JP2004349833A - 量子匿名送信装置、量子匿名受信装置、量子状態配布装置、量子匿名通信方法、及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】匿名通信の匿名性を向上させる。
【解決手段】まず、複数の第１の量子ビット１０１、１０２と複数の第２の量子ビット１０３、１０４とを特定の組み合わせでエンタングルド状態とした特定量子状態をこのエンタングルド状態にある量子ビットの組み合わせを相違させつつ複数重ね合わせた量子状態（重ね合わせ量子状態）と、所定ビット以上が観測されることにより、この重ね合わせ量子状態を所定の量子状態に収縮させる複数の補助量子ビットの量子状態とからなる初期量子状態を、複数の送信装置２０、３０及び受信装置４０、５０に配布する。そして、送信装置２０、３０において補助量子ビット１０５、１０６をそれぞれ観測し、初期量子状態が量子状態Ａ或いは量子状態Ｂに収縮させた後に、この収縮後の量子状態を利用した量子テレポーテーションによって、送信装置２０、３０から受信装置４０、５０に情報を送る。
【選択図】 図１２
【解決手段】まず、複数の第１の量子ビット１０１、１０２と複数の第２の量子ビット１０３、１０４とを特定の組み合わせでエンタングルド状態とした特定量子状態をこのエンタングルド状態にある量子ビットの組み合わせを相違させつつ複数重ね合わせた量子状態（重ね合わせ量子状態）と、所定ビット以上が観測されることにより、この重ね合わせ量子状態を所定の量子状態に収縮させる複数の補助量子ビットの量子状態とからなる初期量子状態を、複数の送信装置２０、３０及び受信装置４０、５０に配布する。そして、送信装置２０、３０において補助量子ビット１０５、１０６をそれぞれ観測し、初期量子状態が量子状態Ａ或いは量子状態Ｂに収縮させた後に、この収縮後の量子状態を利用した量子テレポーテーションによって、送信装置２０、３０から受信装置４０、５０に情報を送る。
【選択図】 図１２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、匿名通信を行う装置、方法及びそれらの機能をコンピュータ上で実現させるプログラムに関し、特に、量子テレポーテーションを用いて匿名通信を行う量子匿名送信装置、量子匿名受信装置、量子状態配布装置、量子匿名通信方法、及びプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、物理的な構成によらず、送信者の匿名性を維持しつつ、インターネット等の公衆通信網を介して情報送信を行う手段（匿名通信手段）として、ＭＩＸ−ＮＥＴと呼ばれる電気通信システムが提唱されている（例えば、非特許文献１参照）。
以下に、このＭＩＸ−ＮＥＴを用いた匿名通信方法の一例について説明する。
【０００３】
このＭＩＸ−ＮＥＴでは、Ｌ個のサーバ装置（センター）Ｕ１ 、…、ＵＬ を直列につないだネットワークを介し、多重暗号化によって匿名通信を行う。ＲＳＡ関数を用いてこのＭＩＸ−ＮＥＴを実現する場合、まず、各サーバ装置Ｕ１ 、…、ＵＬは、十分大きな素数ｐｉ 、ｑｉ に対し、Ｎｉ ＝ｐｉ ・ｑｉ 及びｅｉ ・ｄｉ ＝１（ｍｏｄ ＬＣＭ（ｐｉ −１、ｑｉ −１））を満たす（ｄｉ 、ｐｉ 、ｑｉ）（ｅｉ 、Ｎｉ ）を、それぞれ復号鍵（秘密鍵）、暗号化鍵（公開鍵）として設定する。
【０００４】
情報の送信を行う情報送信端末は、この各暗号化鍵（ｅｉ 、Ｎｉ ）を用いて送信すべき平文ｍを多重暗号化する。ここでの暗号化は、ｍｉと乱数ｒｉとをビット結合したｍｉ｜ｒｉを生成し、暗号文Ｍ＝（ｍｉ｜ｒｉ）ｅｉｍｏｄ Ｎｉ とする演算Ｅｉ （ｍｉ、ｒｉ）を、各サーバ装置Ｕ１ 、…、ＵＬの分だけ繰り返すことにより行われ、これにより、各サーバ装置Ｕ１ 、…、ＵＬの各暗号化鍵（ｅｉ 、Ｎｉ ）を用いて多重暗号化された暗号文Ｍ１ ＝Ｅ１ （Ｅ２ （…ＥＬ （ｍ、ｒＬ ）、…、ｒ２ ）、ｒ１ ）が生成されることとなる。生成された暗号文Ｍ１は、サーバ装置Ｕ１に送付され、サーバ装置Ｕ１は、送信された暗号文Ｍ１を一旦保持する。
【０００５】
サーバ装置Ｕ１ は、同様な手順により、その他複数の複数の情報送信端末からの暗号文Ｍ１を受け付け、所定数以上の暗号文Ｍ１が集まった時点で、これらの暗号文Ｍ１を、それぞれ復号鍵（ｄ１、ｐｉ 、ｑｉ ）で復号し、各暗号文Ｍ１について、Ｅ２ （…ＥＬ （ｍ、ｒＬ ）、…、ｒ２ ）及びｒ１ を取得する。その後、サーバ装置Ｕ１ は、複数の情報送信端末から送信された複数の暗号文Ｍ１に対応する各Ｅ２ （…ＥＬ （ｍ、ｒＬ ）、…、ｒ２ ）間の順序をランダムに置換することにより、各暗号文Ｍ１と、各Ｅ２ （…ＥＬ （ｍ、ｒＬ ）、…、ｒ２ ）との対応関係を撹乱させ、それらの各Ｅ２ （…ＥＬ （ｍ、ｒＬ ）、…、ｒ２ ）を、各ｒ１及び置換の順序を秘密に保った状態で、サーバ装置Ｕ２ に送付する。ここで、この各ｒ１及び置換の順序が秘密に保たれることにより、サーバ装置Ｕ２ に送付された各Ｅ２ （…ＥＬ （ｍ、ｒＬ ）、…、ｒ２ ）が、サーバ装置Ｕ１ へ入力されたどの暗号文Ｍ１を復号したものであるかを判定できないようにすることができる。以下、サーバ装置Ｕ２ 、…、ＵＬ も同様の処理を繰り返し、最終的に、サーバ装置ＵＬが、平文ｍを取得することになる。
【０００６】
【非特許文献１】
Ｃｈａｕｍ，Ｄ、”Ｕｎｔｒａｃｅａｂｌｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｉｌ、Ｒｅｔｕｒｎ Ａｄｄｒｅｓｓ、ａｎｄ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｐｓｅｕｄｏｎｙｍｓ”、Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ＡＣＭ、Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．２，ｐｐ８４−８８、１９８１
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ＭＩＸ−ＮＥＴでは、匿名性が十分確保できない場合があるという問題点がある。
つまり、ＭＩＸ−ＮＥＴは、複数のセンターを利用し、全てのセンターが同時に不正を行わないという過程のもとで利用者の匿名性（プライバシー）が保障される。従って、このＭＩＸ−ＮＥＴを構成する全てのセンターが同時に不正を行った場合、利用者の匿名性が失われてしまうことになる。
【０００８】
また、ＭＩＸ−ＮＥＴの場合、通信する情報の秘匿は計算量的な仮定に依存している。従って、将来、量子コンピュータが実現化された場合、通信する情報の秘匿（暗号）が破られ、利用者の匿名性が失われてしまうこともありえる。
さらに、ＭＩＸ−ＮＥＴの場合、１つ目のセンターには利用者からの通信路が直接接続されているため、暗号が破られ、１つ目のセンターから利用者への通信路が特定されれば、情報の匿名性は失われてしまう。
【０００９】
この発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、匿名通信の匿名性を十分確保することが可能な量子匿名送信装置を提供することである。
また、この発明の他の目的は、匿名通信の匿名性を十分確保することが可能な量子匿名受信装置を提供することである。
さらに、この発明の他の目的は、匿名通信の匿名性を十分確保することが可能な量子状態配布装置を提供することである。
【００１０】
また、この発明の他の目的は、匿名通信の匿名性を十分確保することが可能な量子匿名通信方法を提供することである。
さらに、この発明の他の目的は、匿名通信の匿名性を十分確保することが可能な機能をコンピュータに実行させるためのプログラムを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明では上記課題を解決するために、まず、量子状態配布装置において、複数の第１の量子ビットと複数の第２の量子ビットとを特定の組み合わせでエンタングルド状態とした特定量子状態を、このエンタングルド状態にある量子ビットの組み合わせを相違させつつ、複数重ね合わせた量子状態（以下「重ね合わせ量子状態」という。）と、所定ビット以上が観測されることにより、重ね合わせ量子状態を、所定の特定量子状態に収縮させる複数の補助量子ビットの量子状態（以下「補助量子状態」という。）と、からなる初期量子状態を生成する。そして、この初期量子状態を構成する第１の量子ビットと補助量子ビットとを、複数の量子匿名送信装置に分散して出力し、この初期量子状態を構成する第２の量子ビットを複数の量子匿名受信装置に分散して出力する。
【００１２】
そして、量子匿名送信装置において、送信内容を特定する送信内容情報の入力を受け付け、量子状態配布装置から出力された第１の量子ビットと補助量子ビットとの入力を受け付け、この入力された補助量子ビットを観測する。その後、入力された送信内容情報を特定する量子状態を生成し、入力された第１の量子ビットと、量子状態が生成された第３の量子ビットとを観測する。さらに、この観測結果を用い、観測によって量子状態が収縮する第２の量子ビットの量子状態を、送信内容情報を特定する量子状態に変換するための回復方法情報を生成し、この回復方法情報を量子匿名受信装置に出力する。
【００１３】
一方、量子匿名受信装置では、まず、量子状態配布装置から出力された第２の量子ビットの入力を受け付け、量子匿名送信装置から出力された回復方法情報の入力を受け付ける。そして、この入力された回復方法情報を用い、入力された第２の量子ビットの量子状態を変換する。
ここで、量子匿名送信装置が観測できる補助量子ビットは、初期量子状態を構成する全補助量子ビットの一部のみであり、この量子匿名送信装置の補助量子ビットの観測のみでは、重ね合わせ量子状態を所定の特定量子状態に収縮させることはできない。つまり、複数の量子匿名送信装置がそれぞれに配布された補助量子ビットを観測してはじめて重ね合わせ量子状態を所定の特定量子状態に収縮させることができる。そのため、各量子匿名送信装置は、それぞれが観測した補助量子ビットの観測結果のみからは、重ね合わせ量子状態がどの特定量子状態に収縮したのかを知ることは不可能である。従って、各量子匿名送信装置では、この量子匿名送信装置に配布された第１の量子ビットが、どの量子匿名受信装置に配布された第２の量子ビットとエンタングルド状態にあるのかを知ることはできない。これは量子匿名受信装置側からみても同様である。
【００１４】
従って、量子匿名受信装置に入力された第２の量子ビットの量子状態を、量子匿名送信装置から送信された回復方法情報を用いて変換したとしても、その変換結果が、どの量子匿名送信装置の送信内容情報を特定する量子状態に該当するのかを知ることはできない。これにより、量子匿名送信装置は、自己の送信内容情報がどの量子匿名受信装置に伝達されたかを知ることはできず、同様に、量子匿名受信装置は、伝達された送信内容情報がどの量子匿名送信装置のものかを知ることができない。これにより、匿名通信の匿名性を十分確保することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
第１の実施の形態：
この形態は、２つの量子匿名送信装置と２つの量子匿名受信装置との間で匿名通信を行うものである。
図１は、この形態における量子匿名通信システム１の全体構成を例示した概念図であり、図２の（ａ）は、量子化を行うことが可能なハードウェア（例えば、量子コンピュータ等）に所定のプログラムを実行させることによって構成される配布装置１０（量子状態配布装置に相当）の機能構成を例示したブロック図であり、図２の（ｂ）は、公知のコンピュータに所定のプログラムを実行させることによって構成される制御装置８０の機能構成を例示したブロック図である。また、図３は、量子化や測定等を行うことが可能なハードウェア（例えば、量子コンピュータ等）に所定のプログラムを実行させることによって構成される送信装置２０（量子匿名送信装置に相当）の機能構成を、図４は送信装置３０（量子匿名送信装置に相当）の機能構成を、図５は、受信装置４０（量子匿名受信装置に相当）の機能構成を、図６は受信装置５０（量子匿名受信装置に相当）の機能構成を、それぞれ例示したブロック図である。また、図７は、配布装置１０の処理を説明するためのフローチャートであり、図８は、制御装置８０の処理を説明するためのフローチャートである。さらに、図９の（ａ）及び図１０は、送信装置２０の処理を説明するためのフローチャートであり、図９の（ｂ）及び図１１は、受信装置４０の処理を説明するためのフローチャートである。さらに、図１２は、配布された量子ビットの量子状態（初期量子状態）を説明するための概念図であり、図１３は、収縮した特定量子状態を説明するための概念図である。また、図１４の（ａ）（ｂ）は、エンタングルド状態にある量子状態を説明するための概念図であり、図１５の（ａ）（ｂ）は量子テレポーテーションを説明するための概念図である。以下、これらの図を用いて、この形態における量子匿名通信システム１の構成及び処理について説明を行っていく。なお、配布装置１０、送信装置２０、３０、受信装置４０、５０及び制御装置８０の制御は、それぞれ制御部１４、２９、３９、４６、５６、８８によって行われる。
【００１６】
〔システム構成〕
図１に例示するように、この例の量子匿名通信システム１は、量子テレポーテーションを用いた匿名通信を可能にする配布装置１０、量子テレポーテーションを用いた匿名通信を行う送信装置２０、３０、受信装置４０、５０及び量子匿名通信システム１全体を制御する制御装置８０によって構成されている。また、この例の配布装置１０は、量子通信路６１〜６４及び古典通信路７０を通じ、送信装置２０、３０及び受信装置４０、５０と通信可能なように構成され、制御装置８０は古典通信路７０を通じ、配布装置１０、送信装置２０、３０、及び受信装置４０、５０と通信可能なように構成されている。
【００１７】
〔初期量子状態配布処理〕
まず、配布装置１０の量子状態生成部１１（初期量子状態生成手段に相当）において、複数の第１の量子ビットと複数の第２の量子ビットと（この例の場合、第１の量子ビットの数及び第２の量子ビットの数は、それぞれ２個ずつ）を、特定の組み合わせでエンタングルド状態とした特定量子状態を、このエンタングルド状態にある量子ビットの組み合わせを相違させつつ、複数重ね合わせた量子状態（以下「重ね合わせ量子状態」という。）と、所定ビット以上が観測されることにより、重ね合わせ量子状態を、所定の特定量子状態に収縮させる複数の補助量子ビットの量子状態（以下「補助量子状態」という。）と、からなる初期量子状態（｜Φ＞）を複数（ｍ＋１個）同じ状態で生成する（ステップＳ１）。ここで、「エンタングルド状態」とは、いわゆる「絡み合い」ともよばれる状態であり、これらの各粒子の量子状態が相互に関連し合う状態をいう。すなわち、このエンタングルド状態にある複数の粒子は、途中で観測を受ける等の作用を受けない限り、各粒子ごとのテンソル積では表せない状態にある。また、このエンタングルド状態は、例えば、複数個の粒子を一度の操作で同時に発生させることによって生成できる。なお、図１２〜図１５において実線で結ばれた量子ビットは、相互にこのエンタングルド状態にあることを示している。
【００１８】
量子状態生成部１１で生成された初期量子状態（｜Φ＞）は、量子通信部１２に送られ、量子通信部１２は、この初期量子状態（｜Φ＞）を構成する第１の量子ビット（Ｓ１，Ｓ２）と補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２）とを、複数の送信装置２０、３０に分散して出力（送信）し、この初期量子状態（｜Φ＞）を構成する第２の量子ビット（Ｒ１，Ｒ２）を複数の受信装置４０、５０に分散して出力（送信）する（ステップＳ２）。この例の場合、ｍ＋１個の第１の量子ビット（Ｓ１）と補助量子ビット（Ｔ１）が量子通信路６１を通じて送信装置２０に送信され、ｍ＋１個の第１の量子ビット（Ｓ２）と補助量子ビット（Ｔ２）が量子通信路６２を通じて送信装置３０に送信される。また、ｍ＋１個の第２の量子ビット（Ｒ１）が、量子通信路６４を通じて受信装置４０に送信され、ｍ＋１個の第２の量子ビット（Ｒ２）が、量子通信路６３を通じて受信装置５０に送信される。
【００１９】
図１２は、このように送信装置２０、３０、受信装置４０、５０に分散された量子ビットの量子状態を例示している。図１２に例示するように、この例の第１の量子ビット（Ｓ１）１０１と補助量子ビット（Ｔ１）１０５は、送信装置２０に、第１の量子ビット（Ｓ２）１０２と補助量子ビット（Ｔ２）１０６は、送信装置３０に、それぞれ配布され、第２の量子ビット（Ｒ１）は受信装置４０に、第２の量子ビット（Ｒ２）は、受信装置５０にそれぞれ配布される。ここで、この配布された量子ビットは、量子ビット１０１と量子ビット１０３とがエンタングルド状態にあり、なおかつ量子ビット１０２と量子ビット１０４とがエンタングルド状態にある量子状態Ａと、量子ビット１０１と量子ビット１０４とがエンタングルド状態にあり、なおかつ量子ビット１０２と量子ビット１０３とがエンタングルド状態にある量子状態Ｂとが重ねあわされた量子状態（重ね合わせ量子状態）にある。そして、この重ね合わせ量子状態は、補助量子ビット（Ｔ１）１０５が送信装置２０で観測され、なおかつ補助量子ビット（Ｔ２）１０６が送信装置３０で観測された時点で、量子状態Ａ又は量子状態Ｂ（特定量子状態）に等確率で収縮する。しかし、この特定量子状態がＡ、Ｂいずれの量子状態となるかは不確定である。
【００２０】
このような重ね合わせ量子状態（｜Φ＞）を式で表すと、｜Φ＞＝（１／４）（｜０（Ｓ１）０（Ｓ２）０（Ｒ１）０（Ｒ２）＞＋｜０（Ｓ１）１（Ｓ２）０（Ｒ１）１（Ｒ２）＞＋｜１（Ｓ１）０（Ｓ２）１（Ｒ１）０（Ｒ２）＞＋｜１（Ｓ１）１（Ｓ２）１（Ｒ１）１（Ｒ２）＞）（｜０（Ｔ１）０（Ｔ２）＞＋｜１（Ｔ１）１（Ｔ２）＞）＋（１／４）（｜０（Ｓ１）０（Ｓ２）０（Ｒ１）０（Ｒ２）＞＋｜０（Ｓ１）１（Ｓ２）１（Ｒ１）０（Ｒ２）＞＋｜１（Ｓ１）０（Ｓ２）０（Ｒ１）１（Ｒ２）＞＋｜１（Ｓ１）１（Ｓ２）１（Ｒ１）１（Ｒ２）＞）（｜０（Ｔ１）１（Ｔ２）＞＋｜１（Ｔ１）０（Ｔ２）＞）となる。ここで、上付き添え字（Ｓ１）は量子ビット（Ｓ１）１０１に、上付き添え字（Ｓ２）は量子ビット（Ｓ２）１０２に、上付き添え字（Ｒ１）は量子ビット（Ｒ１）１０３に、上付き添え字（Ｒ２）は量子ビット（Ｒ２）１０４に、上付き添え字（Ｔ１）は補助量子ビット（Ｔ１）１０５に、上付き添え字（Ｔ２）は補助量子ビット（Ｔ２）１０６に、それぞれ対応する添え字である。
【００２１】
なお、図１２では１組の初期量子状態（｜Φ＞）のみを例示したが、実際は配布された複数（この例では、ｍ＋１組）の初期量子状態（｜Φ＞）が同様な量子状態にあるものとする。
また、この量子状態（｜Φ＞）を一般化した式で表すと、
【数２】
となる。
【００２２】
なお、ここでは、ｋを量子匿名送信装置或いは量子匿名受信装置の数とし、上付き添え字（Ｓｊ）を、ｊ番目（ｊは１以上ｋ以下の自然数）の量子匿名送信装置に出力する第１の量子ビットに対応する添え字とし、上付き添え字（Ｒｊ）を、ｊ番目の量子匿名受信装置に出力する第２の量子ビットに対応する添え字とし、上付き添え字（Ｔｊ）を、ｊ番目の量子匿名送信装置に出力する補助量子ビットに対応する添え字とし、Ｆｋを置換情報の全体集合とし、σｊを、ｊ番目の量子匿名送信装置に出力する補助量子ビットが観測されることによって特定される置換情報を意味し、Ｕσを、この置換情報が所定数以上特定されることにより置換方法が特定されるユニタリ変換としている。
【００２３】
〔初期量子状態検証処理〕
このように初期量子状態（｜Φ＞）が配布されると、例えば次に、初期量子状態検証処理が行われる。なお、初期量子状態検証処理とは、初期量子状態（｜Φ＞）の配布者や第三者の不正を回避するため、匿名通信に使用する初期量子状態（｜Φ＞）の検証を行う処理であるが、この処理を行わずに、直接以下の匿名通信処理を開始することとしてもよい。この場合、上述の初期量子状態配布処理において配布される初期量子状態（｜Φ＞）は１つのみでよい。
【００２４】
以下、この初期量子状態検証処理について説明を行う。
まず、送信装置２０に送信された複数（この例ではｍ＋１個）の第１の量子ビット（Ｓ１）と補助量子ビット（Ｔ１）は、送信装置２０の量子通信部２３において受信され（入力を受け付けられ）（ステップＳ３０）、量子メモリ２４ａに送られた後、そこで量子状態が記憶される。次に、観測部２４は、この量子メモリ２４ａに量子状態が記憶された第１の量子ビット（Ｓ１）と補助量子ビット（Ｔ１）から所定数以上（この例ではｍ個）の第１の量子ビット（Ｓ１）と補助量子ビット（Ｔ１）を選択し（例えばランダムに）、この選択した第１の量子ビット（Ｓ１）と補助量子ビット（Ｔ１）を量子メモリ２４ａから抽出してローカルに観測する（ステップＳ３１）。
