JP2003037559A - 信号状態制御装置及び信号状態制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は、伝送情報を有する伝送信号の状
態を制御することを目的とする。 【解決手段】 伝送情報を持った数個の光子をからなる
信号光と古典光とを波長合波器３０ａにより合波し、伝
送路８０通過後、波長分波器４０ａによって分波し、分
波後の古典光を偏光ビームスプリッタ１１０に入射し、
二つの出力ポートからそれぞれのフォトダイオード（Ｐ
Ｄ₁、ＰＤ₂）に出力後、偏光状態モニタ５０ａを用いて
古典光の偏波状態の変化を観測する。古典光の偏波状態
の変化から、偏波コントローラ６０ａが、偏波コントロ
ーラ６０ａに入射する数個の光子をからなる信号光の偏
波状態を補正することにより、光子検出器７０で検出す
べき数個の光子を正確に検出することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、伝送情報を有す
る伝送信号の状態を制御する装置及び方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】光通信を行う場合、光信号が伝送路を伝
送する時に、光の状態が変化してしまうことがある。光
ファイバなどの伝送路媒体や合波器、分波器などの伝送
路構成部品に、温度変化による屈折率変化が生じること
や、振動・振幅などにより応力歪みが生じ偏波面揺ら
ぎ、屈折率変化、損失変動、伝送路長変動が生じること
があるからである。そして、この光の状態変化として
は、偏波状態の変化、位相状態の変化、信号パルス列の
時間軸ジッタ等が挙げられる。この信号パルス列の時間
軸ジッタとは、ファイバ自身の物理的な伸縮やファイバ
中の波長分散により、本来規則的に到着すべきパルス列
の間隔が短くなったり、長くなったりする時間軸上の揺
らぎをいう。これらの原因で生じる光の状態変化を適正
に補正し、正しい情報の乗った信号を送信する手段とし
て、光を分割して、一方の光の状態をモニタし、モニタ
結果から他方の光の状態を帰還制御する方法がある。す
なわち、一方の光信号にどのような状態変化が生じてい
るかを把握し、他方の光信号を状態変化分補正すること
で、光の歪みを矯正する制御方法である。しかし、量子
暗号技術を用いた光通信では光子１個を１信号として情
報を伝達するが、この場合１光子を分割することはでき
ない。つまり、信号光そのものを分割することはできな
いため、分割した信号の一方をモニタとして用いるとい
うことも不可能である。そこで、従来、光子１個を用い
て信号伝達を行う量子暗号方式を使用する多元接続ネッ
トワークにおいて、例えば特表平９−５０２３２０のよ
うに、光子１個を用いた単一光子信号を強い光と多重化
し、多重化した強い光をモニタすることによって、単一
光子信号を同期させる方法が採られていた。また、１９
９５年に行われたＣ．ＭＡＲＡＮＤとＰ．Ｄ．ＴＯＷＮ
ＳＥＮＤの実験レポート（ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲ
Ｓ ＶＯＬ．２０，ＮＯ．１６）では同一の光源から出
力される信号光に対し、時間的にタイミングをずらして
光強度を変え、光強度の高い信号をモニタし、光位相制
御を行っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特表平９−５
０２３２０では、数個程度の光子数からなる伝送信号と
観測可能な光子数からなる観測信号とを多重化し、光の
偏波面の制御、または、光の位相制御により光の状態を
制御することはできなかった。また、Ｃ．ＭＡＲＡＮＤ
とＰ．Ｄ．ＴＯＷＮＳＥＮＤの実験レポートでは、時間
的に光強度を変え、位相制御を行っている。すなわち、
同一の光源から出た信号に対し、交互に光強度を行うた
め、光子の状態制御をリアルタイムで（同時に）制御す
ることは行っておらず、光の状態制御の方法に問題があ
った。したがって、上記文献に開示された制御方法で
は、光子数が多くとも数個であるような信号光（量子チ
ャネル）と比較的強度の強い古典光（検査光、古典チャ
ネル）とを合波し、前記信号光と前記検査光を同一の伝
送路を通過させ、伝送路媒体あるいは伝送路を構成する
光学部品によって前記信号光と前記検査光に同時に生じ
る光の状態変化をリアルタイムにモニタし、そのモニタ
された検査光の情報を基に、伝送路中の信号光の状態を
制御することはできなかった。

