按照这种方式，在第二实施例中，由于使1/4波长板与液晶延迟器结合，进行把准直光脉冲的偏振态转换成所述四种线偏振态之一的偏振调制。在第二实施例中，与现有技术中利用调相器等的通信设备相比，能够容易地使通信设备小型化，并将其安装在便携式电子设备等上。
<4.第三实施例>
在量子加密通信中，例如，如在“Secret key can be obtained fromboth compatible and incompatible measurements in the six-state QKDprotocol”(Matsumoto Ryutaro，IEICE Technical Report IT2007-43，ISEC20070140，WBS2007-74(2008-02))等中所述，可以使用作为B84协议的扩展的6态式协议(下面称为6态协议)。于是，在第三实施例中，说明通过利用六种偏振态进行量子密钥分配的情况，所述六种偏振态包括所述四种线偏振和所述两种圆偏振。
<4-1.第三实施例的结构>
图7图解说明第三实施例的结构。另外，图7图解说明图1中例示的光源单元21、偏振调制单元22、光学单元31和受光单元32的结构。
传送方通信设备20的光源单元21是利用诸如激光二极管或LED之类的半导体发光器件211和使从半导体发光器件211射出的光脉冲准直的透镜212构成的。
偏振调制单元22包括把准直光脉冲的偏振态转换成所述四种线偏振态和所述两种圆偏振态之一的液晶延迟器221和223。液晶延迟器221被布置成以致使光轴相对于从光源单元21射出的光脉冲的线偏振方向倾斜45°。另外，液晶延迟器223被布置成以致相对于液晶延迟器221倾斜45°。
液晶延迟器221和223按照控制器26的控制信号，改变在沿着FAST轴和SLOW轴的偏振分量中出现的相差。
另外，在偏振调制单元22中，在从光源单元21射出的光不是线偏振的情况下，或者在尽管所述光是线偏振、但是难以相对于液晶延迟器221的光轴准确地控制偏振方向的情况下，在液晶延迟器221的光脉冲入射面一侧布置偏振器225。例如，使偏振器225在液晶延迟器221的光脉冲入射面一侧与液晶延迟器221结合，以致液晶延迟器221的光轴被设定成相对于从偏振器225射出的线偏振倾斜45°。按照偏振调制单元22的这种结构，尽管未相对于光源单元21精确地控制偏振调制单元22的位置，不过能够把偏振方向和液晶延迟器221的光轴设定成期望的角度。
接收方通信设备30的光学单元31包括非偏振分束器310和311、偏振分束器312、315和316，和1/4波长板313。非偏振分束器310执行从传送方通信设备20射出的光脉冲的偏振状态无变化的分割。非偏振分束器311偏振态无变化地分割用非偏振分束器310分离的光脉冲之一。偏振分束器312将用非偏振分束器311分离的光脉冲之一偏振分离成偏振。就用非偏振分束器311分离的另一个光脉冲的偏振态来说，1/4波长板313把线偏振转换成圆偏振，和把圆偏振转换成线偏振。偏振分束器315对偏振态被1/4波长板313改变的光脉冲进行偏振分离。
偏振分束器316被安装成围绕作为轴线的入射光旋转以相对于安装偏振分束器312的表面倾斜45°，从而光脉冲被分离成沿着相对于偏振分束器312倾斜45°的方向的两个线偏振。另外，在非偏振分束器310和偏振分束器316之间布置1/2波长板317，以致线偏振的方向被旋转45°。于是，偏振分束器316不必被安装成倾斜45°。另外，用非偏振分束器310和311分离的三个光脉冲中的哪个光脉冲由偏振分束器中的哪一个偏振分离可以不与图解所示的相同。
受光单元32包括受光器件321H、321V、321L、321R、321+和321-。受光器件321H检测用偏振分束器312偏振分离的一个光脉冲，受光器件321V检测用偏振分束器312偏振分离的另一个光脉冲。类似地，受光器件321L检测用偏振分束器315偏振分离的一个光脉冲，受光器件321R检测用偏振分束器315偏振分离的另一个光脉冲。另外，受光器件321+检测用偏振分束器316偏振分离的一个光脉冲，受光器件321-检测用偏振分束器316偏振分离的另一个光脉冲。
<4-2.第三实施例的操作>
[量子通信操作]
对6态协议的量子通信而论，传送方通信设备20执行下述操作。
控制器26利用脉冲电流驱动光源单元21的半导体发光器件211，以生成光脉冲。此时，可取的是每个脉冲的光子的数目为1以下(在来自半导体发光器件211的光脉冲的强度较强的情况下，通过利用诸如ND滤光片之类的光感测单元(图中未示出)，可把每个脉冲的光子的数目设定成为1以下)。