【００２５】
これらの観測結果（Ｖ１’）は、検証部２９（ビット検証手段に相当）に送られ、そこで検証に用いる検証情報（ＶＳ１）とされる。なお、この観測は、例えば、検証部２９が、他の送信装置３０及び受信装置４０、５０と古典通信路７０を通じた通信を行うことによって制御される。そして、さらに他の送信装置３０及び受信装置４０、５０による観測結果が統合されることによって、この第１の量子ビット（Ｓ１）と補助量子ビット（Ｔ１）の量子状態の正当性が検証される。なお、この検証は、例えば、Ｗａｌｇａｔｅ ｅｔ ａｌ．， Ｌｏｃａｌ Ｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｍｕｌｔｉｐａｒｔｉｔｅ Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｓｔａｔｅｓ， Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌ．８５，ｐｐ．４９７２−４９７５（２０００）等に記載された方法を用いるものとする（以下同様）。
【００２６】
この検証情報（ＶＳ１）は、古典通信部２５に送られ、そこから古典通信路７０を通じて制御装置８０に送信（出力）される（ステップＳ３２）。なお、ここで検証情報（ＶＳ１）が送信される通信路は、例えば認証付通信路であるものとする（以下同様）。
同様に、送信装置３０に送信された複数（この例ではｍ＋１個）の第１の量子ビット（Ｓ２）と補助量子ビット（Ｔ２）は、送信装置３０の量子通信部３３において受信され（入力を受け付けられ）、量子メモリ３４ａに送られた後、そこで量子状態が記憶される。次に、観測部３４は、この量子メモリ３４ａに量子状態が記憶された第１の量子ビット（Ｓ２）と補助量子ビット（Ｔ２）から所定数以上（この例ではｍ個）の第１の量子ビット（Ｓ２）と補助量子ビット（Ｔ２）を選択し（例えばランダムに）、この選択した第１の量子ビット（Ｓ２）と補助量子ビット（Ｔ２）を量子メモリ３４ａから抽出してローカルに観測する。
【００２７】
これらの観測結果（Ｖ２’）は検証部３９（ビット検証手段に相当）に送られ、そこで検証に用いる検証情報（ＶＳ２）とされる。なお、この観測は、例えば、検証部３９が、他の送信装置２０及び受信装置４０、５０と古典通信路７０を通じた通信を行うことによって制御される。そして、さらに他の送信装置２０及び受信装置４０、５０による観測結果が統合されることによって、この第１の量子ビット（Ｓ２）と補助量子ビット（Ｔ２）の量子状態の正当性が検証される。この検証情報（ＶＳ２）は、古典通信部３５に送られ、そこから古典通信路７０を通じて制御装置８０に送信（出力）される。
【００２８】
一方、受信装置４０に送信された複数（この例ではｍ＋１個）の第２の量子ビット（Ｒ１）は、受信装置４０の量子通信部４１において受信され（入力を受け付けられ）（ステップＳ３３）、量子メモリ４８に送られた後、そこで量子状態が記憶される。次に、観測部４２は、この量子メモリ４８に量子状態が記憶された第２の量子ビット（Ｒ１）から所定数以上（この例ではｍ個）の第２の量子ビット（Ｒ１）を選択し（例えばランダムに）、この選択した第２の量子ビット（Ｒ１）を量子メモリ４８から抽出してローカルに観測する（ステップＳ３４）。
【００２９】
これらの観測結果（Ｖ３）は検証部４７（ビット検証手段に相当）に送られ、そこで検証に用いる検証情報（ＶＲ１）とされる。なお、この観測は、例えば、検証部４７が、他の受信装置５０及び送信装置２０、３０と古典通信路７０を通じた通信を行うことによって制御される。そして、さらに他の受信装置５０及び送信装置２０、３０による観測結果が統合されることによって、この第２の量子ビット（Ｒ１）の量子状態の正当性が検証される。この検証情報（ＶＲ１）は、古典通信部４３に送られ、そこから古典通信路７０を通じて制御装置８０に送信（出力）される（ステップＳ３５）。
【００３０】
同様に、受信装置５０に送信された複数（この例ではｍ＋１個）の第２の量子ビット（Ｒ２）は、受信装置５０の量子通信部５１において受信され（入力を受け付けられ）、量子メモリ５８に送られた後、そこで量子状態が記憶される。次に、観測部５２は、この量子メモリ５８に量子状態が記憶された第２の量子ビット（Ｒ２）から所定数以上（この例ではｍ個）の第２の量子ビット（Ｒ２）を選択し（例えばランダムに）、この選択した第２の量子ビット（Ｒ２）を量子メモリ５８から抽出してローカルに観測する。これらの観測結果（Ｖ４）は検証部５７（ビット検証手段に相当）に送られ、そこで検証に用いる検証情報（ＶＲ２）とされる。なお、この観測は、例えば、検証部５７が、他の受信装置４０及び送信装置２０、３０と古典通信路７０を通じた通信を行うことによって制御される。そして、さらに他の受信装置４０及び送信装置２０、３０による観測結果が統合されることによって、この第２の量子ビット（Ｒ２）の量子状態の正当性が検証される。この検証情報（ＶＲ２）は、古典通信部５３に送られ、そこから古典通信路７０を通じて制御装置８０に送信（出力）される。
【００３１】
以上のように送信された検証情報（ＶＳ１，ＶＳ１，ＶＲ２，ＶＲ２）は、制御装置８０の古典通信部８３によって入力が受け付けられ（受信され）（ステップＳ１０）、さらに制御部８８に送られる。
制御部８８は、この検証情報（ＶＳ１，ＶＳ１，ＶＲ２，ＶＲ２）を統合して検証し、第１の量子ビット（Ｓ１，Ｓ２）、第２の量子ビット（Ｒ１，Ｒ２）及び補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２）の検証結果が合格であるか否かを判断する（ステップＳ１１）。ここで、検証結果が合格でなかった場合には、制御部８８は、ＮＧ情報を古典通信部８３に送り、そこから古典通信路７０を通じて、このＮＧ情報を配布装置１０、送信装置２０、３０、受信装置４０、５０に送信して（ステップＳ１２）処理を終了する。このＮＧ情報は、配布装置１０、送信装置２０、３０、受信装置４０、５０の古典通信部１３、２５、３５、４３、５３において受信され、それぞれ制御部１４、２８、３８、４６、５６に送られ、これらの制御部１４、２８、３８、４６、５６は、配布装置１０、送信装置２０、３０、受信装置４０、５０を初期状態にリセットする。
【００３２】
一方、検証結果が合格であった場合には、制御部８８は合格情報（Ｄ’）を古典通信部８３に送り、そこから古典通信路７０を通じ、この合格情報（Ｄ’）を送信装置２０、３０に送信する（ステップＳ１３）。合格情報（Ｄ’）が送信された送信装置２０、３０は、この合格情報（Ｄ’）を古典通信部２５、３５において受信してそれぞれの制御部２８、３８に送る。そして、この合格情報（Ｄ’）を受け取った制御部２８、３８は、それぞれ送信装置２０、３０を制御し、以下の匿名通信処理を開始させる。
【００３３】
〔匿名通信処理〕
匿名通信を行う場合、まず、送信装置２０の入力部２１（送信内容情報入力手段に相当）において送信内容（メッセージ）を特定する送信内容情報（Ｍ１）の入力を受け付け、この送信内容情報（Ｍ１）を記憶部２２に送って記憶させる（ステップＳ４１）。同様に、送信装置３０の入力部３１（送信内容情報入力手段に相当）において送信内容を特定する送信内容情報（Ｍ２）の入力を受け付け、この送信内容情報（Ｍ２）を記憶部３２に送って記憶させる。
【００３４】
また、送信装置２０の観測部２４（補助量子ビット観測手段に相当）は、上記の初期量子状態検証処理に用いられなかった（この例では１個の）補助量子ビット（Ｔ１）１０５を量子メモリ２４ａから抽出し、｛｜０＞，｜１＞｝の基底で観測する（ステップＳ４２）。補助量子ビット（Ｔ１）１０５の観測後、観測部２４は、この補助量子ビット（Ｔ１）１０５の観測が終了した旨の情報（以下「補助量子ビット観測済み情報（ＴＭ１）」という。）を古典通信部２５（補助量子ビット観測済み情報出力手段に相当）に送り、そこから古典通信路７０を通じて、この補助量子ビット観測済み情報（ＴＭ１）を制御装置８０に送信（出力）する（ステップＳ４３）。
【００３５】
同様に、送信装置３０の観測部３４（補助量子ビット観測手段に相当）は、上記の初期量子状態検証処理に用いられなかった（この例では１個の）補助量子ビット（Ｔ２）１０６を量子メモリ３４ａから抽出し、｛｜０＞，｜１＞｝の基底で観測する。補助量子ビット（Ｔ２）１０６の観測後、観測部３４は、この補助量子ビット（Ｔ２）１０６の観測が終了した旨の情報（以下「補助量子ビット観測済み情報（ＴＭ２）」という。）を古典通信部３５（補助量子ビット観測済み情報出力手段に相当）に送り、そこから古典通信路７０を通じて、この補助量子ビット観測済み情報（ＴＭ２）を制御装置８０に送信（出力）する。
【００３６】
このように制御装置８０に送信された補助量子ビット観測済み情報（ＴＭ１，ＴＭ２）は、制御装置８０の古典通信部８３において受信され、さらに第１記憶部８４に送られ、そこで記憶される（ステップＳ１４）。
制御装置８０の補助量子ビット観測判断部８５は、この第１記憶部８４に記憶された補助量子ビット観測済み情報（ＴＭ１，ＴＭ２）を検証し、全ての送信装置２０、３０が補助量子ビットを観測済みであるか、すなわち、全ての送信装置２０、３０に対応する補助量子ビット観測済み情報（ＴＭ１，ＴＭ２）が第１記憶部８４に記憶されているか否かを判断する（ステップＳ１５）。ここで、全ての送信装置２０、３０が補助量子ビットを観測済みであると判断されなかった場合、ステップＳ１４の処理に戻り、全ての送信装置２０、３０が補助量子ビットを観測済みであると判断された場合、補助量子ビット観測判断部８５は、量子状態が収縮した旨を示す量子状態決定情報（Ｄ）を古典通信部８３に送り、古典通信部８３は、この量子状態決定情報（Ｄ）を、古典通信路７０を通じて全ての送信装置２０、３０に送信する（ステップＳ１６）。送信された量子状態決定情報（Ｄ）は、送信装置２０の古典通信部２５及び送信装置３０の古典通信部３５において受信され（ステップＳ４４）、それぞれ符号化部２６、３６に送られる。
【００３７】
ここで、前述のように（図１２）、第１の量子ビット（Ｓ１，Ｓ２）１０１、１０２は、第２の量子ビット（Ｒ１，Ｒ２）１０３、１０４とエンタングルメント状態にあり、補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２）１０５、１０６は、それぞれ、観測されることによって、この第１の量子ビット（Ｓ１，Ｓ２）のエンタングルメント状態の収縮に必要な条件の一部のみを成立させる。すなわち、補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２）１０５、１０６の両方が観測されることにより、この第１の量子ビット（Ｓ１，Ｓ２）１０１、１０２及び第２の量子ビット（Ｒ１，Ｒ２）１０３、１０４の量子状態は、量子状態Ａ或いは量子状態Ｂに収縮する。従って、この量子状態決定情報（Ｄ）が送信装置２０、３０に送信された時点では、既に、第１の量子ビット（Ｓ１，Ｓ２）１０１、１０２及び第２の量子ビット（Ｒ１，Ｒ２）１０３、１０４の量子状態は、量子状態Ａ或いは量子状態Ｂとなっている。もちろん、どちらの量子状態にあるかは、送信装置２０、３０、受信装置４０、５０等の何れも知ることはできない。
【００３８】
量子状態決定情報（Ｄ）を受け取った送信装置２０の符号化部２６は、記憶部２２に格納されている送信内容情報（Ｍ１）を構成するメッセージビット（Ｍ１’）（１量子ビットに相当するビット）を抽出し、このメッセージビット（Ｍ１’）（送信内容情報を構成）を特定する量子状態を生成（符号化）する（ステップＳ４５）。この量子状態となった第３の量子ビット（Ｑ１）は、観測部２４に送られ、観測部２４は、量子メモリ２４ａから上記の初期量子状態検証処理に用いられなかった（この例では１個の）第１の量子ビット（Ｓ１）を抽出する。次に、観測部２４（量子ビット観測手段に相当）は、この第１の量子ビット（Ｓ１）（量子通信部２３において入力された第１の量子ビットに相当）と、符号化部２６によって量子状態が生成された第３の量子ビット（Ｑ１）とを｛（１／√２）（｜００＞＋｜１１＞），（１／√２）（｜００＞−｜１１＞），（１／√２）（｜０１＞＋｜１０＞），（１／√２）（｜０１＞−｜１０＞）｝の基底で観測（ベル測定）する（ステップＳ４６）。なお、ここで、量子ビット観測手段に相当する観測部２４は、所定数以上（この例では全て）の量子匿名送信装置２０、３０から上記補助量子ビット観測済み情報（ＴＭ１，ＴＭ２）が出力された後に、第１の量子ビット（Ｓ１）と第３の量子ビット（Ｑ１）とを観測することになる。
【００３９】
この観測結果（Ｖ１）は、回復方法情報生成部２７に送られ、回復方法情報生成部２７は、この観測結果（Ｖ１）と、符号化部２６から抽出した第３の量子ビット（Ｑ１）の量子状態を特定する情報Ｑ１’を用い、観測によって量子状態が収縮する第２の量子ビットの量子状態を、符号化部２６によって生成された量子状態に変換するための回復方法情報（ＤＥ１）を生成し（ステップＳ４７）、古典通信部２５へ送る。古典通信部２５（回復方法情報出力手段に相当）は、受け取った回復方法情報（ＤＥ１）を、古典通信路７０を通じ、制御装置８０に送信（出力）する（ステップＳ４８）。
【００４０】
同様に、量子状態決定情報（Ｄ）を受け取った送信装置３０の符号化部３６は、記憶部３２に格納されている送信内容情報（Ｍ２）を構成するメッセージビット（Ｍ２’）（１量子ビットに相当するビット）を抽出し、このメッセージビット（Ｍ２’）（送信内容情報を構成）を特定する量子状態を生成（符号化）する。この量子状態となった第３の量子ビット（Ｑ１）は、観測部３４に送られ、観測部３４は、量子メモリ３４ａから上記の初期量子状態検証処理に用いられなかった（この例では１個の）第１の量子ビット（Ｓ２）を抽出する。次に、観測部３４（量子ビット観測手段に相当）は、この第１の量子ビット（Ｓ２）（量子通信部３３において入力された第１の量子ビットに相当）と、符号化部３６によって量子状態が生成された第３の量子ビット（Ｑ２）とを｛（１／√２）（｜００＞＋｜１１＞），（１／√２）（｜００＞−｜１１＞），（１／√２）（｜０１＞＋｜１０＞），（１／√２）（｜０１＞−｜１０＞）｝の基底で観測（ベル測定）する。なお、ここで、量子ビット観測手段に相当する観測部３４は、所定数以上（この例では全て）の量子匿名送信装置２０、３０から上記補助量子ビット観測済み情報（ＴＭ１，ＴＭ２）が出力された後に、第１の量子ビット（Ｓ２）と第３の量子ビット（Ｑ２）とを観測することになる。
【００４１】
この観測結果（Ｖ２）は、回復方法情報生成部３７に送られ、回復方法情報生成部３７は、この観測結果（Ｖ２）と、符号化部３６から抽出した第３の量子ビット（Ｑ２）の量子状態を特定する情報Ｑ２’を用い、観測によって量子状態が収縮する第２の量子ビットの量子状態を、符号化部３６によって生成された量子状態に変換するための回復方法情報（ＤＥ２）を生成し、古典通信部３５へ送る。古典通信部３５（回復方法情報出力手段に相当）は、受け取った回復方法情報（ＤＥ２）を、古典通信路７０を通じ、制御装置８０に送信（出力）する。
【００４２】
ここで、上述のように生成される回復方法情報を概念的に説明する。
なお、この説明では、補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２）１０５、１０６の観測（ステップＳ４２）によって、図１２に例示した量子状態Ａに収縮したものとする（送信者・受信者はこの収縮状態を知らない）。この場合、図１３に例示するように、第１の量子ビット（Ｓ１）１０１が第２の量子ビット（Ｒ１）１０３とエンタングルド状態にあり、第１の量子ビット（Ｓ２）１０２が第２の量子ビット（Ｒ２）１０４とエンタングルド状態にあり、第３の量子ビット（Ｑ１）１１１と第１の量子ビット（Ｓ１）１０１が送信装置２０によって観測され、第３の量子ビット（Ｑ２）１１２と第１の量子ビット（Ｓ２）１０１が送信装置３０によって観測されることになる。
【００４３】
図１４の（ａ）は、この第１の量子ビット（Ｓ１）１０１、第２の量子ビット（Ｒ１）１０３及び第３の量子ビット（Ｑ１）１１１の量子状態を示している。この図に示すように、第３の量子ビット（Ｑ１）１１１の量子状態は、α｜０＞＋β｜１＞と表すことができ、エンタングルド状態にある第１の量子ビット（Ｓ１）１０１と第２の量子ビット（Ｒ１）１０３の量子状態は（１／√２）（｜００＞＋｜１１＞）と表される。
【００４４】
また、この図１４の（ａ）に示した量子状態は、図１４の（ｂ）に示した量子状態Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの重ね合わせの状態とみることもできる。すなわち、第１の量子ビット（Ｓ１）１０１と第３の量子ビット（Ｑ１）１１１とが｜００＞＋｜１１＞（量子状態Ｃ）、｜００＞−｜１１＞（量子状態Ｄ）、｜０１＞＋｜１０＞（量子状態Ｅ）、｜０１＞−｜１０＞（量子状態Ｆ）のエンタングルド状態にあり、第２の量子ビット（Ｒ１）１０３がα｜０＞＋β｜１＞（量子状態Ｃ）、α｜０＞−β｜１＞（量子状態Ｄ）、β｜０＞＋α｜１＞（量子状態Ｅ）、β｜０＞−α｜１＞（量子状態Ｆ）の量子状態にある重ね合わせである。そして、この重ね合わせの量子状態Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆは、第１の量子ビット（Ｓ１）１０１と第３の量子ビット（Ｑ１）１１１とが観測された瞬間に、この量子状態Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの何れかの状態に収縮する。
【００４５】
ここで、この観測を行った送信装置２０は、その観測結果より、どの量子状態に収縮したかを知ることができる。従って、この送信装置２０は、第２の量子ビット（Ｒ１）１０３の量子状態を知ることができる。例えば、ステップＳ４６の処理において第１の量子ビット（Ｓ１）１０１と第３の量子ビット（Ｑ１）１１１とが観測され、この量子状態が量子状態Ｆに収縮した場合、この量子状態は図１５の（ｂ）のようになり、第２の量子ビット（Ｒ１）１０３の量子状態はβ｜０＞−α｜１＞となっていることが分かる（ただし、送信装置２０は、この第２の量子ビットが量子ビット１０３なのか量子ビット１０４なのかを知ることはできない。）。また、送信装置２０は、第３の量子ビット（Ｑ１）１１１の量子状態（α｜０＞＋β｜１＞）を知っている（図１５（ａ））。従って、この送信装置２０では、第２の量子ビット（Ｒ１）１０３の量子状態にどのような変換を加えれば第３の量子ビット（Ｑ１）１１１の量子状態となるかを知ることができる。回復方法情報生成部２７は、このような変換方法を特定する情報を回復方法情報として生成する。
【００４６】
なお、この回復方法情報は、例えば、
【数３】
とした場合における、
Ｉ，σｘ，σｚ，σｘσｚのいずれかのユニタリ変換を特定する情報であり、受信装置４０、５０のユニタリ変換部４４、５４は、この回復方法情報によって特定されるユニタリ変換を、それぞれ第２の量子ビット１０３、１０４に施し、第３の量子ビット（Ｑ１）１１１を復元する（後述）。図１５の（ｂ）の例では、σｘσｚによるユニタリ変換を特定する情報が回復方法情報として送信装置２０から出力されることになる。なお、図１５の（ｂ）のように、ユニタリ変換を特定する情報を、古典通信路を通じて通信相手に送り、通信相手が有する量子ビットを、送信内容を示す量子状態に変換して情報を伝達する手法を「量子テレポーテーション」といい、その技術的背景を示す文献としては「Ｃ．Ｈ．Ｂｅｎｎｅｔｔ， Ｇ．Ｂｒａｓｓａｒｄ， Ｃ．Ｃｒｅｐｅａｕ， Ｒ．Ｊｏｚｓａ， Ａ． Ｐｅｒｅｓ ａｎｄ Ｗ．Ｗｏｏｔｅｒｓ． Ｔｅｌｅｐｏｒｔｉｎｇ ａｎ ｕｎｋｎｏｗｎ ｓｔａｔｅ ｖｉａ ｄｕａｌ ｃｌａｓｓｉｃａｌ ａｎｄ ＥＰＲ ｃｈａｎｎｅｌｓ． Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ Ｌｅｔｔ．， ７０：１８９５−１８９９， １９９３．」等がある。
【００４７】