【０００４】この発明は、伝送情報を有する伝送信号の
状態を制御することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の信号状態制御装置は、伝送情報を有する伝
送信号と観測の対象である観測信号とが合波された信号
を伝送信号と観測信号とに分波する分波部と、上記分波
部が分波する観測信号の信号状態の変化を観測するモニ
タ部と、上記モニタ部が観測する観測信号の信号状態の
変化を利用して伝送信号の信号状態の変化を補正する制
御部とを備えることを特徴とする。

【０００６】また、上記分波部は、光信号である伝送信
号と観測信号とを分波することを特徴とする。

【０００７】また、上記分波部は、１信号が１以上１０
以下の光子数からなる伝送信号と観測可能な光子数から
なる観測信号とを分波することを特徴とする。

【０００８】また、上記信号状態制御装置は、さらに、
光信号の偏波状態を制御する偏光器を備え、上記制御部
は、上記偏光器を用いて伝送信号の偏波状態を制御する
ことを利用して伝送信号の信号状態の変化を補正するこ
とを特徴とする。

【０００９】また、上記信号状態制御装置は、さらに、
光信号の位相を変調する位相変調器を備え、上記制御部
は、上記位相変調器を用いて伝送信号の位相を位相変調
することを利用して伝送信号の信号状態の変化を補正す
ることを特徴とする。

【００１０】また、上記分波部は、波長分割により分波
することを特徴とする。

【００１１】また、上記分波部は、時分割により分波す
ることを特徴とする。

【００１２】また、上記分波部は、１信号に含まれる光
子数が０か１のいずれかの光子数からなる伝送信号と観
測可能な光子数からなる観測信号とを分波し、上記信号
状態制御装置は、さらに、伝送信号の位相を変調する位
相変調器を用いて量子暗号を行う量子暗号化部を備え、
上記制御部は、上記量子暗号化部が行う量子暗号により
生成された伝送信号の信号状態の変化を補正することを
特徴とする。

【００１３】また、本発明の信号状態制御方法は、伝送
情報を有する伝送信号と観測の対象である観測信号とが
合波された信号を伝送信号と観測信号とに分波し、上記
分波する観測信号の信号状態の変化を観測し、上記観測
する観測信号の信号状態の変化を利用して伝送信号の信
号状態の変化を補正することを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、システム全体の概念図で
ある。図１に基づき、システム全体の概念を説明する。
図１に示す光子発生器手段１０から生成された信号光
と、古典光光源２０から生成された古典光は合波部３０
で合波（多重化）される。ここで、光子発生器手段１０
から生成された信号光は伝送信号である。また、古典光
光源２０から生成された古典光は観測対象となる観測信
号である。合波された信号光と古典光は、光ファイバ等
の伝送路８０を伝送され、分波部４０で、再び、信号光
と古典光に分波される。分波された古典光は、古典光モ
ニタ部５０でモニタリングされ、古典光の状態がどのよ
うに変化したかが観測される。そして、その結果を、光
状態制御部６０にフィードバックし、光状態制御部６０
は信号光を帰還制御する。すなわち、古典光モニタ部５
０でモニタされた古典光の状態の変化量を合波された信
号光から差し引くことにより、信号光を補正し、補正後
の信号光を分波部４０で分波することで、光子検出器手
段７０を利用して光子のもつ情報を精度よく測定するこ
とが可能となる。なお、光子検出器手段７０には、光子
の検出を行う光子検出器のみならず、たとえば偏光ビー
ムスプリッタ１１０や位相変調器６０ｂなどの光子検出
器以外の装置をも含まれている。以上のような全体の動
作から、光状態制御部６０が帰還制御することにより、
光子の状態を安定に制御し、目的に応じて光子のもつ情
報を精度よく測定することができる。

