JP2005286485A - Quantum encryption communication method and quantum encryption communication apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、量子暗号通信方法、および量子暗号通信装置に関する。さらに詳細には、量子暗号を用いた秘密情報の通信を実行する量子暗号通信方法、および量子暗号通信装置に関する。 The present invention relates to a quantum cryptography communication method and a quantum cryptography communication device. More specifically, the present invention relates to a quantum cryptography communication method and a quantum cryptography communication apparatus that execute communication of secret information using quantum cryptography.
昨今、ネットワーク通信、電子商取引の発展に伴い、通信におけるセキュリティ確保が重要な問題となっている。セキュリティ確保の1つの方法が暗号技術であり、様々な暗号化手法を用いた通信が行なわれている。 In recent years, with the development of network communication and electronic commerce, ensuring security in communication has become an important issue. One method of ensuring security is encryption technology, and communication using various encryption methods is performed.
暗号化方式には、大別して共通鍵方式、公開鍵方式がある。共通鍵方式は、対称暗号方式ともよばれ、発信者、受信者の双方で共通の秘密鍵を保有する。共通鍵方式の代表的な方法として、DES(Data Encryption Standard)がある。DESアルゴリズムの特徴は、暗号化と復号化とをほぼ同じアルゴリズムで実行可能なことである。 Encryption methods are roughly classified into a common key method and a public key method. The common key method is also called a symmetric encryption method, and holds a secret key common to both the sender and the receiver. As a typical method of the common key method, there is DES (Data Encryption Standard). A feature of the DES algorithm is that encryption and decryption can be executed by almost the same algorithm.
この共通鍵暗号に対して、発信者と受信者の鍵を異なるものとした構成が公開鍵方式または非対称暗号方式である。公開鍵暗号方式では、暗号化、復号化に共通の秘密鍵を用いる共通鍵暗号方式と異なり、秘密に保つ必要のある秘密鍵は、特定の1人が持てばよいため鍵の管理において有利である。ただし、公開鍵暗号方式は共通鍵暗号方式に比較してデータ処理速度が遅く、一般には、秘密鍵の配送、ディジタル署名等のデータ量の少ない対象に多く用いられている。公開鍵暗号方式の代表的なものにはRSA(Rivest-Shamir-Adleman)暗号がある。これは非常に大きな2つの素数(例えば150桁)の積を用いるものであり、大きな2つの素数(例えば150桁)の積の素因数分解する処理の困難さを利用している。 The public key system or the asymmetric encryption system is a configuration in which the sender and receiver have different keys for the common key encryption. Unlike the common key cryptosystem that uses a common secret key for encryption and decryption, the public key cryptosystem is advantageous in key management because the secret key that needs to be kept secret must be held by a specific person. is there. However, the public key cryptosystem has a slower data processing speed than the common key cryptosystem, and is generally used for a small amount of data such as secret key distribution and digital signature. A typical public key cryptosystem is RSA (Rivest-Shamir-Adleman) cryptography. This uses a product of two very large prime numbers (for example, 150 digits), and utilizes the difficulty of the process of factoring the product of two large prime numbers (for example, 150 digits).
しかし、量子力学の原理を利用する量子コンピュータを用いれば計算の困難さは解消されることが証明されているほか、計算の困難さについての情報理論的な証明は存在しないので、現在のコンピュータを利用する効率的なアルゴリズムが発見される可能性もあり、公開鍵暗号方式の安全性には疑問がある。 However, it has been proved that the difficulty of calculation can be eliminated by using a quantum computer that uses the principle of quantum mechanics, and there is no information-theoretic proof about the difficulty of calculation. There is a possibility that an efficient algorithm to be used will be discovered, and there is a question about the security of the public key cryptosystem.
一方、秘密鍵を共有する共通鍵方式では、第3者に知られないように秘密鍵を共有する必要がある。例えばネットワークを介して秘密鍵の共有処理を行なう場合には、ネットワークの盗聴などに対して十分な対策を講じることが必要となる。 On the other hand, in the common key method for sharing the secret key, it is necessary to share the secret key so as not to be known to a third party. For example, when a secret key sharing process is performed via a network, it is necessary to take sufficient measures against eavesdropping on the network.
量子暗号を適用することで、物理法則を利用して安全に秘密鍵を共有することが可能になる。量子暗号を用いた秘密情報の通信は、例えば光ファイバーを介した微弱な信号光(平均光子数が1個程度)の送信によって行なわれる。量子暗号を用いた秘密情報の通信における安全性は、量子暗号を適用した通信チャネルからの信号検出において微弱な光の状態を一回の測定で正確に決定することができないということに基づく。 By applying quantum cryptography, it becomes possible to share secret keys securely using physical laws. The communication of the secret information using the quantum cryptography is performed by transmitting weak signal light (average photon number is about 1) through an optical fiber, for example. Security in communication of secret information using quantum cryptography is based on the fact that the weak light state cannot be accurately determined by a single measurement in signal detection from a communication channel to which quantum cryptography is applied.
量子暗号を用いた秘密情報の通信の概要について説明する。秘密データの共有は、送信側において光に対する偏光処理、あるいは位相変調処理を施して送信し、受信側でこれを検出することを基本として行なわれる。 An outline of secret information communication using quantum cryptography will be described. Secret data is shared on the basis that transmission is performed by applying polarization processing or phase modulation processing to light on the transmission side, and this is detected on the reception side.
位相変調処理を適用した秘密情報の通信処理例について、図を参照して説明する。図1に示すように、送信者(Alice)10から、受信者(Bob)20に対して例えば光ファイバー等のデータ通信路30を介して光信号が送信される。
An example of a secret information communication process to which the phase modulation process is applied will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, an optical signal is transmitted from a sender (Alice) 10 to a receiver (Bob) 20 via a
送信者(Alice)10側では、変調器11を適用して、{0,π/2,π,3π/2}のいずれかの位相変調をコヒーレント光に対して施して出力する。例えば、図に示すように、ビット0に対しては、0またはπ/2の位相変調光とし、ビット1に対しては、π,または3π/2の位相変調光として出力する。
On the sender (Alice) 10 side, the
例えば、図1の下段に示す表において選択ビット列が(a)のビット系列である場合、変調器11から出力される位相変調光は(b)に示すような位相変調系列信号として受信者(Bob)20側に送信される。なお、ここでは、(a)の選択ビット系列の設定の後、選択ビット系列に対応する変調処理を行なう設定例を説明するが、(a)の選択ビット系列の設定を行うことなく、ランダムなシーケンスで変調を行なってもよい。すなわち、(a)の選択ビット系列の設定を行うことなく、(b)に示す位相変調をランダムに実行し、その後、変調系列データに対応するビット列、すなわち(a)の選択ビット列を導く構成でもよい。
For example, in the table shown in the lower part of FIG. 1, when the selected bit string is the bit sequence of (a), the phase-modulated light output from the
次に、受信者(Bob)20側の処理について、図2を参照して説明する。受信者(Bob)20側では、観測器21において、{0,π/2}のいずれかをランダムに選択して位相変調を行い干渉を測定する。干渉測定により、干渉の検出が可能なケースは、下記の2つのケースである。
(1)データ送信側の位相変調=0,π→観測器21において0の位相変調を行なった場合
(2)データ送信側の位相変調=π/2,3π/2→観測器21においてπ/2の位相変調を行なった場合
である。
Next, processing on the receiver (Bob) 20 side will be described with reference to FIG. On the receiver (Bob) 20 side, the
(1) When phase modulation of data transmission side = 0, π → 0 in the observer 21 (2) Phase modulation of data transmission side = π / 2, 3π / 2 → π / in the
それ以外の組み合わせでは、干渉に基づくビット検出はできない。例えば、受信者(Bob)20側の観測器21において、図2の下段の表に示す(c)の位相変調処理を実行した場合、(d)に示すビット検出が可能となる。(d)干渉に基づく確認ビットに示すデータにおいて、[0],[1]が、上記条件(1)または(2)を満足する組み合わせであり、ビットの識別が実行できた部分であり、[×]は、上記条件(1),(2)を満足しない組み合わせであり、ビットの識別が実行できなかった部分である。
In other combinations, bit detection based on interference is not possible. For example, in the
次に、受信者(Bob)20は、図3に示すように、受信者(Bob)20側の観測器21において適用した変調系列情報、すなわち図の下段の表の(c)の情報列を送信者(Alice)10側に通知する。図に示す{0,0,π/2,π/2,0・・}である。
Next, as shown in FIG. 3, the receiver (Bob) 20 uses the modulation sequence information applied in the
送信者(Alice)10は、受信者(Bob)20から受領した変調系列情報に基づいて、ビット検出に適応した正しい変調が行なわれた部位、すなわち上記条件(1)または(2)を満足する組み合わせである部位と、正しくない変調が行なわれた部位、すなわち上記条件(1),(2)を満足しない組み合わせである部位を示す情報を生成して受信者(Bob)20に送信する。すなわち図の下段の表の(e)の情報列を受信者(Bob)20側に通知する。図に示す{○,×,○,×,○,○・・}である。 Based on the modulation sequence information received from the receiver (Bob) 20, the sender (Alice) 10 satisfies a portion where correct modulation suitable for bit detection has been performed, that is, the above condition (1) or (2). Information indicating a part that is a combination and a part that has been subjected to incorrect modulation, that is, a part that does not satisfy the conditions (1) and (2) is generated and transmitted to the receiver (Bob) 20. That is, the receiver (Bob) 20 side is notified of the information column (e) in the lower table of the figure. {◯, ×, ○, ×, ○, ○ ··} shown in the figure.