以上のように制御装置８０に送信装置２０から出力された回復方法情報（ＤＥ１）、及び送信装置３０から出力された回復方法情報（ＤＥ２）は、古典通信路７０を通じて制御装置８０に送られる。制御装置８０は、古典通信部８３において、これらの回復方法情報（ＤＥ１，ＤＥ２）を受信し、第２記憶部８６に送って、そこに記憶させる（ステップＳ１７）。
次に、回復方法情報検証部８７は、第２記憶部８６に記憶されている回復方法情報（ＤＥ１，ＤＥ２）を検証し、それらが全て一致するか否かを判断する（ステップＳ１８）。
【００４８】
ここで、これらの回復方法情報（ＤＥ１，ＤＥ２）が全て一致していなかった場合（少なくとも一部が異なっていた場合）、この回復方法情報検証部８７は、不一致情報（ＮＧ）を古典通信部８３に送り、この古典通信部８３は、古典通信路７０を通じて、この不一致情報（ＮＧ）を、配布装置１０、送信装置２０、３０、受信装置４０、５０に送る（ステップＳ２０）。この不一致情報（ＮＧ）を古典通信部１３で受信した配布装置１０は、この不一致情報（ＮＧ）を制御部１４に送り、制御部１４は、処理を初めからやり直すように指示する。また、この不一致情報（ＮＧ）を古典通信部２５、３５で受信した送信装置２０、３０は、この不一致情報（ＮＧ）を、それぞれ制御部２８、３８に送り、制御部２８、３８は、処理を初めからやり直すように指示する。なお、このやり直し処理においては、メッセージ（Ｍ１，Ｍ２）の再入力、再記憶は行わず、送信が完了していないメッセージビット（Ｍ１’，Ｍ２’）の送信処理の続きを行うものとする。一方、この不一致情報（ＮＧ）を古典通信部４３、５３で受信した受信装置４０、５０は、この不一致情報（ＮＧ）を、それぞれ制御部４６、５６に送り、制御部４６、５６は、処理を初めからやり直すように指示する（ステップＳ５１）。
【００４９】
一方、回復方法情報（ＤＥ１，ＤＥ２）が全て一致していた場合、この回復方法情報検証部８７は、回復方法情報が全て一致した旨の情報（以下、「回復方法情報（ＤＥ）」という。）を古典通信部８３に送り、古典通信部８３は、この回復方法情報（ＤＥ）を、古典通信路７０を通じて受信装置４０、５０に送信する（ステップＳ１９）。
受信装置４０に送信された回復方法情報（ＤＥ）は、古典通信部４３において受信され、ユニタリ変換部４４に送られる（ステップＳ５２）。なお、不一致情報（ＮＧ）も回復方法情報（ＤＥ）も受信していない場合、受信装置４０は待機状態にある（ステップＳ５１、Ｓ５２）。この回復方法情報（ＤＥ）を受け取ったユニタリ変換部４４は、量子メモリ４８から、上述の初期量子状態検証処理に用いられなかった（この例では１個の）第２の量子ビット（Ｒ１）を抽出し、古典通信部４３から送られた回復方法情報（ＤＥ）を用い、抽出した第２の量子ビット（Ｒ１）の量子状態を変換する。この例では、回復方法情報（ＤＥ）によって特定されるユニタリ変換を、抽出した第２の量子ビット（Ｒ１）に施す（ステップＳ５３）。この変換結果は出力部４５に送られ、出力部４５は、この変換結果を観測して出力する（ステップＳ５４）。
【００５０】
同様に、受信装置５０に送信された回復方法情報（ＤＥ）は、古典通信部５３において受信され、ユニタリ変換部５４に送られる。この回復方法情報（ＤＥ）を受け取ったユニタリ変換部５４は、量子メモリ５８から、上述の初期量子状態検証処理に用いられなかった（この例では１個の）第２の量子ビット（Ｒ２）を抽出し、古典通信部５３から送られた回復方法情報（ＤＥ）を用い、抽出した第２の量子ビット（Ｒ２）の量子状態を変換する。この例では、回復方法情報（ＤＥ）によって特定されるユニタリ変換を、抽出した第２の量子ビット（Ｒ１）に施す。この変換結果は出力部５５に送られ、出力部５５は、この変換結果を観測して出力する。
【００５１】
そして、送信装置２０、３０の記憶部２２、３２に記憶されているメッセージＭ１，Ｍ２を構成するメッセージビットＭ１’，Ｍ２’がｎ量子ビットであった場合、以上の処理をｎ回繰り返し、これにより、全てのメッセージＭ１，Ｍ２の伝送を終了する。
〔ハードウェア構成〕
最後に、この形態の構成を実現するためのハードウェア構成について例示する。
【００５２】
まず、量子メモリ２４ａ、３４ａ、４８、５８等の量子状態を保存するメモリとしては、例えば、量子ドット内の電子準位、核スピン、あるいは超伝導体内部の電荷（クーパー対）量をキュービットとして用いてデータを保存する装置等を用いることができる（Ａ．Ｂａｒｅｎｃｏ， Ｄ．Ｄｅｕｔｓｃｈ， ａｎｄ Ａ．Ｅｋｅｒｔ， Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ． Ｌｅｔｔ．７４，４０８３（１９９５）、松枝秀明 電子情報通信学会誌 Ａ Ｖｏｌ．Ｊ８１−Ａ Ｎｏ．１２（１９９８）１９７８、Ｔ．Ｈ．Ｏｏｓｔｅｒｋａｍｐ ｅｔ．ａｌ．， Ｎａｔｕｒｅ ３９５，８７３（１９９８）、Ｄ．Ｌｏｓｓ ａｎｄ Ｄ．Ｐ． ＤｉＶｉｎｃｅｎｚｏ， Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ． Ａ５７（１９９８） １２０． Ｔ．Ｏｓｈｉｍａ， ｑｕａｎｔ−ｐｈ／０００２００４、Ｂ．Ｅ．Ｋａｎｅ， Ａ ｓｉｌｉｃｏｎ−ｂａｓｅｄ ｎｕｃｌｅａｒ ｓｐｉｎ ｑｕａｎｔｕｍ ｃｏｍｐｕｔｅｒ， Ｎａｔｕｒｅ， ３９３， １３３（１９９８）、 ＨＹＰＥＲＬＩＮＫ ”ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｎｆ．ｕｎｓｗ．ｅｄｕ．ａｕ／” ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｎｆ．ｕｎｓｗ．ｅｄｕ．ａｕ／、Ｙ．Ｎａｋａｍｕｒａ， Ｙｕ． Ａ． Ｐａｓｈｋｉｎ ａｎｄ Ｊ．Ｓ．Ｔｓａｉ， Ｎａｔｕｒｅ ３９８（１９９９）７６８）。また、量子状態生成部１１、符号化部２６、３６としては、例えば、原子や非線形媒質の物理過程（光のパラメトリック下方変換等）を用いて直接エンタングルド状態を生成する装置を用いることができ（Ｍ．Ｑ．Ｓｃｕｌｌｙ， Ｂ．−Ｇ． Ｅｎｇｌｅｒｔ， ａｎｄ Ｃ． Ｊ． Ｂｅｄｎａｒ， Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ． Ｌｅｔｔ． ８３， ４４３３（１９９９））、また、ユニタリ変換部４４、５４としては、例えば、光子の偏光を量子ビットに用いた場合には、偏光に位相シフタを施す装置を用いることができ、量子ドット等を量子ビットとして用いた場合には、電場や磁場の操作を行う装置を用いることができる。また、観測部２４、３４、４２、５２としては、例えば、ビームスプリッタ、位相シフタ、光子検出器を組み合わせた装置を用いることができる。
【００５３】
以上説明したように、この形態の例では、まず、量子状態配布装置１０の量子状態生成部１１において、複数の第１の量子ビット（Ｓ１，Ｓ２）と複数の第２の量子ビット（Ｒ１，Ｒ２）とを特定の組み合わせでエンタングルド状態とした特定量子状態を、このエンタングルド状態にある量子ビットの組み合わせを相違させつつ、複数重ね合わせた量子状態（以下「重ね合わせ量子状態」という。）と、所定ビット以上が観測されることにより、重ね合わせ量子状態を、所定の特定量子状態に収縮させる複数の補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２）の量子状態（以下「補助量子状態」という。）と、からなる初期量子状態を生成する。次に、量子通信部１２において、この初期量子状態を構成する第１の量子ビット（Ｓ１，Ｓ２）と補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２）とを、複数の送信装置２０、３０に分散して出力し、この初期量子状態を構成する第２の量子ビット（Ｒ１，Ｒ２）を複数の受信装置４０、５０に分散して出力する。
【００５４】
次に、送信装置２０、３０の入力部２１、３１において、送信内容を特定する送信内容情報の入力を受け付け、量子通信部２３、３３において上述の第１の量子ビット（Ｓ１又はＳ２）と補助量子ビット（Ｔ１又はＴ２）との入力を受け、観測部２４、３４において、それぞれこれらの入力された補助量子ビット（Ｔ１又はＴ２）を観測する。
その後、符号合化部２６、３６において、送信内容情報を特定する量子状態を生成し、観測部２４、３４において、第１の量子ビット（Ｓ１又はＳ２）と、符号化部２６、３６において量子状態が生成された第３の量子ビット（Ｑ１又はＱ２）とを観測する。そして、この観測結果を用い、回復方法情報生成部２７、３７において、この観測によって量子状態が収縮する第２の量子ビット（Ｒ１又はＲ２）の量子状態を、第３の量子ビット（Ｑ１又はＱ２）の量子状態に変換するための回復方法情報を生成し、古典通信部２５、３５において、この回復方法情報を出力する。
【００５５】
一方、受信装置４０、５０では、量子通信部４１、５１において、第２の量子ビット（Ｒ１又はＲ２）の入力を受け、古典通信部４３、５３において、回復方法情報（ＤＥ）の入力を受け付ける。そして、この回復方法情報（ＤＥ）を用い、量子通信部４１、５１で入力された第２の量子ビット（Ｒ１又はＲ２）の量子状態を変換する。
ここで、送信装置２０が観測できる補助量子ビットは、初期量子状態を構成する全補助量子ビットの一部（Ｔ１）のみであり、この送信装置２０の補助量子ビットの観測のみでは、重ね合わせ量子状態（図１２）を所定の特定量子状態（図１２における量子状態Ａ或いは量子状態Ｂ）に収縮させることはできない。同様に、送信装置３０が観測できる補助量子ビットは、初期量子状態を構成する全補助量子ビットの一部（Ｔ２）のみであり、この送信装置３０の補助量子ビットの観測のみでは、重ね合わせ量子状態（図１２）を所定の特定量子状態（図１２における量子状態Ａ或いは量子状態Ｂ）に収縮させることはできない。つまり、送信装置２０、３０それぞれに配布された補助量子ビット全て（Ｔ１及びＴ２）を観測してはじめて重ね合わせ量子状態（図１２）を所定の特定量子状態図１２における量子状態Ａ或いは量子状態Ｂ）に収縮させることができる。
【００５６】
そのため、各送信装置２０、３０は、それぞれが観測した補助量子ビット（Ｔ１又はＴ２）の観測結果のみからは、重ね合わせ量子状態がどの特定量子状態に収縮したのかを知ることは不可能である。従って、各送信装置２０、３０では、この送信装置２０、３０に配布された第１の量子ビット（Ｓ１又はＳ２）が、どの受信装置４０、５０に配布された第２の量子ビット（Ｒ１又はＲ２）とエンタングルド状態にあるのかを知ることはできない。これは受信装置４０、５０側からみても同様である。
【００５７】
従って、受信装置４０、５０に入力された第２の量子ビット（Ｒ１又はＲ２）の量子状態を、送信装置２０、３０から送信された回復方法情報を用いて変換したとしても、その変換結果が、どの送信装置２０、３０の送信内容情報を特定する量子状態に該当するのかを知ることはできない。これにより、送信装置２０、３０は、自己の送信内容情報がどの受信装置４０、５０に伝達されたかを知ることはできず、同様に、受信装置４０、５０は、伝達された送信内容情報がどの送信装置２０、３０のものかを知ることができない。これにより、匿名通信の匿名性を十分確保することが可能となる。
【００５８】
また、この例における送信装置２０、３０の制御部２８、３８は、古典通信部２５、３５において出力された回復方法情報が、他の送信装置から出力された回復方法情報と一致しなかった場合に、処理のやり直しを指示することとした。これにより、回復方法情報の違いによって送信者が特定される事態を防止することが可能となる。
さらに、この例では、送信装置２０、３０の古典通信部２５、３５において、観測部２４、３４で補助量子ビット（Ｔ１又はＴ２）が観測された場合、補助量子ビット（Ｔ１又はＴ２）の観測が終了した旨の情報（補助量子ビット観測済み情報）を出力し、観測部２４、３４は、所定数以上（この形態では全て）の送信装置２０、３０から補助量子ビット観測済み情報が出力された後に、第１の量子ビット（Ｓ１又はＳ２）と第３の量子ビット（Ｑ１又はＱ２）とを観測することとした。これにより、初期量子状態の収縮に必要な補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２）が観測され、初期量子状態が量子状態Ａ又は量子状態Ｂ（図１２）の何れかに決定された後に、第１の量子ビット（Ｓ１又はＳ２）と第３の量子ビット（Ｑ１又はＱ２）とを観測することが可能となり、この形態の匿名通信が実質的に実現可能となる。
【００５９】
また、この例では、配布装置１０の量子状態生成部１１において初期量子状態を複数（この例ではｍ＋１個）生成し、量子通信部１２において、これらの生成された複数の初期量子状態を出力することとした。また、送信装置２０、３０の量子通信部２３、３３において、複数組（この例ではｍ＋１組）の第１の量子ビット（Ｑ１又はＱ２）及び補助量子ビット（Ｔ１又はＴ２）の入力受け付け、検証部２９、３９において、この入力された第１の量子ビット及び補助量子ビットから選択した所定数以上（この例ではｍ個）の第１の量子ビット及び補助量子ビットの正当性の検証を制御することとした。同様に、受信装置４０、５０の量子通信部４１、５１において、複数組（この例ではｍ＋１組）の第２の量子ビット（Ｒ１又はＲ２）の入力受け付け、検証部４７、５７において、この入力された第２の量子ビットから選択した所定数以上（この例ではｍ個）の第２の量子ビットの正当性の検証を制御することとした。そのため、この送信装置２０、３０及び受信装置４０、５０から出力された検証情報を用いることにより、配布装置１０から配布された量子状態の正当性を検証することができ、さらに、この検証に用いられなかった量子ビットを用いて匿名通信を行うことにより、この形態における匿名通信に対する初期量子状態の配布者や第三者による不正を防止することが可能となる。
【００６０】
なお、この発明は上述の実施の形態に限定されるものではない。例えば、このステップＳ１５での判断を、全ての送信装置が補助量子ビットを観測済みであるか否かではなく、所定数以上の送信装置が補助量子ビットを観測済みであるか否かの判断とすることとしてもよい。
また、この形態では制御装置８０が匿名通信システム１の全体を制御することとしたが、この制御装置８０の機能を複数の装置に分散することとしてもよく、それらの機能の少なくとも一部を配布装置１０、送信装置２０、３０、受信装置４０、５０の何れかに分散することとしてもよい。
【００６１】
第２の実施の形態：
次に、この形態における第２の実施の形態について説明する。この形態は、第１の実施の形態を一般化した形態であり、複数の量子匿名送信装置と複数の量子匿名受信装置との間で匿名通信を行うものである。なお、以下では、第１の実施の形態と相違する点を中心に説明を行い、第１の実施の形態と共通する事項（例えば、各装置の処理機能、ハードウェア構成等）については説明を省略する。
【００６２】
図１６は、この形態における量子匿名通信システム２００の全体構成を例示した概念図である。以下、この図を用いて、この形態の説明を行っていく。
〔システム構成〕
図１６に例示するように、この例の量子匿名通信システム２００は、量子テレポーテーションを用いた匿名通信を可能にする配布装置２１０、量子テレポーテーションを用いた匿名通信を行う複数の送信装置２２０〜２４０、受信装置２５０〜２７０及び量子匿名通信システム２００全体を制御する制御装置３００によって構成されている。また、この例の配布装置２１０は、量子通信路２８１〜２８６及び古典通信路２９０を通じ、送信装置２２０〜２４０及び受信装置２５０〜２７０と通信可能なように構成され、制御装置３００は古典通信路２９０を通じ、配布装置２１０、送信装置２２０〜２４０、及び受信装置２５０〜２７０と通信可能なように構成されている。
【００６３】
〔初期量子状態配布処理〕
第１の実施の形態と同様、まず、配布装置２１０において、複数の第１の量子ビットと複数の第２の量子ビットと（この例の場合、第１の量子ビットの数及び第２の量子ビットの数は、それぞれｋ個ずつ）を、特定の組み合わせでエンタングルド状態とした特定量子状態を、このエンタングルド状態にある量子ビットの組み合わせを相違させつつ、複数重ね合わせた量子状態（以下「重ね合わせ量子状態」という。）と、所定ビット以上が観測されることにより、重ね合わせ量子状態を、所定の特定量子状態に収縮させる複数の補助量子ビットの量子状態（以下「補助量子状態」という。）と、からなる初期量子状態（｜Φ＞）を複数（ｍ＋１個）同じ状態で生成する。
【００６４】
次に、配布装置２１０は、量子通信路２８１〜２８３を通じ、この生成した初期量子状態（｜Φ＞）を構成する第１の量子ビット（Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｋ）と補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｋ）とを、複数の送信装置２２０〜２４０に分散して出力（送信）し、この初期量子状態（｜Φ＞）を構成する第２の量子ビット（Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｋ）を、量子通信路２８４〜２８６を通じ、複数の受信装置２５０〜２７０に分散して出力（送信）する。この例の場合、ｍ＋１個の第１の量子ビット（Ｓ１）と補助量子ビット（Ｔ１）が量子通信路２８１を通じて送信装置２２０に送信され、ｍ＋１個の第１の量子ビット（Ｓ２）と補助量子ビット（Ｔ２）が量子通信路２８２を通じて送信装置２３０に送信され、・・・（他省略）、ｍ＋１個の第１の量子ビット（Ｓｋ）と補助量子ビット（Ｔｋ）が量子通信路２８３を通じて送信装置２４０に送信される。また、ｍ＋１個の第２の量子ビット（Ｒ１）が、量子通信路２８６を通じて受信装置２５０に送信され、ｍ＋１個の第２の量子ビット（Ｒ２）が、量子通信路２８５を通じて受信装置２６０に送信され、・・・（他省略）、ｍ＋１個の第２の量子ビット（Ｒｋ）が、量子通信路２８４を通じて受信装置２７０に送信される。なお、以上のように配布された初期量子状態（｜Φ＞）を式で表すと上述した（１）のようになる。
【００６５】
〔初期量子状態検証処理〕
このように初期量子状態（｜Φ＞）が配布されると、例えば次に、初期量子状態検証処理が行われる。
以下、この初期量子状態検証処理について説明を行う。
まず、送信装置２２０〜２４０は、送信された複数（この例ではｍ＋１個）の第１の量子ビット（Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｋ）と補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｋ）から、例えばランダムに選択した複数（この例ではｍ個）の第１の量子ビット（Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｋ）と補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｋ）をローカルに観測し、第１の実施の形態と同様に（以下同様）、検証情報（ＶＳ１，…，ＶＳｋ）を、古典通信路２９０を通じて制御装置３００に送信（出力）する。
【００６６】
同様に、受信装置２５０〜２７０は、送信された複数（この例ではｍ＋１個）の第２の量子ビット（Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｋ）から、例えばランダムに選択した複数（この例ではｍ個）の第２の量子ビット（Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｋ）をローカルに観測し、検証情報（ＶＲ１，…，ＶＲｋ）を、古典通信路２９０を通じて制御装置３００に送信（出力）する。
制御装置３００は、送られた検証情報（ＶＳ１，…，ＶＳｋ，ＶＲ１，…，ＶＲｋ）を基に、第１の量子ビット（Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｋ）、補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｋ）及び第２の量子ビット（Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｋ）が合格か否かを判断する。ここで、検証結果が合格でなかった場合、制御装置３００は、古典通信路２９０を通じ、ＮＧ情報を配布装置２１０、送信装置２２０〜２４０、受信装置２５０〜２７０に送信して処理を終了する。このＮＧ情報を受け取った配布装置２１０、送信装置２２０〜２４０、受信装置２５０〜２７０は、それぞれの処理を初期状態にリセットする。