使光源单元21生成的光脉冲入射到偏振调制单元22的液晶延迟器221上。另外，在安装偏振器225的情况下，使光脉冲通过偏振器225入射到液晶延迟器221上。
控制器26随机控制液晶延迟器221，以致按照光脉冲的到达计时，在沿着FAST轴和SLOW轴的偏振分量中出现的相差φ为0°、90°、180°和270°之一。
就通过液晶延迟器221的光脉冲的偏振状态来说，在相差φ为0°的情况下，偏振态为入射时的线偏振，而没有变化；在相差φ为180°的情况下，偏振态被改变成与入射线偏振垂直的线偏振。在相差φ为90°或270°的情况下，偏振态被改变成方向彼此不同的圆偏振。另外，在相差φ为90°或270°的情况下，偏振态是左旋圆偏振和右旋圆偏振，还是右旋圆偏振和左旋圆偏振是按照设置的液晶延迟器的光轴(SLOW轴和FAST轴)的方向决定的。使通过液晶延迟器221的光脉冲入射到液晶延迟器223之上。
液晶延迟器223被布置成相对于液晶延迟器221的光轴倾斜45°，液晶延迟器223由控制器26随机控制，以致在沿着液晶延迟器223的FAST轴和SLOW轴的偏振分量中出现的相差θ为0°和90°之一。
在液晶延迟器223的相差θ为0°的情况下，通过液晶延迟器223的光脉冲的偏振态不被改变。另外，在液晶延迟器223的相差θ为90°的情况下，为线偏振的入射光脉冲是毫无变化的所述线偏振，为圆偏振的入射光脉冲被改变成相对于所述线偏振倾斜45°的线偏振。
图8图解说明用液晶延迟器221和223进行的偏振调制。图8中图解说明的x方向的线偏振被设定成垂直偏振。另外，液晶延迟器221的FAST轴被设定到相对于x方向轴倾斜45°的位置。另外，液晶延迟器223被设定到相对于液晶延迟器221的光轴倾斜45°的位置。另外，液晶延迟器221和223的FAST轴用“F”表示，它们的SLOW轴用“S”表示。
这种情况下，如果在沿着液晶延迟器221的FAST轴和SLOW轴的偏振分量中出现的相差φ被设定成0°，那么通过液晶延迟器221的光脉冲变成垂直偏振。另外，在相差φ被设定成90°的情况下，所述光脉冲变成左旋圆偏振；在相差φ被设定成180°的情况下，所述光脉冲变成水平偏振；在相差φ被设定成270°的情况下，所述光脉冲变成右旋圆偏振。
这里，就指示线偏振的偏振方向的角度来说，垂直方向(x轴方向)被设定成0°，从其沿着y轴方向的旋转方向被设定为正。在光脉冲通过液晶延迟器223之后，在液晶延迟器223的相差θ为0°的情况下，偏振状态不被改变。于是，在液晶延迟器221的相差φ为0°的情况下，光脉冲变成垂直偏振；在相差φ为90°的情况下，光脉冲变成左旋圆偏振；在相差φ为180°的情况下，光脉冲变成水平偏振；在相差φ为270°的情况下，光脉冲变成右旋圆偏振。
另外，在液晶延迟器223的相差θ为90°的情况下，在液晶延迟器221的相差φ为0°的情况下，光脉冲变成垂直偏振；在相差φ为90°的情况下，光脉冲变成+45°倾斜线偏振；在相差φ为180°的情况下，光脉冲变成水平偏振；在相差φ为270°的情况下，光脉冲变成-45°倾斜线偏振。另外，表3举例说明液晶延迟器221的相差φ，液晶延迟器223的相差θ和偏振调制的偏振态之间的关系。
表3
  θ＝0°   θ＝90°
  φ＝0°   V(垂直偏振)   V(垂直偏振)
  φ＝90°   L(左旋圆偏振)   +(+45°线偏振R)
  φ＝180°   H(水平偏振)   H(水平偏振)
  φ＝270°   R(右旋圆偏振)   -(-45°线偏振R)
按照这种方式，从传送方通信设备20输出偏振态被控制器26随机控制为所述六种偏振态之一的光脉冲。
接收方通信设备30允许光学单元31的非偏振分束器310分割从传送方通信设备20射出的光脉冲。使利用非偏振分束器310分离的光脉冲之一入射到非偏振分束器311上，从而被进一步分割。使利用非偏振分束器311分离的光脉冲之一入射到偏振分束器312上，被分割成偏振分量，并入射到受光器件321H或受光器件321V上。
用非偏振分束器311分离的另一个光脉冲通过1/4波长板313，从而使偏振态可被改变，之后，被偏振分束器315分割。使所述分离的光脉冲入射到偏振分束器315上，被分割成偏振分量，并入射到受光器件321L或受光器件321R上。
使利用非偏振分束器310分离的另一个光脉冲入射到偏振分束器316上，偏振分束器316把该光脉冲分割成沿着45°倾斜方向的两个线偏振，所述线偏振被分割成偏振分量，并入射到受光器件321+或受光器件321-上。
为了便于说明，尽管在上面的公开中说明了“分离光脉冲”，不过在实际情况下，不必用所有受光器件检测一个光脉冲。这是因为光脉冲的强度被设定成以致每个脉冲的光子的数目为1以下，从而，用六个受光器件之一检测光子，以转换成电信号。
