JP2003036168A - 乱数生成装置及び乱数生成方法 - Google Patents
乱数生成装置及び乱数生成方法Info
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- JP2003036168A JP2003036168A JP2001223795A JP2001223795A JP2003036168A JP 2003036168 A JP2003036168 A JP 2003036168A JP 2001223795 A JP2001223795 A JP 2001223795A JP 2001223795 A JP2001223795 A JP 2001223795A JP 2003036168 A JP2003036168 A JP 2003036168A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の乱数生成装置は、光子検出器１及び光
子検出器２の量子効率が等しくない場合があり、十分な
ランダム性を持つ一様乱数の生成が困難であるという問
題があった。 【解決手段】 この発明の乱数生成装置は、光子検出器
１ １９と光子検出器２２０の検出結果５５、５６を入
力して乱数を生成すると共に、生成した乱数を評価して
評価結果５７を用いて偏波面制御器１６に対して帰還制
御することを特徴とする乱数生成装置１によって、十分
なランダム性を持つ一様乱数の生成を行うようにする。
子検出器２の量子効率が等しくない場合があり、十分な
ランダム性を持つ一様乱数の生成が困難であるという問
題があった。 【解決手段】 この発明の乱数生成装置は、光子検出器
１ １９と光子検出器２２０の検出結果５５、５６を入
力して乱数を生成すると共に、生成した乱数を評価して
評価結果５７を用いて偏波面制御器１６に対して帰還制
御することを特徴とする乱数生成装置１によって、十分
なランダム性を持つ一様乱数の生成を行うようにする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、十分なランダム
性を持つ乱数をハードウェア的に生成する乱数生成装置
及び乱数生成方法に関するものである。
性を持つ乱数をハードウェア的に生成する乱数生成装置
及び乱数生成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】これまでの乱数生成装置としては、熱的
不安定さを利用した方式、量子力学的な不安定さを利用
した方式等がある。図７に従来の量子力学的な不安定さ
を利用した乱数生成装置のブロック図の一例を示す。図
７において、１００は従来の乱数生成装置である。９０
は光子を発生する光子発生器である。９１は、光子発生
器９０から放出された光子を通過して直線偏光にする偏
光子である。９２は、偏光子９１により直線偏光（直線
偏光は図７の記号「┴」で示す。直線偏光とは垂直（Ｖ
ｅｒｔｉｃａｌ）偏光状態或いは水平（Ｈｏｒｉｚｏｎ
ｔａｌ）偏光状態のいずれかを指す）された光子を入力
して、楕円偏光（楕円偏光は図７の記号「／／」で示
す。）に偏光する偏波面制御器である。９３は、偏波面
制御器９２が出力した光子を入力して、光子の偏光状態
によってＶポート（Ｖ（垂直）偏光出力ポート）９３ａ
とＨポート（Ｈ（水平）偏光出力ポート）９３ｂとのい
ずれかに光子を出力する偏光ビームスプリッタである。
ここでは、偏波面制御器９２から出力された光子が、偏
光ビームスプリッタ９３の垂直軸と角度θをなす角度で
入射されるものとする。９４は、Ｖポート９３ａより出
力された光子を検出する光子検出器１である。９５は、
Ｈポート９３ｂより出力された光子を検出する光子検出
器２である。９６は、光子検出器１９４と光子検出器２
９５からそれぞれ出力された光子検出結果を入力し
て、これらの光子検出結果に基づいて乱数を生成する乱
数発生器である。従来の乱数発生装置１００は、上記し
た図７のように構成されている。このため、偏波面制御
器９２から出力された光子が、偏光ビームスプリッタ９
３の垂直軸と角度θをなす角度で入射されると、光子の
状態は、量子力学的な重ね合わせの状態として次のよう
に記述することができる。 ｜ψ＞＝ｃｏｓθ｜Ｖ＞＋ｓｉｎθ｜Ｈ＞ ここで、｜Ｖ＞は垂直（Ｖｅｒｔｉｃａｌ）偏光状態
を、｜Ｈ＞は水平（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）偏光状態を
それぞれ表す。このような状態にある光子が、偏光ビー
ムスプリッタ９３を通過した場合、Ｖポート９３ａとＨ
ポート９３ｂの２つの出力ポートに光子が出力される確
率は、Ｖポートはｃｏｓ2θ、Ｈポートはｓｉｎ2θで与
えられる。従って、偏波面制御器９２によってθ＝４５
°に選べば、Ｖポートに光子が出力される確率は、ｃｏ
ｓ2４５°＝（１／√２）2＝１／２、Ｈポートに光子が
出力される確率は、ｓｉｎ2４５°＝（１／√２）2＝１
／２で与えらる。このように、光子の透過確率はそれぞ
れの出力ポートで等しく１／２となるため、Ｖポートと
Ｈポートそれぞれの後段に置いた光子検出器１ ９４と
光子検出器２ ９５とを用いて、通過してきた光子を検
出することにより乱数を生成することが可能である。乱
数の生成方法として例えば、Ｖポートから光子を検出し
たときを「１」、Ｈポートから光子を検出したときを
「０」に対応させる。このように生成された「０」，
「１」の数列は、確率過程から生じたものであるので、
十分なランダム性をもつ乱数列となるものと考えられ
る。
不安定さを利用した方式、量子力学的な不安定さを利用
した方式等がある。図７に従来の量子力学的な不安定さ
を利用した乱数生成装置のブロック図の一例を示す。図
７において、１００は従来の乱数生成装置である。９０
は光子を発生する光子発生器である。９１は、光子発生
器９０から放出された光子を通過して直線偏光にする偏
光子である。９２は、偏光子９１により直線偏光（直線
偏光は図７の記号「┴」で示す。直線偏光とは垂直（Ｖ
ｅｒｔｉｃａｌ）偏光状態或いは水平（Ｈｏｒｉｚｏｎ
ｔａｌ）偏光状態のいずれかを指す）された光子を入力
して、楕円偏光（楕円偏光は図７の記号「／／」で示
す。）に偏光する偏波面制御器である。９３は、偏波面
制御器９２が出力した光子を入力して、光子の偏光状態
によってＶポート（Ｖ（垂直）偏光出力ポート）９３ａ
とＨポート（Ｈ（水平）偏光出力ポート）９３ｂとのい
ずれかに光子を出力する偏光ビームスプリッタである。
ここでは、偏波面制御器９２から出力された光子が、偏
光ビームスプリッタ９３の垂直軸と角度θをなす角度で
入射されるものとする。９４は、Ｖポート９３ａより出
力された光子を検出する光子検出器１である。９５は、
Ｈポート９３ｂより出力された光子を検出する光子検出
器２である。９６は、光子検出器１９４と光子検出器２
９５からそれぞれ出力された光子検出結果を入力し
て、これらの光子検出結果に基づいて乱数を生成する乱
数発生器である。従来の乱数発生装置１００は、上記し
た図７のように構成されている。このため、偏波面制御
器９２から出力された光子が、偏光ビームスプリッタ９
３の垂直軸と角度θをなす角度で入射されると、光子の
状態は、量子力学的な重ね合わせの状態として次のよう
に記述することができる。 ｜ψ＞＝ｃｏｓθ｜Ｖ＞＋ｓｉｎθ｜Ｈ＞ ここで、｜Ｖ＞は垂直（Ｖｅｒｔｉｃａｌ）偏光状態
を、｜Ｈ＞は水平（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）偏光状態を
それぞれ表す。このような状態にある光子が、偏光ビー
ムスプリッタ９３を通過した場合、Ｖポート９３ａとＨ
ポート９３ｂの２つの出力ポートに光子が出力される確
率は、Ｖポートはｃｏｓ2θ、Ｈポートはｓｉｎ2θで与
えられる。従って、偏波面制御器９２によってθ＝４５
°に選べば、Ｖポートに光子が出力される確率は、ｃｏ
ｓ2４５°＝（１／√２）2＝１／２、Ｈポートに光子が
出力される確率は、ｓｉｎ2４５°＝（１／√２）2＝１
／２で与えらる。このように、光子の透過確率はそれぞ
れの出力ポートで等しく１／２となるため、Ｖポートと
Ｈポートそれぞれの後段に置いた光子検出器１ ９４と