【００６７】
一方、検証結果が合格であった場合、制御装置３００は、古典通信路７０を通じ、合格情報（Ｄ’）を送信装置２２０〜２４０に送信する。そして、この合格情報（Ｄ’）を受け取った送信装置２２０〜２４０は、以下の匿名通信処理を開始させる。
【００６８】
〔匿名通信処理〕
匿名通信を行う場合、まず、送信装置２２０〜２４０において、それぞれ、送信内容（メッセージ）を特定する送信内容情報の入力を受け付け、この送信内容情報を記憶する。
また、各送信装置２２０〜２４０は、上記の初期量子状態検証処理に用いられなかった（この例では１個の）補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｋ）を抽出し、｛｜πｉ＞｝（ただしπｉ∈Ｆｋ）の基底で観測する。補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｋ）の観測後、各送信装置２２０〜２４０は、それぞれ、前述の補助量子ビット観測済み情報（ＴＭ１，ＴＭ２，…，ＴＭｋ）を、古典通信路２９０を通じて制御装置３００に送信（出力）する。
【００６９】
このように制御装置３００に送信された補助量子ビット観測済み情報（ＴＭ１，ＴＭ２，…，ＴＭｋ）は、制御装置３００において受信され、記憶される。そして、制御装置３００は、この補助量子ビット観測済み情報（ＴＭ１，ＴＭ２，…，ＴＭｋ）を検証し、全ての送信装置２２０〜２４０が補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｋ）を観測済みであるか、すなわち、全ての送信装置２２０〜２４０に対応する補助量子ビット観測済み情報（ＴＭ１，ＴＭ２，…，ＴＭｋ）が制御装置３００に記憶されているか否かを判断する。ここで、全ての送信装置２２０〜２４０が補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｋ）を観測済みであると判断された場合、制御装置３００は、量子状態が収縮した旨を示す量子状態決定情報（Ｄ）を、古典通信路２９０を通じて全ての送信装置２２０〜２４０に送信する。
【００７０】
量子状態決定情報（Ｄ）を受け取った各送信装置２２０〜２４０は、前述したメッセージビットを特定する量子状態を生成（符号化）する。この量子状態となった第３の量子ビットは、上記の初期量子状態検証処理に用いられなかった（この例では１個の）第１の量子ビット（Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｋ）と共に観測（ベル測定）され、各送信装置２２０〜２４０は、この観測結果を用い、第１の実施の形態の場合と同様に回復方法情報（ＤＥ１，ＤＥ２，…，ＤＥｋ）を生成する。
このように各送信装置２２０〜２４０で生成された各回復方法情報（ＤＥ１，ＤＥ２，…，ＤＥｋ）は、古典通信路２９０を通じて制御装置３００に送られ、制御装置３００において記憶される。制御装置３００は、記憶した各回復方法情報（ＤＥ１，ＤＥ２，…，ＤＥｋ）を検証し、それらが全て一致するか否かを判断する。
【００７１】
ここで、これらの回復方法情報（ＤＥ１，ＤＥ２，…，ＤＥｋ）が全て一致していなかった場合（少なくとも一部が異なっていた場合）、制御装置３００は、古典通信路２９０を通じ、不一致情報（ＮＧ）を、配布装置２１０、送信装置２２０〜２４０、受信装置２５０〜２７０に送る。この不一致情報（ＮＧ）を受信した配布装置２１０、送信装置２２０〜２４０、受信装置２５０〜２７０は、処理を初期化する。なお、この初期化においては、メッセージの再入力、再記憶は行わず、送信が完了していないメッセージビットの送信処理の続きを行うものとする。
【００７２】
一方、回復方法情報（ＤＥ１，ＤＥ２，…，ＤＥｋ）が全て一致していた場合、制御装置３００は、回復方法情報（ＤＥ）を、古典通信路２９０を通じて、受信装置２５０〜２７０に送信する。
この回復方法情報（ＤＥ）を受け取った各受信装置２５０〜２７０は、上述の初期量子状態検証処理に用いられなかった（この例では１個の）第２の量子ビット（Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｋ）を抽出し、受け取った回復方法情報（ＤＥ）を用い、この第２の量子ビット（Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｋ）の量子状態を変換する。
【００７３】
そして、送信装置２２０〜２４０に記憶されているメッセージを構成するメッセージビット分だけ以上の処理をｎ回繰り返し、これにより、全てのメッセージの伝送を終了する。
以上説明したように、この形態の例では、まず、配布装置２１０において、複数の第１の量子ビット（Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｋ）と複数の第２の量子ビット（Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｋ）とを、特定の組み合わせでエンタングルド状態とした特定量子状態を、このエンタングルド状態にある量子ビットの組み合わせを相違させつつ、複数重ね合わせた量子状態（重ね合わせ量子状態）と、所定ビット以上が観測されることにより、重ね合わせ量子状態を、所定の特定量子状態に収縮させる複数の補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｋ）の量子状態（補助量子状態）と、からなる初期量子状態を生成し、 この初期量子状態を構成する第１の量子ビット（Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｋ）と補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｋ）とを、複数の送信装置２２０〜２４０に分散して出力し、この初期量子状態を構成する第２の量子ビット（Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｋ）を複数の受信装置２５０〜２７０に分散して出力する。
【００７４】
次に、各送信装置２２０〜２４０において、送信内容を特定する送信内容情報の入力を受け付け、第１の量子ビット（Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｋ）と補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｋ）との入力を受け付け、入力された補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｋ）を観測する。そして、入力された送信内容情報を特定する量子状態を生成し、この量子状態が生成された第３の量子ビットと第１の量子ビット（Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｋ）とを観測する。その後、この観測結果を用い、この観測によって量子状態が収縮する第２の量子ビット（Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｋ）の量子状態を、第３の量子ビットの量子状態に変換するための回復方法情報を生成し、出力する。
【００７５】
一方、受信装置２５０〜２７０では、第２の量子ビット（Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｋ）の入力を受け付け、回復方法情報の入力を受け付ける。そして、この回復方法情報を用い、第２の量子ビット（Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｋ）の量子状態を変換する。
ここで、第１の実施の形態と同様、各送信装置２２０〜２４０は、それぞれが観測した補助量子ビットの観測結果のみからは、初期量子状態の重ね合わせ量子状態が、どの特定量子状態に収縮したのかを知ることは不可能である。従って、各送信装置２２０〜２４０では、この送信装置２２０〜２４０に配布された第１の量子ビットが、どの受信装置２５０〜２７０に配布された第２の量子ビットとエンタングルド状態にあるのかを知ることはできない。これは受信装置２５０〜２７０側からみても同様である。
【００７６】
従って、受信装置２５０〜２７０に入力された第２の量子ビットの量子状態を、送信装置２２０〜２４０から送信された回復方法情報を用いて変換したとしても、その変換結果が、どの送信装置２２０〜２４０の送信内容情報を特定する量子状態に該当するのかを知ることはできない。これにより、送信装置２２０〜２４０は、自己の送信内容情報がどの受信装置２５０〜２７０に伝達されたかを知ることはできず、同様に、受信装置２５０〜２７０は、伝達された送信内容情報がどの送信装置２２０〜２４０のものかを知ることができない。これにより、匿名通信の匿名性を十分確保することが可能となる。
【００７７】
また、送信装置２２０〜２４０及び受信装置２５０〜２７０の数を増やし、それらに第１の量子ビット（Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｋ）、補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｋ）、及び第２の量子ビット（Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｋ）を配布してこの形態の匿名通信を行うことにより、初期量子状態の収縮時、どの第１の量子ビット（Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｋ）とどの第２の量子ビット（Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｋ）とがエンタングルド状態にあるのかの判断がより困難になり、匿名通信の安全性をより向上させることができる。
【００７８】
さらに、第１の実施の形態の例が奏するその他の技術的効果を奏することは、この形態についても同様である。
なお、この発明は上述の実施の形態に限定されるものではない。例えば、この形態では制御装置３００が匿名通信システム２００の全体を制御することとしたが、この制御装置３００の機能を複数の装置に分散することとしてもよく、それらの機能の少なくとも一部を配布装置２１０、送信装置２２０〜２５０、受信装置２５０〜２７０の何れかに分散することとしてもよい。
【００７９】
また、上述のように、第１の実施の形態及び第２の実施の形態における処理機能は、コンピュータによって実現することができる。この場合、配布装置、送信装置、受信装置、制御装置の少なくとも一部が有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述され、このプログラムをコンピュータで実行することにより、処理機能をコンピュータ上で実現することができる。
なお、この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等どのようなものでもよいが、具体的には、例えば、磁気記録装置として、ハードディスク装置、フレキシブルディスク、磁気テープ等を、光ディスクとして、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）、ＤＶＤ−ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＤ−Ｒ（Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）／ＲＷ（ＲｅＷｒｉｔａｂｌｅ）等を、光磁気記録媒体として、ＭＯ（Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｓｃ）等を、半導体メモリとしてＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）等を用いることができる。
【００８０】
また、このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させる構成としてもよい。
このようなプログラムを実行するコンピュータは、例えば、まず、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、一旦、自己の記憶装置に格納する。そして、処理実行時、このコンピュータは、自己の記録媒体に格納されたプログラムを読み取り、読み取ったプログラムに従った処理を実行する。また、このプログラムの別の実行形態として、コンピュータが可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することしてもよく、さらに、コンピュータにサーバコンピュータからプログラムが転送されるたびに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明では、まず、量子状態配布装置において、重ね合わせ量子状態と補助量子状態とからなる初期量子状態を生成し、この初期量子状態を構成する第１の量子ビットと補助量子ビットとを、複数の量子匿名送信装置に分散して出力し、この初期量子状態を構成する第２の量子ビットを複数の量子匿名受信装置に分散して出力する。
【００８２】
そして、量子匿名送信装置において、送信内容を特定する送信内容情報の入力を受け付け、量子状態配布装置から出力された第１の量子ビットと補助量子ビットとの入力を受け付け、この入力された補助量子ビットを観測する。その後、入力された送信内容情報を特定する量子状態を生成し、入力された第１の量子ビットと、量子状態が生成された第３の量子ビットとを観測する。さらに、この観測結果を用い、観測によって量子状態が収縮する第２の量子ビットの量子状態を、送信内容情報を特定する量子状態に変換するための回復方法情報を生成し、この回復方法情報を量子匿名受信装置に出力する。
【００８３】
一方、量子匿名受信装置では、まず、量子状態配布装置から出力された第２の量子ビットの入力を受け付け、量子匿名送信装置から出力された回復方法情報の入力を受け付ける。そして、この入力された回復方法情報を用い、入力された第２の量子ビットの量子状態を変換する。
ここで、各量子匿名送信装置は、それぞれが観測した補助量子ビットの観測結果のみからは、重ね合わせ量子状態がどの特定量子状態に収縮したのかを知ることは不可能である。従って、各量子匿名送信装置では、この量子匿名送信装置に配布された第１の量子ビットが、どの量子匿名受信装置に配布された第２の量子ビットとエンタングルド状態にあるのかを知ることはできない。これは量子匿名受信装置側からみても同様である。
【００８４】
従って、量子匿名受信装置に入力された第２の量子ビットの量子状態を、量子匿名送信装置から送信された回復方法情報を用いて変換したとしても、その変換結果が、どの量子匿名送信装置の送信内容情報を特定する量子状態に該当するのかを知ることはできない。これにより、量子匿名送信装置は、自己の送信内容情報がどの量子匿名受信装置に伝達されたかを知ることはできず、同様に、量子匿名受信装置は、伝達された送信内容情報がどの量子匿名送信装置のものかを知ることができない。これにより、匿名通信の匿名性を十分確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】量子匿名通信システムの全体構成を例示した概念図。
【図２】（ａ）は、配布装置の機能構成を例示したブロック図、（ｂ）は、制御装置８０の機能構成を例示したブロック図。
【図３】送信装置の機能構成を例示したブロック図。
【図４】送信装置の機能構成を例示したブロック図。
【図５】受信装置の機能構成を例示したブロック図。
【図６】受信装置の機能構成を例示したブロック図。
【図７】配布装置の処理を説明するためのフローチャート。
【図８】制御装置の処理を説明するためのフローチャート。
【図９】（ａ）は、送信装置の処理を説明するためのフローチャート、（ｂ）は、受信装置の処理を説明するためのフローチャート。
【図１０】送信装置の処理を説明するためのフローチャート。
【図１１】受信装置の処理を説明するためのフローチャート。
【図１２】配布された量子ビットの量子状態を説明するための概念図。
【図１３】収縮した特定量子状態を説明するための概念図。
【図１４】（ａ）（ｂ）は、エンタングルド状態にある量子状態を説明するための概念図。
【図１５】（ａ）（ｂ）は量子テレポーテーションを説明するための概念図。
【図１６】量子匿名通信システムの全体構成を例示した概念図。
【符号の説明】
１、２００ 量子通信システム
１０、２１０ 配布装置
２０、３０、２２０〜２４０ 送信装置
４０、５０、２５０〜２７０ 受信装置
８０、３００ 制御装置
【発明の属する技術分野】
この発明は、匿名通信を行う装置、方法及びそれらの機能をコンピュータ上で実現させるプログラムに関し、特に、量子テレポーテーションを用いて匿名通信を行う量子匿名送信装置、量子匿名受信装置、量子状態配布装置、量子匿名通信方法、及びプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、物理的な構成によらず、送信者の匿名性を維持しつつ、インターネット等の公衆通信網を介して情報送信を行う手段（匿名通信手段）として、ＭＩＸ−ＮＥＴと呼ばれる電気通信システムが提唱されている（例えば、非特許文献１参照）。
以下に、このＭＩＸ−ＮＥＴを用いた匿名通信方法の一例について説明する。
【０００３】
このＭＩＸ−ＮＥＴでは、Ｌ個のサーバ装置（センター）Ｕ１ 、…、ＵＬ を直列につないだネットワークを介し、多重暗号化によって匿名通信を行う。ＲＳＡ関数を用いてこのＭＩＸ−ＮＥＴを実現する場合、まず、各サーバ装置Ｕ１ 、…、ＵＬは、十分大きな素数ｐｉ 、ｑｉ に対し、Ｎｉ ＝ｐｉ ・ｑｉ 及びｅｉ ・ｄｉ ＝１（ｍｏｄ ＬＣＭ（ｐｉ −１、ｑｉ −１））を満たす（ｄｉ 、ｐｉ 、ｑｉ）（ｅｉ 、Ｎｉ ）を、それぞれ復号鍵（秘密鍵）、暗号化鍵（公開鍵）として設定する。
【０００４】
情報の送信を行う情報送信端末は、この各暗号化鍵（ｅｉ 、Ｎｉ ）を用いて送信すべき平文ｍを多重暗号化する。ここでの暗号化は、ｍｉと乱数ｒｉとをビット結合したｍｉ｜ｒｉを生成し、暗号文Ｍ＝（ｍｉ｜ｒｉ）ｅｉｍｏｄ Ｎｉ とする演算Ｅｉ （ｍｉ、ｒｉ）を、各サーバ装置Ｕ１ 、…、ＵＬの分だけ繰り返すことにより行われ、これにより、各サーバ装置Ｕ１ 、…、ＵＬの各暗号化鍵（ｅｉ 、Ｎｉ ）を用いて多重暗号化された暗号文Ｍ１ ＝Ｅ１ （Ｅ２ （…ＥＬ （ｍ、ｒＬ ）、…、ｒ２ ）、ｒ１ ）が生成されることとなる。生成された暗号文Ｍ１は、サーバ装置Ｕ１に送付され、サーバ装置Ｕ１は、送信された暗号文Ｍ１を一旦保持する。
【０００５】
サーバ装置Ｕ１ は、同様な手順により、その他複数の複数の情報送信端末からの暗号文Ｍ１を受け付け、所定数以上の暗号文Ｍ１が集まった時点で、これらの暗号文Ｍ１を、それぞれ復号鍵（ｄ１、ｐｉ 、ｑｉ ）で復号し、各暗号文Ｍ１について、Ｅ２ （…ＥＬ （ｍ、ｒＬ ）、…、ｒ２ ）及びｒ１ を取得する。その後、サーバ装置Ｕ１ は、複数の情報送信端末から送信された複数の暗号文Ｍ１に対応する各Ｅ２ （…ＥＬ （ｍ、ｒＬ ）、…、ｒ２ ）間の順序をランダムに置換することにより、各暗号文Ｍ１と、各Ｅ２ （…ＥＬ （ｍ、ｒＬ ）、…、ｒ２ ）との対応関係を撹乱させ、それらの各Ｅ２ （…ＥＬ （ｍ、ｒＬ ）、…、ｒ２ ）を、各ｒ１及び置換の順序を秘密に保った状態で、サーバ装置Ｕ２ に送付する。ここで、この各ｒ１及び置換の順序が秘密に保たれることにより、サーバ装置Ｕ２ に送付された各Ｅ２ （…ＥＬ （ｍ、ｒＬ ）、…、ｒ２ ）が、サーバ装置Ｕ１ へ入力されたどの暗号文Ｍ１を復号したものであるかを判定できないようにすることができる。以下、サーバ装置Ｕ２ 、…、ＵＬ も同様の処理を繰り返し、最終的に、サーバ装置ＵＬが、平文ｍを取得することになる。
【０００６】
【非特許文献１】
Ｃｈａｕｍ，Ｄ、”Ｕｎｔｒａｃｅａｂｌｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｉｌ、Ｒｅｔｕｒｎ Ａｄｄｒｅｓｓ、ａｎｄ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｐｓｅｕｄｏｎｙｍｓ”、Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ＡＣＭ、Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．２，ｐｐ８４−８８、１９８１