【００１５】上述の通り、光子発生器手段１０で生成さ
れた信号光は、伝送情報を有する伝送信号の一例であ
る。また、古典光光源２０で生成された古典光は、観測
の対象となる観測信号の一例である。また、合波機能を
持つ合波部３０を用いて信号送信側で複数の光信号を一
本の伝送路８０を通して伝送させることが可能となる。
また、分波機能を持つ分波部４０を用いて信号受信側で
複数の光信号を（たとえば、異なる波長ごとに）分離す
ることが可能となる。

【００１６】実施の形態１．図２は実施の形態１を表す
図である。この実施の形態１では、図１の光状態制御部
６０が偏波面の制御をすることにより帰還制御を行う偏
波コントローラ６０ａの場合を表している。偏波コント
ローラ６０ａは偏光器の一例である。信号送信側では、
レーザダイオード（ＬＤ）１０ａで出力された信号光
を、光減衰器１００で光子１個を区別できるほどに減衰
させる。また、古典光光源２０で出力された古典光を偏
光子９０を通過させ、縦方向及び横方向の偏光成分のう
ち片方のみを透過させる。上記減衰された信号光と縦方
向または横方向の偏光成分のいずれかを持つ古典光とを
波長合波器３０ａにより合波（波長分割多重）し、伝送
路８０を伝送させる。合波される信号光と古典光は異な
る波長を持つ。信号受信側において、再び、信号光と古
典光を、波長分波器４０ａを用いて波長分割により分波
し、古典光を偏光ビームスプリッタ１１０に入射し、光
を偏光状態の横方向成分と縦方向成分とに分離して、二
つの出力ポートからそれぞれのフォトダイオード（ＰＤ
₁、ＰＤ₂）に出力後、偏光状態モニタ５０ａを用いて古
典光の偏波状態の変化を観測する。偏光状態モニタ５０
ａがモニタした古典光の偏波状態の変化と、合波された
のち分波された信号光の偏波状態の変化は同じため、モ
ニタした古典光の偏波状態の変化から、それ自身では観
測できない信号光の偏波状態の変化がわかる。よって、
この観測された古典光の偏波状態の変化についての情報
を基に、偏波コントローラ６０ａに帰還制御をかける。
すなわち、偏波コントローラ６０ａは、偏波コントロー
ラ６０ａに入射する伝送情報を有する信号光に対し、偏
光状態モニタ５０ａでモニタされた古典光の偏波状態の
変化を用いてその偏波状態を補正することにより、光子
の状態を安定に制御し、光子検出器手段７０を経て、目
的に応じて光子のもつ情報を精度よく測定することが可
能となる。具体的に説明すると、たとえば、波長合波器
３０ａで合波された信号光と古典光が伝送路８０を通過
して分波されるまでに偏波面が＋α歪んだとする。偏光
状態モニタ５０ａは古典光の歪み＋αを観測し、偏波コ
ントローラ６０ａに偏波状態の変化を＋αとして伝え
る。偏波コントローラ６０ａは、伝送路８０を通過して
入射してくる古典光と信号光の合波から偏波状態の変化
分であるαを差し引く。この結果、信号光の歪みが補正
される。このように、受信側に到達する信号の偏波状態
が一定に保たれるように、偏光ビームスプリッタ１１０
を用いて分けられた二つの偏光成分の比をモニタし、そ
の比が一定になるように偏波コントローラ６０ａに帰還
制御をかける。なお、その比は、受信側量子チャネルの
処理に都合がいいように自由に選ぶことができる。ここ
で、偏光ビームスプリッタ１１０は、上述の通り、偏光
状態の横方向成分と縦方向成分とに分離した光を二つの
出力ポートに出力する光学部品である。また、偏光子９
０は、縦方向及び横方向の偏光成分のうち片方のみを透
過し、もう一方の偏光成分は捨ててしまう光学部品であ
る。すなわち、偏光子９０は、光の偏光状態が直線偏光
にない場合、偏光子９０を通すことにより決まった直線
偏光の光を作る素子である。偏光ビームスプリッタ１１
０と偏光子９０はともに光通信・光学実験で用いられる
光学部品で、光ファイバによる光伝送と空間を媒体にし
た光伝送のいずれの場合も、ある種の結晶を用いたもの
が通常使用される。したがって、本実施の形態では、図
２に示すように、まず、偏光子９０を利用して、偏光状
態が決定された古典光を伝送路８０に入射し、受信側で
その偏光状態が決定されていたはずの古典光の偏光状態
がどの程度揺らぐかを偏光ビームスプリッタ１１０を用
いて観測し、その情報を元に偏波コントローラ６０ａに
帰還制御をかけ、偏波コントローラ６０ａが減衰された
信号光の偏波面の揺らぎを補正する仕組みになってい
る。ただし、古典光光源２０に偏波面の揺らぎがなけれ
ば、原理的には必ずしも偏光子は必要ではない。