光子検出器２ ９５とを用いて、通過してきた光子を検
出することにより乱数を生成することが可能である。乱
数の生成方法として例えば、Ｖポートから光子を検出し
たときを「１」、Ｈポートから光子を検出したときを
「０」に対応させる。このように生成された「０」，
「１」の数列は、確率過程から生じたものであるので、
十分なランダム性をもつ乱数列となるものと考えられ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の乱数発生装置
は、Ｖポート９３ａとＨポート９３ｂとはそれぞれ同じ
透過確率を有するように計算できる。しかし、偏光ビー
ムスプリッタ９３は、実際にはＶポート９３ａとＨポー
ト９３ｂとの一方にかたよった確率で光子を透過する場
合がある。また、偏光ビームスプリッタ９３がＶポート
９３ａとＨポート９３ｂの両ポートに誤って光子を透過
する場合がある。このため、十分なランダム性を持つ一
様乱数を生成できない場合があるという問題が発生す
る。
は、Ｖポート９３ａとＨポート９３ｂとはそれぞれ同じ
透過確率を有するように計算できる。しかし、偏光ビー
ムスプリッタ９３は、実際にはＶポート９３ａとＨポー
ト９３ｂとの一方にかたよった確率で光子を透過する場
合がある。また、偏光ビームスプリッタ９３がＶポート
９３ａとＨポート９３ｂの両ポートに誤って光子を透過
する場合がある。このため、十分なランダム性を持つ一
様乱数を生成できない場合があるという問題が発生す
る。
【０００４】本発明は上述したような問題を解決するた
めになされたもので、光子と光の偏光状態を用い、量子
力学的な重ね合わせ量子もつれ合い（ｅｎｔａｎｇｌｅ
ｍｅｎｔ）状態を利用し、生成した乱数を評価する。そ
して、評価した結果を偏波面制御器９２に帰還させて偏
波面を調整して、十分なランダム性を持つ一様乱数を生
成することを目的とする。
めになされたもので、光子と光の偏光状態を用い、量子
力学的な重ね合わせ量子もつれ合い（ｅｎｔａｎｇｌｅ
ｍｅｎｔ）状態を利用し、生成した乱数を評価する。そ
して、評価した結果を偏波面制御器９２に帰還させて偏
波面を調整して、十分なランダム性を持つ一様乱数を生
成することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明に係る乱数生成
装置は、光子を入力し、光子の偏波面を変更して、所定
の偏光状態の光子を出力する偏波面制御器と、偏波面制
御器が出力した光子を入力し、光子の偏光状態によって
光子を第１の出力ポートと第２の出力ポートのいずれか
に出力する偏光波分離器と、第１の出力ポートから出力
される光子を検出する第１の光子検出器と、第２の出力
ポートから出力される光子を検出する第２の光子検出器
と、第１と第２の光子検出器の光子検出結果に基づいて
乱数を生成して出力するとともに、生成した乱数を評価
して評価結果に基づいて偏波面制御器の偏波面の変更を
調整する乱数生成評価器とを備えたことを特徴とする。
装置は、光子を入力し、光子の偏波面を変更して、所定
の偏光状態の光子を出力する偏波面制御器と、偏波面制
御器が出力した光子を入力し、光子の偏光状態によって
光子を第１の出力ポートと第２の出力ポートのいずれか
に出力する偏光波分離器と、第１の出力ポートから出力
される光子を検出する第１の光子検出器と、第２の出力
ポートから出力される光子を検出する第２の光子検出器
と、第１と第２の光子検出器の光子検出結果に基づいて
乱数を生成して出力するとともに、生成した乱数を評価
して評価結果に基づいて偏波面制御器の偏波面の変更を
調整する乱数生成評価器とを備えたことを特徴とする。
【０００６】この発明に係る乱数生成装置は、偏光状態
の量子もつれ合い状態にある第１と第２の光子を発生さ
せる光子対発生器と、光子対発生器が発生させた第１の
光子を入力し、偏光状態を観測する第１の偏光状態観測
器と、光子対発生器が発生させた第２の光子を入力し、
偏光状態を観測する第２の偏光状態観測器と、第１の偏
光状態観測器と第２の偏光状態観測器との観測結果に基
づいて乱数を生成する乱数生成器とを備えたことを特徴
とする。
の量子もつれ合い状態にある第１と第２の光子を発生さ
せる光子対発生器と、光子対発生器が発生させた第１の
光子を入力し、偏光状態を観測する第１の偏光状態観測
器と、光子対発生器が発生させた第２の光子を入力し、
偏光状態を観測する第２の偏光状態観測器と、第１の偏
光状態観測器と第２の偏光状態観測器との観測結果に基
づいて乱数を生成する乱数生成器とを備えたことを特徴
とする。
【０００７】また、この発明に係る乱数生成装置は、上
記乱数生成器は、第１の偏光状態観測器により観測され
た偏光状態が第２の偏光状態観測器により観測された偏
光状態と異なる場合に乱数を生成することを特徴とす
る。
記乱数生成器は、第１の偏光状態観測器により観測され
た偏光状態が第２の偏光状態観測器により観測された偏
光状態と異なる場合に乱数を生成することを特徴とす
る。
【０００８】また、この発明に係る乱数生成装置は、上
記第１の偏光状態観測器が、上記第１の光子を入力し、
光子の偏光状態によって光子を第１の出力ポートと第２
の出力ポートのいずれかに出力する第１の偏光波分離器
と、上記第１の出力ポートから出力される光子を検出す
る第１の光子検出器と、上記第２の出力ポートから出力
される光子を検出する第２の光子検出器とを備え、上記
第２の偏光状態観測器が、上記第２の光子を入力し、光
子の偏光状態によって光子を第３の出力ポートと第４の
出力ポートのいずれかに出力する第２の偏光波分離器
と、上記第３の出力ポートから出力される光子を検出す
る第３の光子検出器と、上記第４の出力ポートから出力
される光子を検出する第４の光子検出器とを備え、上記
乱数生成器が、上記第１の光子検出器と上記第２の光子
検出器と上記第３の光子検出器と上記第４の光子検出器
の光子検出結果に基づいて乱数を生成して出力すること
を特徴とする。
記第１の偏光状態観測器が、上記第１の光子を入力し、
光子の偏光状態によって光子を第１の出力ポートと第２
の出力ポートのいずれかに出力する第１の偏光波分離器
と、上記第１の出力ポートから出力される光子を検出す
る第１の光子検出器と、上記第２の出力ポートから出力
される光子を検出する第２の光子検出器とを備え、上記
第２の偏光状態観測器が、上記第２の光子を入力し、光
子の偏光状態によって光子を第３の出力ポートと第４の
出力ポートのいずれかに出力する第２の偏光波分離器
と、上記第３の出力ポートから出力される光子を検出す
る第３の光子検出器と、上記第４の出力ポートから出力
される光子を検出する第４の光子検出器とを備え、上記
乱数生成器が、上記第１の光子検出器と上記第２の光子
検出器と上記第３の光子検出器と上記第４の光子検出器
の光子検出結果に基づいて乱数を生成して出力すること
を特徴とする。
【０００９】この発明に係る乱数生成方法は、光子を入
力し、光子の偏波面を変更して、所定の偏光状態の光子
を出力する偏波面制御工程と、偏波面制御工程により出
力された光子を入力し、光子の偏光状態によって光子を
第１の出力ポートと第２の出力ポートのいずれかに出力
する偏光波分離工程と、第１の出力ポートから出力され
る光子を検出する第１の光子検出工程と、第２の出力ポ
ートから出力される光子を検出する第２の光子検出工程
と、第１と第２の光子検出工程による光子検出結果に基
づいて乱数を生成して出力するとともに、生成した乱数
を評価して評価結果に基づいて偏波面制御工程の偏波面
の変更を調整する乱数生成評価工程とを有することを特
徴とする。
力し、光子の偏波面を変更して、所定の偏光状態の光子
を出力する偏波面制御工程と、偏波面制御工程により出
力された光子を入力し、光子の偏光状態によって光子を
第１の出力ポートと第２の出力ポートのいずれかに出力
する偏光波分離工程と、第１の出力ポートから出力され
る光子を検出する第１の光子検出工程と、第２の出力ポ
ートから出力される光子を検出する第２の光子検出工程
と、第１と第２の光子検出工程による光子検出結果に基
づいて乱数を生成して出力するとともに、生成した乱数
を評価して評価結果に基づいて偏波面制御工程の偏波面
の変更を調整する乱数生成評価工程とを有することを特
徴とする。