なお、図3に示す受信者(Bob)20側からの変調系列情報{0,0,π/2,π/2,0・・}、送信者(Alice)10側からの情報{○,×,○,×,○,○・・}は公開通信路を適用してよい。 Note that the modulation sequence information {0, 0, π / 2, π / 2, 0... From the receiver (Bob) 20 side shown in FIG. 3, the information {O, × from the sender (Alice) 10 side , ○, ×, ○, ○ ··} may apply public communication paths.
次に、図4に示すように、受信者(Bob)20は、観測器21において検出されたビット情報列を送信者(Alice)10側に通知する。図に示す{0,0,1,0・・}である。一方、送信者(Alice)10は、上記条件(1)または(2)を満足する組み合わせである部位のみの構成ビット列情報を受信者(Bob)20に通知する。図に示す{0,0,1,0・・}である。これは、図の下段の表において、(a)の送信ビットから(e)送受信側の変調適合において[○]が設定されたもののみを選択したビット系列である。これらの通知処理も公開通信路を介して実行してよい。
Next, as shown in FIG. 4, the receiver (Bob) 20 notifies the sender (Alice) 10 side of the bit information sequence detected by the
データ通信路30において通信データの盗聴が行なわれていない場合は、図4に示すビットの相互通知処理において、すべての確認ビットが一致する。しかし、データ通信路30において通信データの盗聴が行なわれると、図5に示すように、ビットの相互通知処理において、相互の通知ビットのずれが発生する。これは、データ通信路30の盗聴により、変調状態が変化してしまうことによる。データ通信路30における盗聴がない場合には、相互の通知ビットのずれは発生することがない。
When the communication data is not wiretapped on the
このようなデータ通信により、例えば共通鍵暗号方式における秘密鍵などの秘密情報を共有することが可能となる。なお、例えば秘密鍵nビットを共有する場合は、図4を参照して説明した相互通知処理のなされたビットが互いに一致することを確認した後、予め相互に通知済みの共通のビット選択処理により、上記処理によって共有できたmビット(m>n)からnビットを選択するなどの処理が実行される。 Such data communication makes it possible to share secret information such as a secret key in a common key cryptosystem. For example, when n bits of the secret key are shared, after confirming that the bits subjected to the mutual notification processing described with reference to FIG. 4 match each other, the common bit selection processing that has been notified to each other in advance is performed. Processing such as selecting n bits from m bits (m> n) that can be shared by the above processing is executed.
なお、上述の量子暗号を適用したデータ通信においては、正規の受信者は、送信者から送信される微弱なパルス光を検出することが必要となる。微弱なパルス光を検出する方法としては、単一光子検出法とホモダイン検出法がある。ホモダイン検出法は微弱な信号光(平均光子数が1個程度)と比較的強度の強いLO光(典型的な平均光子数は106程度)を重ね合わせて信号光の状態を測定する方法である。
Note that in data communication to which the above-described quantum cryptography is applied, it is necessary for a legitimate receiver to detect weak pulse light transmitted from the transmitter. As a method for detecting weak pulse light, there are a single photon detection method and a homodyne detection method. In homodyne detection method how weak signal light (the average number of
ホモダイン検出法の利点は、室温での動作が可能で、現在の技術でも理論的な限界に近い測定が可能であること、直交位相振幅の確率分布関数のように測定状態についてのより詳細な情報が得られることなどがある。 The advantage of the homodyne detection method is that it can operate at room temperature and can be measured close to the theoretical limit with current technology, and more detailed information about the measurement state such as the probability distribution function of quadrature amplitude Can be obtained.
しかし、従来の量子暗号を適用した秘密情報の通信装置および方法では、通信経路として利用される光ファイバーあるいは自由空間において生じる光の偏光状態の乱れや光路長のずれによって、正確な信号検出が困難になるという問題が発生し、実用化の妨げになっているというのが現状である。 However, in the secret information communication device and method using the conventional quantum cryptography, accurate signal detection is difficult due to the disturbance of the polarization state of the optical fiber or the optical path length generated in the optical fiber or free space used as the communication path. The current situation is that it has become a hindrance to practical use.
一方、単一光子検出を用いる量子暗号の場合には、これらの乱れやずれを自動的に補正する方法が既に報告されている。しかし、単一光子検出を用いる場合には、検出効率の高い検出素子がないという問題がある。例えば単一光子検出に適用可能とされるアバランシェフォトダイオードを利用する場合、素子を低温に保つ必要があるなど実用上の問題が多い。 On the other hand, in the case of quantum cryptography using single photon detection, a method for automatically correcting these disturbances and deviations has already been reported. However, when single photon detection is used, there is a problem that there is no detection element with high detection efficiency. For example, when using an avalanche photodiode that can be applied to single photon detection, there are many practical problems such as the need to keep the element at a low temperature.
単一光子検出を用いる量子暗号において提案されている信号の乱れやずれを自動的に補正する方法をホモダイン検出法に適用するという考えもあるが、単一光子検出を用いる量子暗号において提案されている信号の乱れやずれを自動的に補正する方法では、2つのパルス光が重なり合い干渉を起こす際に、両者の強度が等しくなってしまい、信号光とLO光の強度が異なるホモダイン検出の場合にそのまま適用することは困難であるという問題がある。 Although there is an idea to apply the homodyne detection method to the method of automatically correcting signal disturbance and shift proposed in quantum cryptography using single photon detection, it has been proposed in quantum cryptography using single photon detection. In the method of automatically correcting the disturbance or deviation of the signal, when two pulse lights overlap and cause interference, the intensity of the two becomes equal, and in the case of homodyne detection where the intensity of the signal light and the LO light are different. There is a problem that it is difficult to apply as it is.
このように、これまでに提案されている量子暗号を適用した秘密情報の通信装置および方法では、通信経路として利用される光ファイバーあるいは自由空間における光の偏光状態の乱れや光路長のずれを防止できず、その結果として正確な信号検出ができないという問題が存在していた。 As described above, in the secret information communication apparatus and method to which the quantum cryptography proposed so far is applied, it is possible to prevent disturbance of the polarization state of light and deviation of the optical path length in the optical fiber or free space used as the communication path. As a result, there has been a problem that accurate signal detection cannot be performed.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、量子暗号を適用した秘密情報の通信において生じる光の偏光状態の乱れや光路長のずれを解消し、正確な信号検出を可能とした量子暗号通信方法、および量子暗号通信装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and eliminates the disturbance of the polarization state of light and the deviation of the optical path length that occur in the communication of secret information to which quantum cryptography is applied, and enables accurate signal detection. An object is to provide a quantum cryptography communication method and a quantum cryptography communication device.
本発明の第1の側面は、
量子暗号に基づく通信処理を実行する量子暗号通信方法であり、
第1の通信端末から通信路上に時間差を持つ複数のパルス光を出力するパルス光出力ステップと、
第2の通信端末において、前記複数のパルス光を前記通信路を介して受信し、前記複数のパルス光から選択されたパルス光のみの減衰および変調処理を実行し、減衰パルス光と非減衰パルス光とを前記第1の通信端末に返信するパルス光返信ステップと、
前記第1の通信端末において、前記第2の通信端末から減衰パルス光と非減衰パルス光とを受信し、該減衰パルス光と非減衰パルス光に基づく干渉測定による通信情報の解析を実行する情報解析ステップと、
を有することを特徴とする量子暗号通信方法にある。
The first aspect of the present invention is:
A quantum cryptography communication method for performing communication processing based on quantum cryptography,
A pulsed light output step for outputting a plurality of pulsed light having a time difference on the communication path from the first communication terminal;
In the second communication terminal, the plurality of pulse lights are received via the communication path, and attenuation and modulation processing of only the pulse light selected from the plurality of pulse lights is executed, and the attenuated pulse light and the non-attenuated pulse are executed. A pulsed light reply step of returning light to the first communication terminal;
Information for receiving, in the first communication terminal, attenuated pulsed light and non-attenuated pulsed light from the second communication terminal, and analyzing communication information by interference measurement based on the attenuated pulsed light and non-attenuated pulsed light An analysis step;
The quantum cryptography communication method is characterized by comprising:
さらに、本発明の量子暗号通信方法の一実施態様において、前記第1の通信端末は、前記パルス光出力ステップにおいて、通信路上に出力する時間差を持つ2つのパルス光の各々を前記第1の通信端末内の異なる経路を通過させた後、通信路に出力し、前記情報解析ステップにおいては、前記第2の通信端末から受信する前記2つのパルス光に対応する減衰パルス光と非減衰パルス光とを、前記パルス光出力ステップにおいて各パルス光が通過した経路を相互に入れ替えて通過させて、各パルス光の通信端末間の往復経路を一致させて各パルス光に基づく干渉測定を実行することを特徴とする。 Furthermore, in an embodiment of the quantum cryptography communication method of the present invention, the first communication terminal transmits each of two pulse lights having a time difference to be output on a communication path in the pulse light output step. After passing through different paths in the terminal, output to the communication path, and in the information analysis step, attenuated pulse light and non-attenuated pulse light corresponding to the two pulse lights received from the second communication terminal, In the pulsed light output step, the paths through which each pulsed light has passed are interchanged, and the round trip paths between the communication terminals of each pulsed light are matched to perform interference measurement based on each pulsed light. Features.