类似于第一和第二实施例，表4中列举了每种偏振态的受光器件的光脉冲检测概率。另外，在表4中，每个脉冲的光子的数目为“1”；非偏振分束器310的分离比为p∶(1-p)(这里0＜p＜1)；非偏振分束器311的分离比为q∶(1-q)(这里0＜q＜1)。另外，表4列举了既不存在光损失又不存在窃听的理想情况的值。
表4
Figure BDA0000095556970000241
在用非偏振分束器311使为垂直偏振V或者水平偏振H的光脉冲转向受光器件321H或受光器件321V的情况下，其概率为“pq”，光脉冲由对应的受光器件检测。换句话说，在光脉冲为垂直偏振V的情况下，受光器件321V检测该光脉冲的概率变成“pq”，受光器件321H检测该光脉冲的概率变成“0”。另外，在光脉冲为水平偏振H的情况下，受光器件321V检测该光脉冲的概率变成“0”，受光器件321H检测该光脉冲的概率变成“pq”。
另外，在用非偏振分束器311使为垂直偏振V或者水平偏振H的光脉冲转向受光器件321L或受光器件321R的情况下，其概率为“p(1-q)”。另外，由于受光器件以相同的概率“0.5”检测所有的光脉冲，因此在光脉冲为垂直偏振V和水平偏振H任意之一的情况下，受光器件321L和321R检测该光脉冲的概率变成概率“0.5p(1-q)”。
另外，在用非偏振分束器310使为垂直偏振V或者水平偏振H的光脉冲转向受光器件321+或受光器件321-的情况下，其概率为“1-p”。另外，由于受光器件以相同的概率“0.5”检测所有的光脉冲，因此在光脉冲为垂直偏振V和水平偏振H任意之一的情况下，受光器件321+和321-检测该光脉冲的概率变成概率“0.5(1-p)”。
类似地，在光脉冲为左旋圆偏振L的情况下，受光器件321L检测该光脉冲的概率变成“p(1-q)”，受光器件321R检测该光脉冲的概率变成“0”。另外，在光脉冲为右旋圆偏振R的情况下，受光器件321L检测该光脉冲的概率变成“0”，受光器件321R检测该光脉冲的概率变成“p(1-q)”。另外，在光脉冲为左旋圆偏振L和右旋圆偏振R任意之一的情况下，受光器件321V和321H检测该光脉冲的概率变成概率“0.5pq”。于是，在光脉冲为左旋圆偏振L和右旋圆偏振R任意之一的情况下，受光器件321+和321-检测该光脉冲的概率变成概率“0.5(1-p)”。
另外，在光脉冲为线偏振+的情况下，受光器件321+检测该光脉冲的概率变成“1-p”，受光器件321-检测该光脉冲的概率变成“0”。另外，在光脉冲为线偏振-的情况下，受光器件321+检测该光脉冲的概率变成“0”，受光器件321-检测该光脉冲的概率变成“1-p”。另外，在光脉冲为线偏振+和线偏振-任意之一的情况下，受光器件321V和321H检测该光脉冲的概率变成概率“0.5pq”。于是，在光脉冲为线偏振+和线偏振-任意之一的情况下，受光器件321L和321R检测该光脉冲的概率变成概率“0.5p(1-q)”。在6态协议中，进行量子通信的部分重复进行上述操作。
[传统通信操作]
接下来，在6态协议的量子通信之后进行传统通信。传送方通信设备20和接收方通信设备30利用公开通信线路(即，通信详情未被加密，窃听者可识别所有的通信详情)执行下面说明的协议。
(1)基交换
接收方通信设备30通过公开通信线路，例如传统通信线路55与传送方通信设备20通信，以只把指示在量子通信的接收结果中是否检测到线偏振(垂直偏振V或水平偏振H)，45°倾斜线偏振(+45°线偏振+或-45°线偏振-)和圆偏振(左旋圆偏振L或右旋圆偏振R)任意之一的信息，从控制器36通过通信单元35和传送方通信设备的通信单元25传给控制器26。例如，在检测到垂直偏振V的情况下，不传送指示“检测到垂直偏振V”的信息，而只传送指示“检测到线偏振”的信息。传送方通信设备20的控制器26在接收结果中，检测哪个时刻的哪个接收结果是正确的，并把检测结果通知接收方通信设备30的控制器36。接收方通信设备30的控制器36根据通知的检测结果，只选择所述正确数据。换句话说，在传送方通信设备20传送为线偏振(V或H)的光脉冲，并且接收方通信设备30检测到圆偏振(L或R)或者45°倾斜线偏振(+或-)的情况下，由于不会生成共享的秘密信息，因此该数据被丢弃。另外，在传送方通信设备20传送为圆偏振(L或R)的光脉冲，并且接收方通信设备30检测到线偏振(V或H)或者45°倾斜线偏振(+或-)的情况下，由于不会生成共享的秘密信息，因此该数据被丢弃。另外，在传送方通信设备20传送为45°倾斜线偏振(+或-)的光脉冲，并且接收方通信设备30检测到线偏振(V或H)或圆偏振(L或R)的情况下，由于不会生成共享的秘密信息，因此该数据被丢弃。