【００１０】この発明に係る乱数生成方法は、偏光状態
の量子もつれ合い状態にある第１と第２の光子を発生さ
せる光子対発生工程と、光子対発生工程により発生され
た第１の光子を入力し、偏光状態を観測する第１の偏光
状態観測工程と、光子対発生工程により発生された第２
の光子を入力し、偏光状態を観測する第２の偏光状態観
測工程と、第１の偏光状態観測工程と第２の偏光状態観
測工程との観測結果に基づいて乱数を生成する乱数生成
工程とを有することを特徴とする。
の量子もつれ合い状態にある第１と第２の光子を発生さ
せる光子対発生工程と、光子対発生工程により発生され
た第１の光子を入力し、偏光状態を観測する第１の偏光
状態観測工程と、光子対発生工程により発生された第２
の光子を入力し、偏光状態を観測する第２の偏光状態観
測工程と、第１の偏光状態観測工程と第２の偏光状態観
測工程との観測結果に基づいて乱数を生成する乱数生成
工程とを有することを特徴とする。
【００１１】また、この発明に係る乱数生成方法は、上
記乱数生成工程は、第１の偏光状態観測工程により観測
された偏光状態が第２の偏光状態観測工程により観測さ
れた偏光状態と異なる場合に乱数を生成することを特徴
とする。
記乱数生成工程は、第１の偏光状態観測工程により観測
された偏光状態が第２の偏光状態観測工程により観測さ
れた偏光状態と異なる場合に乱数を生成することを特徴
とする。
【００１２】また、この発明に係る乱数生成方法は、上
記第１の偏光状態観測工程が、上記第１の光子を入力
し、光子の偏光状態によって光子を第１の出力ポートと
第２の出力ポートのいずれかに出力する第１の偏光波分
離工程と、上記第１の出力ポートから出力される光子を
検出する第１の光子検出工程と、上記第２の出力ポート
から出力される光子を検出する第２の光子検出工程とを
有し、上記第２の偏光状態観測工程が、上記第２の光子
を入力し、光子の偏光状態によって光子を第３の出力ポ
ートと第４の出力ポートのいずれかに出力する第２の偏
光波分離工程と、上記第３の出力ポートから出力される
光子を検出する第３の光子検出工程と、上記第４の出力
ポートから出力される光子を検出する第４の光子検出工
程とを有し、上記乱数生成工程は、上記第１の光子検出
工程と上記第２の光子検出工程と上記第３の光子検出工
程と上記第４の光子検出工程による光子検出結果に基づ
いて乱数を生成して出力することを特徴とする。
記第１の偏光状態観測工程が、上記第１の光子を入力
し、光子の偏光状態によって光子を第１の出力ポートと
第２の出力ポートのいずれかに出力する第１の偏光波分
離工程と、上記第１の出力ポートから出力される光子を
検出する第１の光子検出工程と、上記第２の出力ポート
から出力される光子を検出する第２の光子検出工程とを
有し、上記第２の偏光状態観測工程が、上記第２の光子
を入力し、光子の偏光状態によって光子を第３の出力ポ
ートと第４の出力ポートのいずれかに出力する第２の偏
光波分離工程と、上記第３の出力ポートから出力される
光子を検出する第３の光子検出工程と、上記第４の出力
ポートから出力される光子を検出する第４の光子検出工
程とを有し、上記乱数生成工程は、上記第１の光子検出
工程と上記第２の光子検出工程と上記第３の光子検出工
程と上記第４の光子検出工程による光子検出結果に基づ
いて乱数を生成して出力することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は実施の形態
１の乱数発生装置の一例を表すブロック図である。図１
において、１は、実施の形態１の乱数発生装置ある。１
０は、光源であり、１２は、光減衰器である。１３は光
子発生器であり、光源１０と光減衰器１２とにより構成
されている。光子発生器１３は、光源１０から放出され
た光を、光減衰器１２によって光子１個を区別できる程
度まで光を減衰させて、光子５０を発生している。１４
は、偏光子であり、光減衰器１２は偏光子１４の手前で
あれば伝送路中のどこにおかれてもかまわない。偏光子
１４は、従来例の図７の偏光子９１と同様に、光子発生
器１３より発生された光子５０を入力して、入力した光
子５０を直線偏光（「直線偏光」は「垂直偏光」或いは
「水平偏光」のいずれかである）にして光子５１を出力
する。１６は、偏波面制御器であり、従来例の図７の偏
波面制御器９２と同様に、垂直（Ｖｅｒｔｉｃａｌ）偏
光状態、或いは、水平（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）偏光状
態に直線偏光（直線偏光は図中「┴」で表す）された光
子５１を入力して、楕円偏光する（楕円偏光は図中「／
／」で表す）。この楕円偏光の処理を、偏波面制御工程
という。５２は、偏波面制御器１６による楕円偏光後の
光子である。１８は、偏光ビームスプリッタ（偏光波分
離器）であり、従来例の図７の偏光ビームスプリッタ９
３と同様に、Ｖポート１８ａとＨポート１８ｂとを備え
ている。Ｖポート１８ａは、垂直偏光出力ポートであ
り、Ｈポート１８ｂは、水平偏光出力ポートである。偏
光ビームスプリッタ１８は、光子５２の偏光状態によっ
て、Ｖポート１８ａとＨポート１８ｂとのいずれか一方
から光子を出力する。１９は、Ｖポート１８ａより出力
された光子５３を検出する光子検出器１（第１の光子検
出器）である。２０は、Ｈポート１８ｂより出力された
光子５４を検出する光子検出器２（第２の光子検出器）
である。光子検出器１ １９と光子検出器２ ２０とは
それぞれ従来例の光子検出器１９４と光子検出器２ ９
５と同様の機能を有するものである。光子検出器１ １
９による処理を、第１の光子検出工程という。光子検出
器２ ２０による処理を、第２の光子検出工程という。
５５は、光子検出器１ １９の検出結果であり、５６
は、光子検出器２ ２０の検出結果である。２１は、乱
数評価器であり、光子検出器１ １９より検出された検
出結果５５と光子検出器２ ２０より検出された検出結
果５６とを入力して、予め定められた規則に従い乱数を
生成するとともに、生成した乱数を評価して、評価結果
５７に基づいて偏波面制御器１６の偏波面の変更を調整
する。乱数評価器２１による処理を、乱数生成評価工程
という。
１の乱数発生装置の一例を表すブロック図である。図１
において、１は、実施の形態１の乱数発生装置ある。１
０は、光源であり、１２は、光減衰器である。１３は光
子発生器であり、光源１０と光減衰器１２とにより構成
されている。光子発生器１３は、光源１０から放出され
た光を、光減衰器１２によって光子１個を区別できる程
度まで光を減衰させて、光子５０を発生している。１４
は、偏光子であり、光減衰器１２は偏光子１４の手前で
あれば伝送路中のどこにおかれてもかまわない。偏光子
１４は、従来例の図７の偏光子９１と同様に、光子発生
器１３より発生された光子５０を入力して、入力した光
子５０を直線偏光（「直線偏光」は「垂直偏光」或いは
「水平偏光」のいずれかである）にして光子５１を出力
する。１６は、偏波面制御器であり、従来例の図７の偏
波面制御器９２と同様に、垂直（Ｖｅｒｔｉｃａｌ）偏
光状態、或いは、水平（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）偏光状
態に直線偏光（直線偏光は図中「┴」で表す）された光
子５１を入力して、楕円偏光する（楕円偏光は図中「／
／」で表す）。この楕円偏光の処理を、偏波面制御工程
という。５２は、偏波面制御器１６による楕円偏光後の
光子である。１８は、偏光ビームスプリッタ（偏光波分
離器）であり、従来例の図７の偏光ビームスプリッタ９
３と同様に、Ｖポート１８ａとＨポート１８ｂとを備え
ている。Ｖポート１８ａは、垂直偏光出力ポートであ
り、Ｈポート１８ｂは、水平偏光出力ポートである。偏
光ビームスプリッタ１８は、光子５２の偏光状態によっ
て、Ｖポート１８ａとＨポート１８ｂとのいずれか一方
から光子を出力する。１９は、Ｖポート１８ａより出力
された光子５３を検出する光子検出器１（第１の光子検
出器）である。２０は、Ｈポート１８ｂより出力された
光子５４を検出する光子検出器２（第２の光子検出器）
である。光子検出器１ １９と光子検出器２ ２０とは
それぞれ従来例の光子検出器１９４と光子検出器２ ９