さらに、本発明の量子暗号通信方法の一実施態様において、前記第2の通信端末におけるパルス光返信ステップは、ファラデーミラーによるパルス光の反射処理を含むステップであることを特徴とする。 Furthermore, in an embodiment of the quantum cryptography communication method of the present invention, the pulse light return step in the second communication terminal is a step including a reflection process of pulse light by a Faraday mirror.
さらに、本発明の量子暗号通信方法の一実施態様において、前記第2の通信端末におけるパルス光返信ステップは、前記第1の通信端末から受信する複数のパルス光から選択されたパルス光のみの減衰および変調処理を実行して信号光を生成し、前記信号光と、非減衰パルス光としてのLO光とを前記第1の通信端末に返信する処理を実行することを特徴とする。 Furthermore, in an embodiment of the quantum cryptography communication method of the present invention, the pulse light return step in the second communication terminal is an attenuation of only the pulse light selected from the plurality of pulse lights received from the first communication terminal. And performing modulation processing to generate signal light, and performing processing for returning the signal light and LO light as non-attenuated pulsed light to the first communication terminal.
さらに、本発明の量子暗号通信方法の一実施態様において、前記第1の通信端末において実行する情報解析ステップは、前記第2の通信端末からの減衰パルス光である信号光と非減衰パルス光としてのLO光とに基づくホモダイン検出処理を実行するステップであることを特徴とする。 Furthermore, in one embodiment of the quantum cryptography communication method of the present invention, the information analysis step executed in the first communication terminal includes signal light that is attenuated pulse light from the second communication terminal and non-attenuated pulse light. This is a step of performing a homodyne detection process based on the LO light.
さらに、本発明の量子暗号通信方法の一実施態様において、前記第2の通信端末において実行するパルス光返信ステップは、音響光学素子を適用した選択パルス光の減衰処理を実行するステップを含むことを特徴とする。 Furthermore, in one embodiment of the quantum cryptography communication method of the present invention, the pulsed light return step executed in the second communication terminal includes a step of executing attenuation processing of the selected pulsed light to which the acoustooptic element is applied. Features.
さらに、本発明の量子暗号通信方法の一実施態様において、前記第2の通信端末において実行するパルス光返信ステップは、LiNbO3位相変調器に基づく選択パルス光の位相変調処理を実行するステップを含むことを特徴とする。 Furthermore, in one embodiment of the quantum cryptography communication method of the present invention, the pulsed light return step executed in the second communication terminal includes a step of executing a phase modulation process of the selected pulsed light based on the LiNbO 3 phase modulator. It is characterized by that.
さらに、本発明の量子暗号通信方法の一実施態様において、前記量子暗号通信方法において、さらに、前記第1の通信端末は、パルス光の位相変調処理を実行するステップを含むことを特徴とする。 Furthermore, in an embodiment of the quantum cryptography communication method of the present invention, in the quantum cryptography communication method, the first communication terminal further includes a step of performing a phase modulation process of pulsed light.
さらに、本発明の量子暗号通信方法の一実施態様において、前記パルス光の位相変調処理は、LiNbO3位相変調器に基づくパルス光の位相変調処理であることを特徴とする。 Furthermore, in an embodiment of the quantum cryptography communication method of the present invention, the phase modulation processing of the pulsed light is a phase modulation processing of pulsed light based on a LiNbO 3 phase modulator.
さらに、本発明の量子暗号通信方法の一実施態様において、前記第2の通信端末において実行するパルス光返信ステップは、前記通信路を介して受信するパルス光をビームスプリッタで分離し、減衰および変調処理を実行するパルスの到着タイミングを検出し、該検出情報に基づく制御により、前記複数のパルス光から選択されたパルス光のみの減衰および変調処理を実行するステップを含むことを特徴とする。 Furthermore, in one embodiment of the quantum cryptography communication method of the present invention, the pulse light return step executed in the second communication terminal is performed by separating the pulse light received via the communication path by a beam splitter, and performing attenuation and modulation. The present invention includes a step of detecting arrival timing of a pulse for executing processing and executing attenuation and modulation processing of only the pulse light selected from the plurality of pulse lights by control based on the detection information.
さらに、本発明の量子暗号通信方法の一実施態様において、前記量子暗号通信方法は、さらに、前記第1の通信端末において、前記通信路を介して受信する複数のパルス光をビームスプリッタで分離し、変調処理およびホモダイン検出処理を実行するパルスの到着タイミングを検出し、該検出情報に基づく制御により、前記複数のパルス光から選択されたパルス光のみの変調処理と、ホモダイン検出を実行するステップを含むことを特徴とする。 Furthermore, in one embodiment of the quantum cryptography communication method of the present invention, the quantum cryptography communication method further includes, in the first communication terminal, separating a plurality of pulse lights received via the communication path by a beam splitter. Detecting the arrival timing of the pulses for executing the modulation process and the homodyne detection process, and performing the modulation process of only the pulsed light selected from the plurality of pulsed light and the homodyne detection by the control based on the detection information It is characterized by including.
さらに、本発明の量子暗号通信方法の一実施態様において、前記第1の通信端末、または前記第2の通信端末の少なくとも一方が複数の端末によって構成され、前記通信路に対する出力パルス光に対する波長分割多重処理を実行し、多重化光信号として端末間通信を実行することを特徴とする。 Furthermore, in one embodiment of the quantum cryptography communication method of the present invention, at least one of the first communication terminal or the second communication terminal is configured by a plurality of terminals, and wavelength division is performed on the output pulse light for the communication path. Multiplexing processing is executed, and terminal-to-terminal communication is executed as a multiplexed optical signal.
さらに、本発明の第2の側面は、
量子暗号に基づく通信処理を実行する量子暗号通信装置であり、
通信路上に時間差を持つ複数のパルス光を出力する第1の通信端末と、
前記複数のパルス光を前記通信路を介して受信し、前記複数のパルス光から選択されたパルス光のみの減衰および変調処理を実行し、減衰パルス光と非減衰パルス光とを前記第1の通信端末に返信する第2の通信端末とからなり、
前記第1の通信端末は、前記第2の通信端末から減衰パルス光と非減衰パルス光とを受信し、該減衰パルス光と非減衰パルス光に基づく干渉測定による通信情報の解析を実行する構成を有することを特徴とする量子暗号通信装置にある。
Furthermore, the second aspect of the present invention provides
A quantum cryptography communication device that executes communication processing based on quantum cryptography,
A first communication terminal that outputs a plurality of pulse lights having a time difference on the communication path;
Receiving the plurality of pulse lights via the communication path, performing attenuation and modulation processing of only the pulse light selected from the plurality of pulse lights, and supplying attenuated pulse light and non-attenuated pulse light to the first A second communication terminal that replies to the communication terminal,
The first communication terminal receives attenuated pulsed light and non-attenuated pulsed light from the second communication terminal, and performs analysis of communication information by interference measurement based on the attenuated pulsed light and non-attenuated pulsed light In the quantum cryptography communication device,
さらに、本発明の量子暗号通信装置の一実施態様において、前記第1の通信端末は、前記パルス光の出力処理において、通信路上に出力する時間差を持つ2つのパルス光の各々を前記第1の通信端末内の異なる経路を通過させた後、通信路に出力する構成であり、前記第2の通信端末から受信する前記2つのパルス光に対応する減衰パルス光と非減衰パルス光とを、前記パルス光の出力時に各パルス光が通過した経路を相互に入れ替えて通過させて、各パルス光の通信端末間の往復経路を一致させて各パルス光に基づく干渉測定を実行する構成であることを特徴とする。 Furthermore, in an embodiment of the quantum cryptography communication device of the present invention, the first communication terminal receives each of the two pulse lights having a time difference to be output on a communication path in the pulse light output process. After passing through different paths in the communication terminal, the output to the communication path, attenuated pulsed light and non-attenuated pulsed light corresponding to the two pulsed light received from the second communication terminal, It is configured to perform interference measurement based on each pulsed light by passing the path through which each pulsed light passes at the time of output of the pulsed light, and matching the round-trip path between the communication terminals of each pulsed light. Features.
さらに、本発明の量子暗号通信装置の一実施態様において、前記第2の通信端末は、ファラデーミラーによるパルス光の反射処理を実行する構成を有することを特徴とする。 Furthermore, in one embodiment of the quantum cryptography communication device of the present invention, the second communication terminal has a configuration for performing a pulsed light reflection process by a Faraday mirror.
さらに、本発明の量子暗号通信装置の一実施態様において、前記第2の通信端末は、前記第1の通信端末から受信する複数のパルス光から選択されたパルス光のみの減衰および変調処理を実行して信号光を生成し、前記信号光と、非減衰パルス光としてのLO光とを前記第1の通信端末に返信する処理を実行する構成であることを特徴とする。 Furthermore, in an embodiment of the quantum cryptography communication device of the present invention, the second communication terminal executes attenuation and modulation processing only for pulsed light selected from a plurality of pulsed light received from the first communication terminal. Then, the signal light is generated, and the process of returning the signal light and the LO light as the non-attenuated pulse light to the first communication terminal is performed.
さらに、本発明の量子暗号通信装置の一実施態様において、前記第1の通信端末は、前記第2の通信端末からの減衰パルス光である信号光と非減衰パルス光としてのLO光とに基づくホモダイン検出処理を実行する構成であることを特徴とする。 Furthermore, in an embodiment of the quantum cryptography communication device of the present invention, the first communication terminal is based on signal light that is attenuated pulse light from the second communication terminal and LO light as non-attenuated pulse light. The homodyne detection process is performed.