另外，根据剩余的数据，例如，在线偏振的情况下，如果垂直偏振V被设定成“0”，水平偏振H被设定成“1”；在圆偏振的情况下，如果左旋圆偏振L被设定成“0”，右旋圆偏振R被设定成“1”；和在45°倾斜线偏振的情况下，如果+45°线偏振+被设定成“0”，-45°线偏振-被设定成“1”。这样，传送方通信设备和接收方通信设备可共享关联的随机比特序列。传送方通信设备20和接收方通信设备30根据所述随机比特序列生成共用密钥。
另外相反，传送方通信设备20可以只把指示“传送了线偏振、45°倾斜线偏振和圆偏振中的哪一个”的信息，从控制器26通过通信单元25和接收方通信设备30的通信单元35传给控制器36，接收方通信设备30的控制器36根据通知的偏振基，可以只选择正确的数据。
(2)差错率的估计
在传送方通信设备20传送为线偏振(V或H)的光脉冲，并且接收方通信设备30检测到线偏振(V或H)的情况下，在传送方通信设备20传送为圆偏振(L或R)的光脉冲，并且接收方通信设备30检测到圆偏振(L或R)的情况下，和在传送方通信设备20传送为45°倾斜线偏振(+或-)的光脉冲，并且接收方通信设备30检测到45°倾斜线偏振(+或-)的情况下，在通过基交换获得的比特序列中随机选择约一半的数据，通过用传送方通信设备20和接收方通信设备30结合随机选择的数据的值，估计差错率。此时使用的数据被除去。
(3)纠错
在纠错中，类似于第一实施例等，对除去了用于差错率估计的数据的比特序列进行纠错。
(4)保密增强
在保密增强中，类似于第一实施例等，按照估计的差错率对纠错后的比特序列进行保密增强。这里，在差错率较大并且比特序列的长度变为0的情况下，密钥分配失败。另外，如果差错率较小(例如，就6态协议来说，等于或小于约12.6％)，那么能够获得其长度大于1的比特序列。获得的比特序列作为共用密钥被保存在传送方通信设备20的密钥存储器23和接收方通信设备30的密钥存储器33中。
按照这种方式，在第三实施例中，其光轴相对于液晶延迟器221的光轴倾斜45°的液晶延迟器223被布置在液晶延迟器221的出射面一侧中。于是，液晶延迟器221和223改变相差，以致准直光脉冲的偏振态可被转换成六种偏振态之一。于是，即使在使用6态式协议的情况下，也能够容易地使通信设备小型化，并将其安装在便携式电子设备等上。
<5.第四实施例>
在量子加密通信中，例如，如在未经审查的日本专利申请公开No.2007-286551中公开的那样，使用能够通过传送对其进行强度调制的光脉冲进一步增强量子密钥分配的加密强度的诱骗方法。于是，在第四实施例中，说明通过利用四种偏振态在BB84协议中使用所述诱骗方法，进行量子密钥分配的情况，所述四种偏振态包括两种线偏振和两种圆偏振。
<5-1.第四实施例的结构>
图9图解说明第四实施例的结构。另外，图9图解说明图1中例示的光源单元21、偏振调制单元22、光学单元31和受光单元32的结构。
传送方通信设备20的光源单元21是利用诸如激光二极管或LED之类的半导体发光器件211和使从半导体发光器件211射出的光脉冲准直的透镜212构成的。
偏振调制单元22包括把准直光脉冲的偏振态转换成所述四种偏振态之一的液晶延迟器221。液晶延迟器221被布置成以致使光轴相对于后面说明的强度调制器224的偏振器224b的偏振轴倾斜45°。液晶延迟器221按照控制器26的控制信号，改变在沿着FAST轴和SLOW轴的偏振分量中出现的相差。
进行光脉冲的强度调制的强度调制器224被布置在液晶延迟器221的入射面一侧中。强度调制器224是利用液晶延迟器224a和偏振器224b构成的。液晶延迟器224a被布置成以致使液晶延迟器224a的光轴相对于入射光脉冲的线偏振方向倾斜45°。在从光源单元21射出的光是线偏振的情况下，偏振器224b的偏振轴被设定成与偏振方向垂直的方向。
液晶延迟器224a按照控制器26的控制信号，改变在沿着FAST轴和SLOW轴的偏振分量中出现的相差。这样，相差被改变，以致调整通过偏振器224b输出的光脉冲的强度。
另外，在第四实施例中，尽管强度调制器224是用包括液晶延迟器224a和偏振器224b的光学系统实现的，不过，通过调制驱动半导体发光器件211的电流值，可进行强度调制。另外，也可以使用利用非线性光学晶体等的光强度调制器224。
