JP2004289817A - 量子情報源符号化装置、および量子情報通信システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】入力メッセージをブロックメッセージに変換する量子状態準備手段(2)と、
前記量子状態準備手段が準備したブロックメッセージを圧縮することにより符号化し符号化信号を得る符号化手段(3)と、
前記符号化手段が符号化した符号化信号を出力する出力手段(4)と含む
量子情報を伝達するための量子情報源符号化装置(1)。
【選択図】
図2
Description
アリス(送信器)はメッセージをボブ(受信器)に送る。このメッセージは、量子通信チャネルにおいて、2文字の"+"と"-"とからなり、文字状態|Ψ+>と|Ψ->とによって表される。この場合、以下の関係が成立する。
図2は、本発明の量子情報源符号化装置の基本構成を示すブロック図である。図2に示されるように、本発明の量子情報源符号化装置(1)は、量子状態準備手段(2)と符号化手段(3)と(量子信号)出力手段(4)と含む。
量子状態準備手段(2)は、入力メッセージを非可換な量子状態による情報であるブロックメッセージに変換するための手段である。量子状態準備手段としては、1個または複数個のλ/2波長板と、1個または複数個の変更ビームスプリッターとを含むものが挙げられる。
以下では、図3に示される量子状態準備手段(縦線3の左側部分)によって、量子状態が準備される工程を説明する。
量子状態準備装置は、ブロックメッセージの状態を表す量子状態を準備する。実施例では、光子の量子状態は式(3)で定義されるブロックメッセージ(3つの文字からなる文字状態からなる)により表される。水平方向に偏光された光子が、光入力部(11)に入る。光入力部に入った光子は、任意要素である第1の偏光ビームスプリッター(12)を通過するが、何ら変化を受けない。以下では、n番目の文字状態の係数を以下のようにパラメータ化する。
第1の位置量子ビットは、図3の縦線0と1との間のHWP(16)と、PBS(13)とによって準備される。すなわち、入力された光子は、第1のHWP(16)により回転される。HWP(16)の軸は垂直面に対してπ/2−θ1で表される角度を持っている。これにより、光子の偏光が水平面に対して2θ1となる。
第二の量子ビットは、図3の線1と線2との間にあるλ/2波長板と偏光ビームスプリッターとを用い、λ/2波長板の角度θ2を調整することにより準備される。第二の量子ビット準備工程において、前記第一の量子ビット準備工程で二つのパスに分離された光子は、HWP(17)とHWP(18)、およびPBS(14)とPBS(15)とに入力される。第3のλ/2波長板(17)、および第4のλ/2波長板(18)の軸は、垂直面からθ2だけ角度があり、パスA、およびパスD上の光子の偏光面をそれぞれπ+2θ2、およびθ2だけ回転する。第3の偏光ビームスプリッター(14)、および第4の偏光ビームスプリッター(15)は、光子を水平成分と垂直成分とに分離する。これによりA〜Dまでのパスが決定される。A〜Dまでのパスは、それぞれ|00>〜|11>に対応する。A〜Dまでのパスに進む確率は、それぞれ以下のとおりである。
第三の量子ビットは、図3の線2と線3との間にあるパスA,B,CおよびDの偏光状態を調整することにより準備される。光場の偏光状態の調整は、4つのHWP(19)〜(22)により実現される。これらの偏光面は、垂直面に対してそれぞれ以下の値である。
λ/2波長板を用い、角度θ3を調整することにより準備される。
符号化手段は、量子状態準備手段が準備したブロックメッセージを圧縮することにより符号化し符号化信号を得るための手段である。符号化手段としては、1個または複数個のλ/2波長板と、1個または複数個の変更ビームスプリッターとを含むものが挙げられる。
符号化工程は、量子状態準備手段が準備したブロックメッセージを符号化手段が圧縮することにより符号化し、符号化信号を得るための工程である。図3に示される例では、縦線3と縦線4との間部分において、第5の偏光ビームスプリッターと、第8および第9のλ/2波長板とによりユニタリー変換が施される。HWPの固定軸(fast axes)は、垂直方向とπ/4をなす方向である。HWPとPBSは、中間の2つのパスにおける偏光状態を交換する。そして、それぞれのルートにおける水平偏光と、垂直偏光モードの確率は、それぞれ以下のようになる。
出力手段は、符号化手段が符号化した符号化信号を出力するための手段である。図3に示される出力手段(縦線4の右部分)は、Aのパス上の光子、及びBのパス上の光子を外部に出力する。一般的に出力手段は、符号化された信号を多量子ビット量子伝達チャネルに乗せて輸送できる。出力手段のほかの例としては、光ファイバを通じて符号化信号を送るためのカプラの組があげられる。