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ＭＩＸ−ＮＥＴでは、匿名性が十分確保できない場合があるという問題点がある。
つまり、ＭＩＸ−ＮＥＴは、複数のセンターを利用し、全てのセンターが同時に不正を行わないという過程のもとで利用者の匿名性（プライバシー）が保障される。従って、このＭＩＸ−ＮＥＴを構成する全てのセンターが同時に不正を行った場合、利用者の匿名性が失われてしまうことになる。
【０００８】
また、ＭＩＸ−ＮＥＴの場合、通信する情報の秘匿は計算量的な仮定に依存している。従って、将来、量子コンピュータが実現化された場合、通信する情報の秘匿（暗号）が破られ、利用者の匿名性が失われてしまうこともありえる。
さらに、ＭＩＸ−ＮＥＴの場合、１つ目のセンターには利用者からの通信路が直接接続されているため、暗号が破られ、１つ目のセンターから利用者への通信路が特定されれば、情報の匿名性は失われてしまう。
【０００９】
この発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、匿名通信の匿名性を十分確保することが可能な量子匿名送信装置を提供することである。
また、この発明の他の目的は、匿名通信の匿名性を十分確保することが可能な量子匿名受信装置を提供することである。
さらに、この発明の他の目的は、匿名通信の匿名性を十分確保することが可能な量子状態配布装置を提供することである。
【００１０】
また、この発明の他の目的は、匿名通信の匿名性を十分確保することが可能な量子匿名通信方法を提供することである。
さらに、この発明の他の目的は、匿名通信の匿名性を十分確保することが可能な機能をコンピュータに実行させるためのプログラムを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明では上記課題を解決するために、まず、量子状態配布装置において、複数の第１の量子ビットと複数の第２の量子ビットとを特定の組み合わせでエンタングルド状態とした特定量子状態を、このエンタングルド状態にある量子ビットの組み合わせを相違させつつ、複数重ね合わせた量子状態（以下「重ね合わせ量子状態」という。）と、所定ビット以上が観測されることにより、重ね合わせ量子状態を、所定の特定量子状態に収縮させる複数の補助量子ビットの量子状態（以下「補助量子状態」という。）と、からなる初期量子状態を生成する。そして、この初期量子状態を構成する第１の量子ビットと補助量子ビットとを、複数の量子匿名送信装置に分散して出力し、この初期量子状態を構成する第２の量子ビットを複数の量子匿名受信装置に分散して出力する。
【００１２】
そして、量子匿名送信装置において、送信内容を特定する送信内容情報の入力を受け付け、量子状態配布装置から出力された第１の量子ビットと補助量子ビットとの入力を受け付け、この入力された補助量子ビットを観測する。その後、入力された送信内容情報を特定する量子状態を生成し、入力された第１の量子ビットと、量子状態が生成された第３の量子ビットとを観測する。さらに、この観測結果を用い、観測によって量子状態が収縮する第２の量子ビットの量子状態を、送信内容情報を特定する量子状態に変換するための回復方法情報を生成し、この回復方法情報を量子匿名受信装置に出力する。
【００１３】
一方、量子匿名受信装置では、まず、量子状態配布装置から出力された第２の量子ビットの入力を受け付け、量子匿名送信装置から出力された回復方法情報の入力を受け付ける。そして、この入力された回復方法情報を用い、入力された第２の量子ビットの量子状態を変換する。
ここで、量子匿名送信装置が観測できる補助量子ビットは、初期量子状態を構成する全補助量子ビットの一部のみであり、この量子匿名送信装置の補助量子ビットの観測のみでは、重ね合わせ量子状態を所定の特定量子状態に収縮させることはできない。つまり、複数の量子匿名送信装置がそれぞれに配布された補助量子ビットを観測してはじめて重ね合わせ量子状態を所定の特定量子状態に収縮させることができる。そのため、各量子匿名送信装置は、それぞれが観測した補助量子ビットの観測結果のみからは、重ね合わせ量子状態がどの特定量子状態に収縮したのかを知ることは不可能である。従って、各量子匿名送信装置では、この量子匿名送信装置に配布された第１の量子ビットが、どの量子匿名受信装置に配布された第２の量子ビットとエンタングルド状態にあるのかを知ることはできない。これは量子匿名受信装置側からみても同様である。
【００１４】
従って、量子匿名受信装置に入力された第２の量子ビットの量子状態を、量子匿名送信装置から送信された回復方法情報を用いて変換したとしても、その変換結果が、どの量子匿名送信装置の送信内容情報を特定する量子状態に該当するのかを知ることはできない。これにより、量子匿名送信装置は、自己の送信内容情報がどの量子匿名受信装置に伝達されたかを知ることはできず、同様に、量子匿名受信装置は、伝達された送信内容情報がどの量子匿名送信装置のものかを知ることができない。これにより、匿名通信の匿名性を十分確保することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
第１の実施の形態：
この形態は、２つの量子匿名送信装置と２つの量子匿名受信装置との間で匿名通信を行うものである。
図１は、この形態における量子匿名通信システム１の全体構成を例示した概念図であり、図２の（ａ）は、量子化を行うことが可能なハードウェア（例えば、量子コンピュータ等）に所定のプログラムを実行させることによって構成される配布装置１０（量子状態配布装置に相当）の機能構成を例示したブロック図であり、図２の（ｂ）は、公知のコンピュータに所定のプログラムを実行させることによって構成される制御装置８０の機能構成を例示したブロック図である。また、図３は、量子化や測定等を行うことが可能なハードウェア（例えば、量子コンピュータ等）に所定のプログラムを実行させることによって構成される送信装置２０（量子匿名送信装置に相当）の機能構成を、図４は送信装置３０（量子匿名送信装置に相当）の機能構成を、図５は、受信装置４０（量子匿名受信装置に相当）の機能構成を、図６は受信装置５０（量子匿名受信装置に相当）の機能構成を、それぞれ例示したブロック図である。また、図７は、配布装置１０の処理を説明するためのフローチャートであり、図８は、制御装置８０の処理を説明するためのフローチャートである。さらに、図９の（ａ）及び図１０は、送信装置２０の処理を説明するためのフローチャートであり、図９の（ｂ）及び図１１は、受信装置４０の処理を説明するためのフローチャートである。さらに、図１２は、配布された量子ビットの量子状態（初期量子状態）を説明するための概念図であり、図１３は、収縮した特定量子状態を説明するための概念図である。また、図１４の（ａ）（ｂ）は、エンタングルド状態にある量子状態を説明するための概念図であり、図１５の（ａ）（ｂ）は量子テレポーテーションを説明するための概念図である。以下、これらの図を用いて、この形態における量子匿名通信システム１の構成及び処理について説明を行っていく。なお、配布装置１０、送信装置２０、３０、受信装置４０、５０及び制御装置８０の制御は、それぞれ制御部１４、２９、３９、４６、５６、８８によって行われる。
【００１６】
〔システム構成〕
図１に例示するように、この例の量子匿名通信システム１は、量子テレポーテーションを用いた匿名通信を可能にする配布装置１０、量子テレポーテーションを用いた匿名通信を行う送信装置２０、３０、受信装置４０、５０及び量子匿名通信システム１全体を制御する制御装置８０によって構成されている。また、この例の配布装置１０は、量子通信路６１〜６４及び古典通信路７０を通じ、送信装置２０、３０及び受信装置４０、５０と通信可能なように構成され、制御装置８０は古典通信路７０を通じ、配布装置１０、送信装置２０、３０、及び受信装置４０、５０と通信可能なように構成されている。
【００１７】
〔初期量子状態配布処理〕
まず、配布装置１０の量子状態生成部１１（初期量子状態生成手段に相当）において、複数の第１の量子ビットと複数の第２の量子ビットと（この例の場合、第１の量子ビットの数及び第２の量子ビットの数は、それぞれ２個ずつ）を、特定の組み合わせでエンタングルド状態とした特定量子状態を、このエンタングルド状態にある量子ビットの組み合わせを相違させつつ、複数重ね合わせた量子状態（以下「重ね合わせ量子状態」という。）と、所定ビット以上が観測されることにより、重ね合わせ量子状態を、所定の特定量子状態に収縮させる複数の補助量子ビットの量子状態（以下「補助量子状態」という。）と、からなる初期量子状態（｜Φ＞）を複数（ｍ＋１個）同じ状態で生成する（ステップＳ１）。ここで、「エンタングルド状態」とは、いわゆる「絡み合い」ともよばれる状態であり、これらの各粒子の量子状態が相互に関連し合う状態をいう。すなわち、このエンタングルド状態にある複数の粒子は、途中で観測を受ける等の作用を受けない限り、各粒子ごとのテンソル積では表せない状態にある。また、このエンタングルド状態は、例えば、複数個の粒子を一度の操作で同時に発生させることによって生成できる。なお、図１２〜図１５において実線で結ばれた量子ビットは、相互にこのエンタングルド状態にあることを示している。
【００１８】
量子状態生成部１１で生成された初期量子状態（｜Φ＞）は、量子通信部１２に送られ、量子通信部１２は、この初期量子状態（｜Φ＞）を構成する第１の量子ビット（Ｓ１，Ｓ２）と補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２）とを、複数の送信装置２０、３０に分散して出力（送信）し、この初期量子状態（｜Φ＞）を構成する第２の量子ビット（Ｒ１，Ｒ２）を複数の受信装置４０、５０に分散して出力（送信）する（ステップＳ２）。この例の場合、ｍ＋１個の第１の量子ビット（Ｓ１）と補助量子ビット（Ｔ１）が量子通信路６１を通じて送信装置２０に送信され、ｍ＋１個の第１の量子ビット（Ｓ２）と補助量子ビット（Ｔ２）が量子通信路６２を通じて送信装置３０に送信される。また、ｍ＋１個の第２の量子ビット（Ｒ１）が、量子通信路６４を通じて受信装置４０に送信され、ｍ＋１個の第２の量子ビット（Ｒ２）が、量子通信路６３を通じて受信装置５０に送信される。
【００１９】
図１２は、このように送信装置２０、３０、受信装置４０、５０に分散された量子ビットの量子状態を例示している。図１２に例示するように、この例の第１の量子ビット（Ｓ１）１０１と補助量子ビット（Ｔ１）１０５は、送信装置２０に、第１の量子ビット（Ｓ２）１０２と補助量子ビット（Ｔ２）１０６は、送信装置３０に、それぞれ配布され、第２の量子ビット（Ｒ１）は受信装置４０に、第２の量子ビット（Ｒ２）は、受信装置５０にそれぞれ配布される。ここで、この配布された量子ビットは、量子ビット１０１と量子ビット１０３とがエンタングルド状態にあり、なおかつ量子ビット１０２と量子ビット１０４とがエンタングルド状態にある量子状態Ａと、量子ビット１０１と量子ビット１０４とがエンタングルド状態にあり、なおかつ量子ビット１０２と量子ビット１０３とがエンタングルド状態にある量子状態Ｂとが重ねあわされた量子状態（重ね合わせ量子状態）にある。そして、この重ね合わせ量子状態は、補助量子ビット（Ｔ１）１０５が送信装置２０で観測され、なおかつ補助量子ビット（Ｔ２）１０６が送信装置３０で観測された時点で、量子状態Ａ又は量子状態Ｂ（特定量子状態）に等確率で収縮する。しかし、この特定量子状態がＡ、Ｂいずれの量子状態となるかは不確定である。
【００２０】
このような重ね合わせ量子状態（｜Φ＞）を式で表すと、｜Φ＞＝（１／４）（｜０（Ｓ１）０（Ｓ２）０（Ｒ１）０（Ｒ２）＞＋｜０（Ｓ１）１（Ｓ２）０（Ｒ１）１（Ｒ２）＞＋｜１（Ｓ１）０（Ｓ２）１（Ｒ１）０（Ｒ２）＞＋｜１（Ｓ１）１（Ｓ２）１（Ｒ１）１（Ｒ２）＞）（｜０（Ｔ１）０（Ｔ２）＞＋｜１（Ｔ１）１（Ｔ２）＞）＋（１／４）（｜０（Ｓ１）０（Ｓ２）０（Ｒ１）０（Ｒ２）＞＋｜０（Ｓ１）１（Ｓ２）１（Ｒ１）０（Ｒ２）＞＋｜１（Ｓ１）０（Ｓ２）０（Ｒ１）１（Ｒ２）＞＋｜１（Ｓ１）１（Ｓ２）１（Ｒ１）１（Ｒ２）＞）（｜０（Ｔ１）１（Ｔ２）＞＋｜１（Ｔ１）０（Ｔ２）＞）となる。ここで、上付き添え字（Ｓ１）は量子ビット（Ｓ１）１０１に、上付き添え字（Ｓ２）は量子ビット（Ｓ２）１０２に、上付き添え字（Ｒ１）は量子ビット（Ｒ１）１０３に、上付き添え字（Ｒ２）は量子ビット（Ｒ２）１０４に、上付き添え字（Ｔ１）は補助量子ビット（Ｔ１）１０５に、上付き添え字（Ｔ２）は補助量子ビット（Ｔ２）１０６に、それぞれ対応する添え字である。
【００２１】
なお、図１２では１組の初期量子状態（｜Φ＞）のみを例示したが、実際は配布された複数（この例では、ｍ＋１組）の初期量子状態（｜Φ＞）が同様な量子状態にあるものとする。
また、この量子状態（｜Φ＞）を一般化した式で表すと、
【数２】
【００２２】
なお、ここでは、ｋを量子匿名送信装置或いは量子匿名受信装置の数とし、上付き添え字（Ｓｊ）を、ｊ番目（ｊは１以上ｋ以下の自然数）の量子匿名送信装置に出力する第１の量子ビットに対応する添え字とし、上付き添え字（Ｒｊ）を、ｊ番目の量子匿名受信装置に出力する第２の量子ビットに対応する添え字とし、上付き添え字（Ｔｊ）を、ｊ番目の量子匿名送信装置に出力する補助量子ビットに対応する添え字とし、Ｆｋを置換情報の全体集合とし、σｊを、ｊ番目の量子匿名送信装置に出力する補助量子ビットが観測されることによって特定される置換情報を意味し、Ｕσを、この置換情報が所定数以上特定されることにより置換方法が特定されるユニタリ変換としている。
【００２３】
〔初期量子状態検証処理〕
このように初期量子状態（｜Φ＞）が配布されると、例えば次に、初期量子状態検証処理が行われる。なお、初期量子状態検証処理とは、初期量子状態（｜Φ＞）の配布者や第三者の不正を回避するため、匿名通信に使用する初期量子状態（｜Φ＞）の検証を行う処理であるが、この処理を行わずに、直接以下の匿名通信処理を開始することとしてもよい。この場合、上述の初期量子状態配布処理において配布される初期量子状態（｜Φ＞）は１つのみでよい。
【００２４】
以下、この初期量子状態検証処理について説明を行う。
まず、送信装置２０に送信された複数（この例ではｍ＋１個）の第１の量子ビット（Ｓ１）と補助量子ビット（Ｔ１）は、送信装置２０の量子通信部２３において受信され（入力を受け付けられ）（ステップＳ３０）、量子メモリ２４ａに送られた後、そこで量子状態が記憶される。次に、観測部２４は、この量子メモリ２４ａに量子状態が記憶された第１の量子ビット（Ｓ１）と補助量子ビット（Ｔ１）から所定数以上（この例ではｍ個）の第１の量子ビット（Ｓ１）と補助量子ビット（Ｔ１）を選択し（例えばランダムに）、この選択した第１の量子ビット（Ｓ１）と補助量子ビット（Ｔ１）を量子メモリ２４ａから抽出してローカルに観測する（ステップＳ３１）。
【００２５】
これらの観測結果（Ｖ１’）は、検証部２９（ビット検証手段に相当）に送られ、そこで検証に用いる検証情報（ＶＳ１）とされる。なお、この観測は、例えば、検証部２９が、他の送信装置３０及び受信装置４０、５０と古典通信路７０を通じた通信を行うことによって制御される。そして、さらに他の送信装置３０及び受信装置４０、５０による観測結果が統合されることによって、この第１の量子ビット（Ｓ１）と補助量子ビット（Ｔ１）の量子状態の正当性が検証される。なお、この検証は、例えば、Ｗａｌｇａｔｅ ｅｔ ａｌ．， Ｌｏｃａｌ Ｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｍｕｌｔｉｐａｒｔｉｔｅ Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｓｔａｔｅｓ， Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌ．８５，ｐｐ．４９７２−４９７５（２０００）等に記載された方法を用いるものとする（以下同様）。
【００２６】
この検証情報（ＶＳ１）は、古典通信部２５に送られ、そこから古典通信路７０を通じて制御装置８０に送信（出力）される（ステップＳ３２）。なお、ここで検証情報（ＶＳ１）が送信される通信路は、例えば認証付通信路であるものとする（以下同様）。
同様に、送信装置３０に送信された複数（この例ではｍ＋１個）の第１の量子ビット（Ｓ２）と補助量子ビット（Ｔ２）は、送信装置３０の量子通信部３３において受信され（入力を受け付けられ）、量子メモリ３４ａに送られた後、そこで量子状態が記憶される。次に、観測部３４は、この量子メモリ３４ａに量子状態が記憶された第１の量子ビット（Ｓ２）と補助量子ビット（Ｔ２）から所定数以上（この例ではｍ個）の第１の量子ビット（Ｓ２）と補助量子ビット（Ｔ２）を選択し（例えばランダムに）、この選択した第１の量子ビット（Ｓ２）と補助量子ビット（Ｔ２）を量子メモリ３４ａから抽出してローカルに観測する。
【００２７】
これらの観測結果（Ｖ２’）は検証部３９（ビット検証手段に相当）に送られ、そこで検証に用いる検証情報（ＶＳ２）とされる。なお、この観測は、例えば、検証部３９が、他の送信装置２０及び受信装置４０、５０と古典通信路７０を通じた通信を行うことによって制御される。そして、さらに他の送信装置２０及び受信装置４０、５０による観測結果が統合されることによって、この第１の量子ビット（Ｓ２）と補助量子ビット（Ｔ２）の量子状態の正当性が検証される。この検証情報（ＶＳ２）は、古典通信部３５に送られ、そこから古典通信路７０を通じて制御装置８０に送信（出力）される。
【００２８】
一方、受信装置４０に送信された複数（この例ではｍ＋１個）の第２の量子ビット（Ｒ１）は、受信装置４０の量子通信部４１において受信され（入力を受け付けられ）（ステップＳ３３）、量子メモリ４８に送られた後、そこで量子状態が記憶される。次に、観測部４２は、この量子メモリ４８に量子状態が記憶された第２の量子ビット（Ｒ１）から所定数以上（この例ではｍ個）の第２の量子ビット（Ｒ１）を選択し（例えばランダムに）、この選択した第２の量子ビット（Ｒ１）を量子メモリ４８から抽出してローカルに観測する（ステップＳ３４）。
【００２９】
これらの観測結果（Ｖ３）は検証部４７（ビット検証手段に相当）に送られ、そこで検証に用いる検証情報（ＶＲ１）とされる。なお、この観測は、例えば、検証部４７が、他の受信装置５０及び送信装置２０、３０と古典通信路７０を通じた通信を行うことによって制御される。そして、さらに他の受信装置５０及び送信装置２０、３０による観測結果が統合されることによって、この第２の量子ビット（Ｒ１）の量子状態の正当性が検証される。この検証情報（ＶＲ１）は、古典通信部４３に送られ、そこから古典通信路７０を通じて制御装置８０に送信（出力）される（ステップＳ３５）。
【００３０】
同様に、受信装置５０に送信された複数（この例ではｍ＋１個）の第２の量子ビット（Ｒ２）は、受信装置５０の量子通信部５１において受信され（入力を受け付けられ）、量子メモリ５８に送られた後、そこで量子状態が記憶される。次に、観測部５２は、この量子メモリ５８に量子状態が記憶された第２の量子ビット（Ｒ２）から所定数以上（この例ではｍ個）の第２の量子ビット（Ｒ２）を選択し（例えばランダムに）、この選択した第２の量子ビット（Ｒ２）を量子メモリ５８から抽出してローカルに観測する。これらの観測結果（Ｖ４）は検証部５７（ビット検証手段に相当）に送られ、そこで検証に用いる検証情報（ＶＲ２）とされる。なお、この観測は、例えば、検証部５７が、他の受信装置４０及び送信装置２０、３０と古典通信路７０を通じた通信を行うことによって制御される。そして、さらに他の受信装置４０及び送信装置２０、３０による観測結果が統合されることによって、この第２の量子ビット（Ｒ２）の量子状態の正当性が検証される。この検証情報（ＶＲ２）は、古典通信部５３に送られ、そこから古典通信路７０を通じて制御装置８０に送信（出力）される。
【００３１】
以上のように送信された検証情報（ＶＳ１，ＶＳ１，ＶＲ２，ＶＲ２）は、制御装置８０の古典通信部８３によって入力が受け付けられ（受信され）（ステップＳ１０）、さらに制御部８８に送られる。