さらに、本発明の量子暗号通信装置の一実施態様において、前記第2の通信端末は、音響光学素子を適用した選択パルス光の減衰処理を実行する構成を有することを特徴とする。 Furthermore, in one embodiment of the quantum cryptography communication device of the present invention, the second communication terminal has a configuration for executing attenuation processing of selective pulse light to which an acoustooptic element is applied.
さらに、本発明の量子暗号通信装置の一実施態様において、前記第2の通信端末は、LiNbO3位相変調器に基づく選択パルス光の位相変調処理を実行する構成を有することを特徴とする。 Furthermore, in one embodiment of the quantum cryptography communication device of the present invention, the second communication terminal has a configuration for executing phase modulation processing of selected pulsed light based on a LiNbO 3 phase modulator.
さらに、本発明の量子暗号通信装置の一実施態様において、前記量子暗号通信装置において、さらに、前記第1の通信端末は、パルス光の位相変調処理を実行する構成を有することを特徴とする。 Furthermore, in an embodiment of the quantum cryptography communication device of the present invention, the quantum cryptography communication device further has a configuration in which the first communication terminal executes a phase modulation process of pulsed light.
さらに、本発明の量子暗号通信装置の一実施態様において、前記パルス光の位相変調処理は、LiNbO3位相変調器に基づくパルス光の位相変調処理として実行する構成であることを特徴とする。 Furthermore, in one embodiment of the quantum cryptography communication device of the present invention, the pulse light phase modulation processing is executed as pulse light phase modulation processing based on a LiNbO 3 phase modulator.
さらに、本発明の量子暗号通信装置の一実施態様において、前記第2の通信端末は、前記通信路を介して受信するパルス光をビームスプリッタで分離し、減衰および変調処理を実行するパルスの到着タイミングを検出し、該検出情報に基づく制御により、前記複数のパルス光から選択されたパルス光のみの減衰および変調処理を実行する構成を有することを特徴とする。 Furthermore, in an embodiment of the quantum cryptography communication device of the present invention, the second communication terminal separates the pulsed light received via the communication path by a beam splitter, and performs arrival of a pulse for performing attenuation and modulation processing. The present invention is characterized in that a timing is detected, and attenuation and modulation processing of only the pulse light selected from the plurality of pulse lights is executed by control based on the detection information.
さらに、本発明の量子暗号通信装置の一実施態様において、前記第1の通信端末は、前記通信路を介して受信する複数のパルス光をビームスプリッタで分離し、変調処理およびホモダイン検出処理を実行するパルスの到着タイミングを検出し、該検出情報に基づく制御により、前記複数のパルス光から選択されたパルス光のみの変調処理と、ホモダイン検出を実行する構成を有することを特徴とする。 Furthermore, in one embodiment of the quantum cryptography communication device of the present invention, the first communication terminal separates a plurality of pulse lights received via the communication path by a beam splitter, and executes modulation processing and homodyne detection processing. It is characterized by detecting the arrival timing of a pulse to be detected, and performing modulation processing of only the pulsed light selected from the plurality of pulsed light and homodyne detection by control based on the detection information.
さらに、本発明の量子暗号通信装置の一実施態様において、前記第1の通信端末、または前記第2の通信端末の少なくとも一方が複数の端末によって構成され、前記通信路に対する出力パルス光に対する波長分割多重処理を実行し、多重化光信号として端末間通信を実行する構成を有することを特徴とする。 Furthermore, in one embodiment of the quantum cryptography communication device of the present invention, at least one of the first communication terminal or the second communication terminal is configured by a plurality of terminals, and wavelength division for output pulse light with respect to the communication path It is characterized in that it has a configuration for executing multiprocessing and performing inter-terminal communication as a multiplexed optical signal.
さらに、本発明の量子暗号通信装置の一実施態様において、前記第1の通信端末、または前記第2の通信端末の少なくとも一方は、偏光ビームスプリッタと、1/2波長板を構成要素とするビームスプリッタを有することを特徴とする。 Furthermore, in an embodiment of the quantum cryptography communication device of the present invention, at least one of the first communication terminal and the second communication terminal is a beam including a polarization beam splitter and a half-wave plate as components. It has a splitter.
さらに、本発明の量子暗号通信装置の一実施態様において、前記第1の通信端末は、偏光子、1/2波長板、偏光ビームスプリッタ、ファラデーローテータを構成要素とするサーキュレータを有することを特徴とする。 Furthermore, in one embodiment of the quantum cryptography communication device of the present invention, the first communication terminal includes a circulator having a polarizer, a half-wave plate, a polarization beam splitter, and a Faraday rotator as constituent elements. To do.
本発明の構成によれば、量子暗号に基づく通信処理において、第1の通信端末から通信路上に時間差を持つ複数のパルス光を出力し、第2の通信端末において、受信パルス光から選択されたパルス光のみの減衰および変調処理を実行し、減衰パルス光と非減衰パルス光とを第1の通信端末に返信し、第1の通信端末において、減衰パルス光と非減衰パルス光とを受信し、該減衰パルス光と非減衰パルス光に基づく干渉測定による通信情報の解析を実行する構成としたので、第2の通信端末におけるパルス光の選択的な減衰処理によってホモダイン検出において適用可能な信号光とLO光とを生成し、これらの信号光とLO光とに基づく干渉検出による情報通信が可能となる。 According to the configuration of the present invention, in communication processing based on quantum cryptography, the first communication terminal outputs a plurality of pulse lights having a time difference on the communication path, and the second communication terminal is selected from the received pulse lights. Attenuation and modulation processing of only the pulsed light is executed, the attenuated pulsed light and the non-attenuated pulsed light are returned to the first communication terminal, and the attenuated pulsed light and the non-attenuated pulsed light are received at the first communication terminal. Since the communication information is analyzed by interference measurement based on the attenuated pulsed light and the non-attenuated pulsed light, the signal light applicable in homodyne detection by selective attenuation processing of the pulsed light in the second communication terminal. And LO light are generated, and information communication by interference detection based on these signal light and LO light becomes possible.
さらに、本発明によれば、第1の通信端末は、パルス光の出力処理において、通信路上に出力する時間差を持つ2つのパルス光の各々を第1の通信端末内の異なる経路を通過させた後、通信路に出力し、第2の通信端末から受信する2つのパルス光に対応する減衰パルス光と非減衰パルス光とを、パルス光の出力時に各パルス光が通過した経路を相互に入れ替えて通過させて、各パルス光の通信端末間の往復経路を一致させて各パルス光に基づく干渉測定を実行する構成としたので、通信路を構成する光ファイバーあるいは自由空間における光の偏光状態の乱れや光路長のずれが解消され正確な信号検出が可能となる。 Further, according to the present invention, in the pulse light output process, the first communication terminal passes each of two pulse lights having a time difference output on the communication path through different paths in the first communication terminal. After that, the path through which each pulsed light passes when the pulsed light is output is replaced with the attenuated pulsed light and the non-attenuated pulsed light that are output to the communication path and received from the second communication terminal. And the interference measurement based on each pulsed light is performed by matching the round-trip path between the communication terminals of each pulsed light, so that the polarization state of the light in the optical fiber or free space constituting the communication path is disturbed And the deviation of the optical path length is eliminated, and accurate signal detection becomes possible.
以下、本発明の量子暗号通信方法、および量子暗号通信装置の詳細について説明する。 Details of the quantum cryptography communication method and quantum cryptography communication device of the present invention will be described below.
図6は本発明の一実施形態における量子暗号処理を適用した秘密情報の通信を実行する量子暗号通信装置の構成を示す図である。通信端末100および通信端末200間で、光ファイバーからなる通信路300を介して秘密情報を送信する。送信秘密情報は、例えば共通鍵暗号方式において適用される共有秘密鍵などの秘密情報である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a quantum cryptography communication device that performs communication of secret information to which quantum cryptography processing is applied according to an embodiment of the present invention. Secret information is transmitted between the
通信端末100は、光源104、サーキュレータ105、分岐比が1対1のビームスプリッタ106、位相変調器107、遅延器108、ビームスプリッタ109、検出器110、偏光ビームスプリッタ111、ホモダイン検出器112、コントローラ119を有する。
The
一方、通信端末200は、ビームスプリッタ213、遅延器214、位相変調器215、可変減衰器216、ファラデーミラー217、検出器218、コントローラ220を有する。
On the other hand, the
通信路300には光ファイバーもしくは自由空間を用いることができる。自由空間を通信路とするときには、望遠鏡を使用して通信路における光ビームの径を大きくすることにより、光の回折の影響を小さくすることができる。
An optical fiber or a free space can be used for the
通信端末100の光源104には半導体レーザーを用いることができる。通信路300に長距離の光ファイバーを用いる場合には、波長1.55μmの半導体レーザーを用いることにより光損失の影響を小さくすることができる。光源はパルス光を発生するように、半導体レーザーへの注入電流をパルス的に変調するか、吸収型光変調器(EAM)を用いる。半導体レーザーとしてはファブリーペロー型を用いることもできるが、DFBレーザーを用いると光源のスペクトル幅を狭くすることができる。
A semiconductor laser can be used as the
以下、量子暗号を適用した通信処理の動作シーケンスに従って、各構成部における処理の詳細を説明する。 Hereinafter, details of processing in each component will be described in accordance with an operation sequence of communication processing to which quantum cryptography is applied.