量子情報源復号化装置は、量子情報源符号化装置が符号化した量子信号を復号化するための装置である。量子情報源復号化装置は、符号化信号受信手段と復号化手段とを含むものが挙げられる。符号化信号受信手段は、量子情報源符号化装置の出力手段が出力した符号化信号を受信するための手段である。復号化手段は、符号化信号受信手段が受信した符号化信号を復号化するための手段である。
量子情報通信システムは、量子情報符号化装置と、量子情報復号化装置とをふくむ。これらは、上述のものがあげられる。
2 量子状態準備手段
3 符号化手段
4 (量子信号)出力手段
Claims (17)
- 入力メッセージをブロックメッセージに変換する量子状態準備手段と、
前記量子状態準備手段が準備したブロックメッセージを圧縮することにより符号化し符号化信号を得る符号化手段と、
前記符号化手段が符号化した符号化信号を出力する出力手段と含む
量子情報を伝達するための量子情報源符号化装置。 - 前記量子状態準備手段は、
1個または複数のλ/2波長板と、
1個または複数の偏光ビームスプリッターとを含み、
前記ブロックメッセージは、
光子が存在するパスに関する情報と、光子の偏光状態による情報とにより符号化される
請求項1に記載の量子情報源符号化装置。 - 前記符号化手段は、
複数のパスのうちいずれかのパス上の光子を棄てることによりブロックメッセージを圧縮するものである請求項2に記載の量子情報源符号化装置。 - 前記符号化手段は、
複数のパスのうちいずれかのパス上の特定の偏光状態の光子を棄てることによりブロックメッセージを圧縮するものである請求項2に記載の量子情報源符号化装置。 - 前記符号化手段は、
棄てられた光子のいくつか又は全ての代わりに、新しい光子を適切なパス上に供給するようにさらに調整される請求項3に記載の量子情報源符号化装置。 - 前記符号化手段は、
棄てられた光子のいくつか又は全ての代わりに、適切な偏光モードの新しい光子を供給するようにさらに調整される請求項4に記載の量子情報源符号化装置。 - ブロックメッセージを圧縮することにより符号化し符号化信号を得る符号化手段と、
前記符号化手段が符号化した符号化信号を出力する出力手段と含む
量子状態を伝達するための量子情報源符号化装置。 - 量子情報源符号化装置と量子情報源復号化装置とを具備する量子情報通信システムであって、
前記量子情報源符号化装置は、
入力メッセージをブロックメッセージに変換する量子状態準備手段と、
前記量子状態準備手段が準備したブロックメッセージを圧縮することにより符号化し符号化信号を得る符号化手段と、
前記符号化手段が符号化した符号化信号を出力する出力手段と含み、
前記量子情報源復号化装置は、
前記量子情報源符号化装置の出力手段が出力した符号化信号を受信する符号化信号受信手段と、
受信した符号化信号を復号化する復号化手段とを含む、
量子情報通信システム。 - 前記量子情報源符号化装置の出力手段が出力した符号化信号を受信する符号化信号受信手段と、
前記符号化信号受信手段が受信した符号化信号を復号化する復号化手段とを含む
量子情報源復号化装置。 - 入力メッセージをブロックメッセージに変換する工程と、
ブロックメッセージを圧縮することにより符号化し符号化信号を得る工程と、
符号化信号を出力する工程を含む
量子情報通信方法。 - 入力信号をブロックメッセージとするために、1個または複数のλ/2波長板と、
1個または複数の偏光ビームスプリッターとを用い、前記ブロックメッセージを符号化するために、光子が存在するパスに関する情報と、光子の偏光状態による情報とを用いる請求項10に記載の量子情報通信方法。 - 複数のパスのうちいずれかのパス上の光子を棄てることによりブロックメッセージを圧縮する請求項11に記載の量子情報通信方法。
- 複数のパスのうちいずれかのパス上の特定の偏光状態の光子を棄てることによりブロックメッセージを圧縮する請求項11に記載の量子情報通信方法。
- 棄てられた光子のいくつか又は全ての代わりに、新しい光子を適切なパス上に供給する請求項12に記載の量子情報通信方法。
- 棄てられた光子のいくつか又は全ての代わりに、適切な偏光モードの新しい光子を供給する請求項13に記載の量子情報通信方法。
- さらに符号化信号を受信する工程と、
符号化信号を復号化する工程とを含む請求項10に記載の方法。 - ブロックメッセージを受け取る工程と、
ブロックメッセージを圧縮することにより符号化信号を得る工程と、
符号化信号を出力する工程とを含む
量子情報通信方法。
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