制御部８８は、この検証情報（ＶＳ１，ＶＳ１，ＶＲ２，ＶＲ２）を統合して検証し、第１の量子ビット（Ｓ１，Ｓ２）、第２の量子ビット（Ｒ１，Ｒ２）及び補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２）の検証結果が合格であるか否かを判断する（ステップＳ１１）。ここで、検証結果が合格でなかった場合には、制御部８８は、ＮＧ情報を古典通信部８３に送り、そこから古典通信路７０を通じて、このＮＧ情報を配布装置１０、送信装置２０、３０、受信装置４０、５０に送信して（ステップＳ１２）処理を終了する。このＮＧ情報は、配布装置１０、送信装置２０、３０、受信装置４０、５０の古典通信部１３、２５、３５、４３、５３において受信され、それぞれ制御部１４、２８、３８、４６、５６に送られ、これらの制御部１４、２８、３８、４６、５６は、配布装置１０、送信装置２０、３０、受信装置４０、５０を初期状態にリセットする。
【００３２】
一方、検証結果が合格であった場合には、制御部８８は合格情報（Ｄ’）を古典通信部８３に送り、そこから古典通信路７０を通じ、この合格情報（Ｄ’）を送信装置２０、３０に送信する（ステップＳ１３）。合格情報（Ｄ’）が送信された送信装置２０、３０は、この合格情報（Ｄ’）を古典通信部２５、３５において受信してそれぞれの制御部２８、３８に送る。そして、この合格情報（Ｄ’）を受け取った制御部２８、３８は、それぞれ送信装置２０、３０を制御し、以下の匿名通信処理を開始させる。
【００３３】
〔匿名通信処理〕
匿名通信を行う場合、まず、送信装置２０の入力部２１（送信内容情報入力手段に相当）において送信内容（メッセージ）を特定する送信内容情報（Ｍ１）の入力を受け付け、この送信内容情報（Ｍ１）を記憶部２２に送って記憶させる（ステップＳ４１）。同様に、送信装置３０の入力部３１（送信内容情報入力手段に相当）において送信内容を特定する送信内容情報（Ｍ２）の入力を受け付け、この送信内容情報（Ｍ２）を記憶部３２に送って記憶させる。
【００３４】
また、送信装置２０の観測部２４（補助量子ビット観測手段に相当）は、上記の初期量子状態検証処理に用いられなかった（この例では１個の）補助量子ビット（Ｔ１）１０５を量子メモリ２４ａから抽出し、｛｜０＞，｜１＞｝の基底で観測する（ステップＳ４２）。補助量子ビット（Ｔ１）１０５の観測後、観測部２４は、この補助量子ビット（Ｔ１）１０５の観測が終了した旨の情報（以下「補助量子ビット観測済み情報（ＴＭ１）」という。）を古典通信部２５（補助量子ビット観測済み情報出力手段に相当）に送り、そこから古典通信路７０を通じて、この補助量子ビット観測済み情報（ＴＭ１）を制御装置８０に送信（出力）する（ステップＳ４３）。
【００３５】
同様に、送信装置３０の観測部３４（補助量子ビット観測手段に相当）は、上記の初期量子状態検証処理に用いられなかった（この例では１個の）補助量子ビット（Ｔ２）１０６を量子メモリ３４ａから抽出し、｛｜０＞，｜１＞｝の基底で観測する。補助量子ビット（Ｔ２）１０６の観測後、観測部３４は、この補助量子ビット（Ｔ２）１０６の観測が終了した旨の情報（以下「補助量子ビット観測済み情報（ＴＭ２）」という。）を古典通信部３５（補助量子ビット観測済み情報出力手段に相当）に送り、そこから古典通信路７０を通じて、この補助量子ビット観測済み情報（ＴＭ２）を制御装置８０に送信（出力）する。
【００３６】
このように制御装置８０に送信された補助量子ビット観測済み情報（ＴＭ１，ＴＭ２）は、制御装置８０の古典通信部８３において受信され、さらに第１記憶部８４に送られ、そこで記憶される（ステップＳ１４）。
制御装置８０の補助量子ビット観測判断部８５は、この第１記憶部８４に記憶された補助量子ビット観測済み情報（ＴＭ１，ＴＭ２）を検証し、全ての送信装置２０、３０が補助量子ビットを観測済みであるか、すなわち、全ての送信装置２０、３０に対応する補助量子ビット観測済み情報（ＴＭ１，ＴＭ２）が第１記憶部８４に記憶されているか否かを判断する（ステップＳ１５）。ここで、全ての送信装置２０、３０が補助量子ビットを観測済みであると判断されなかった場合、ステップＳ１４の処理に戻り、全ての送信装置２０、３０が補助量子ビットを観測済みであると判断された場合、補助量子ビット観測判断部８５は、量子状態が収縮した旨を示す量子状態決定情報（Ｄ）を古典通信部８３に送り、古典通信部８３は、この量子状態決定情報（Ｄ）を、古典通信路７０を通じて全ての送信装置２０、３０に送信する（ステップＳ１６）。送信された量子状態決定情報（Ｄ）は、送信装置２０の古典通信部２５及び送信装置３０の古典通信部３５において受信され（ステップＳ４４）、それぞれ符号化部２６、３６に送られる。
【００３７】
ここで、前述のように（図１２）、第１の量子ビット（Ｓ１，Ｓ２）１０１、１０２は、第２の量子ビット（Ｒ１，Ｒ２）１０３、１０４とエンタングルメント状態にあり、補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２）１０５、１０６は、それぞれ、観測されることによって、この第１の量子ビット（Ｓ１，Ｓ２）のエンタングルメント状態の収縮に必要な条件の一部のみを成立させる。すなわち、補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２）１０５、１０６の両方が観測されることにより、この第１の量子ビット（Ｓ１，Ｓ２）１０１、１０２及び第２の量子ビット（Ｒ１，Ｒ２）１０３、１０４の量子状態は、量子状態Ａ或いは量子状態Ｂに収縮する。従って、この量子状態決定情報（Ｄ）が送信装置２０、３０に送信された時点では、既に、第１の量子ビット（Ｓ１，Ｓ２）１０１、１０２及び第２の量子ビット（Ｒ１，Ｒ２）１０３、１０４の量子状態は、量子状態Ａ或いは量子状態Ｂとなっている。もちろん、どちらの量子状態にあるかは、送信装置２０、３０、受信装置４０、５０等の何れも知ることはできない。
【００３８】
量子状態決定情報（Ｄ）を受け取った送信装置２０の符号化部２６は、記憶部２２に格納されている送信内容情報（Ｍ１）を構成するメッセージビット（Ｍ１’）（１量子ビットに相当するビット）を抽出し、このメッセージビット（Ｍ１’）（送信内容情報を構成）を特定する量子状態を生成（符号化）する（ステップＳ４５）。この量子状態となった第３の量子ビット（Ｑ１）は、観測部２４に送られ、観測部２４は、量子メモリ２４ａから上記の初期量子状態検証処理に用いられなかった（この例では１個の）第１の量子ビット（Ｓ１）を抽出する。次に、観測部２４（量子ビット観測手段に相当）は、この第１の量子ビット（Ｓ１）（量子通信部２３において入力された第１の量子ビットに相当）と、符号化部２６によって量子状態が生成された第３の量子ビット（Ｑ１）とを｛（１／√２）（｜００＞＋｜１１＞），（１／√２）（｜００＞−｜１１＞），（１／√２）（｜０１＞＋｜１０＞），（１／√２）（｜０１＞−｜１０＞）｝の基底で観測（ベル測定）する（ステップＳ４６）。なお、ここで、量子ビット観測手段に相当する観測部２４は、所定数以上（この例では全て）の量子匿名送信装置２０、３０から上記補助量子ビット観測済み情報（ＴＭ１，ＴＭ２）が出力された後に、第１の量子ビット（Ｓ１）と第３の量子ビット（Ｑ１）とを観測することになる。
【００３９】
この観測結果（Ｖ１）は、回復方法情報生成部２７に送られ、回復方法情報生成部２７は、この観測結果（Ｖ１）と、符号化部２６から抽出した第３の量子ビット（Ｑ１）の量子状態を特定する情報Ｑ１’を用い、観測によって量子状態が収縮する第２の量子ビットの量子状態を、符号化部２６によって生成された量子状態に変換するための回復方法情報（ＤＥ１）を生成し（ステップＳ４７）、古典通信部２５へ送る。古典通信部２５（回復方法情報出力手段に相当）は、受け取った回復方法情報（ＤＥ１）を、古典通信路７０を通じ、制御装置８０に送信（出力）する（ステップＳ４８）。
【００４０】
同様に、量子状態決定情報（Ｄ）を受け取った送信装置３０の符号化部３６は、記憶部３２に格納されている送信内容情報（Ｍ２）を構成するメッセージビット（Ｍ２’）（１量子ビットに相当するビット）を抽出し、このメッセージビット（Ｍ２’）（送信内容情報を構成）を特定する量子状態を生成（符号化）する。この量子状態となった第３の量子ビット（Ｑ１）は、観測部３４に送られ、観測部３４は、量子メモリ３４ａから上記の初期量子状態検証処理に用いられなかった（この例では１個の）第１の量子ビット（Ｓ２）を抽出する。次に、観測部３４（量子ビット観測手段に相当）は、この第１の量子ビット（Ｓ２）（量子通信部３３において入力された第１の量子ビットに相当）と、符号化部３６によって量子状態が生成された第３の量子ビット（Ｑ２）とを｛（１／√２）（｜００＞＋｜１１＞），（１／√２）（｜００＞−｜１１＞），（１／√２）（｜０１＞＋｜１０＞），（１／√２）（｜０１＞−｜１０＞）｝の基底で観測（ベル測定）する。なお、ここで、量子ビット観測手段に相当する観測部３４は、所定数以上（この例では全て）の量子匿名送信装置２０、３０から上記補助量子ビット観測済み情報（ＴＭ１，ＴＭ２）が出力された後に、第１の量子ビット（Ｓ２）と第３の量子ビット（Ｑ２）とを観測することになる。
【００４１】
この観測結果（Ｖ２）は、回復方法情報生成部３７に送られ、回復方法情報生成部３７は、この観測結果（Ｖ２）と、符号化部３６から抽出した第３の量子ビット（Ｑ２）の量子状態を特定する情報Ｑ２’を用い、観測によって量子状態が収縮する第２の量子ビットの量子状態を、符号化部３６によって生成された量子状態に変換するための回復方法情報（ＤＥ２）を生成し、古典通信部３５へ送る。古典通信部３５（回復方法情報出力手段に相当）は、受け取った回復方法情報（ＤＥ２）を、古典通信路７０を通じ、制御装置８０に送信（出力）する。
【００４２】
ここで、上述のように生成される回復方法情報を概念的に説明する。
なお、この説明では、補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２）１０５、１０６の観測（ステップＳ４２）によって、図１２に例示した量子状態Ａに収縮したものとする（送信者・受信者はこの収縮状態を知らない）。この場合、図１３に例示するように、第１の量子ビット（Ｓ１）１０１が第２の量子ビット（Ｒ１）１０３とエンタングルド状態にあり、第１の量子ビット（Ｓ２）１０２が第２の量子ビット（Ｒ２）１０４とエンタングルド状態にあり、第３の量子ビット（Ｑ１）１１１と第１の量子ビット（Ｓ１）１０１が送信装置２０によって観測され、第３の量子ビット（Ｑ２）１１２と第１の量子ビット（Ｓ２）１０１が送信装置３０によって観測されることになる。
【００４３】
図１４の（ａ）は、この第１の量子ビット（Ｓ１）１０１、第２の量子ビット（Ｒ１）１０３及び第３の量子ビット（Ｑ１）１１１の量子状態を示している。この図に示すように、第３の量子ビット（Ｑ１）１１１の量子状態は、α｜０＞＋β｜１＞と表すことができ、エンタングルド状態にある第１の量子ビット（Ｓ１）１０１と第２の量子ビット（Ｒ１）１０３の量子状態は（１／√２）（｜００＞＋｜１１＞）と表される。
【００４４】
また、この図１４の（ａ）に示した量子状態は、図１４の（ｂ）に示した量子状態Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの重ね合わせの状態とみることもできる。すなわち、第１の量子ビット（Ｓ１）１０１と第３の量子ビット（Ｑ１）１１１とが｜００＞＋｜１１＞（量子状態Ｃ）、｜００＞−｜１１＞（量子状態Ｄ）、｜０１＞＋｜１０＞（量子状態Ｅ）、｜０１＞−｜１０＞（量子状態Ｆ）のエンタングルド状態にあり、第２の量子ビット（Ｒ１）１０３がα｜０＞＋β｜１＞（量子状態Ｃ）、α｜０＞−β｜１＞（量子状態Ｄ）、β｜０＞＋α｜１＞（量子状態Ｅ）、β｜０＞−α｜１＞（量子状態Ｆ）の量子状態にある重ね合わせである。そして、この重ね合わせの量子状態Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆは、第１の量子ビット（Ｓ１）１０１と第３の量子ビット（Ｑ１）１１１とが観測された瞬間に、この量子状態Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの何れかの状態に収縮する。
【００４５】
ここで、この観測を行った送信装置２０は、その観測結果より、どの量子状態に収縮したかを知ることができる。従って、この送信装置２０は、第２の量子ビット（Ｒ１）１０３の量子状態を知ることができる。例えば、ステップＳ４６の処理において第１の量子ビット（Ｓ１）１０１と第３の量子ビット（Ｑ１）１１１とが観測され、この量子状態が量子状態Ｆに収縮した場合、この量子状態は図１５の（ｂ）のようになり、第２の量子ビット（Ｒ１）１０３の量子状態はβ｜０＞−α｜１＞となっていることが分かる（ただし、送信装置２０は、この第２の量子ビットが量子ビット１０３なのか量子ビット１０４なのかを知ることはできない。）。また、送信装置２０は、第３の量子ビット（Ｑ１）１１１の量子状態（α｜０＞＋β｜１＞）を知っている（図１５（ａ））。従って、この送信装置２０では、第２の量子ビット（Ｒ１）１０３の量子状態にどのような変換を加えれば第３の量子ビット（Ｑ１）１１１の量子状態となるかを知ることができる。回復方法情報生成部２７は、このような変換方法を特定する情報を回復方法情報として生成する。
【００４６】
なお、この回復方法情報は、例えば、
【数３】
Ｉ，σｘ，σｚ，σｘσｚのいずれかのユニタリ変換を特定する情報であり、受信装置４０、５０のユニタリ変換部４４、５４は、この回復方法情報によって特定されるユニタリ変換を、それぞれ第２の量子ビット１０３、１０４に施し、第３の量子ビット（Ｑ１）１１１を復元する（後述）。図１５の（ｂ）の例では、σｘσｚによるユニタリ変換を特定する情報が回復方法情報として送信装置２０から出力されることになる。なお、図１５の（ｂ）のように、ユニタリ変換を特定する情報を、古典通信路を通じて通信相手に送り、通信相手が有する量子ビットを、送信内容を示す量子状態に変換して情報を伝達する手法を「量子テレポーテーション」といい、その技術的背景を示す文献としては「Ｃ．Ｈ．Ｂｅｎｎｅｔｔ， Ｇ．Ｂｒａｓｓａｒｄ， Ｃ．Ｃｒｅｐｅａｕ， Ｒ．Ｊｏｚｓａ， Ａ． Ｐｅｒｅｓ ａｎｄ Ｗ．Ｗｏｏｔｅｒｓ． Ｔｅｌｅｐｏｒｔｉｎｇ ａｎ ｕｎｋｎｏｗｎ ｓｔａｔｅ ｖｉａ ｄｕａｌ ｃｌａｓｓｉｃａｌ ａｎｄ ＥＰＲ ｃｈａｎｎｅｌｓ． Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ Ｌｅｔｔ．， ７０：１８９５−１８９９， １９９３．」等がある。
【００４７】
以上のように制御装置８０に送信装置２０から出力された回復方法情報（ＤＥ１）、及び送信装置３０から出力された回復方法情報（ＤＥ２）は、古典通信路７０を通じて制御装置８０に送られる。制御装置８０は、古典通信部８３において、これらの回復方法情報（ＤＥ１，ＤＥ２）を受信し、第２記憶部８６に送って、そこに記憶させる（ステップＳ１７）。
次に、回復方法情報検証部８７は、第２記憶部８６に記憶されている回復方法情報（ＤＥ１，ＤＥ２）を検証し、それらが全て一致するか否かを判断する（ステップＳ１８）。
【００４８】
ここで、これらの回復方法情報（ＤＥ１，ＤＥ２）が全て一致していなかった場合（少なくとも一部が異なっていた場合）、この回復方法情報検証部８７は、不一致情報（ＮＧ）を古典通信部８３に送り、この古典通信部８３は、古典通信路７０を通じて、この不一致情報（ＮＧ）を、配布装置１０、送信装置２０、３０、受信装置４０、５０に送る（ステップＳ２０）。この不一致情報（ＮＧ）を古典通信部１３で受信した配布装置１０は、この不一致情報（ＮＧ）を制御部１４に送り、制御部１４は、処理を初めからやり直すように指示する。また、この不一致情報（ＮＧ）を古典通信部２５、３５で受信した送信装置２０、３０は、この不一致情報（ＮＧ）を、それぞれ制御部２８、３８に送り、制御部２８、３８は、処理を初めからやり直すように指示する。なお、このやり直し処理においては、メッセージ（Ｍ１，Ｍ２）の再入力、再記憶は行わず、送信が完了していないメッセージビット（Ｍ１’，Ｍ２’）の送信処理の続きを行うものとする。一方、この不一致情報（ＮＧ）を古典通信部４３、５３で受信した受信装置４０、５０は、この不一致情報（ＮＧ）を、それぞれ制御部４６、５６に送り、制御部４６、５６は、処理を初めからやり直すように指示する（ステップＳ５１）。
【００４９】
一方、回復方法情報（ＤＥ１，ＤＥ２）が全て一致していた場合、この回復方法情報検証部８７は、回復方法情報が全て一致した旨の情報（以下、「回復方法情報（ＤＥ）」という。）を古典通信部８３に送り、古典通信部８３は、この回復方法情報（ＤＥ）を、古典通信路７０を通じて受信装置４０、５０に送信する（ステップＳ１９）。
受信装置４０に送信された回復方法情報（ＤＥ）は、古典通信部４３において受信され、ユニタリ変換部４４に送られる（ステップＳ５２）。なお、不一致情報（ＮＧ）も回復方法情報（ＤＥ）も受信していない場合、受信装置４０は待機状態にある（ステップＳ５１、Ｓ５２）。この回復方法情報（ＤＥ）を受け取ったユニタリ変換部４４は、量子メモリ４８から、上述の初期量子状態検証処理に用いられなかった（この例では１個の）第２の量子ビット（Ｒ１）を抽出し、古典通信部４３から送られた回復方法情報（ＤＥ）を用い、抽出した第２の量子ビット（Ｒ１）の量子状態を変換する。この例では、回復方法情報（ＤＥ）によって特定されるユニタリ変換を、抽出した第２の量子ビット（Ｒ１）に施す（ステップＳ５３）。この変換結果は出力部４５に送られ、出力部４５は、この変換結果を観測して出力する（ステップＳ５４）。
【００５０】
同様に、受信装置５０に送信された回復方法情報（ＤＥ）は、古典通信部５３において受信され、ユニタリ変換部５４に送られる。この回復方法情報（ＤＥ）を受け取ったユニタリ変換部５４は、量子メモリ５８から、上述の初期量子状態検証処理に用いられなかった（この例では１個の）第２の量子ビット（Ｒ２）を抽出し、古典通信部５３から送られた回復方法情報（ＤＥ）を用い、抽出した第２の量子ビット（Ｒ２）の量子状態を変換する。この例では、回復方法情報（ＤＥ）によって特定されるユニタリ変換を、抽出した第２の量子ビット（Ｒ１）に施す。この変換結果は出力部５５に送られ、出力部５５は、この変換結果を観測して出力する。
【００５１】
そして、送信装置２０、３０の記憶部２２、３２に記憶されているメッセージＭ１，Ｍ２を構成するメッセージビットＭ１’，Ｍ２’がｎ量子ビットであった場合、以上の処理をｎ回繰り返し、これにより、全てのメッセージＭ１，Ｍ２の伝送を終了する。
〔ハードウェア構成〕
最後に、この形態の構成を実現するためのハードウェア構成について例示する。
【００５２】
まず、量子メモリ２４ａ、３４ａ、４８、５８等の量子状態を保存するメモリとしては、例えば、量子ドット内の電子準位、核スピン、あるいは超伝導体内部の電荷（クーパー対）量をキュービットとして用いてデータを保存する装置等を用いることができる（Ａ．Ｂａｒｅｎｃｏ， Ｄ．Ｄｅｕｔｓｃｈ， ａｎｄ Ａ．Ｅｋｅｒｔ， Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ． Ｌｅｔｔ．７４，４０８３（１９９５）、松枝秀明 電子情報通信学会誌 Ａ Ｖｏｌ．Ｊ８１−Ａ Ｎｏ．１２（１９９８）１９７８、Ｔ．Ｈ．Ｏｏｓｔｅｒｋａｍｐ ｅｔ．ａｌ．， Ｎａｔｕｒｅ ３９５，８７３（１９９８）、Ｄ．Ｌｏｓｓ ａｎｄ Ｄ．Ｐ． ＤｉＶｉｎｃｅｎｚｏ， Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ． Ａ５７（１９９８） １２０． Ｔ．Ｏｓｈｉｍａ， ｑｕａｎｔ−ｐｈ／０００２００４、Ｂ．Ｅ．Ｋａｎｅ， Ａ ｓｉｌｉｃｏｎ−ｂａｓｅｄ ｎｕｃｌｅａｒ ｓｐｉｎ ｑｕａｎｔｕｍ ｃｏｍｐｕｔｅｒ， Ｎａｔｕｒｅ， ３９３， １３３（１９９８）、 ＨＹＰＥＲＬＩＮＫ ”ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｎｆ．ｕｎｓｗ．ｅｄｕ．ａｕ／” ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｎｆ．ｕｎｓｗ．ｅｄｕ．ａｕ／、Ｙ．Ｎａｋａｍｕｒａ， Ｙｕ． Ａ． Ｐａｓｈｋｉｎ ａｎｄ Ｊ．Ｓ．Ｔｓａｉ， Ｎａｔｕｒｅ ３９８（１９９９）７６８）。また、量子状態生成部１１、符号化部２６、３６としては、例えば、原子や非線形媒質の物理過程（光のパラメトリック下方変換等）を用いて直接エンタングルド状態を生成する装置を用いることができ（Ｍ．Ｑ．Ｓｃｕｌｌｙ， Ｂ．−Ｇ． Ｅｎｇｌｅｒｔ， ａｎｄ Ｃ． Ｊ． Ｂｅｄｎａｒ， Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ． Ｌｅｔｔ． ８３， ４４３３（１９９９））、また、ユニタリ変換部４４、５４としては、例えば、光子の偏光を量子ビットに用いた場合には、偏光に位相シフタを施す装置を用いることができ、量子ドット等を量子ビットとして用いた場合には、電場や磁場の操作を行う装置を用いることができる。また、観測部２４、３４、４２、５２としては、例えば、ビームスプリッタ、位相シフタ、光子検出器を組み合わせた装置を用いることができる。