通信端末100の光源104で発生するパルス光が、通信路300を介して通信端末200へ送信され、その送信データが再度、通信路300を介して通信端末100へ戻ってくるという順番で動作するので、その順番に従って説明する。
The pulsed light generated by the
通信端末100のサーキュレータ105は、光源104からの光がビームスプリッタ106へ出力され、ビームスプリッタ106から戻ってきた光がホモダイン検出器112へ出力されるように光路制御を実行する。
The
通信端末100の光源104から発生したパルス光は、サーキュレータ105を介してビームスプリッタ106に入力されると、ビームスプリッタ106において、2つのパルス光P1,P2に分離される。
When the pulsed light generated from the
位相変調器107、遅延器108、ビームスプリッタ109を経て偏光ビームスプリッタ111に進むパルス光をP1とする。また、ビームスプリッタ106から偏光ビームスプリッタ111へ直接出力されるパルス光をP2とする。図では、通信端末100から通信端末200へ向かうパルス光P1,P2を実線矢印で示し、通信端末200から通信端末100へ戻るパルス光P1,P2を点線矢印で示している。
The pulsed light traveling through the
ビームスプリッタ106から偏光ビームスプリッタ111へ進む2つの経路は偏波保存ファイバーで各部品間を接続し、パルス光P1とP2が偏光ビームスプリッタ111で合流し、通信路300に入るときには、パルス光P1とP2は互いに直交する直線偏光となる。
The two paths from the
但し、遅延器108により、パルス光P1はパルス光P2よりも遅れて通信路300に入力される。パルス光P1とパルス光P2の時間差は、光源104のパルス光のコヒーレンス時間よりも十分長くなければならず、また、通信端末100の側の位相変調器107と、通信端末200側の位相変調器215および可変減衰器216の応答時間よりも長くなるように選ぶ。
However, the
通信端末200では、通信端末100から通信路300を経由してパルス光P1、P2を受信する。通信端末200では、通信路300からの入力パルス光(パルス光P1,P2)をビームスプリッタ213に入力する。ビームスプリッタ213は、大部分の光を遅延器214側に出力する。一部の光のみが検出器218に出力されるように入力光の分岐処理を行なう。
The
ビームスプリッタ213の分岐比は、検出器218がパルス光P2の到着をモニターできる強度となる範囲でなるべく多くの光が遅延器214側に進むように設定する。例えば分岐比は9対1に設定される。
The branching ratio of the
検出器218は、パルス光P2の到着をモニターするために用いる。検出器218は、例えばフォトダイオードもしくはアバランシェフォトダイオードと、これに増幅器を組み合わせた構成が適用可能である。フォトダイオードとアバランシェフォトダイオードには、パルス光の波長が可視域もしくは近赤外の場合にはSiを、波長が1.3μm〜1.6μmの場合にはGeもしくはInGaAsを用いることができる。
The
検出器218の出力は、コントローラ220へ入力する。コントローラ220は位相変調器215と可変減衰器216をコントロールする。図6においては、位相変調器215が可変減衰器216より通信路300側に設置された例を示しているが、可変減衰器216が位相変調器215より通信路300側に設置する構成であってもよく、位相変調器215と可変減衰器216の設定順序はいずれでもよい。
The output of the
コントローラ220は位相変調器215と可変減衰器216を制御して、パルス光P2に対しては、可変減衰器216の透過率が高くなるようにし、位相変調器215は作用させない。一方、パルス光P1に対しては可変減衰器216の減衰量を大きくして透過率を低くし、さらに位相変調器216により適当な位相変調処理を実行する。
The
例えば、4つの量子状態を用いる量子暗号を行う場合には、0度、90度、180度、270度の位相変調をパルスごとにランダムに加える。可変減衰器216には、音響光学素子またはLiNbO3強度変調器を用いることができる。位相変調器215には、LiNbO3位相変調器を用いることができる。
For example, when performing quantum cryptography using four quantum states, phase modulation of 0 degrees, 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees is randomly added for each pulse. As the
通信端末100から通信路300を介して通信端末200に入力したパルス光P1とパルス光P2は通信端末200のファラデーミラー217で反射され、通信端末100に戻される。従って、パルス光P1とパルス光P2は通信端末200の可変減衰器216と位相変調器215を、行きと帰りをあわせて2回通ることになる。
The pulsed light P1 and the pulsed light P2 input from the
可変減衰器216の減衰量は、通信端末200から通信端末100へ戻っていくパルス光P1のパルスあたりの平均光子数が1個程度となるように設定する。
The attenuation amount of the
このようにパルス光P1のパルス光を微弱にすることは、量子暗号通信装置として、通信の安全性を確保するためである。先に、図1〜図5を参照して説明したように、通信路における盗聴が発生したか否かを通信端末100と通信端末200間での照合処理(図4,5参照)によって判別することが可能となる。
The pulse light of the pulsed light P1 is weakened in this way in order to ensure communication safety as the quantum cryptography communication device. First, as described with reference to FIGS. 1 to 5, whether or not wiretapping has occurred in the communication path is determined by collation processing (see FIGS. 4 and 5) between the
一方、通信端末200から通信端末100へ戻っていくパルス光P2のパルスあたりの平均光子数は、通信端末100側のホモダイン検出器112の信号対雑音比が最適になるように選ぶ。典型的なパルス光P2の強度はパルスあたりの平均光子数が106個程度である。このとき、通信端末200側の可変減衰器216のパルス光P1とパルス光P2に対する相対的な透過率の典型的な比は、10−6:1程度となる。
On the other hand, the average number of photons per pulse of the pulsed light P2 returning from the
前述したように、ホモダイン検出法は微弱な信号光(平均光子数が1個程度)と比較的強度の強いLO光(典型的な平均光子数は106程度)を重ね合わせて信号光の状態を測定する方法であり、通信端末200から通信端末100へ戻っていくパルス光P1が平均光子数が1個程度となる信号光に相当し、通信端末200から通信端末100へ戻っていくパルス光P2が平均光子数は106程度のLO光に相当する。
As described above, homodyne detection method weak signal light (the average number of
通信端末200側の位相変調器215と可変減衰器216はともに、通信路300から通信端末200へ入るパルス光の偏光状態に依存しない位相変調と減衰を与える必要があるが、パルス光P1とパルス光P2の反射にファラデーミラー217を用いることで、自動的にこの条件を満たすことができる。可変減衰器216に音響光学素子を用いる場合には、ほぼ光の偏光状態に依存しない透過率となるので、この場合、パルス光P1に対する可変減衰器216の1回あたりの透過率は10−3程度に設定する。
Both the
通信端末200において上述の処理がなされた減衰パルス光と非減衰パルス光、すなわち減衰パルス光であるパルス光P1と、非減衰パルス光であるパルス光P2は、通信路300を介して通信端末100に入力される。減衰パルス光であるパルス光P1は信号光に相当し、非減衰パルス光であるパルス光P2はLO光に相当する光信号となる。
The attenuated pulsed light and the non-attenuated pulsed light, that is, the pulsed light P1 that is the attenuated pulsed light and the pulsed light P2 that is the non-attenuated pulsed light that have been subjected to the above-described processing in the
通信端末200から通信路300を介して通信端末100に入力されたパルス光P1(信号光)とパルス光P2(LO光)は、偏光ビームスプリッタ111により、パルス光P1(信号光)は直接ビームスプリッタ106へ入力される短い経路へ出力され、パルス光P2(LO光)はビームスプリッタ109や遅延器108等を通る長い経路へ分岐される。図では、パルス光P1(信号光)、パルス光P2(LO光)をそれぞれ点線矢印で示している。
The pulsed light P1 (signal light) and the pulsed light P2 (LO light) input from the
パルス光P1(信号光)とパルス光P2(LO光)は、通信端末200に設置されたファラデーミラー217によって反射された光であるので、通信端末100の偏光ビームスプリッタ111へ戻ってきたパルス光P1(信号光)とパルス光P2(LO光)は、通信端末100から出力されたパルス光P1とパルス光P2に対してそれぞれ90度偏光面が回転した直線偏光になっている。
Since the pulsed light P1 (signal light) and the pulsed light P2 (LO light) are light reflected by the
この偏光に起因して、通信端末100に入力されたパルス光P1(信号光)は、偏光ビームスプリッタ111により、直接ビームスプリッタ106へ入力される短い経路へ出力され、パルス光P2(LO光)はビームスプリッタ109や遅延器108等を通る長い経路へ分岐される。
Due to this polarization, the pulsed light P1 (signal light) input to the
すなわち、通信端末100の偏光ビームスプリッタ111とビームスプリッタ106間の経路は、通信端末100から通信端末200へ向かう際のパルス光P1,P2と、通信端末200から通信端末100へ戻ったパルス光P1(信号光),P2(LO光)とで入れ替わることになる。
That is, the paths between the
この構成では、通信端末200における減衰処理によって減衰された微弱なパルス光P1(信号光)は、通信端末100側では、余分な光学部品のない短い経路を通るため、通信端末100に戻ってきたパルス光P1(信号光)の光損失を小さくすることができる。
In this configuration, the weak pulse light P1 (signal light) attenuated by the attenuation process in the
一方、典型的なパルスあたりの光子数が106個程度であるパルス光P2(LO光)は、ビームスプリッタ109により、遅延器108へ進むパルスと検出器110へ進むパルスに分かれる。ビームスプリッタ109の典型的な分岐比は9対1とし、大部分のパルスが遅延器108側に進むように設定される。
On the other hand, typical number of photons per pulse is the pulse light is 10 6 or so P2 (LO light), by the