５と同様の機能を有するものである。光子検出器１ １
９による処理を、第１の光子検出工程という。光子検出
器２ ２０による処理を、第２の光子検出工程という。
５５は、光子検出器１ １９の検出結果であり、５６
は、光子検出器２ ２０の検出結果である。２１は、乱
数評価器であり、光子検出器１ １９より検出された検
出結果５５と光子検出器２ ２０より検出された検出結
果５６とを入力して、予め定められた規則に従い乱数を
生成するとともに、生成した乱数を評価して、評価結果
５７に基づいて偏波面制御器１６の偏波面の変更を調整
する。乱数評価器２１による処理を、乱数生成評価工程
という。
【００１４】以下に、図１の乱数生成装置の動作を説明
する。図１の偏光ビームスプリッタ１８には、偏光ビー
ムスプリッタ１８の垂直軸と角度θをなす角度で、偏波
面制御器１６から出力された光子５２が入射されるもの
とする。光子５２の状態は、量子力学的な重ね合わせの
状態として次のように記述することができる。 ｜ψ＞＝ｃｏｓθ｜Ｖ＞＋ｓｉｎθ｜Ｈ＞ ここで、｜Ｖ＞は垂直（Ｖｅｒｔｉｃａｌ）偏光状態
を、｜Ｈ＞は水平（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）偏光状態を
それぞれ表す。このような状態にある光子５２が、偏光
ビームスプリッタ１８を通過した場合、Ｖポート１８ａ
とＨポート１８ｂの２つの出力ポートにそれぞれ光子が
出力される確率は、Ｖポートはｃｏｓ2θ、Ｈポートは
ｓｉｎ2θで与えられる。従って、偏波面制御器１６に
よってθ＝４５°に選べば、Ｖポートはｃｏｓ2４５°
＝（１／√２）2＝１／２、Ｈポートはｓｉｎ2４５°＝
（１／√２）2＝１／２で与えらる。このように、光子
の透過確率はそれぞれの出力ポートで等しく１／２とな
るため、ＶポートとＨポートそれぞれの後段に置いた光
子検出器１ １９と光子検出器２ ２０とを用いて、通
過してきた光子を検出することにより乱数を生成するこ
とが可能である。乱数の生成方法として例えば、Ｖポー
トから光子を検出したときを「１」、Ｈポートから光子
を検出したときを「０」に対応させる規則を予め乱数評
価器２１に定めておく。計算上では２つのポートから光
子が検出される確率は等しくそれぞれ「１／２」とな
る。しかし、実際にはそれぞれのポートから光子が検出
される確率はそれぞれ「１／２」になることは少なく、
例えば、図２のように乱数評価器２１が検出結果５５と
検出結果５６とを入力して、一万ビットの乱数を生成し
た場合に、Ｖポート１８ａとＨポート１８ｂの量子効率
η１（Ｖポート）：η２（Ｈポート）＝４６：５４とな
り、量子効率η１≠η２であったとする。このような場
合には、乱数評価器２１から偏波面制御器１６に対し
て、量子効率η１＝η２となるように（或いは、量子効
率η１＝η２を実現できるように）偏波面の角度θを調
整する通知を行う。図２の例では、量子効率η１（Ｖポ
ート）＜η２（Ｈポート）であるため、Ｖポート１８ａ
から出力される光子の量が多くなるように角度θを調整
する。なお、量子効率とは、光子検出器の光子検出確率
を意味しており、「量子効率η１≠η２」とは垂直偏光
状態の光子を検出する光子検出器１と水平偏光状態の光
子を検出する光子検出器２との光子検出確率が異なるこ
とを意味している。
する。図１の偏光ビームスプリッタ１８には、偏光ビー
ムスプリッタ１８の垂直軸と角度θをなす角度で、偏波
面制御器１６から出力された光子５２が入射されるもの
とする。光子５２の状態は、量子力学的な重ね合わせの
状態として次のように記述することができる。 ｜ψ＞＝ｃｏｓθ｜Ｖ＞＋ｓｉｎθ｜Ｈ＞ ここで、｜Ｖ＞は垂直（Ｖｅｒｔｉｃａｌ）偏光状態
を、｜Ｈ＞は水平（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）偏光状態を
それぞれ表す。このような状態にある光子５２が、偏光
ビームスプリッタ１８を通過した場合、Ｖポート１８ａ
とＨポート１８ｂの２つの出力ポートにそれぞれ光子が
出力される確率は、Ｖポートはｃｏｓ2θ、Ｈポートは
ｓｉｎ2θで与えられる。従って、偏波面制御器１６に
よってθ＝４５°に選べば、Ｖポートはｃｏｓ2４５°
＝（１／√２）2＝１／２、Ｈポートはｓｉｎ2４５°＝
（１／√２）2＝１／２で与えらる。このように、光子
の透過確率はそれぞれの出力ポートで等しく１／２とな
るため、ＶポートとＨポートそれぞれの後段に置いた光
子検出器１ １９と光子検出器２ ２０とを用いて、通
過してきた光子を検出することにより乱数を生成するこ
とが可能である。乱数の生成方法として例えば、Ｖポー
トから光子を検出したときを「１」、Ｈポートから光子
を検出したときを「０」に対応させる規則を予め乱数評
価器２１に定めておく。計算上では２つのポートから光
子が検出される確率は等しくそれぞれ「１／２」とな
る。しかし、実際にはそれぞれのポートから光子が検出
される確率はそれぞれ「１／２」になることは少なく、
例えば、図２のように乱数評価器２１が検出結果５５と
検出結果５６とを入力して、一万ビットの乱数を生成し
た場合に、Ｖポート１８ａとＨポート１８ｂの量子効率
η１（Ｖポート）：η２（Ｈポート）＝４６：５４とな
り、量子効率η１≠η２であったとする。このような場
合には、乱数評価器２１から偏波面制御器１６に対し
て、量子効率η１＝η２となるように（或いは、量子効
率η１＝η２を実現できるように）偏波面の角度θを調
整する通知を行う。図２の例では、量子効率η１（Ｖポ
ート）＜η２（Ｈポート）であるため、Ｖポート１８ａ
から出力される光子の量が多くなるように角度θを調整
する。なお、量子効率とは、光子検出器の光子検出確率
を意味しており、「量子効率η１≠η２」とは垂直偏光
状態の光子を検出する光子検出器１と水平偏光状態の光
子を検出する光子検出器２との光子検出確率が異なるこ
とを意味している。
【００１５】実施の形態１では、量子効率η１≠η２で
ある場合や、偏光ビームスプリッタの消光比が不完全で
ある場合に、乱数評価器により生成した乱数を評価し
て、評価した結果を偏波面制御器に帰還して、角度θを
帰還制御することを特徴とする乱数生成装置及び乱数生
成方法について説明を行った。
ある場合や、偏光ビームスプリッタの消光比が不完全で
ある場合に、乱数評価器により生成した乱数を評価し
て、評価した結果を偏波面制御器に帰還して、角度θを
帰還制御することを特徴とする乱数生成装置及び乱数生
成方法について説明を行った。
【００１６】以上のように、この実施の形態１の乱数生
成装置は、光子と光の偏光状態を測定する機能とを備え
たことを特徴とする。また、この実施の形態１の乱数生
成装置は、光子発生器と光子発生器の後段に置かれた偏
光子と、さらに偏光子の後段に置かれた偏波面制御器
と、またさらに偏波面制御器の後段に置かれた偏光波分
離器とを備え、上記偏光波分離器の２つの出力ポートの
各々の後段に置かれた光子検出器によって、上記光子の
偏光状態を測定することを特徴とする。
成装置は、光子と光の偏光状態を測定する機能とを備え
たことを特徴とする。また、この実施の形態１の乱数生
成装置は、光子発生器と光子発生器の後段に置かれた偏
光子と、さらに偏光子の後段に置かれた偏波面制御器
と、またさらに偏波面制御器の後段に置かれた偏光波分
離器とを備え、上記偏光波分離器の２つの出力ポートの
各々の後段に置かれた光子検出器によって、上記光子の
偏光状態を測定することを特徴とする。
【００１７】実施の形態２．実施の形態２では、上記実
施の形態１の乱数生成装置とは異なる構成をした乱数生
成装置の一例を説明する。図３は、実施の形態２の乱数
生成装置のブロック図である。図３において、２は、実
施の形態２の乱数生成装置である。３０は、光子対発生
器であり、量子もつれ合い（ｅｎｔａｎｇｌｅｍｅｎ
ｔ）状態にある相関光子対を生成する。生成された相関
光子対の一方はポート１ ６０ａより放出されて、他方
はポート２ ６０ｂから放出される。光子対発生器３０
による光子対の発生を、光子対発生工程という。３２
は、偏光状態観測器１であり、３４は、偏光状態観測器
２である。偏光状態観測器１ ３２と偏光状態観測器２
３４とは、同じ構成をしており、同じ機能を有するも