【００５３】
以上説明したように、この形態の例では、まず、量子状態配布装置１０の量子状態生成部１１において、複数の第１の量子ビット（Ｓ１，Ｓ２）と複数の第２の量子ビット（Ｒ１，Ｒ２）とを特定の組み合わせでエンタングルド状態とした特定量子状態を、このエンタングルド状態にある量子ビットの組み合わせを相違させつつ、複数重ね合わせた量子状態（以下「重ね合わせ量子状態」という。）と、所定ビット以上が観測されることにより、重ね合わせ量子状態を、所定の特定量子状態に収縮させる複数の補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２）の量子状態（以下「補助量子状態」という。）と、からなる初期量子状態を生成する。次に、量子通信部１２において、この初期量子状態を構成する第１の量子ビット（Ｓ１，Ｓ２）と補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２）とを、複数の送信装置２０、３０に分散して出力し、この初期量子状態を構成する第２の量子ビット（Ｒ１，Ｒ２）を複数の受信装置４０、５０に分散して出力する。
【００５４】
次に、送信装置２０、３０の入力部２１、３１において、送信内容を特定する送信内容情報の入力を受け付け、量子通信部２３、３３において上述の第１の量子ビット（Ｓ１又はＳ２）と補助量子ビット（Ｔ１又はＴ２）との入力を受け、観測部２４、３４において、それぞれこれらの入力された補助量子ビット（Ｔ１又はＴ２）を観測する。
その後、符号合化部２６、３６において、送信内容情報を特定する量子状態を生成し、観測部２４、３４において、第１の量子ビット（Ｓ１又はＳ２）と、符号化部２６、３６において量子状態が生成された第３の量子ビット（Ｑ１又はＱ２）とを観測する。そして、この観測結果を用い、回復方法情報生成部２７、３７において、この観測によって量子状態が収縮する第２の量子ビット（Ｒ１又はＲ２）の量子状態を、第３の量子ビット（Ｑ１又はＱ２）の量子状態に変換するための回復方法情報を生成し、古典通信部２５、３５において、この回復方法情報を出力する。
【００５５】
一方、受信装置４０、５０では、量子通信部４１、５１において、第２の量子ビット（Ｒ１又はＲ２）の入力を受け、古典通信部４３、５３において、回復方法情報（ＤＥ）の入力を受け付ける。そして、この回復方法情報（ＤＥ）を用い、量子通信部４１、５１で入力された第２の量子ビット（Ｒ１又はＲ２）の量子状態を変換する。
ここで、送信装置２０が観測できる補助量子ビットは、初期量子状態を構成する全補助量子ビットの一部（Ｔ１）のみであり、この送信装置２０の補助量子ビットの観測のみでは、重ね合わせ量子状態（図１２）を所定の特定量子状態（図１２における量子状態Ａ或いは量子状態Ｂ）に収縮させることはできない。同様に、送信装置３０が観測できる補助量子ビットは、初期量子状態を構成する全補助量子ビットの一部（Ｔ２）のみであり、この送信装置３０の補助量子ビットの観測のみでは、重ね合わせ量子状態（図１２）を所定の特定量子状態（図１２における量子状態Ａ或いは量子状態Ｂ）に収縮させることはできない。つまり、送信装置２０、３０それぞれに配布された補助量子ビット全て（Ｔ１及びＴ２）を観測してはじめて重ね合わせ量子状態（図１２）を所定の特定量子状態図１２における量子状態Ａ或いは量子状態Ｂ）に収縮させることができる。
【００５６】
そのため、各送信装置２０、３０は、それぞれが観測した補助量子ビット（Ｔ１又はＴ２）の観測結果のみからは、重ね合わせ量子状態がどの特定量子状態に収縮したのかを知ることは不可能である。従って、各送信装置２０、３０では、この送信装置２０、３０に配布された第１の量子ビット（Ｓ１又はＳ２）が、どの受信装置４０、５０に配布された第２の量子ビット（Ｒ１又はＲ２）とエンタングルド状態にあるのかを知ることはできない。これは受信装置４０、５０側からみても同様である。
【００５７】
従って、受信装置４０、５０に入力された第２の量子ビット（Ｒ１又はＲ２）の量子状態を、送信装置２０、３０から送信された回復方法情報を用いて変換したとしても、その変換結果が、どの送信装置２０、３０の送信内容情報を特定する量子状態に該当するのかを知ることはできない。これにより、送信装置２０、３０は、自己の送信内容情報がどの受信装置４０、５０に伝達されたかを知ることはできず、同様に、受信装置４０、５０は、伝達された送信内容情報がどの送信装置２０、３０のものかを知ることができない。これにより、匿名通信の匿名性を十分確保することが可能となる。
【００５８】
また、この例における送信装置２０、３０の制御部２８、３８は、古典通信部２５、３５において出力された回復方法情報が、他の送信装置から出力された回復方法情報と一致しなかった場合に、処理のやり直しを指示することとした。これにより、回復方法情報の違いによって送信者が特定される事態を防止することが可能となる。
さらに、この例では、送信装置２０、３０の古典通信部２５、３５において、観測部２４、３４で補助量子ビット（Ｔ１又はＴ２）が観測された場合、補助量子ビット（Ｔ１又はＴ２）の観測が終了した旨の情報（補助量子ビット観測済み情報）を出力し、観測部２４、３４は、所定数以上（この形態では全て）の送信装置２０、３０から補助量子ビット観測済み情報が出力された後に、第１の量子ビット（Ｓ１又はＳ２）と第３の量子ビット（Ｑ１又はＱ２）とを観測することとした。これにより、初期量子状態の収縮に必要な補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２）が観測され、初期量子状態が量子状態Ａ又は量子状態Ｂ（図１２）の何れかに決定された後に、第１の量子ビット（Ｓ１又はＳ２）と第３の量子ビット（Ｑ１又はＱ２）とを観測することが可能となり、この形態の匿名通信が実質的に実現可能となる。
【００５９】
また、この例では、配布装置１０の量子状態生成部１１において初期量子状態を複数（この例ではｍ＋１個）生成し、量子通信部１２において、これらの生成された複数の初期量子状態を出力することとした。また、送信装置２０、３０の量子通信部２３、３３において、複数組（この例ではｍ＋１組）の第１の量子ビット（Ｑ１又はＱ２）及び補助量子ビット（Ｔ１又はＴ２）の入力受け付け、検証部２９、３９において、この入力された第１の量子ビット及び補助量子ビットから選択した所定数以上（この例ではｍ個）の第１の量子ビット及び補助量子ビットの正当性の検証を制御することとした。同様に、受信装置４０、５０の量子通信部４１、５１において、複数組（この例ではｍ＋１組）の第２の量子ビット（Ｒ１又はＲ２）の入力受け付け、検証部４７、５７において、この入力された第２の量子ビットから選択した所定数以上（この例ではｍ個）の第２の量子ビットの正当性の検証を制御することとした。そのため、この送信装置２０、３０及び受信装置４０、５０から出力された検証情報を用いることにより、配布装置１０から配布された量子状態の正当性を検証することができ、さらに、この検証に用いられなかった量子ビットを用いて匿名通信を行うことにより、この形態における匿名通信に対する初期量子状態の配布者や第三者による不正を防止することが可能となる。
【００６０】
なお、この発明は上述の実施の形態に限定されるものではない。例えば、このステップＳ１５での判断を、全ての送信装置が補助量子ビットを観測済みであるか否かではなく、所定数以上の送信装置が補助量子ビットを観測済みであるか否かの判断とすることとしてもよい。
また、この形態では制御装置８０が匿名通信システム１の全体を制御することとしたが、この制御装置８０の機能を複数の装置に分散することとしてもよく、それらの機能の少なくとも一部を配布装置１０、送信装置２０、３０、受信装置４０、５０の何れかに分散することとしてもよい。
【００６１】
第２の実施の形態：
次に、この形態における第２の実施の形態について説明する。この形態は、第１の実施の形態を一般化した形態であり、複数の量子匿名送信装置と複数の量子匿名受信装置との間で匿名通信を行うものである。なお、以下では、第１の実施の形態と相違する点を中心に説明を行い、第１の実施の形態と共通する事項（例えば、各装置の処理機能、ハードウェア構成等）については説明を省略する。
【００６２】
図１６は、この形態における量子匿名通信システム２００の全体構成を例示した概念図である。以下、この図を用いて、この形態の説明を行っていく。
〔システム構成〕
図１６に例示するように、この例の量子匿名通信システム２００は、量子テレポーテーションを用いた匿名通信を可能にする配布装置２１０、量子テレポーテーションを用いた匿名通信を行う複数の送信装置２２０〜２４０、受信装置２５０〜２７０及び量子匿名通信システム２００全体を制御する制御装置３００によって構成されている。また、この例の配布装置２１０は、量子通信路２８１〜２８６及び古典通信路２９０を通じ、送信装置２２０〜２４０及び受信装置２５０〜２７０と通信可能なように構成され、制御装置３００は古典通信路２９０を通じ、配布装置２１０、送信装置２２０〜２４０、及び受信装置２５０〜２７０と通信可能なように構成されている。
【００６３】
〔初期量子状態配布処理〕
第１の実施の形態と同様、まず、配布装置２１０において、複数の第１の量子ビットと複数の第２の量子ビットと（この例の場合、第１の量子ビットの数及び第２の量子ビットの数は、それぞれｋ個ずつ）を、特定の組み合わせでエンタングルド状態とした特定量子状態を、このエンタングルド状態にある量子ビットの組み合わせを相違させつつ、複数重ね合わせた量子状態（以下「重ね合わせ量子状態」という。）と、所定ビット以上が観測されることにより、重ね合わせ量子状態を、所定の特定量子状態に収縮させる複数の補助量子ビットの量子状態（以下「補助量子状態」という。）と、からなる初期量子状態（｜Φ＞）を複数（ｍ＋１個）同じ状態で生成する。
【００６４】
次に、配布装置２１０は、量子通信路２８１〜２８３を通じ、この生成した初期量子状態（｜Φ＞）を構成する第１の量子ビット（Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｋ）と補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｋ）とを、複数の送信装置２２０〜２４０に分散して出力（送信）し、この初期量子状態（｜Φ＞）を構成する第２の量子ビット（Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｋ）を、量子通信路２８４〜２８６を通じ、複数の受信装置２５０〜２７０に分散して出力（送信）する。この例の場合、ｍ＋１個の第１の量子ビット（Ｓ１）と補助量子ビット（Ｔ１）が量子通信路２８１を通じて送信装置２２０に送信され、ｍ＋１個の第１の量子ビット（Ｓ２）と補助量子ビット（Ｔ２）が量子通信路２８２を通じて送信装置２３０に送信され、・・・（他省略）、ｍ＋１個の第１の量子ビット（Ｓｋ）と補助量子ビット（Ｔｋ）が量子通信路２８３を通じて送信装置２４０に送信される。また、ｍ＋１個の第２の量子ビット（Ｒ１）が、量子通信路２８６を通じて受信装置２５０に送信され、ｍ＋１個の第２の量子ビット（Ｒ２）が、量子通信路２８５を通じて受信装置２６０に送信され、・・・（他省略）、ｍ＋１個の第２の量子ビット（Ｒｋ）が、量子通信路２８４を通じて受信装置２７０に送信される。なお、以上のように配布された初期量子状態（｜Φ＞）を式で表すと上述した（１）のようになる。
【００６５】
〔初期量子状態検証処理〕
このように初期量子状態（｜Φ＞）が配布されると、例えば次に、初期量子状態検証処理が行われる。
以下、この初期量子状態検証処理について説明を行う。
まず、送信装置２２０〜２４０は、送信された複数（この例ではｍ＋１個）の第１の量子ビット（Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｋ）と補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｋ）から、例えばランダムに選択した複数（この例ではｍ個）の第１の量子ビット（Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｋ）と補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｋ）をローカルに観測し、第１の実施の形態と同様に（以下同様）、検証情報（ＶＳ１，…，ＶＳｋ）を、古典通信路２９０を通じて制御装置３００に送信（出力）する。
【００６６】
同様に、受信装置２５０〜２７０は、送信された複数（この例ではｍ＋１個）の第２の量子ビット（Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｋ）から、例えばランダムに選択した複数（この例ではｍ個）の第２の量子ビット（Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｋ）をローカルに観測し、検証情報（ＶＲ１，…，ＶＲｋ）を、古典通信路２９０を通じて制御装置３００に送信（出力）する。
制御装置３００は、送られた検証情報（ＶＳ１，…，ＶＳｋ，ＶＲ１，…，ＶＲｋ）を基に、第１の量子ビット（Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｋ）、補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｋ）及び第２の量子ビット（Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｋ）が合格か否かを判断する。ここで、検証結果が合格でなかった場合、制御装置３００は、古典通信路２９０を通じ、ＮＧ情報を配布装置２１０、送信装置２２０〜２４０、受信装置２５０〜２７０に送信して処理を終了する。このＮＧ情報を受け取った配布装置２１０、送信装置２２０〜２４０、受信装置２５０〜２７０は、それぞれの処理を初期状態にリセットする。
【００６７】
一方、検証結果が合格であった場合、制御装置３００は、古典通信路７０を通じ、合格情報（Ｄ’）を送信装置２２０〜２４０に送信する。そして、この合格情報（Ｄ’）を受け取った送信装置２２０〜２４０は、以下の匿名通信処理を開始させる。
【００６８】
〔匿名通信処理〕
匿名通信を行う場合、まず、送信装置２２０〜２４０において、それぞれ、送信内容（メッセージ）を特定する送信内容情報の入力を受け付け、この送信内容情報を記憶する。
また、各送信装置２２０〜２４０は、上記の初期量子状態検証処理に用いられなかった（この例では１個の）補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｋ）を抽出し、｛｜πｉ＞｝（ただしπｉ∈Ｆｋ）の基底で観測する。補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｋ）の観測後、各送信装置２２０〜２４０は、それぞれ、前述の補助量子ビット観測済み情報（ＴＭ１，ＴＭ２，…，ＴＭｋ）を、古典通信路２９０を通じて制御装置３００に送信（出力）する。
【００６９】
このように制御装置３００に送信された補助量子ビット観測済み情報（ＴＭ１，ＴＭ２，…，ＴＭｋ）は、制御装置３００において受信され、記憶される。そして、制御装置３００は、この補助量子ビット観測済み情報（ＴＭ１，ＴＭ２，…，ＴＭｋ）を検証し、全ての送信装置２２０〜２４０が補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｋ）を観測済みであるか、すなわち、全ての送信装置２２０〜２４０に対応する補助量子ビット観測済み情報（ＴＭ１，ＴＭ２，…，ＴＭｋ）が制御装置３００に記憶されているか否かを判断する。ここで、全ての送信装置２２０〜２４０が補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｋ）を観測済みであると判断された場合、制御装置３００は、量子状態が収縮した旨を示す量子状態決定情報（Ｄ）を、古典通信路２９０を通じて全ての送信装置２２０〜２４０に送信する。
【００７０】
量子状態決定情報（Ｄ）を受け取った各送信装置２２０〜２４０は、前述したメッセージビットを特定する量子状態を生成（符号化）する。この量子状態となった第３の量子ビットは、上記の初期量子状態検証処理に用いられなかった（この例では１個の）第１の量子ビット（Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｋ）と共に観測（ベル測定）され、各送信装置２２０〜２４０は、この観測結果を用い、第１の実施の形態の場合と同様に回復方法情報（ＤＥ１，ＤＥ２，…，ＤＥｋ）を生成する。
このように各送信装置２２０〜２４０で生成された各回復方法情報（ＤＥ１，ＤＥ２，…，ＤＥｋ）は、古典通信路２９０を通じて制御装置３００に送られ、制御装置３００において記憶される。制御装置３００は、記憶した各回復方法情報（ＤＥ１，ＤＥ２，…，ＤＥｋ）を検証し、それらが全て一致するか否かを判断する。
【００７１】
ここで、これらの回復方法情報（ＤＥ１，ＤＥ２，…，ＤＥｋ）が全て一致していなかった場合（少なくとも一部が異なっていた場合）、制御装置３００は、古典通信路２９０を通じ、不一致情報（ＮＧ）を、配布装置２１０、送信装置２２０〜２４０、受信装置２５０〜２７０に送る。この不一致情報（ＮＧ）を受信した配布装置２１０、送信装置２２０〜２４０、受信装置２５０〜２７０は、処理を初期化する。なお、この初期化においては、メッセージの再入力、再記憶は行わず、送信が完了していないメッセージビットの送信処理の続きを行うものとする。
【００７２】
一方、回復方法情報（ＤＥ１，ＤＥ２，…，ＤＥｋ）が全て一致していた場合、制御装置３００は、回復方法情報（ＤＥ）を、古典通信路２９０を通じて、受信装置２５０〜２７０に送信する。
この回復方法情報（ＤＥ）を受け取った各受信装置２５０〜２７０は、上述の初期量子状態検証処理に用いられなかった（この例では１個の）第２の量子ビット（Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｋ）を抽出し、受け取った回復方法情報（ＤＥ）を用い、この第２の量子ビット（Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｋ）の量子状態を変換する。
【００７３】
そして、送信装置２２０〜２４０に記憶されているメッセージを構成するメッセージビット分だけ以上の処理をｎ回繰り返し、これにより、全てのメッセージの伝送を終了する。
以上説明したように、この形態の例では、まず、配布装置２１０において、複数の第１の量子ビット（Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｋ）と複数の第２の量子ビット（Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｋ）とを、特定の組み合わせでエンタングルド状態とした特定量子状態を、このエンタングルド状態にある量子ビットの組み合わせを相違させつつ、複数重ね合わせた量子状態（重ね合わせ量子状態）と、所定ビット以上が観測されることにより、重ね合わせ量子状態を、所定の特定量子状態に収縮させる複数の補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｋ）の量子状態（補助量子状態）と、からなる初期量子状態を生成し、 この初期量子状態を構成する第１の量子ビット（Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｋ）と補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｋ）とを、複数の送信装置２２０〜２４０に分散して出力し、この初期量子状態を構成する第２の量子ビット（Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｋ）を複数の受信装置２５０〜２７０に分散して出力する。