【００１７】以上のような全体の動作から、古典光を用
いてモニタし、モニタ結果から偏波コントローラ６０ａ
が信号光の光子の状態を帰還制御することが可能とな
る。これにより、観測可能な古典光のモニタ結果を用い
て、それ自身では観測対象として微少なためモニタでき
ない信号光の偏波面を制御することが可能となる。その
結果、伝送情報を持つ信号光が伝送路８０を通過中に生
じた歪みを元の状態の信号光に補正することが可能とな
り、光子の状態を安定に制御し、目的に応じて光子のも
つ情報を精度よく測定することができるという効果が得
られる。すなわち、本実施の形態の光子状態制御方法に
おいては、光子数が少数（たとえば、減衰された信号光
の１パルス（１信号）当りの光子数は１０光子以下）で
あるような信号光と比較的強度の強い古典光（検査光）
とを合波し、微少な信号光と強度の強い古典光とを同一
の伝送路８０で通過させ、信号受信側において合波され
た信号光と古典光を分離し、分離された古典光をモニタ
し、その結果を利用して、偏波コントローラ６０ａなど
の光学部品によって信号光と古典光に同時に生じる光の
状態変化を制御することが可能となる。したがって、単
一光子の状態制御を行うことが必要な量子暗号通信だけ
でなく、１信号あたりに含まれる光子数が１０個未満で
あるような（量子）光通信システム一般に利用できる光
状態の制御が可能である。

【００１８】なお、レーザダイオード１０ａは図１の光
子発生器手段１０の一例であり、波長合波器３０ａは図
１の合波部３０の一例であり、波長分波器４０ａは図１
の分波部４０の一例である。また、偏光状態モニタ５０
ａは図１の古典光モニタ部５０の一例であり、偏波コン
トローラ６０ａは図１の光状態制御部６０の一例であ
る。また、図２の偏波コントローラ６０ａは、図２のよ
うに、送信側（波長合波器３０ａ）に配置しても図３の
ように受信側（波長分波器４０ａ）に配置してもよく、
波長合波器３０ａと波長分波器４０ａの間の伝送路８０
中であればよい。ただし、図２に示す構成のように受信
側に配置した方が、帰還制御をすべて受信側で処理でき
るため、システム構成上望ましい。