另外，在偏振调制单元22中，在从光源单元21射出的光不是线偏振的情况下，或者在尽管所述光是线偏振、但是难以相对于液晶延迟器224a的光轴精确地控制偏振方向的情况下，在液晶延迟器224a的光脉冲入射面一侧布置偏振器225。例如，偏振器225被布置在强度调制器224的光脉冲入射面一侧，偏振器225的位置被设定成以致使液晶延迟器224a的光轴相对于线偏振倾斜45°，并且强度调制器224和偏振器225与液晶延迟器221一体化。按照偏振调制单元22的这种结构，尽管未相对于光源单元21精确地控制偏振调制单元22的位置，不过能够把偏振方向和液晶延迟器224a等的光轴设定成期望的角度。
接收方通信单元30的光学单元31包括非偏振分束器311、偏振分束器312和315，和1/4波长板313。非偏振分束器311执行从传送方通信设备20射出的光脉冲的偏振状态无变化的分割。偏振分束器312对用非偏振分束器311分离的光脉冲之一进行偏振分离。就用非偏振分束器311分离的另一个光脉冲的偏振态来说，1/4波长板313把线偏振转换成圆偏振，和把圆偏振转换成线偏振。偏振分束器315对偏振态被1/4波长板313改变的光脉冲进行偏振分离。
受光单元32包括受光器件321H、321V、321R和321L。受光器件321H检测用偏振分束器312偏振分离的一个光脉冲，受光器件321V检测用偏振分束器312偏振分离的另一个光脉冲。类似地，受光器件321R检测用偏振分束器315偏振分离的一个光脉冲，受光器件321L检测用偏振分束器315偏振分离的另一个光脉冲。
<5-2.第四实施例的操作>
[量子通信操作]
在与诱骗方法结合的BB84协议的量子通信中，传送方通信设备20进行下述操作。
控制器26利用脉冲电流驱动光源单元21的半导体发光器件211，以生成光脉冲。使光源单元21生成的光脉冲入射到偏振调制单元22的强度调制器224上。另外，在安装偏振器225的情况下，使光脉冲通过偏振器225入射到强度调制器224上。
强度控制器224的液晶延迟器224a被随机控制，以致按照光脉冲的到达计时，在沿着FAST轴和SLOW轴的偏振分量中出现的相差α是多个预定值之中的一个值。
通过液晶延迟器224a的光脉冲入射到偏振器224b。在相差α为0°的情况下，由于液晶延迟器224a不影响入射光脉冲的偏振，具有从液晶延迟器224a射出的光脉冲的偏振态(它是毫无变化的入射时的线偏振)的光脉冲入射到偏振器224b上。
在从光源单元21射出的光是线偏振的情况下，偏振器224b的偏振轴被设定成指向与偏振方向垂直的方向；在安装偏振器225的情况下，偏振器224b的偏振轴被设定成指向偏振器225的偏振轴。于是，在液晶延迟器224a中的相差α为0°的情况下，光脉冲不通过偏振器224b，从而光脉冲的强度变成0。
在相差α不为0°的情况下，由于液晶延迟器224a影响入射光脉冲的偏振，具有从液晶延迟器224a射出的光脉冲的偏振态(它通常被改变成椭圆偏振)的光脉冲入射到偏振器224b上。
尽管入射到偏振器224b的光脉冲作为线偏振射出，不过，此时射出的光脉冲的强度随着入射时的椭圆偏振的偏振态(即相差α)变化的。例如，如果相差α为90°，那么通过液晶延迟器3的光脉冲变成圆偏振；如果光脉冲通过偏振器224b，那么光脉冲的强度变成原始强度的1/2。
例如，如果相差α为180°，那么通过液晶延迟器3的光脉冲变成沿着与入射线偏振垂直的方向偏振的线偏振，由于光脉冲原样通过偏振器224b，因此光脉冲的强度不被改变。
换句话说，如果在沿着液晶延迟器224a的FAST轴和SLOW轴的偏振分量中出现的相差被设定成α，那么用通过结合液晶延迟器224a和偏振器224b而形成的光学系统构成的强度调制器224把入射光脉冲的强度改变成原始强度与[sin(α/2)]^2的乘积。
就相差α的多个预定值来说，包括通过强度调制器224之后的一个光脉冲的光子数的平均值可被定义成例如0、1或10。通过强度调制器224的光脉冲入射到液晶延迟器221上。液晶延迟器221进行和第一实施例相同的操作，从传送方通信设备20输出其偏振态被控制器26随机控制成所述四种偏振态之一的光脉冲。
接收方通信设备30进行与第一实施例相同的操作。
[传统通信操作]
随后，在与诱骗方法结合的BB84协议的量子通信之后，进行传统通信。类似于第一实施例，传送方通信设备20和接收方通信设备30利用公开通信线路，进行(1)基交换、(3)纠错和(4)保密增强。另外，如下进行(2)差错率的估计。
(2)差错率的估计
在传送方通信设备20传送为线偏振(V或H)的光脉冲，并且接收方通信设备30检测到线偏振(V或H)的情况下，或者在传送方通信设备20传送为圆偏振(L或R)的光脉冲，并且接收方通信设备30检测到圆偏振(L或R)的情况下，在通过基交换获得的比特序列中随机选择约一半的数据。另外，通过用传送方通信设备20和接收方通信设备30结合随机选择的数据的值，估计差错率。