のである。ポート１ ６０ａに放出された光子は、偏光
状態観測器１ ３２によりその偏光状態が観測される。
また、ポート２ ６０ｂに放出された光子は、偏光状態
観測器２ ３４によりその偏光状態が観測される。６１
は、偏光状態観測器１ ３２による観測結果であり、６
２は、偏光状態観測器２ ３４による観測結果である。
４２は、乱数発生器であり、偏光状態観測器１ ３２の
観測結果６１と偏光状態観測器２ ３４の観測結果６２
とに基づいて乱数を生成する。偏光状態観測器１ ３２
による偏光状態の観測は第１の偏光状態観測工程により
行う。偏光状態観測器２ ３４による偏光状態の観測は
第２の偏光状態観測工程により行う。乱数発生器４２に
よる乱数の発生は、乱数生成工程により行う。
施の形態１の乱数生成装置とは異なる構成をした乱数生
成装置の一例を説明する。図３は、実施の形態２の乱数
生成装置のブロック図である。図３において、２は、実
施の形態２の乱数生成装置である。３０は、光子対発生
器であり、量子もつれ合い（ｅｎｔａｎｇｌｅｍｅｎ
ｔ）状態にある相関光子対を生成する。生成された相関
光子対の一方はポート１ ６０ａより放出されて、他方
はポート２ ６０ｂから放出される。光子対発生器３０
による光子対の発生を、光子対発生工程という。３２
は、偏光状態観測器１であり、３４は、偏光状態観測器
２である。偏光状態観測器１ ３２と偏光状態観測器２
３４とは、同じ構成をしており、同じ機能を有するも
のである。ポート１ ６０ａに放出された光子は、偏光
状態観測器１ ３２によりその偏光状態が観測される。
また、ポート２ ６０ｂに放出された光子は、偏光状態
観測器２ ３４によりその偏光状態が観測される。６１
は、偏光状態観測器１ ３２による観測結果であり、６
２は、偏光状態観測器２ ３４による観測結果である。
４２は、乱数発生器であり、偏光状態観測器１ ３２の
観測結果６１と偏光状態観測器２ ３４の観測結果６２
とに基づいて乱数を生成する。偏光状態観測器１ ３２
による偏光状態の観測は第１の偏光状態観測工程により
行う。偏光状態観測器２ ３４による偏光状態の観測は
第２の偏光状態観測工程により行う。乱数発生器４２に
よる乱数の発生は、乱数生成工程により行う。
【００１８】光子対発生器３０から発生する２つの光子
の状態｜Ψ＞は、量子力学的な表現により以下のように
記述することができる。 ｜Ψ＞＝１／√２（｜Ｖ1＞｜Ｈ2＞＋ｅiψ｜Ｈ1＞｜Ｖ
2＞） 上記｜Ｈ＞は水平偏光状態（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）
を、｜Ｖ＞は垂直偏光状態（ｖｅｒｔｉｃａｌ）をそれ
ぞれ表している。また、「Ｖ」及び「Ｈ」の下付きの
「１」や「２」はポート１ ６０ａ及びポート２ ６０
ｂから放出される光子をそれぞれ表すものとする。ま
た、位相「ψ」は、２つのもつれ合い状態成分（｜Ｖ1
＞｜Ｈ2＞と｜Ｈ1＞｜Ｖ2＞）の間の位相差を表す。光
子対発生器３０により生成される２光子のうち、ポート
１ ６０ａから放出される光子を光子１、ポート２ ６
０ｂから放出される光子を光子２と呼ぶことにする。上
記式が表すもつれ合い状態は、光子１の偏光状態が垂直
（Ｖ）であれば光子２の偏光状態は必ず水平（Ｈ）状態
になり、光子１の偏光状態が水平（Ｈ）であれば光子２
の偏光状態は必ず垂直（Ｖ）になるような系の状態を表
している。従って、偏光状態観測器１ ３２と偏光状態
観測器２ ３４で同時に光子を観測した時に、各ポート
で観測された偏光状態の組み合わせ「（Ｈ1，Ｖ2），
（Ｖ1，Ｈ2）」を測定して、「０」，「１」の対応を付
けることにすれば、乱数発生器４２により乱数列の生成
が可能になる。
の状態｜Ψ＞は、量子力学的な表現により以下のように
記述することができる。 ｜Ψ＞＝１／√２（｜Ｖ1＞｜Ｈ2＞＋ｅiψ｜Ｈ1＞｜Ｖ
2＞） 上記｜Ｈ＞は水平偏光状態（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）
を、｜Ｖ＞は垂直偏光状態（ｖｅｒｔｉｃａｌ）をそれ
ぞれ表している。また、「Ｖ」及び「Ｈ」の下付きの
「１」や「２」はポート１ ６０ａ及びポート２ ６０
ｂから放出される光子をそれぞれ表すものとする。ま
た、位相「ψ」は、２つのもつれ合い状態成分（｜Ｖ1
＞｜Ｈ2＞と｜Ｈ1＞｜Ｖ2＞）の間の位相差を表す。光
子対発生器３０により生成される２光子のうち、ポート
１ ６０ａから放出される光子を光子１、ポート２ ６
０ｂから放出される光子を光子２と呼ぶことにする。上
記式が表すもつれ合い状態は、光子１の偏光状態が垂直
（Ｖ）であれば光子２の偏光状態は必ず水平（Ｈ）状態
になり、光子１の偏光状態が水平（Ｈ）であれば光子２
の偏光状態は必ず垂直（Ｖ）になるような系の状態を表
している。従って、偏光状態観測器１ ３２と偏光状態
観測器２ ３４で同時に光子を観測した時に、各ポート
で観測された偏光状態の組み合わせ「（Ｈ1，Ｖ2），
（Ｖ1，Ｈ2）」を測定して、「０」，「１」の対応を付
けることにすれば、乱数発生器４２により乱数列の生成
が可能になる。
【００１９】図４は、偏光状態観測器１ ３２と偏光状
態観測器２ ３４の内部構成を説明するブロック図であ
る。偏光状態観測器１ ３２と偏光状態観測器２ ３４
の内部構成は同じである。図４において、３６は、偏光
ビームスプリッタ（第１、第２の偏光波分離器）であ
り、ポート１ ６０ａ（或いは、ポート２ ６０ｂ）か
らの光子を入射して、入射した光子の状態によってＶ
（垂直）ポート３６ａとＨ（水平）ポート３６ｂに分離
する。３８は、光子検出器１（第１の光子検出器、第３
の光子検出器）であり、Ｖポート３６ａからの光子を検
出する。３９は、光子検出器２（第２の光子検出器、第
４の光子検出器）であり、Ｈポート３６ｂからの光子を
検出する。偏光状態観測器１ ３２及び偏光状態観測器
２ ３４は、入射された光を偏光ビームスプリッタ３６
で分離して、その後段に置かれた光子検出器１ ３８と
光子検出器２ ４０のどちらで光子が検出されるかによ
って、偏波状態を測定する。偏光状態観測器１ ３２に
よるポート１ ６０ａからの光子を、偏光ビームスプリ
ッタ３６で分離するのを、第１の偏光波分離工程とい
い、Ｖポート３６ａから出力された光子を検出するの
を、第１の光子検出工程といい、Ｈポート３６ｂから出
力された光子を検出するのを、第２の光子検出工程とい
う。また、偏光状態観測器２ ３４によるポート２ ６
０ｂからの光子を、偏光ビームスプリッタ３６で分離す
るのを、第２の偏光波分離工程といい、Ｖポート３６ａ
から出力された光子を検出するのを、第３の光子検出工
程といい、Ｈポート３６ｂから出力された光子を検出す
るのを、第４の光子検出工程という。
態観測器２ ３４の内部構成を説明するブロック図であ
る。偏光状態観測器１ ３２と偏光状態観測器２ ３４
の内部構成は同じである。図４において、３６は、偏光
ビームスプリッタ（第１、第２の偏光波分離器）であ
り、ポート１ ６０ａ（或いは、ポート２ ６０ｂ）か
らの光子を入射して、入射した光子の状態によってＶ
（垂直）ポート３６ａとＨ（水平）ポート３６ｂに分離
する。３８は、光子検出器１（第１の光子検出器、第３
の光子検出器）であり、Ｖポート３６ａからの光子を検
出する。３９は、光子検出器２（第２の光子検出器、第
４の光子検出器）であり、Ｈポート３６ｂからの光子を
検出する。偏光状態観測器１ ３２及び偏光状態観測器
２ ３４は、入射された光を偏光ビームスプリッタ３６
で分離して、その後段に置かれた光子検出器１ ３８と
光子検出器２ ４０のどちらで光子が検出されるかによ
って、偏波状態を測定する。偏光状態観測器１ ３２に
よるポート１ ６０ａからの光子を、偏光ビームスプリ
ッタ３６で分離するのを、第１の偏光波分離工程とい
い、Ｖポート３６ａから出力された光子を検出するの
を、第１の光子検出工程といい、Ｈポート３６ｂから出
力された光子を検出するのを、第２の光子検出工程とい
う。また、偏光状態観測器２ ３４によるポート２ ６
０ｂからの光子を、偏光ビームスプリッタ３６で分離す
るのを、第２の偏光波分離工程といい、Ｖポート３６ａ
から出力された光子を検出するのを、第３の光子検出工