通信端末100の検出器110の構成は、通信端末200の検出器218と同様で、ビームスプリッタ109の分岐比に関しても、パルス光P2(LO光)の到着が検出できる範囲でなるべく多くの光が遅延器108側に出力されるように設定する。
The configuration of the
検出器110の出力はコントローラ119へ入力する。コントローラ119は位相変調器107をコントロールするほか、ホモダイン検出器112の出力を読み出すタイミングをコントロールする働きを持つ。
The output of the
遅延器108を通ったパルス光P2(LO光)には位相変調器107で適当な位相変調を与える。4つの量子状態を用いる量子暗号の場合は、0度または90度の位相変調をランダムに与える。
The
往路、すなわち通信端末100から通信端末200へ向かう際には、長い経路(位相変調器107,遅延器108、ビームスプリッタ109側)を通ったパルス光P1は、復路では短い経路(偏光ビームスプリッタ111→ビームスプリッタ106)を経由してビームスプリッタ106に到着する。
When going from the
一方、往路、すなわち通信端末100から通信端末200へ向かう際には、短い経路(偏光ビームスプリッタ111→ビームスプリッタ106)を通ったパルス光P2は、復路では長い経路(位相変調器107,遅延器108、ビームスプリッタ109側)を経由してビームスプリッタ106に到着する。
On the other hand, when going from the
このように、パルス光P1,P2は、通信端末100と通信端末200間の往復において全く等距離の経路を経由することになり、パルス光P1(信号光)とパルス光P2(LO光)は同時にビームスプリッタ106に到着する。
In this way, the pulsed lights P1 and P2 pass through a completely equidistant path in the round trip between the
パルス光P1は量子力学的な性質が現れる信号光で、それに比べて強度の強いパルス光P2を局部発振光(LO光)として用いて、パルス光P1のホモダイン検出を行うことになる。ビームスプリッタ106の2つの出力は、片方は直接、もう片方はサーキュレータ105を通って、ホモダイン検出器112へ入力される。
The pulsed light P1 is signal light in which quantum mechanical properties appear, and the homodyne detection of the pulsed light P1 is performed by using the pulsed light P2 having a stronger intensity as local oscillation light (LO light). The two outputs of the
ホモダイン検出器112の2つの入力部には、それぞれフォトダイオードを設置する。フォトダイオードには、パルス光の波長が可視域もしくは近赤外の場合にはSiを、波長が1.3μm〜1.6μmの場合にはGeもしくはInGaAsを用いることができる。2つのフォトダイオードの出力は、低雑音で利得の高い増幅器に入力され、さらにこの増幅器の出力を、局部発振光(パルス光P2)の強度や増幅器の利得等を使って規格化すると、信号光(パルス光P1)の直交位相振幅が得られる。ホモダイン検出器112の検出情報から通信秘密情報、例えば秘密鍵を得ることができる。
Photodiodes are installed at the two input parts of the
図6に示す通信端末100と通信端末200間の通信による秘密情報の共有シーケンスの概要について図7〜図9を参照して説明する。
An outline of a secret information sharing sequence through communication between the
図7は、上述した通信端末100と通信端末200間の往復通信による秘密情報の共有処理について、先に図1〜図5を参照して説明した一方向通信型の量子暗号通信処理に対応させて示した図である。
7 corresponds to the one-way communication type quantum cryptography communication processing described above with reference to FIGS. 1 to 5 with respect to the secret information sharing processing by the round-trip communication between the
図7において、左サイドに示す通信端末200と右サイドに示す通信端末100は、図6の通信端末200と通信端末100に相当する。まず、通信端末100から往路のパルス光P1,P2が通信端末200に出力され、通信端末200にから通信端末100に復路のパルス光P1,P2が通信端末100に戻される。
In FIG. 7, the
ここで、通信端末200は、通信端末100からの受信パルス光P1,P2中、受信パルス光P1に位相変調器215を適用して、{0,π/2,π,3π/2}のいずれかの位相変調を施す。この位相変調系列が図7下段の表の(b)のデータ送信側位相変調系列に相当する。
Here, the
通信端末200が、受信パルス光P1に対して実行する位相変調系列(図7の表(b))はランダムに選択された系列であってよい。あるいは、予め図7の下段の表の(a)選択ビットを設定した後、その選択ビットに対応する変調を行なってもよい。
The phase modulation sequence (table (b) in FIG. 7) executed by the
なお、例えば、ビット0に対しては、0またはπ/2の位相変調光とし、ビット1に対しては、π,または3π/2の位相変調が対応付けられているものとする。
For example, it is assumed that phase modulation light of 0 or π / 2 is associated with
このような位相変調を行なわれたパルス光P1は可変減衰器216(図6参照)によって減衰された信号光として通信端末100に戻される。パルス光P2は減衰されることなく通信端末100に戻される。
The pulse light P1 subjected to such phase modulation is returned to the
通信端末200から通信端末100に戻されるパルス光P1は微弱な信号光(平均光子数が1個程度)であり、通信端末200から通信端末100に戻されるパルス光P2は、比較的強度の強いLO光(典型的な平均光子数は106程度)である。
The pulsed light P1 returned from the
この戻りパルス光P1(信号光)と、パルス光P2(LO光)を受信した通信端末100は、位相変調器107において、例えば{0,π/2}のいずれかをランダムに選択して、パルス光P2(LO光)に対する位相変調を行いホモダイン検出器112において干渉を測定する。
The
例えば、通信端末100の位相変調器107において、図7の下段の表に示す(c)の位相変調処理を実行した場合、ホモダイン検出器112においては、(d)に示すビット検出が可能となる。(d)干渉に基づく確認ビットに示すデータにおいて、[0],[1]が、干渉によるビット識別が実行できた部分であり、[×]は、ビット識別が実行できなかった部分である。ビット識別の可否は、前述したように通信端末200と通信端末100において実行される位相変調処理の組み合わせによって決定される。
For example, when (c) phase modulation processing shown in the lower table of FIG. 7 is executed in the
例えば、通信端末100のホモダイン検出器112は、図7の下段の表の(d)干渉に基づく確認ビットに示すデータに示すように、位相変調処理の組み合わせが所定条件を満足する場合にのみ、ビット[0]、または[1]が検出されることになる。[×]は、ビットの識別が実行できなかった部分である。
For example, the
その後、通信端末100は、図8に示すように、通信端末100において適用した変調系列情報、すなわち図の下段の表の(c)の情報列を通信端末200に通知する。図に示す{0,0,π/2,π/2,0・・}である。
Thereafter, as shown in FIG. 8,
通信端末200は、通信端末100から受領した変調系列情報に基づいて、ビット検出に適応した正しい変調が行なわれた部位と、正しくない変調が行なわれた部位を示す情報を生成して通信端末100に送信する。すなわち図の下段の表の(e)の情報列を受信者通信端末100側に通知する。図に示す{○,×,○,×,○,○・・}である。
Based on the modulation sequence information received from
なお、図8に示す通信端末100からの変調系列情報{0,0,π/2,π/2,0・・}、通信端末200側からの情報{○,×,○,×,○,○・・}は公開通信路を適用してよい。
Note that the modulation sequence information {0, 0, π / 2, π / 2, 0...} From the
次に、図9に示すように、通信端末100は、検出されたビット情報列を通信端末200に通知する。図に示す{0,0,1,0・・}である。一方、通信端末200は、通信端末100側で検出可能な位相変調を行なった部分のみのビット列情報を通信端末100に通知する。図に示す{0,0,1,0・・}である。これは、図の下段の表において、(a)の送信ビットから(e)送受信側の変調適合において[○]が設定されたもののみを選択したビット系列である。これらの通知処理も公開通信路を介して実行してよい。
Next, as illustrated in FIG. 9, the
データ通信路300において通信データの盗聴が行なわれていない場合は、図9に示すビットの相互通知処理において、すべての確認ビットが一致する。しかし、データ通信路300において通信データの盗聴が行なわれると、ビットの相互通知処理において、相互の通知ビットのずれが発生する。これは、データ通信路300の盗聴により、変調状態が変化してしまうことによる。データ通信路300における盗聴がない場合には、相互の通知ビットのずれは発生することがない。
When the communication data is not wiretapped on the
このようなデータ通信により、例えば共通鍵暗号方式における秘密鍵などの秘密情報を共有することが可能となる。なお、例えば秘密鍵nビットを共有する場合は、図9を参照して説明した相互通知処理のなされたビットが互いに一致することを確認した後、予め相互に通知済みの共通のビット選択処理により、上記処理によって共有できたmビット(m>n)からnビットを選択するなどの処理が実行される。 Such data communication makes it possible to share secret information such as a secret key in a common key cryptosystem. For example, when n bits of the secret key are shared, after confirming that the bits subjected to the mutual notification processing described with reference to FIG. 9 match each other, the common bit selection processing in which mutual notification is performed in advance is performed. Processing such as selecting n bits from m bits (m> n) that can be shared by the above processing is executed.