【００１９】実施の形態２．図３は本発明の実施の形態
２を表す図である。この実施の形態２ではレーザダイオ
ード１０ａから出力された信号光と複数の古典光１〜古
典光ｎを波長合波器３０ａで合波（ＭＵＬＴＩＰＬＥＸ
ＩＮＧ）し、伝送路８０を伝送させた後、波長分波器４
０ａにより分波（ＤＥＭＵＬＴＩＰＬＥＸＩＮＧ）して
いる。具体的には、信号送信側では、レーザダイオード
（ＬＤ）１０ａから出力された光を光減衰器１００で光
子１個を区別できるほどに減衰させた信号光と、複数の
古典光光源から出力された複数の古典光（２０ａ〜２０
ｎ）とを波長合波器３０ａにより波長分割多重し、一本
の伝送路８０を伝送させる。実施の形態１と同様、減衰
された信号光と複数の古典光１〜古典光ｎとはそれぞれ
異なる波長をもつ。信号受信側では、再び、信号光と複
数の古典光とを分波し、図３では、偏光状態モニタ５０
ａを用いて複数の古典光のうち、古典光ｎの偏波状態を
観測する。この観測した古典光ｎの偏波状態の変化情報
をもとに、偏波コントローラ６０ａに帰還制御をかけ
る。すなわち、偏光状態モニタ５０ａでモニタされた古
典光ｎの偏波状態の変化量を信号光から差し引くことに
より、伝送情報を持つ信号光を補正する。その結果、光
子の状態が安定に制御され、目的に応じて光子のもつ情
報を精度よく測定することが可能となる。図３では図示
していないが、図２に示す場合と同様に、各古典光光源
と波長合波器３０ａとの間には、偏光子９０がある。ま
た、古典光ｎが通過する古典光の伝送路と偏光状態モニ
タ５０ａの間には、偏光ビームスプリッタ１１０とフォ
トダイオード（ＰＤ₁、ＰＤ₂）がある。また、図３で
は、偏光状態モニタ５０ａは古典光ｎの通過する古典光
の伝送路にのみ接続されているが、他の古典光（古典光
１〜古典光１−ｎ）と接続することも可能である。その
場合には、図示していない上記他の古典光が通過するそ
れぞれの古典光の伝送路と図示していない偏光状態モニ
タ５０ａの間には、偏光ビームスプリッタ１１０とフォ
トダイオード（ＰＤ₁、ＰＤ₂）が存在する。そして、複
数の古典光（古典光１〜古典光ｎ）を同一の測定方法で
観測し、観測結果を平均化することで、より精度のよい
光子状態の制御を行うことができる。また、複数の古典
光でそれぞれ別の観測方法（たとえば、位相制御と偏波
面制御と同期制御を用いる方法）を用い、より精度のよ
い光子状態の制御を行うことも可能である。また、古典
光１は光子状態の制御用に用い、他の古典光は、通常の
古典的な情報を送る目的のために用いるというような使
い方も可能である。

【００２０】以上のような動作から、光子の状態を同時
に合波された複数の古典光を用いてモニタし、モニタ結
果から偏波コントローラ６０ａが伝送情報を持つ信号光
に対し帰還制御を行う。これにより、それ自身では観測
対象として微少なためモニタできない減衰された信号光
の偏波面を、観測可能な複数の古典光のモニタ結果を用
いてより精密に制御することが可能となる。その結果、
信号光の的確な補正により、光子の状態を安定に制御
し、目的に応じて光子のもつ情報を精度よく測定するこ
とが可能となる。

【００２１】以上に説明した実施の形態１と実施の形態
２は、波長分割多重方式（ＷＤＭ：ＷＡＶＥＬＥＮＧＴ
Ｈ ＤＩＶＩＳＩＯＮ ＭＵＬＴＩＰＬＥＸ）を利用し
た伝送手段により、光状態の制御を行っている。波長分
割多重方式とは、異なった波長にそれぞれの信号を割り
当てることによって複数の信号を共通の伝送路で送信さ
せる方式をいう。