程といい、Ｈポート３６ｂから出力された光子を検出す
るのを、第４の光子検出工程という。
【００２０】図５は、偏光状態観測器による観測結果
と、生成される乱数例の例を示す図である。図６は、生
成される乱数列の例を示す図である。図５、図６を用い
て、乱数生成装置２による乱数列の生成過程を説明す
る。図５の「Ｈ」は偏光状態観測器１ ３２或いは偏光
状態観測器２ ３４のＨポート３６ｂから放出された光
子が光子検出器２ ４０により検出されたことを示すも
のである。「Ｖ」は偏光状態観測器１ ３２或いは偏光
状態観測器２ ３４のＶポート３６ａから放出された光
子が光子検出器１ ３８により検出されたことを示すも
のである。「―」は光子の検出がされなかったことを示
すものである。但し、図５の下行の乱数列の「―」は乱
数を生成できなかったことを示している。偏光状態観測
器１ ３２と偏光状態観測器２ ３４とは、図４に示す
ように同じ構成をしている。このため、量子もつれ合い
状態にある相関光子対の一方を入力して光子の偏光状態
を観測した結果と、量子もつれ合い状態にある相関光子
対の他方を入力して光子の偏光状態を観測した結果と
は、理論上は一方の観測結果が「Ｈ」であれば他方の観
測結果は「Ｖ」となるはずである。しかし、実際に光子
の偏光状態を観測すると図５，図６の観測結果４４ａ，
４４ｂのように同じ観測結果になることがある。両者の
観測結果が同じになった場合には、乱数列の生成は
「―」として、乱数列の生成を行わないようにする。両
者の観測結果が図５，図６の観測結果４４ｃ，４４ｄの
ように「Ｖ」と「Ｈ」との異なる結果となり、かつ、偏
光状態観測器１ ３２の観測結果が「Ｈ」である時は生
成する乱数列のビットを「１」とし、偏光状態観測器２
３４の観測結果が「Ｈ」である時は生成する乱数列の
ビットを「０」とするように決めておくと、観測結果４
４ｃの乱数列のビットは「１」となり、観測結果４４ｄ
の乱数列のビットは「０」となる。相関光子対を多数発
生させて観測結果に基づいて生成した乱数列は、例え
ば、図６に示すように生成される。
と、生成される乱数例の例を示す図である。図６は、生
成される乱数列の例を示す図である。図５、図６を用い
て、乱数生成装置２による乱数列の生成過程を説明す
る。図５の「Ｈ」は偏光状態観測器１ ３２或いは偏光
状態観測器２ ３４のＨポート３６ｂから放出された光
子が光子検出器２ ４０により検出されたことを示すも
のである。「Ｖ」は偏光状態観測器１ ３２或いは偏光
状態観測器２ ３４のＶポート３６ａから放出された光
子が光子検出器１ ３８により検出されたことを示すも
のである。「―」は光子の検出がされなかったことを示
すものである。但し、図５の下行の乱数列の「―」は乱
数を生成できなかったことを示している。偏光状態観測
器１ ３２と偏光状態観測器２ ３４とは、図４に示す
ように同じ構成をしている。このため、量子もつれ合い
状態にある相関光子対の一方を入力して光子の偏光状態
を観測した結果と、量子もつれ合い状態にある相関光子
対の他方を入力して光子の偏光状態を観測した結果と
は、理論上は一方の観測結果が「Ｈ」であれば他方の観
測結果は「Ｖ」となるはずである。しかし、実際に光子
の偏光状態を観測すると図５，図６の観測結果４４ａ，
４４ｂのように同じ観測結果になることがある。両者の
観測結果が同じになった場合には、乱数列の生成は
「―」として、乱数列の生成を行わないようにする。両
者の観測結果が図５，図６の観測結果４４ｃ，４４ｄの
ように「Ｖ」と「Ｈ」との異なる結果となり、かつ、偏
光状態観測器１ ３２の観測結果が「Ｈ」である時は生
成する乱数列のビットを「１」とし、偏光状態観測器２
３４の観測結果が「Ｈ」である時は生成する乱数列の
ビットを「０」とするように決めておくと、観測結果４
４ｃの乱数列のビットは「１」となり、観測結果４４ｄ
の乱数列のビットは「０」となる。相関光子対を多数発
生させて観測結果に基づいて生成した乱数列は、例え
ば、図６に示すように生成される。
【００２１】ここで、偏光状態観測器１ ３２と偏光状
態観測器２ ３４との光子検出器１の量子効率（垂直偏
光状態の光子の検出確率）をη１とし、偏光状態観測器
１３２と偏光状態観測器２ ３４との光子検出器２の量
子効率（水平偏光状態の光子の検出確率）をη２とする
と、観測結果４４ｃが発生する確率は、偏光状態観測器
１ ３２の光子検出器１が「Ｈ」を検出する確率×偏光
状態観測器２ ３４の光子検出器２が「Ｖ」を検出する
確率＝（１／２）η１×（１／２）η２＝（１／４）η
１・η２となり、観測結果４４ｄが発生する確率は、偏
光状態観測器１ ３２の光子検出器２が「Ｖ」を検出す
る確率×偏光状態観測器２ ３４の光子検出器１が
「Ｈ」を検出する確率＝（１／２）η２×（１／２）η
１＝（１／４）η１・η２となり、観測結果４４ｃと観
測結果４４ｄの検出確率は等しくなる。このように実施
の形態２では、光子検出器１及び光子検出器２の量子効
率が異なる場合であっても、同じ構成をした偏光状態観
測器１ ３２と偏光状態観測器２ ３４とにより同時に
光子の偏光状態を観測し、かつ、観測された偏光状態が
互いに異なるという条件のもとで観測を行うことにすれ
ば、「０」，「１」の出現確率が等しい乱数列を生成す
ることが可能になる。
態観測器２ ３４との光子検出器１の量子効率（垂直偏
光状態の光子の検出確率）をη１とし、偏光状態観測器
１３２と偏光状態観測器２ ３４との光子検出器２の量
子効率（水平偏光状態の光子の検出確率）をη２とする
と、観測結果４４ｃが発生する確率は、偏光状態観測器
１ ３２の光子検出器１が「Ｈ」を検出する確率×偏光
状態観測器２ ３４の光子検出器２が「Ｖ」を検出する
確率＝（１／２）η１×（１／２）η２＝（１／４）η
１・η２となり、観測結果４４ｄが発生する確率は、偏
光状態観測器１ ３２の光子検出器２が「Ｖ」を検出す
る確率×偏光状態観測器２ ３４の光子検出器１が
「Ｈ」を検出する確率＝（１／２）η２×（１／２）η
１＝（１／４）η１・η２となり、観測結果４４ｃと観
測結果４４ｄの検出確率は等しくなる。このように実施
の形態２では、光子検出器１及び光子検出器２の量子効
率が異なる場合であっても、同じ構成をした偏光状態観
測器１ ３２と偏光状態観測器２ ３４とにより同時に
光子の偏光状態を観測し、かつ、観測された偏光状態が
互いに異なるという条件のもとで観測を行うことにすれ
ば、「０」，「１」の出現確率が等しい乱数列を生成す
ることが可能になる。
【００２２】上記した式「｜Ψ＞＝１／√２（｜Ｖ1＞
｜Ｈ2＞＋ｅiψ｜Ｈ1＞｜Ｖ2＞）」により表される偏光
のもつれ合い状態にある相関光子対は、ＢＢＯ（Ｂｅｔ
ａ−Ｂａｒｉｕｍ Ｂｏｒａｔｅ（β−ＢａＢ2Ｏ4））
やＫＴｉＯＰＯ4（ＫＴＰ）結晶などの非線形光学結晶
を用いたＴｙｐｅ−II型パラメトリック下方変換（ｐａ
ｒａｍｅｔｒｉｃ ｄｏｗｎ−ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）
により、典型的には波長４００ｎｍ〜３μｍの範囲で発
生させることが可能である。
｜Ｈ2＞＋ｅiψ｜Ｈ1＞｜Ｖ2＞）」により表される偏光
のもつれ合い状態にある相関光子対は、ＢＢＯ（Ｂｅｔ
ａ−Ｂａｒｉｕｍ Ｂｏｒａｔｅ（β−ＢａＢ2Ｏ4））
やＫＴｉＯＰＯ4（ＫＴＰ）結晶などの非線形光学結晶
を用いたＴｙｐｅ−II型パラメトリック下方変換（ｐａ
ｒａｍｅｔｒｉｃ ｄｏｗｎ−ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）
により、典型的には波長４００ｎｍ〜３μｍの範囲で発
生させることが可能である。
【００２３】図４の光子検出器１ ３８，光子検出器２
４０としては、ＡＰＤ（ａｖａｌａｎｃｈｅ ｐｈｏ
ｔｏｄｉｏｄｅ，アバランシュ・フォトダイオード）を
降状電圧の上で使用するガイガーモードを用いた光子検
出器、光電子増倍管による光子検出器、ホモダイン検波
を用いた光子検出器などが挙げられる。
４０としては、ＡＰＤ（ａｖａｌａｎｃｈｅ ｐｈｏ
ｔｏｄｉｏｄｅ，アバランシュ・フォトダイオード）を
降状電圧の上で使用するガイガーモードを用いた光子検
出器、光電子増倍管による光子検出器、ホモダイン検波
を用いた光子検出器などが挙げられる。