図6の構成によれば、通信端末間で往復通信路を形成し、信号光として利用されるパルス光P1と、LO光として利用されるパルス光P2との往復経路距離が同一となり、通信端末100のビームスプリッタ106に到着するタイミングは、信号光として利用されるパルス光P1と、LO光として利用されるパルス光P2が全く同じタイミングとなり、ホモダイン検出器112における干渉測定を正確に実行することが可能となる。
According to the configuration of FIG. 6, a round-trip communication path is formed between communication terminals, and the round-trip path distance between the pulsed light P1 used as signal light and the pulsed light P2 used as LO light is the same, and the communication terminal The pulse light P1 used as signal light and the pulse light P2 used as LO light have exactly the same timing when arriving at the 100
具体的には、図6の通信端末100のビームスプリッタ106と、偏向ビームスプリッタ111との間の経路を往路と復路で、パルス光P1,P2が入れ替わる構成とすることで、通信端末100と通信端末200間を往復する2つのパルス光P1,P2の往復経路距離を等しく設定し、この結果、ホモダイン検出器112における干渉測定を正確に実行することが可能となる。
Specifically, the path between the
図10は、図6の通信端末100中に構成されるサーキュレータ105とビームスプリッタ106を個別の光学部品で構成した場合の一例を示す図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example in which the
サーキュレータ105は市販の光サーキュレータを使用するのがもっとも簡便であるが、ファイバー光学部品を使用しないほうが実装面でコンパクトになる場合などもあり、このような場合には、図10に示すサーキュレータ構成装置410を適用してもよい。
As the
サーキュレータ構成装置410は偏光子411、1/2波長板412、偏光ビームスプリッタ413、ファラデーローテータ414よりなる。偏光子411は、図6に示す通信端末100の光源104の消光比が悪い場合に消光比を改善するために用いる。
The
1/2波長板412は光源104からの光が偏光ビームスプリッタを透過するように、光の偏光面を回転するために用いる。ファラデーローテータ414は偏光面を45度回転し、サーキュレータ構成装置410を出た光が反射して戻ってきたときに、偏光ビームスプリッタ413で反射されるようにする。
The half-
図6に示す通信端末100のビームスプリッタ106も市販の50%:50%のビームスプリッタを用いるのがもっとも簡便であるが、図10に示すようなビームスプリッタ構成装置420を適用してもよい。図10に示すビームスプリッタ構成装置420は、分岐比を調整できるという特徴がある。
It is simplest to use a commercially available 50%: 50% beam splitter as the
ビームスプリッタ構成装置420は、偏光ビームスプリッタ421、1/2波長板422、偏光ビームスプリッタ423からなる。ビームスプリッタ構成装置420に入る光の偏光面は、1/2波長板431を調整することにより、偏光ビームスプリッタ421を透過するようにする。
The beam
次に、1/2波長板422により偏光面の回転角を変化させることにより、偏光ビームスプリッタ423を透過する光と反射する光の比率を制御することができる。ビームスプリッタ構成装置420に戻ってきた光が偏光ビームスプリッタ421で透過光と反射光に分かれる際の分岐比も、1/2波長板422による偏光面の回転角できまる。
Next, by changing the rotation angle of the polarization plane by the half-
図11は、光源の波長を多重化して通信端末間で送受信する構成例を示した図である。通信路551は、光ファイバーから構成され、通信路551の両端に、第1の波長分割多重処理装置531と第2の波長分割多重処理装置532が設定される。
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration example in which wavelengths of light sources are multiplexed and transmitted / received between communication terminals. The
第1の波長分割多重処理装置531には、図6を参照して説明した通信端末100に相当する複数の通信端末、すなわち、第1の光源を含む通信端末a1,511、第2の光源を含む通信端末a2,512、第n番目(nは整数)の光源を含む通信端末an,51nのn台の通信端末が接続される。
The first wavelength division
一方、第2の波長分割多重処理装置541には、図6を参照して説明した通信端末200に相当する複数の通信端末、すなわち、第1のファラデーミラーを含む通信端末b1,521、第2のファラデーミラーを含む通信端末b2,522、第n番目のファラデーミラーを含む通信端末bn,52nのn台の通信端末が接続される。
On the other hand, the second wavelength division
第1から第n番目の光源を含む通信端末a1〜an,511〜51nは、図6を参照して説明した通信端末100と同様の構成からなる。但し、それぞれに含まれる光源は、少しずつ波長の異なる光パルスを発生するものとする。
Communication terminals a1 to an and 511 to 51n including the first to nth light sources have the same configuration as the
第1から第n番目のファラデーミラーを含む通信端末b1〜bn,521〜52nは、図6を参照して説明した通信端末200と同様の構成からなる。
The communication terminals b1 to bn and 521 to 52n including the first to nth Faraday mirrors have the same configuration as that of the
第1の波長分割多重処理装置531、第2の波長分割多重処理装置541を用いて、通信路551を進む光の波長を多重化することにより、一つの通信路を使って伝送できる情報量を増加させることができる。この結果、転送情報、例えば秘密鍵などの生成レートの向上が可能となる。
By using the first wavelength division
第1の波長分割多重処理装置531と、第2の波長分割多重処理装置541は、通信路551から入ってきた光を波長毎に異なるポートに出力する処理を実行するが、実際には波長ごとに分離する処理は完全でなく、1つのポートに複数の波長が出力されるということが起こる。ところが、ホモダイン検出は、LO光と同じ波長の信号光を選択的に検出するという特徴をもっているので、波長分割多重処理による分離処理が不完全であっても、各通信端末a1〜an,511〜51nにおけるホモダイン検出処理においては、LO光と同じ波長の信号光の選択的な検出が実行され、その他の波長の信号の存在があっても検出が不能となることはない。従って、異なる波長の異なる光パルスを適用し、波長分割多重処理を行なうことで、複数の通信端末が1つの光ファイバー等の伝送路を共用することが可能となる。
The first wavelength division
なお、単一光子検出を行うタイプの量子暗号通信装置では、光検出器が他の波長の光の影響を受けやすいので、特に、強度の強いパルス光が通信路を流れるplug&playの場合には、波長多重を行うことは困難である。 Note that in a quantum cryptography communication device of a type that performs single photon detection, the photodetector is easily affected by light of other wavelengths, and particularly in the case of plug & play where intense pulsed light flows through the communication path, It is difficult to perform wavelength multiplexing.
本発明においては、ホモダイン検出処理を実行する構成であるので、前述したように、LO光と同じ波長の信号光の選択的な検出が実行され、その他の波長の信号の存在があっても検出が不能となることはない。従って、異なる波長の異なる光パルスを適用し、波長分割多重処理を行なうことで、複数の通信端末が1つの光ファイバー等の伝送路を共用することが可能となる。例えば、通信路をリング状として、複数の送受信端末がリング状の同一の通信路を共有する構成も可能であり、多数の通信端末が1つの通信路を共有することが可能となる。 Since the present invention is configured to perform homodyne detection processing, as described above, selective detection of signal light having the same wavelength as LO light is performed, and detection is performed even if signals of other wavelengths exist. Will not be disabled. Therefore, a plurality of communication terminals can share a transmission line such as one optical fiber by applying different optical pulses of different wavelengths and performing wavelength division multiplexing processing. For example, a configuration in which a communication path is a ring shape and a plurality of transmitting and receiving terminals share the same ring-shaped communication path is possible, and a large number of communication terminals can share a single communication path.
以上、特定の実施例を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施例の修正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、限定的に解釈されるべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。 The present invention has been described in detail above with reference to specific embodiments. However, it is obvious that those skilled in the art can make modifications and substitutions of the embodiments without departing from the gist of the present invention. In other words, the present invention has been disclosed in the form of exemplification, and should not be interpreted in a limited manner. In order to determine the gist of the present invention, the claims section described at the beginning should be considered.
本発明の構成によれば、量子暗号に基づく通信処理において、第1の通信端末から通信路上に時間差を持つ複数のパルス光を出力し、第2の通信端末において、受信パルス光から選択されたパルス光のみの減衰および変調処理を実行し、減衰パルス光と非減衰パルス光とを第1の通信端末に返信し、第1の通信端末において、減衰パルス光と非減衰パルス光とを受信し、該減衰パルス光と非減衰パルス光に基づく干渉測定による通信情報の解析を実行する構成としたので、第2の通信端末におけるパルス光の選択的な減衰処理によってホモダイン検出において適用可能な信号光とLO光とを生成し、これらの信号光とLO光とに基づく干渉検出による情報通信が可能となる。 According to the configuration of the present invention, in communication processing based on quantum cryptography, the first communication terminal outputs a plurality of pulse lights having a time difference on the communication path, and the second communication terminal is selected from the received pulse lights. Attenuation and modulation processing of only the pulsed light is executed, the attenuated pulsed light and the non-attenuated pulsed light are returned to the first communication terminal, and the attenuated pulsed light and the non-attenuated pulsed light are received at the first communication terminal. Since the communication information is analyzed by interference measurement based on the attenuated pulsed light and the non-attenuated pulsed light, the signal light applicable in homodyne detection by selective attenuation processing of the pulsed light in the second communication terminal. And LO light are generated, and information communication by interference detection based on these signal light and LO light becomes possible.