【００２２】これに対し、図４に示すように、時分割多
重方式（ＴＤＭ：ＴＩＭＥ ＤＩＶＩＳＩＯＮ ＭＵＬ
ＴＩＰＬＥＸ）を利用した伝送手段により、光状態の制
御を行うこともできる。時分割多重方式とは、継続して
いる時間領域を異なった信号に割り当てることによって
複数の信号を共通の伝送路で送信させる方式をいう。具
体的手段は、図４に示すとおり、信号送信側で、レーザ
ダイオード１０ａから出力された光を、光減衰器１００
で光子数個を区別できるほどに減衰させた信号光とは古
典光光源２０から出力され、偏光子９０を通過した古典
光とを時分割合波器３０ｂにより時分割多重し、一本の
伝送路８０を伝送させる。信号受信側において、再び、
信号光と古典光を時分割分波器４０ｂによって分波し、
偏光状態モニタ５０ａを用いて古典光の偏波状態を観測
する。この観測された古典光の偏波状態の変化情報をも
とに、偏波コントローラ６０ａに帰還制御をかける。図
５は、減衰された信号光の各光子１１と古典光２１の時
分割多重の模式図である。１１は、レーザダイオード１
０ａから出力され、減衰されることにより、一個の光子
をもつに至った信号光を表している。２１は、古典光光
源２０から出力され、偏光子９０を通過した光の強度の
高い古典光２１である。光子１１と古典光２１は、時分
割合波器３０ｂを用いて合波され、伝送路８０を伝送さ
れる。その後、時分割分波器４０ｂを用いて光子１１と
古典光２１に分波される。図５に示すように、光子１１
のみが伝送する伝送路が量子チャネル７５、古典光２１
のみが伝送する伝送路が古典光チャネル５５である。ま
た、図５では、光子１１と古典光２１が交互に多重化さ
れ伝送路８０を伝送されているが、古典光２１と古典光
２１の間に存在する光子列の数は不規則になってもよ
い。

【００２３】このように、時分割合波器３０ｂと時分割
分波器４０ｂを用いた時分割多重方式により、合波した
後、分波した古典光２１を偏光状態モニタ５０ａでモニ
タリングし、偏波コントローラ６０ａで帰還制御するこ
とにより、光子１１の状態制御をリアルタイムに、すな
わち、同時に行うことができる。したがって、同一光源
から出た信号に対し、交互に光強度を行うことで光子１
１の状態を制御する場合に比べ、制御の時間遅延がない
ことから、伝送状態をリアルタイムに把握でき、より的
確かつ精密に制御を行うことができる。また、図５では
１信号に対し１個の光子を持つ信号光の時分割多重方式
による制御を説明したが、１信号に対し数個（１個以上
１０個以下）の光子を持つ信号光の帰還制御を、時分割
多重方式を用いて達成することも可能である。

【００２４】また、光状態制御部６０は、位相変調器６
０ｂによって光の状態を位相制御することも可能であ
る。図６は、位相変調器６０ｂによる制御システムを表
している。図６では、図２〜図４に示した偏波コントロ
ーラ６０ａが位相変調器６０ｂに置き換えられている。
また、図２〜図４に示す偏光状態モニタ５０ａが位相状
態モニタ５０ｂに置き換えられている。そして、古典光
の位相状態を位相状態モニタ５０ｂを用いてモニタし、
モニタ結果を位相変調器６０ｂにフィードバックするこ
とによって帰還制御を行う。なお、このような位相制御
の場合、図２および図４に示す偏光ビームスプリッタ１
１０、フォトダイオード（ＰＤ₁、ＰＤ₂）は不要であ
る。また、図３のシステムでは、図示していないが、複
数の古典光のうち、古典光１は位相状態モニタ５０ｂを
用いて位相状態をモニタし、古典光２は偏光状態モニタ
５０ａにより偏光状態をモニタするというように、複数
の古典光でそれぞれ別の測定方法を行い、その結果を光
状態制御部６０にある偏波コントローラ６０ａと位相変
調器６０ｂ（図示していない）により帰還制御すること
により、より精度のよい光子状態の制御を行うことも可
能である。