此时，就利用不同强度调制的每个光脉冲来说，用传送方通信设备20的强度调制器224估计差错率。例如，在包括在一个光脉冲中的光子数的平均值被设定成0、1或10的情况下，估计其光子数的平均值为0的脉冲的差错率，其光子数的平均值为1的脉冲的差错率，其光子数的平均值为10的脉冲的差错率。此时使用的数据被丢弃。差错率是(4)保密增强所必需的参数。
由于差错率是关于包括有不同平均光子数的每个光脉冲估计的，因此在假定所有差错都是由窃听引起的情况下，与第一实施例相比，难以估计泄露给窃听者的相互信息量。于是，如果其它条件相同，那么与第一实施例相比，能够生成多得多的共用密钥。
另外，在第四实施例中，诱骗方法可以与利用四种线偏振的偏振态的BB84协议，或者利用四种线偏振和两种圆偏振的偏振态的6态协议结合。
这样，在第四实施例中，用液晶延迟器224a和偏振器224b构成的强度调制器224被布置在液晶延迟器221的入射面一侧中。于是，通过控制液晶延迟器224a进行光脉冲的强度的转换，并通过控制液晶延迟器221进行偏振态的转换，以致能够进一步提高量子密钥分配的加密强度。换句话说，即使在使用诱骗方法的情况下，也能够容易地使通信设备小型化，和将其安装在便携式电子设备等上。
<6.第五实施例>
在上述第一到第四实施例中，说明了利用自由空间作为量子通信线路51进行量子加密通信的情况。按照这种方式，在自由空间被用作量子通信线路51的情况下，需要位置对准，以便从传送方通信设备20射出的光脉冲被接收方通信设备30正确接收。不过，如果光纤被用作量子通信线路，那么不需要传送方通信设备20和接收方通信设备30的位置对准，以致能够容易地进行量子加密通信。在第五实施例中，说明了使用光纤52作为量子通信线路的情况。
另外，在第五实施例中，说明了通过在利用四种偏振态的BB84协议中利用诱骗方法进行量子密钥分配的情况，所述四种偏振态包括两种线偏振和两种圆偏振。
<6-1.第五实施例的结构>
图10图解说明第五实施例的结构。另外，图10图解说明图1中例示的光源单元21、偏振调制单元22、光学单元31和受光单元32等的结构。
传送方通信设备20的光源单元21是利用诸如激光二极管或LED之类的半导体发光器件211和使从半导体发光器件211射出的光脉冲准直的透镜212构成的。
偏振调制单元22包括把准直光脉冲的偏振态转换成所述四种偏振态之一的液晶延迟器221。液晶延迟器221被布置成以致使光轴相对于后面说明的强度调制器224的偏振器224b的偏振轴倾斜45°。液晶延迟器221由控制器26控制，以按照施加于控制器26的电压，改变在沿着FAST轴和SLOW轴的偏振分量中出现的相差。
进行光脉冲的强度调制的强度调制器224被布置在液晶延迟器221的入射面一侧中。强度调制器224是利用液晶延迟器224a和偏振器224b构成的。液晶延迟器224a被布置成以致使液晶延迟器224a的光轴相对于入射光脉冲的线偏振方向倾斜45°。在从光源单元21射出的光是线偏振的情况下，偏振器224b的偏振轴被设定成与偏振方向垂直的方向。
液晶延迟器224a按照控制器26的控制信号，改变在沿着FAST轴和SLOW轴的偏振分量中出现的相差。这样，相差被改变，以致调整通过偏振器224b输出的光脉冲的强度。
从液晶延迟器221射出的光脉冲由透镜226聚光，并入射到与光纤连接器27连接的光纤52上。
另外，在第五实施例中，尽管强度调制器224是利用包括液晶延迟器224a和偏振器224b的光学系统实现的，不过通过调制用于驱动半导体发光器件211的电流值，可以执行强度调制。另外，也可使用利用非线性光学晶体等的光强度调制器。
另外，在偏振调制单元22中，在从光源单元21射出的光不是线偏振的情况下，或者在尽管所述光是线偏振、但是难以相对于液晶延迟器224a的光轴准确地控制偏振方向的情况下，在液晶延迟器224a的光脉冲入射面一侧布置偏振器225。例如，偏振器225被布置在强度调制器224的光脉冲入射面一侧，偏振器225的位置被设定成以致使液晶延迟器224a的光轴相对于线偏振倾斜45°，并且强度调制器224和偏振器225与液晶延迟器221一体化。按照偏振调制单元22的这种结构，尽管未相对于光源单元21精确地控制偏振调制单元22的位置，不过能够把偏振方向和液晶延迟器224a等的光轴设定成期望的角度。
接收方通信设备30的光学单元31包括非偏振分束器311、偏振分束器312和315、和1/4波长板313。另外，接收方通信设备30包括自动偏振控制器37和透镜319。