【００２４】以上のように、この実施の形態２で説明し
た乱数生成装置は、光子は偏光状態の量子もつれ合い状
態にある２つの光子からなり、その２つの光子の偏光状
態を別々に観測する偏光状態観測器を備え、その２つの
偏光状態観測器で同時に光子が観測されたとき、かつ、
観測された偏光状態が互いに異なる時にのみ乱数列を生
成することを特徴とする。
た乱数生成装置は、光子は偏光状態の量子もつれ合い状
態にある２つの光子からなり、その２つの光子の偏光状
態を別々に観測する偏光状態観測器を備え、その２つの
偏光状態観測器で同時に光子が観測されたとき、かつ、
観測された偏光状態が互いに異なる時にのみ乱数列を生
成することを特徴とする。
【００２５】
【発明の効果】以上のように、この発明は、乱数生成評
価器（乱数生成評価工程）によって生成した乱数を評価
して、評価結果に従い偏波面制御器（偏波面制御工程）
に対して帰還制御するようにした。このため、第１の光
子検出器（第１の光子検出工程による検出結果）と第２
の光子検出器（第２の光子検出工程による検出結果）と
の量子効率を等しくなるように調整できるので、一様乱
数の生成が可能となる効果がある。
価器（乱数生成評価工程）によって生成した乱数を評価
して、評価結果に従い偏波面制御器（偏波面制御工程）
に対して帰還制御するようにした。このため、第１の光
子検出器（第１の光子検出工程による検出結果）と第２
の光子検出器（第２の光子検出工程による検出結果）と
の量子効率を等しくなるように調整できるので、一様乱
数の生成が可能となる効果がある。
【００２６】この発明によれば、第１および第３の光子
検出器（第１の光子検出工程）と、第２及び第４の光子
検出器（第２の光子検出工程）との量子効率が異なる場
合であっても、第１及び第２の偏光状態観測器で同時に
光子を観測し（第１の偏光状態観測工程、第２の偏光状
態観測工程）、かつ、観測された偏光状態が互いに異な
るという条件のもとで観測を行うようにした。このた
め、「０」と「１」の出現確率が等しい乱数列を生成す
ることが可能になる効果がある。
検出器（第１の光子検出工程）と、第２及び第４の光子
検出器（第２の光子検出工程）との量子効率が異なる場
合であっても、第１及び第２の偏光状態観測器で同時に
光子を観測し（第１の偏光状態観測工程、第２の偏光状
態観測工程）、かつ、観測された偏光状態が互いに異な
るという条件のもとで観測を行うようにした。このた
め、「０」と「１」の出現確率が等しい乱数列を生成す
ることが可能になる効果がある。
【図１】 本発明の実施の形態１の乱数生成装置一例を
表すブロック図。
表すブロック図。
【図２】 本発明の実施の形態１の乱数生成装置による
乱数評価結果を説明する図。
乱数評価結果を説明する図。
【図３】本発明の実施の形態２の乱数生成装置のブロッ
ク図。
ク図。
【図４】本発明の実施の形態２の偏光状態観測器の構成
を示すブロック図。
を示すブロック図。
【図５】本発明の実施の形態２の偏光状態観測結果と乱
数列の一例を示す図。
数列の一例を示す図。
【図６】本発明の実施の形態２の偏光状態観測結果と乱
数列の一例を示す図。
数列の一例を示す図。
【図７】従来の乱数生成装置の構成を示すブロック図。
１，２ 乱数生成装置、１０ 光源、１２ 光減衰器、
１３ 光子発生器、１４ 偏光子、１６ 偏波面制御
器、１８ 偏光ビームスプリッタ、１８ａ Ｖポート、
１８ｂ Ｈポート、１９ 光子検出器１、２０ 光子検
出器２、２１ 乱数評価器、３０ 光子対発生器、３２
偏光状態観測器１、３４ 偏光状態観測器２、３６
偏光ビームスプリッタ、３６ａ Ｖポート、３６ｂ Ｈ
ポート、３８ 光子検出器１、４０ 光子検出器２、４
２ 乱数発生器、４４ａ〜４４ｄ観測結果、５０〜５４
光子、５５，５６ 検出結果、５７ 評価結果、６０
ａポート１、６０ｂ ポート２、６１，６２ 観測結
果。
１３ 光子発生器、１４ 偏光子、１６ 偏波面制御
器、１８ 偏光ビームスプリッタ、１８ａ Ｖポート、
１８ｂ Ｈポート、１９ 光子検出器１、２０ 光子検
出器２、２１ 乱数評価器、３０ 光子対発生器、３２
偏光状態観測器１、３４ 偏光状態観測器２、３６
偏光ビームスプリッタ、３６ａ Ｖポート、３６ｂ Ｈ
ポート、３８ 光子検出器１、４０ 光子検出器２、４
２ 乱数発生器、４４ａ〜４４ｄ観測結果、５０〜５４
光子、５５，５６ 検出結果、５７ 評価結果、６０
ａポート１、６０ｂ ポート２、６１，６２ 観測結
果。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 西岡 毅
東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三
菱電機株式会社内
Ｆターム(参考） 5F089 AA02 AB20 AC16 CA21 GA10
5J104 FA10
Claims (8)
- 【請求項１】 光子を入力し、光子の偏波面を変更し
て、所定の偏光状態の光子を出力する偏波面制御器と、 偏波面制御器が出力した光子を入力し、光子の偏光状態
によって光子を第１の出力ポートと第２の出力ポートの
いずれかに出力する偏光波分離器と、 第１の出力ポートから出力される光子を検出する第１の
光子検出器と、 第２の出力ポートから出力される光子を検出する第２の
光子検出器と、 第１と第２の光子検出器の光子検出結果に基づいて乱数
を生成して出力するとともに、生成した乱数を評価して
評価結果に基づいて偏波面制御器の偏波面の変更を調整
する乱数生成評価器とを備えたことを特徴とする乱数生
成装置。 - 【請求項２】 偏光状態の量子もつれ合い状態にある第
１と第２の光子を発生させる光子対発生器と、 光子対発生器が発生させた第１の光子を入力し、偏光状
態を観測する第１の偏光状態観測器と、 光子対発生器が発生させた第２の光子を入力し、偏光状
態を観測する第２の偏光状態観測器と、 第１の偏光状態観測器と第２の偏光状態観測器との観測
結果に基づいて乱数を生成する乱数生成器とを備えたこ
とを特徴とする乱数生成装置。 - 【請求項３】 上記乱数生成器は、第１の偏光状態観測
器により観測された偏光状態が第２の偏光状態観測器に
より観測された偏光状態と異なる場合に乱数を生成する
ことを特徴とする請求項２記載の乱数生成装置。 - 【請求項４】 上記第１の偏光状態観測器は、 上記第１の光子を入力し、光子の偏光状態によって光子
を第１の出力ポートと第２の出力ポートのいずれかに出
力する第１の偏光波分離器と、 上記第１の出力ポートから出力される光子を検出する第
１の光子検出器と、 上記第２の出力ポートから出力される光子を検出する第
２の光子検出器とを備え、 上記第２の偏光状態観測器は、 上記第２の光子を入力し、光子の偏光状態によって光子
を第３の出力ポートと第４の出力ポートのいずれかに出
力する第２の偏光波分離器と、 上記第３の出力ポートから出力される光子を検出する第
３の光子検出器と、 上記第４の出力ポートから出力される光子を検出する第
４の光子検出器とを備え、 上記乱数生成器は、上記第１の光子検出器と上記第２の
光子検出器と上記第３の光子検出器と上記第４の光子検
出器の光子検出結果に基づいて乱数を生成して出力する
ことを特徴とする請求項３記載の乱数生成装置。 - 【請求項５】 光子を入力し、光子の偏波面を変更し
て、所定の偏光状態の光子を出力する偏波面制御工程
と、 偏波面制御工程により出力された光子を入力し、光子の
偏光状態によって光子を第１の出力ポートと第２の出力
ポートのいずれかに出力する偏光波分離工程と、 第１の出力ポートから出力される光子を検出する第１の
光子検出工程と、 第２の出力ポートから出力される光子を検出する第２の
光子検出工程と、 第１と第２の光子検出工程による光子検出結果に基づい
て乱数を生成して出力するとともに、生成した乱数を評
価して評価結果に基づいて偏波面制御工程の偏波面の変
更を調整する乱数生成評価工程とを有することを特徴と
する乱数生成方法。 - 【請求項６】 偏光状態の量子もつれ合い状態にある第
１と第２の光子を発生させる光子対発生工程と、 光子対発生工程により発生された第１の光子を入力し、
偏光状態を観測する第１の偏光状態観測工程と、 光子対発生工程により発生された第２の光子を入力し、