【００２５】実施の形態３．図７は実施の形態３を表す
図である。この実施の形態３では量子暗号装置に上述し
た光の状態制御を付加することにより、安定的に暗号鍵
の共有を行うことができる。具体的には、信号送信側で
ある量子暗号送信装置（例えばアリス：ＡＬＩＣＥが挙
げられる）と信号受信側である量子暗号受信装置（例え
ばボブ：ＢＯＢが挙げられる）が量子暗号による暗号処
理を行う時に以下のような光状態制御を行う。まず、信
号送信側では、量子暗号送信装置（図７ではＡＬＩＣ
Ｅ）の暗号送信部１０ｂが出力する伝送情報を持つ伝送
信号と古典光光源２０が出力する古典光とが合波部３０
で合波され、光ファイバなど伝送媒体を通過する。ここ
で、伝送情報を持つ伝送信号は信号１パルスあたり高々
１光子を含んだ信号である。すなわち、１パルスに含ま
れる光子数が０の場合（空パルス）と、１パルスに含ま
れる光子数が１の場合がある。たとえば、１０パルスに
一つの割合で、光子１個が含まれた信号が送信されてく
る場合（１０パルス中９パルスは空パルスの場合）、１
信号あたり０．１個の光子が含まれると表現されるが、
現実には１パルスに０．１個の光子を含んだ信号が送信
されることはなく、上述の通り、１０パルス中、１パル
スは１光子を含み、残りの９パルスは空パルスであるこ
とから平均光子数をとってこのように表現される。信号
受信側において信号１パルスあたり高々１光子を含んだ
伝送信号と一定の光強度を持つ古典光とが分波部４０に
よって分波され、古典光モニタ部５０を用いて分派され
た古典光の偏波状態または位相状態（または偏波状態及
び位相状態）を観測する。光状態制御部６０は、古典光
モニタ部５０で観測された光状態の変化についての情報
をもとに、帰還制御を行う。すなわち、古典光モニタ部
５０でモニタされた光の状態の変化量を伝送信号から差
し引くことにより伝送情報を持つ伝送信号を暗号送信部
１０ｂが送信した時の状態に補正する。その結果、量子
暗号受信装置（図７ではＢＯＢ）の暗号受信部７０ｂ
が、暗号送信部１０ｂが送信した伝送情報を持つ伝送信
号を正確に受信できるため、以上のような帰還制御をし
ない場合と比べて、伝送路などを通過中に誤った伝送情
報を有するに至った伝送信号が減り、安定的に暗号鍵の
共有を行うことができ、暗号鍵の共有の高速化が図れ
る。

【００２６】以上の実施の形態では、光信号に対するシ
ステムについて説明した。しかし、本発明の信号状態制
御装置及び信号状態制御方法は、光信号の帰還制御によ
る状態制御装置及び方法に限る必要はなく、伝送情報を
有する伝送信号全般の帰還制御装置及び帰還制御方法と
して用いることが可能である。すなわち、本発明の信号
状態制御装置及び信号状態制御方法は、伝送信号と同一
の伝送路を伝送する観測信号をモニタし、その状態変化
の観測結果を伝送信号にフィードバックさせ、伝送情報
を有する伝送信号が伝送路を通過する時に生じる状態変
化を補正することができる装置及び方法である。特に、
伝送情報を有する伝送信号がそれ自身では観測不可能な
場合や観測困難な場合など、補正を必要とする信号（伝
送信号）それ自身を観測するのに多大な支障が生じる場
合に本発明の有用性が顕著となる。

【００２７】上述したすべての実施の形態では、各構成
要素の各動作はお互いに関連しており、各構成要素の動
作は、上記に示された動作の関連を考慮しながら、一連
の動作として置き換えることができる。そして、このこ
のように置き換えることにより、方法の発明の実施形態
とすることができる。

【００２８】

【発明の効果】本発明は、観測信号の信号状態の変化か
ら、伝送信号の信号状態の変化を補正することができ
る。

【００２９】また、光信号の信号状態の変化を補正する
ことができる。

【００３０】また、１信号が１以上１０以下の光子数か
らなる光信号の信号状態の変化を補正することができ
る。

【００３１】また、偏光器を用いて偏波方向の制御を行
うことで信号状態の変化を補正することができる。

【００３２】また、位相変調器を用いて位相変調の制御
を行うことで信号状態の変化を補正することができる。

【００３３】また、波長分割多重方式を利用して、信号
状態の変化を補正することができる。

【００３４】また、時分割多重方式を利用して、信号状
態の変化を補正することができる。

【００３５】また、量子暗号システムに用いることによ
り、安定的に暗号鍵の共有を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 システム概念図を表す図である。