【００７４】
次に、各送信装置２２０〜２４０において、送信内容を特定する送信内容情報の入力を受け付け、第１の量子ビット（Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｋ）と補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｋ）との入力を受け付け、入力された補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｋ）を観測する。そして、入力された送信内容情報を特定する量子状態を生成し、この量子状態が生成された第３の量子ビットと第１の量子ビット（Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｋ）とを観測する。その後、この観測結果を用い、この観測によって量子状態が収縮する第２の量子ビット（Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｋ）の量子状態を、第３の量子ビットの量子状態に変換するための回復方法情報を生成し、出力する。
【００７５】
一方、受信装置２５０〜２７０では、第２の量子ビット（Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｋ）の入力を受け付け、回復方法情報の入力を受け付ける。そして、この回復方法情報を用い、第２の量子ビット（Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｋ）の量子状態を変換する。
ここで、第１の実施の形態と同様、各送信装置２２０〜２４０は、それぞれが観測した補助量子ビットの観測結果のみからは、初期量子状態の重ね合わせ量子状態が、どの特定量子状態に収縮したのかを知ることは不可能である。従って、各送信装置２２０〜２４０では、この送信装置２２０〜２４０に配布された第１の量子ビットが、どの受信装置２５０〜２７０に配布された第２の量子ビットとエンタングルド状態にあるのかを知ることはできない。これは受信装置２５０〜２７０側からみても同様である。
【００７６】
従って、受信装置２５０〜２７０に入力された第２の量子ビットの量子状態を、送信装置２２０〜２４０から送信された回復方法情報を用いて変換したとしても、その変換結果が、どの送信装置２２０〜２４０の送信内容情報を特定する量子状態に該当するのかを知ることはできない。これにより、送信装置２２０〜２４０は、自己の送信内容情報がどの受信装置２５０〜２７０に伝達されたかを知ることはできず、同様に、受信装置２５０〜２７０は、伝達された送信内容情報がどの送信装置２２０〜２４０のものかを知ることができない。これにより、匿名通信の匿名性を十分確保することが可能となる。
【００７７】
また、送信装置２２０〜２４０及び受信装置２５０〜２７０の数を増やし、それらに第１の量子ビット（Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｋ）、補助量子ビット（Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｋ）、及び第２の量子ビット（Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｋ）を配布してこの形態の匿名通信を行うことにより、初期量子状態の収縮時、どの第１の量子ビット（Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｋ）とどの第２の量子ビット（Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｋ）とがエンタングルド状態にあるのかの判断がより困難になり、匿名通信の安全性をより向上させることができる。
【００７８】
さらに、第１の実施の形態の例が奏するその他の技術的効果を奏することは、この形態についても同様である。
なお、この発明は上述の実施の形態に限定されるものではない。例えば、この形態では制御装置３００が匿名通信システム２００の全体を制御することとしたが、この制御装置３００の機能を複数の装置に分散することとしてもよく、それらの機能の少なくとも一部を配布装置２１０、送信装置２２０〜２５０、受信装置２５０〜２７０の何れかに分散することとしてもよい。
【００７９】
また、上述のように、第１の実施の形態及び第２の実施の形態における処理機能は、コンピュータによって実現することができる。この場合、配布装置、送信装置、受信装置、制御装置の少なくとも一部が有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述され、このプログラムをコンピュータで実行することにより、処理機能をコンピュータ上で実現することができる。
なお、この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等どのようなものでもよいが、具体的には、例えば、磁気記録装置として、ハードディスク装置、フレキシブルディスク、磁気テープ等を、光ディスクとして、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）、ＤＶＤ−ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＤ−Ｒ（Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）／ＲＷ（ＲｅＷｒｉｔａｂｌｅ）等を、光磁気記録媒体として、ＭＯ（Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｓｃ）等を、半導体メモリとしてＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）等を用いることができる。
【００８０】
また、このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させる構成としてもよい。
このようなプログラムを実行するコンピュータは、例えば、まず、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、一旦、自己の記憶装置に格納する。そして、処理実行時、このコンピュータは、自己の記録媒体に格納されたプログラムを読み取り、読み取ったプログラムに従った処理を実行する。また、このプログラムの別の実行形態として、コンピュータが可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することしてもよく、さらに、コンピュータにサーバコンピュータからプログラムが転送されるたびに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明では、まず、量子状態配布装置において、重ね合わせ量子状態と補助量子状態とからなる初期量子状態を生成し、この初期量子状態を構成する第１の量子ビットと補助量子ビットとを、複数の量子匿名送信装置に分散して出力し、この初期量子状態を構成する第２の量子ビットを複数の量子匿名受信装置に分散して出力する。
【００８２】
そして、量子匿名送信装置において、送信内容を特定する送信内容情報の入力を受け付け、量子状態配布装置から出力された第１の量子ビットと補助量子ビットとの入力を受け付け、この入力された補助量子ビットを観測する。その後、入力された送信内容情報を特定する量子状態を生成し、入力された第１の量子ビットと、量子状態が生成された第３の量子ビットとを観測する。さらに、この観測結果を用い、観測によって量子状態が収縮する第２の量子ビットの量子状態を、送信内容情報を特定する量子状態に変換するための回復方法情報を生成し、この回復方法情報を量子匿名受信装置に出力する。
【００８３】
一方、量子匿名受信装置では、まず、量子状態配布装置から出力された第２の量子ビットの入力を受け付け、量子匿名送信装置から出力された回復方法情報の入力を受け付ける。そして、この入力された回復方法情報を用い、入力された第２の量子ビットの量子状態を変換する。
ここで、各量子匿名送信装置は、それぞれが観測した補助量子ビットの観測結果のみからは、重ね合わせ量子状態がどの特定量子状態に収縮したのかを知ることは不可能である。従って、各量子匿名送信装置では、この量子匿名送信装置に配布された第１の量子ビットが、どの量子匿名受信装置に配布された第２の量子ビットとエンタングルド状態にあるのかを知ることはできない。これは量子匿名受信装置側からみても同様である。
【００８４】
従って、量子匿名受信装置に入力された第２の量子ビットの量子状態を、量子匿名送信装置から送信された回復方法情報を用いて変換したとしても、その変換結果が、どの量子匿名送信装置の送信内容情報を特定する量子状態に該当するのかを知ることはできない。これにより、量子匿名送信装置は、自己の送信内容情報がどの量子匿名受信装置に伝達されたかを知ることはできず、同様に、量子匿名受信装置は、伝達された送信内容情報がどの量子匿名送信装置のものかを知ることができない。これにより、匿名通信の匿名性を十分確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】量子匿名通信システムの全体構成を例示した概念図。
【図２】（ａ）は、配布装置の機能構成を例示したブロック図、（ｂ）は、制御装置８０の機能構成を例示したブロック図。
【図３】送信装置の機能構成を例示したブロック図。
【図４】送信装置の機能構成を例示したブロック図。
【図５】受信装置の機能構成を例示したブロック図。
【図６】受信装置の機能構成を例示したブロック図。
【図７】配布装置の処理を説明するためのフローチャート。
【図８】制御装置の処理を説明するためのフローチャート。
【図９】（ａ）は、送信装置の処理を説明するためのフローチャート、（ｂ）は、受信装置の処理を説明するためのフローチャート。
【図１０】送信装置の処理を説明するためのフローチャート。
【図１１】受信装置の処理を説明するためのフローチャート。
【図１２】配布された量子ビットの量子状態を説明するための概念図。
【図１３】収縮した特定量子状態を説明するための概念図。
【図１４】（ａ）（ｂ）は、エンタングルド状態にある量子状態を説明するための概念図。
【図１５】（ａ）（ｂ）は量子テレポーテーションを説明するための概念図。
【図１６】量子匿名通信システムの全体構成を例示した概念図。
【符号の説明】
１、２００ 量子通信システム
１０、２１０ 配布装置
２０、３０、２２０〜２４０ 送信装置
４０、５０、２５０〜２７０ 受信装置
８０、３００ 制御装置
Claims (13)
- 量子テレポーテーションを用いて匿名通信を行う量子匿名送信装置において、
送信内容を特定する送信内容情報の入力を受け付ける送信内容情報入力手段と、
エンタングルメント状態にある第１の量子ビットと、観測されることによって、上記第１の量子ビットのエンタングルメント状態の収縮に必要な条件の一部のみを成立させる補助量子ビットと、の入力を受け付ける量子状態入力手段と、
上記量子状態入力手段において入力された上記補助量子ビットを観測する補助量子ビット観測手段と、
上記送信内容情報入力手段において入力された上記送信内容情報を特定する量子状態を生成する符号化手段と、
上記量子状態入力手段において入力された上記第１の量子ビットと、上記符号化手段によって量子状態が生成された第３の量子ビットと、を観測する量子ビット観測手段と、
上記量子ビット観測手段による観測結果を用い、上記量子ビット観測手段における観測によって量子状態が収縮する第２の量子ビットの量子状態を、上記符号化手段によって生成された量子状態に変換するための回復方法情報を生成する回復方法情報生成手段と、
上記回復方法情報生成手段において生成された上記回復方法情報を出力する回復方法情報出力手段と、
を有することを特徴とする量子匿名送信装置。 - 上記回復方法情報出力手段において出力された上記回復方法情報が、他の量子匿名送信装置から出力された回復方法情報と一致しなかった場合に、処理のやり直しを指示する制御手段を、
さらに有することを特徴とする請求項１記載の量子匿名送信装置。 - 上記補助量子ビット観測手段において上記補助量子ビットが観測された場合、上記補助量子ビットの観測が終了した旨の情報（以下「補助量子ビット観測済み情報」という。）を出力する補助量子ビット観測済み情報出力手段を、さらに有し、
上記量子ビット観測手段は、
所定数以上の量子匿名送信装置から上記補助量子ビット観測済み情報が出力された後に、上記第１の量子ビットと上記第３の量子ビットとを観測する手段であること、
を特徴とする請求項１又は２の何れかに記載の量子匿名送信装置。 - 複数組の上記第１の量子ビット及び上記補助量子ビットの入力を受け付ける上記量子状態入力手段と、
上記量子状態入力手段において入力された上記第１の量子ビット及び上記補助量子ビットから選択した、所定数以上の上記第１の量子ビット及び上記補助量子ビットの正当性の検証を制御するビット検証手段と、
を有することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の量子匿名送信装置。 - 量子テレポーテーションを用いて匿名通信を行う量子匿名受信装置において、
エンタングルメント状態にある第２の量子ビットの入力を受け付ける量子状態入力手段と、
回復方法情報の入力を受け付ける回復方法情報入力手段と、
上記回復方法情報入力手段において入力された上記回復方法情報を用い、上記量子状態入力手段において入力された上記第２の量子ビットの量子状態を変換する量子状態変換手段と、
を有することを特徴とする量子匿名受信装置。 - 複数の上記第２の量子ビットの入力を受け付ける上記量子状態入力手段と、
上記量子状態入力手段において入力された上記第２の量子ビットから選択した、所定数以上の上記第２の量子ビットの正当性の検証を制御するビット検証手段と、
をさらに有することを特徴とする請求項５記載の量子匿名受信装置。 - 量子テレポーテーションを用いた匿名通信を可能にする量子状態配布装置において、
複数の第１の量子ビットと複数の第２の量子ビットとを特定の組み合わせでエンタングルド状態とした特定量子状態を、このエンタングルド状態にある量子ビットの組み合わせを相違させつつ、複数重ね合わせた量子状態（以下「重ね合わせ量子状態」という。）と、所定ビット以上が観測されることにより、上記重ね合わせ量子状態を、所定の特定量子状態に収縮させる複数の補助量子ビットの量子状態（以下「補助量子状態」という。）と、からなる初期量子状態を生成する初期量子状態生成手段と、
上記初期量子状態生成手段において生成された上記初期量子状態を構成する上記第１の量子ビットと上記補助量子ビットとを、複数の量子匿名送信装置に分散して出力し、この初期量子状態を構成する上記第２の量子ビットを複数の量子匿名受信装置に分散して出力する初期量子状態出力手段と、
を有することを特徴とする量子状態配布装置。 - 上記初期量子状態生成手段は、
上記初期量子状態を複数生成する手段であり、
上記初期量子状態出力手段は、
上記初期量子状態生成手段において生成された複数の上記初期量子状態を出力する手段であること、
を特徴とする請求項７記載の量子状態配布装置。 - 上記初期量子状態は、
ｋを上記量子匿名送信装置或いは上記量子匿名受信装置の数とし、上付き添え字（Ｓｊ）を、ｊ番目（ｊは１以上ｋ以下の自然数）の上記量子匿名送信装置に出力する上記第１の量子ビットに対応する添え字とし、上付き添え字（Ｒｊ）を、ｊ番目の上記量子匿名受信装置に出力する上記第２の量子ビットに対応する添え字とし、上付き添え字（Ｔｊ）を、ｊ番目の上記量子匿名送信装置に出力する上記補助量子ビットに対応する添え字とし、Ｆｋを置換情報の全体集合とし、σｊを、上記ｊ番目の上記量子匿名送信装置に出力する上記補助量子ビットが観測されることによって特定される置換情報を意味し、Ｕσを、この置換情報が所定数以上特定されることにより置換方法が特定されるユニタリ変換とした場合における、
を特徴とする請求項７或いは８の何れかに記載の量子状態配布装置。 - 量子テレポーテーションを用いた量子匿名通信方法において、
量子状態配布装置において行われる、
複数の第１の量子ビットと複数の第２の量子ビットとを特定の組み合わせでエンタングルド状態とした特定量子状態を、このエンタングルド状態にある量子ビットの組み合わせを相違させつつ、複数重ね合わせた量子状態（以下「重ね合わせ量子状態」という。）と、所定ビット以上が観測されることにより、上記重ね合わせ量子状態を、所定の特定量子状態に収縮させる複数の補助量子ビットの量子状態（以下「補助量子状態」という。）と、からなる初期量子状態を生成する初期量子状態生成ステップと、
上記初期量子状態生成ステップにおいて生成された上記初期量子状態を構成する上記第１の量子ビットと上記補助量子ビットとを、複数の量子匿名送信装置に分散して出力し、この初期量子状態を構成する上記第２の量子ビットを複数の量子匿名受信装置に分散して出力する初期量子状態出力ステップと、
上記量子匿名送信装置において行われる、
送信内容を特定する送信内容情報の入力を受け付ける送信内容情報入力ステップと、
上記第１の量子ビットと上記補助量子ビットとの入力を受け付ける量子状態入力ステップと、
上記量子状態入力ステップにおいて入力された上記補助量子ビットを観測する補助量子ビット観測ステップと、
上記送信内容情報入力ステップにおいて入力された上記送信内容情報を特定する量子状態を生成する符号化ステップと、
上記量子状態入力ステップにおいて入力された上記第１の量子ビットと、上記符号化ステップによって量子状態が生成された第３の量子ビットと、を観測する量子ビット観測ステップと、
上記量子ビット観測ステップによる観測結果を用い、上記量子ビット観測ステップにおける観測によって量子状態が収縮する上記第２の量子ビットの量子状態を、上記符号化ステップによって生成された量子状態に変換するための回復方法情報を生成する回復方法情報生成ステップと、
上記回復方法情報生成ステップにおいて生成された上記回復方法情報を出力する回復方法情報出力ステップと、
上記量子匿名受信装置において行われる、
上記第２の量子ビットの入力を受け付ける量子状態入力ステップと、
上記回復方法情報の入力を受け付ける回復方法情報入力ステップと、
上記回復方法情報入力ステップにおいて入力された上記回復方法情報を用い、上記量子状態入力ステップにおいて入力された上記第２の量子ビットの量子状態を変換する量子状態変換ステップと、
を有することを特徴とする量子匿名通信方法。 - 請求項１から４の何れかに記載された量子匿名送信装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
- 請求項５或いは６の何れかに記載された量子匿名受信装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
- 請求項７から９の何れかに記載された量子状態配布装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
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| JP2003142186A JP2004349833A (ja) | 2003-05-20 | 2003-05-20 | 量子匿名送信装置、量子匿名受信装置、量子状態配布装置、量子匿名通信方法、及びプログラム |
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|---|---|---|---|---|
| JP2006203559A (ja) * | 2005-01-20 | 2006-08-03 | Mitsubishi Electric Corp | 量子暗号通信システム及び方法 |
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-
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