偏光状態を観測する第２の偏光状態観測工程と、 第１の偏光状態観測工程と第２の偏光状態観測工程との
観測結果に基づいて乱数を生成する乱数生成工程とを有
することを特徴とする乱数生成方法。 - 【請求項７】 上記乱数生成工程は、第１の偏光状態観
測工程により観測された偏光状態が第２の偏光状態観測
工程により観測された偏光状態と異なる場合に乱数を生
成することを特徴とする請求項６記載の乱数生成方法。 - 【請求項８】 上記第１の偏光状態観測工程は、 上記第１の光子を入力し、光子の偏光状態によって光子
を第１の出力ポートと第２の出力ポートのいずれかに出
力する第１の偏光波分離工程と、 上記第１の出力ポートから出力される光子を検出する第
１の光子検出工程と、 上記第２の出力ポートから出力される光子を検出する第
２の光子検出工程とを有し、 上記第２の偏光状態観測工程は、 上記第２の光子を入力し、光子の偏光状態によって光子
を第３の出力ポートと第４の出力ポートのいずれかに出
力する第２の偏光波分離工程と、 上記第３の出力ポートから出力される光子を検出する第
３の光子検出工程と、 上記第４の出力ポートから出力される光子を検出する第
４の光子検出工程とを有し、 上記乱数生成工程は、上記第１の光子検出工程と上記第
２の光子検出工程と上記第３の光子検出工程と上記第４
の光子検出工程による光子検出結果に基づいて乱数を生
成して出力することを特徴とする請求項７記載の乱数生
成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001223795A JP2003036168A (ja) | 2001-07-25 | 2001-07-25 | 乱数生成装置及び乱数生成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001223795A JP2003036168A (ja) | 2001-07-25 | 2001-07-25 | 乱数生成装置及び乱数生成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003036168A true JP2003036168A (ja) | 2003-02-07 |
Family
ID=19057067
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001223795A Pending JP2003036168A (ja) | 2001-07-25 | 2001-07-25 | 乱数生成装置及び乱数生成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003036168A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006133650A1 (en) * | 2005-06-16 | 2006-12-21 | The Chinese University Of Hong Kong | Quantum random number generators |
| WO2007124089A2 (en) | 2006-04-20 | 2007-11-01 | Hewlett-Packard Development Company, L. P. | Optical-based, self-authenticating quantum random number generators |
| WO2007124121A3 (en) * | 2006-04-20 | 2008-01-31 | Hewlett Packard Development Co | Optical-based, self-authenticating quantum random number generators |
| JP2009055346A (ja) * | 2007-08-27 | 2009-03-12 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 量子鍵配送システム |
| WO2009057090A2 (en) * | 2007-10-30 | 2009-05-07 | Sandisk Il Ltd. | Configurable random number generator |
| WO2014132609A1 (ja) * | 2013-02-27 | 2014-09-04 | 日本電気株式会社 | 光受信装置およびその制御方法 |
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| WO2020261419A1 (ja) * | 2019-06-26 | 2020-12-30 | 日本電信電話株式会社 | 量子乱数発生装置及び量子乱数発生方法 |
| JP2021524619A (ja) * | 2018-05-14 | 2021-09-13 | ワイ． スカーレット，キャロル | 多層複屈折構造内の量子光学的効果の使用を通じた乱数の生成 |
| WO2022269731A1 (ja) | 2021-06-22 | 2022-12-29 | 三菱電機株式会社 | 乱数生成装置 |
-
2001
- 2001-07-25 JP JP2001223795A patent/JP2003036168A/ja active Pending
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| JP2009534748A (ja) * | 2006-04-20 | 2009-09-24 | ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー． | 光学ベースの自己検証量子乱数発生器 |
| KR100965970B1 (ko) * | 2006-04-20 | 2010-06-24 | 휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피. | 난수 시퀀스를 생성하는 광학 기반의 자동 인증 시스템 및 난수 시퀀스의 생성 방법 |
| KR100987885B1 (ko) | 2006-04-20 | 2010-10-13 | 휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피. | 양자 랜덤 비트 생성기 및 랜덤 비트 시퀀스의 생성 방법 |
| US7844649B2 (en) | 2006-04-20 | 2010-11-30 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Optical-based, self-authenticating quantum random number generators |
| JP2009055346A (ja) * | 2007-08-27 | 2009-03-12 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 量子鍵配送システム |
| JP4591972B2 (ja) * | 2007-08-27 | 2010-12-01 | 日本電信電話株式会社 | 量子鍵配送システム |
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| JP7433655B2 (ja) | 2018-05-14 | 2024-02-20 | ワイ． スカーレット，キャロル | 多層複屈折構造内の量子光学的効果の使用を通じた乱数の生成 |
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|---|---|---|---|
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|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
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