【図２】 波長多重を利用した波長制御を行うシステム
構成図である。

【図３】 複数の古典光を用いたシステム構成図であ
る。

【図４】 時分割多重を利用した波長制御を行うシステ
ム構成図である。

【図５】 時分割多重方式の例を表す図である。

【図６】 波長多重を利用した位相制御を行うシステム
構成図である。

【図７】 量子暗号方式に光の状態制御を利用するシス
テム構成図である。

【符号の説明】

１０ 光子発生器手段、１０ａ レーザダイオード、１
０ｂ 暗号送信部、１１ 光子、２０ 古典光光源、２
１ 古典光、３０ 合波部、３０ａ 波長合波器、３０
ｂ 時分割合波器、４０ 分波部、４０ａ 波長分波
器、４０ｂ 時分割分波器、５０ 古典光モニタ部、５
０ａ 偏光状態モニタ、６０ 光状態制御部、６０ａ
偏波コントローラ、６０ｂ 位相変調器、７０ 光子検
出器手段、７０ｂ 暗号受信部、８０ 伝送路、９０
偏光子、１００ 光減衰器、１１０偏光ビームスプリッ
タ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷川 俊夫 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 (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） 2H079 BA02 BA03 CA04 FA01 KA06 KA11 KA18 KA19 KA20 5J104 HA04 HA09 5K002 AA01 AA03 BA02 CA01 CA12 DA31 FA01

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 伝送情報を有する伝送信号と観測の対象
   である観測信号とが合波された信号を伝送信号と観測信
   号とに分波する分波部と、 上記分波部が分波する観測信号の信号状態の変化を観測
   するモニタ部と、 上記モニタ部が観測する観測信号の信号状態の変化を利
   用して伝送信号の信号状態の変化を補正する制御部とを
   備えることを特徴とする信号状態制御装置。
2. 【請求項２】 上記分波部は、光信号である伝送信号と
   観測信号とを分波することを特徴とする請求項１記載の
   信号状態制御装置。
3. 【請求項３】 上記分波部は、１信号が１以上１０以下
   の光子数からなる伝送信号と観測可能な光子数からなる
   観測信号とを分波することを特徴とする請求項２記載の
   信号状態制御装置。
4. 【請求項４】 上記信号状態制御装置は、さらに、 光信号の偏波状態を制御する偏光器を備え、 上記制御部は、上記偏光器を用いて伝送信号の偏波状態
   を制御することを利用して伝送信号の信号状態の変化を
   補正することを特徴とする請求項２記載の信号状態制御
   装置。
5. 【請求項５】 上記信号状態制御装置は、さらに、 光信号の位相を変調する位相変調器を備え、 上記制御部は、上記位相変調器を用いて伝送信号の位相
   を位相変調することを利用して伝送信号の信号状態の変
   化を補正することを特徴とする請求項２記載の信号状態
   制御装置。
6. 【請求項６】 上記分波部は、波長分割により分波する
   ことを特徴とする請求項２記載の信号状態制御装置。
7. 【請求項７】 上記分波部は、時分割により分波するこ
   とを特徴とする請求項２記載の信号状態制御装置。
8. 【請求項８】 上記分波部は、１信号に含まれる光子数
   が０か１のいずれかの光子数からなる伝送信号と観測可
   能な光子数からなる観測信号とを分波し、 上記信号状態制御装置は、さらに、 伝送信号の位相を変調する位相変調器を用いて量子暗号
   を行う量子暗号化部を備え、 上記制御部は、上記量子暗号化部が行う量子暗号により
   生成された伝送信号の信号状態の変化を補正することを
   特徴とする請求項２記載の信号状態制御装置。
9. 【請求項９】 伝送情報を有する伝送信号と観測の対象
   である観測信号とが合波された信号を伝送信号と観測信
   号とに分波し、 上記分波する観測信号の信号状態の変化を観測し、 上記観測する観測信号の信号状態の変化を利用して伝送
   信号の信号状態の変化を補正することを特徴とする信号
   状態制御方法。