非偏振分束器311执行从传送方通信设备20射出的光脉冲的偏振状态无变化的分割。偏振分束器312对用非偏振分束器311分离的光脉冲之一进行偏振分离。就用非偏振分束器311分离的另一个光脉冲的偏振态来说，1/4波长板313把线偏振转换成圆偏振，和把圆偏振转换成线偏振。偏振分束器315对偏振态被1/4波长板313改变的光脉冲进行偏振分离。
受光单元32包括受光器件321H、321V、321R和321L。受光器件321H检测用偏振分束器312偏振分离的一个光脉冲，受光器件321V检测用偏振分束器312偏振分离的另一个光脉冲。类似地，受光器件321R检测用偏振分束器315偏振分离的一个光脉冲，受光器件321L检测用偏振分束器315偏振分离的另一个光脉冲。
自动偏振控制器37校正通过光纤52传送的光脉冲的偏振态。透镜319使通过自动偏振控制器37从光纤52射出的光脉冲准直，允许所述光脉冲入射到非偏振分束器311上。
另外，在第五实施例中，图解说明了在来自光纤52的光脉冲通过自动偏振控制器37之后，把所述光脉冲提取到自由空间的光学系统。不过，该光学系统可被配置成以致非偏振分束器、偏振分束器等是用光纤器件构成的，从而光脉冲不能被提取到自由空间，不过可用所述光纤分割。
<6-2.第五实施例的操作>
[量子通信操作]
控制器26利用脉冲电流驱动光源单元21的半导体发光器件211，以生成光脉冲。使光源单元21生成的光脉冲入射到偏振单元22的强度调制器24上。另外，在安装偏振器225的情况下，使光脉冲通过偏振器225入射到强度调制器224上。
强度调制器224的液晶延迟器224a被随机控制，以致按照光脉冲的到达计时，在沿着FAST轴和SLOW轴的偏振分量中出现的相差α是多个预定值之中的一个值。在从光源单元21射出的光是线偏振的情况下，偏振器224b的偏振轴被设定成指向与偏振方向垂直的方向；在安装偏振器225的情况下，偏振器224b的偏振轴被设定成指向偏振器225的偏振轴。于是，液晶延迟器224a中的相差α被控制器26控制为多个预定值，以致通过强度调制器224的光脉冲是对其进行了强度调制的光脉冲。使通过强度调制器224的光脉冲入射到液晶延迟器221。液晶延迟器221进行和第一实施例相同的操作，使其偏振态被控制器26随机控制成所述四种偏振态之一的光脉冲射向透镜226。
透镜226聚光从液晶延迟器221射出的光脉冲，以便入射到与光纤连接器27连接的光纤52上。
接收方通信设备30允许光学单元31的非偏振分束器311分割用透镜319准直的光脉冲。用非偏振分束器311分离的光脉冲之一入射到偏振分束器312上，被分割成偏振组件，并入射到受光器件321H或受光器件321V上。
用非偏振分束器311分离的另一个光脉冲通过1/4波长板313，从而允许偏振态被改变，之后，入射到偏振分束器315上，分割成偏振分量，并入射到受光器件321R或受光器件321L上。通过重复进行上述操作，受光器件321V、321H、321L和321R的受光结果被输出到控制器36。
另外，传送方通信设备20和接收方通信设备30进行自动偏振控制器37的操作设定，以致在进行量子加密通信之前，消除在光脉冲传播通过光纤52期间不可避免出现的偏振态的变化。例如，在预定计时，传送方通信设备20传送具有预定偏振态的光脉冲，接收方通信设备30利用受光器件检测光脉冲。控制器36根据受光器件的检测结果，控制自动偏振控制器37，以致用预定受光器件检测具有预定偏振态的光脉冲。换句话说，自动偏振控制器37消除在光脉冲的传播期间出现的偏振态的变化。
[传统通信操作]
之后，在与诱骗方法结合的BB84协议中，执行进行传统通信的部分。类似于第四实施例，传送方通信设备20和接收方通信设备30利用公开通信线路，进行(1)基交换、(2)差错率的估计、(3)纠错和(4)保密增强。
另外，在第五实施例中，诱骗方法可以与利用四种线偏振的偏振态的BB84协议，或者利用四种线偏振和两种圆偏振的偏振态的6态协议结合。
这样，在第五实施例中，偏振调制单元22由液晶延迟器221、强度调制器224等构成，从偏振调制单元22射出的光脉冲被配置成通过透镜226入射到光纤52上。这样，即使在光纤被用作量子通信线路的情况下，由于量子加密通信设备或系统可被小型化，因此能够将其安装在便携式设备上。另外，光纤52用作量子通信线路，以致不需要传送方通信设备和接收方通信设备的位置对准，从而能够容易地进行量子加密通信。
<7.应用于电子设备的状态>
下面参考图11-13，说明把量子加密通信设备应用于电子设备的例子。图11图解说明移动电话机的应用例子。
在把量子加密通信设备应用于移动电话机的情况下，安装半导体发光器件211、透镜212和液晶延迟器221。从半导体发光器件211射出的光脉冲由透镜212聚光，以致入射到液晶延迟器221上。之后，液晶延迟器221进行入射光脉冲的偏振调制，并把光脉冲射向移动电话机的外部。
这样，量子加密通信设备被构造成以致利用液晶延迟器进行偏振调制。于是，能够使量子加密通信设备小型化，如图11中所示，能够把量子加密通信设备嵌入移动电话机中。
图12和13图解说明笔记本式计算机的应用例子。在应用于笔记本式计算机的情况下，例如，在图12中图解说明的配置中，布置半导体发光器件211、透镜212、液晶延迟器221、光学单元31和32、滤光器41和光纤连接器42。布置在笔记本式计算机中的这些部件的结构与图13的相同。从半导体发光器件211射出的光脉冲由透镜212聚焦，以致入射到液晶延迟器221上。之后，液晶延迟器221进行入射光脉冲的偏振调制，允许偏振调制的光脉冲入射到滤光器41上。
滤光器41起光分离器作用，光分离器把从光源设备1输出的光脉冲导引到光纤连接器42，和把从外部经光纤连接器42输入的光脉冲导引到光学单元31。于是，使偏振调制的光脉冲通过滤光器41入射到光纤连接器42上。入射到光纤连接器42的光脉冲经与光纤连接器42连接的光缆被提取到外部。另一方面，经与光纤连接器42连接的光缆从外部入射的光脉冲经滤光器41入射到光学单元31上。光学单元31接收入射光脉冲。光学单元31把接收的光脉冲分成偏振，并把偏振输出给受光单元32，所述受光单元32是利用半导体受光器件(例如，光电二极管等)构成的。
另外这里，考虑了利用一根光缆进行双向通信的情况。通常，在利用所述光缆的双向通信中，用于传送的光脉冲的波长和用于接收的光脉冲的波长彼此不同。于是，能够利用上述滤光器41分离波长不同的光脉冲。按照安装在笔记本式计算机上的通信功能的种类或形式，可以适当修改滤光器41、光纤连接器42、光学单元31和受光单元32的配置。另外，也允许设计的局部改变，例如，透镜212在光源设备中的嵌入等等。
在这种情况下，量子加密通信设备被构造成利用液晶延迟器进行偏振调制，以致能够使量子加密通信设备小型化，和把量子加密通信设备嵌入笔记本式计算机中，如图中所示。另外，由于笔记本式计算机的尺寸大于移动电话机的尺寸，因此能够容易地安装量子加密通信的接收功能以及传送功能。例如，如图中所示，安装滤光器，以把偏振调制的光脉冲传给光连接器插座一侧，和把光连接器插座一侧的光脉冲反射到光学单元31一侧。按照这种结构，能够在笔记本式计算机中安装量子加密通信的传送功能和接收功能。
另外，本公开不应被解释成局限于本公开的上述实施例。本公开的实施例以例证的形式公开了本公开，从而，显然在不脱离本公开的精神的范围内，本领域的技术人员可做出实施例的各种修改或变更。换句话说，为了确定本公开的精神，应考虑各个权利要求。
本公开包含与在2010年10月6日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2010-226628中公开的主题相关的主题，该专利申请的整个内容在此引为参考。

Claims (8)

1.一种进行基于量子加密的通信处理的传送方量子加密通信设备，包括：
生成光脉冲的光源单元；
利用可变波长板进行光脉冲的偏振调制的偏振调制单元；和
驱动可变波长板以把光脉冲的偏振态随机转换成多种预定偏振基之一的控制器。
2.按照权利要求1所述的量子加密通信设备，其中液晶延迟器用作可变波长板。
3.按照权利要求2所述的量子加密通信设备，其中在液晶延迟器的光脉冲入射面一侧中一体地布置偏振器。
4.按照权利要求3所述的量子加密通信设备，其中在液晶延迟器的出射面一侧中布置光轴相对于液晶延迟器的光轴被倾斜45°的第二液晶延迟器。
5.按照权利要求3所述的量子加密通信设备，其中在偏振器和液晶延迟器之间布置强度调制器。
6.按照权利要求5所述的量子加密通信设备，其中强度调制器是用液晶延迟器和偏振器构成的。
7.一种进行基于量子加密的通信处理的传送方量子加密通信设备的量子加密通信方法，包括：
允许光源单元生成光脉冲；
利用可变波长板进行光脉冲的偏振调制；和
允许控制器驱动可变波长板以把光脉冲的偏振态随机转换成多种预定偏振基之一。
8.一种进行量子加密的通信处理的量子加密通信系统，
其中传送方的量子加密通信设备包括：
生成光脉冲的光源单元；
利用可变波长板进行光脉冲的偏振调制，并把偏振调制的光脉冲发射到通信线路的偏振调制单元；和
驱动可变波长板以把光脉冲的偏振态随机转换成多种预定偏振基之一的控制器，
其中接收方的量子加密通信设备包括：
把从传送方的量子加密通信终端发射出的光脉冲分配给每个偏振基的光学单元；和
相对于每个偏振基，检测分配给每个偏振基的光脉冲的受光单元。
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