さらに、本発明によれば、第1の通信端末は、パルス光の出力処理において、通信路上に出力する時間差を持つ2つのパルス光の各々を第1の通信端末内の異なる経路を通過させた後、通信路に出力し、第2の通信端末から受信する2つのパルス光に対応する減衰パルス光と非減衰パルス光とを、パルス光の出力時に各パルス光が通過した経路を相互に入れ替えて通過させて、各パルス光の通信端末間の往復経路を一致させて各パルス光に基づく干渉測定を実行する構成としたので、通信路を構成する光ファイバーあるいは自由空間における光の偏光状態の乱れや光路長のずれが解消され正確な信号検出が可能となる。 Further, according to the present invention, in the pulse light output process, the first communication terminal passes each of two pulse lights having a time difference output on the communication path through different paths in the first communication terminal. After that, the path through which each pulsed light passes when the pulsed light is output is replaced with the attenuated pulsed light and the non-attenuated pulsed light that are output to the communication path and received from the second communication terminal. And the interference measurement based on each pulsed light is performed by matching the round-trip path between the communication terminals of each pulsed light, so that the polarization state of the light in the optical fiber or free space constituting the communication path is disturbed And the deviation of the optical path length is eliminated, and accurate signal detection becomes possible.
10 送信者
11 変調器
20 受信者
21 観測器
30 通信路
100 通信端末
104 光源
105 サーキュレータ
106 ビームスプリッタ
107 位相変調器
108 遅延器
109 ビームスプリッタ
110 検出器
111 偏光ビームスプリッタ
112 ホモダイン検出器
119 コントローラ
200 通信端末
213 ビームスプリッタ
214 遅延器
215 位相変調器
216 可変減衰器
217 ファラデーミラー
218 検出器
220 コントローラ
300 通信路
410 サーキュレータ構成装置
411 偏光子
412 1/2波長板
413 偏光ビームスプリッタ
414 ファラデーローテータ
420 ビームスプリッタ構成装置
421 偏光ビームスプリッタ
422 1/2波長板
423 偏光ビームスプリッタ
431 1/2波長板
511〜51n 通信端末
521〜52n 通信端末
531,541 波長分割多重処理装置
551 通信路
DESCRIPTION OF
Claims (26)
第1の通信端末から通信路上に時間差を持つ複数のパルス光を出力するパルス光出力ステップと、
第2の通信端末において、前記複数のパルス光を前記通信路を介して受信し、前記複数のパルス光から選択されたパルス光のみの減衰および変調処理を実行し、減衰パルス光と非減衰パルス光とを前記第1の通信端末に返信するパルス光返信ステップと、
前記第1の通信端末において、前記第2の通信端末から減衰パルス光と非減衰パルス光とを受信し、該減衰パルス光と非減衰パルス光に基づく干渉測定による通信情報の解析を実行する情報解析ステップと、
を有することを特徴とする量子暗号通信方法。 A quantum cryptography communication method for performing communication processing based on quantum cryptography,
A pulsed light output step for outputting a plurality of pulsed light having a time difference on the communication path from the first communication terminal;
In the second communication terminal, the plurality of pulse lights are received via the communication path, and attenuation and modulation processing of only the pulse light selected from the plurality of pulse lights is executed, and the attenuated pulse light and the non-attenuated pulse are executed. A pulsed light reply step of returning light to the first communication terminal;
Information for receiving, in the first communication terminal, attenuated pulsed light and non-attenuated pulsed light from the second communication terminal, and analyzing communication information by interference measurement based on the attenuated pulsed light and non-attenuated pulsed light An analysis step;
A quantum cryptography communication method comprising:
前記情報解析ステップにおいては、前記第2の通信端末から受信する前記2つのパルス光に対応する減衰パルス光と非減衰パルス光とを、前記パルス光出力ステップにおいて各パルス光が通過した経路を相互に入れ替えて通過させて、各パルス光の通信端末間の往復経路を一致させて各パルス光に基づく干渉測定を実行することを特徴とする請求項1に記載の量子暗号通信方法。 In the pulse light output step, the first communication terminal passes each of two pulse lights having a time difference to be output on the communication path through different paths in the first communication terminal, and then outputs them to the communication path. And
In the information analysis step, the attenuated pulsed light and the non-attenuated pulsed light corresponding to the two pulsed lights received from the second communication terminal are mutually connected through the path through which each pulsed light has passed in the pulsed light output step. The quantum cryptography communication method according to claim 1, wherein interference measurement based on each pulsed light is performed by making the two-way path between the communication terminals of each pulsed light coincide with each other and performing the interference measurement based on each pulsed light.
ファラデーミラーによるパルス光の反射処理を含むステップであることを特徴とする請求項1に記載の量子暗号通信方法。 The pulsed light reply step in the second communication terminal includes
The quantum cryptography communication method according to claim 1, wherein the quantum cryptography communication method is a step including reflection processing of pulsed light by a Faraday mirror.
前記第1の通信端末から受信する複数のパルス光から選択されたパルス光のみの減衰および変調処理を実行して信号光を生成し、前記信号光と、非減衰パルス光としてのLO光とを前記第1の通信端末に返信する処理を実行することを特徴とする請求項1に記載の量子暗号通信方法。 The pulsed light reply step in the second communication terminal includes
Attenuating and modulating only the pulsed light selected from the plurality of pulsed lights received from the first communication terminal to generate signal light, and the signal light and the LO light as non-attenuated pulsed light The quantum cryptography communication method according to claim 1, wherein a process of returning to the first communication terminal is executed.
前記第2の通信端末からの減衰パルス光である信号光と非減衰パルス光としてのLO光とに基づくホモダイン検出処理を実行するステップであることを特徴とする請求項1に記載の量子暗号通信方法。 The information analysis step executed in the first communication terminal includes:
2. The quantum cryptography communication according to claim 1, wherein the homodyne detection process is performed based on signal light that is attenuated pulsed light from the second communication terminal and LO light that is non-attenuated pulsed light. Method.
音響光学素子を適用した選択パルス光の減衰処理を実行するステップを含むことを特徴とする請求項1に記載の量子暗号通信方法。 The pulsed light reply step executed in the second communication terminal is:
The quantum cryptography communication method according to claim 1, further comprising a step of executing attenuation processing of the selected pulse light to which the acoustooptic device is applied.
LiNbO3位相変調器に基づく選択パルス光の位相変調処理を実行するステップを含むことを特徴とする請求項1に記載の量子暗号通信方法。 The pulsed light reply step executed in the second communication terminal is:
2. The quantum cryptography communication method according to claim 1, comprising a step of performing phase modulation processing of selective pulse light based on a LiNbO 3 phase modulator.
前記第1の通信端末は、パルス光の位相変調処理を実行するステップを含むことを特徴とする請求項1に記載の量子暗号通信方法。 In the quantum cryptography communication method,
The quantum cryptography communication method according to claim 1, wherein the first communication terminal includes a step of performing phase modulation processing of pulsed light.
前記通信路を介して受信するパルス光をビームスプリッタで分離し、減衰および変調処理を実行するパルスの到着タイミングを検出し、該検出情報に基づく制御により、前記複数のパルス光から選択されたパルス光のみの減衰および変調処理を実行するステップを含むことを特徴とする請求項1に記載の量子暗号通信方法。 The pulsed light reply step executed in the second communication terminal is:
The pulse light received via the communication path is separated by a beam splitter, the arrival timing of a pulse for executing attenuation and modulation processing is detected, and a pulse selected from the plurality of pulse lights by control based on the detection information The quantum cryptography communication method according to claim 1, further comprising a step of performing attenuation and modulation processing of only light.
前記第1の通信端末において、前記通信路を介して受信する複数のパルス光をビームスプリッタで分離し、変調処理およびホモダイン検出処理を実行するパルスの到着タイミングを検出し、該検出情報に基づく制御により、前記複数のパルス光から選択されたパルス光のみの変調処理と、ホモダイン検出を実行するステップを含むことを特徴とする請求項1に記載の量子暗号通信方法。 The quantum cryptography communication method further includes:
In the first communication terminal, a plurality of pulse lights received via the communication path are separated by a beam splitter, a pulse arrival timing for executing modulation processing and homodyne detection processing is detected, and control based on the detection information 2. The quantum cryptography communication method according to claim 1, further comprising: performing modulation processing of only the pulsed light selected from the plurality of pulsed light and homodyne detection.
通信路上に時間差を持つ複数のパルス光を出力する第1の通信端末と、
前記複数のパルス光を前記通信路を介して受信し、前記複数のパルス光から選択されたパルス光のみの減衰および変調処理を実行し、減衰パルス光と非減衰パルス光とを前記第1の通信端末に返信する第2の通信端末とからなり、
前記第1の通信端末は、前記第2の通信端末から減衰パルス光と非減衰パルス光とを受信し、該減衰パルス光と非減衰パルス光に基づく干渉測定による通信情報の解析を実行する構成を有することを特徴とする量子暗号通信装置。 A quantum cryptography communication device that executes communication processing based on quantum cryptography,
A first communication terminal that outputs a plurality of pulse lights having a time difference on the communication path;
Receiving the plurality of pulse lights via the communication path, performing attenuation and modulation processing of only the pulse light selected from the plurality of pulse lights, and supplying attenuated pulse light and non-attenuated pulse light to the first A second communication terminal that replies to the communication terminal,
The first communication terminal receives attenuated pulsed light and non-attenuated pulsed light from the second communication terminal, and performs analysis of communication information by interference measurement based on the attenuated pulsed light and non-attenuated pulsed light A quantum cryptography communication device comprising:
前記第2の通信端末から受信する前記2つのパルス光に対応する減衰パルス光と非減衰パルス光とを、前記パルス光の出力時に各パルス光が通過した経路を相互に入れ替えて通過させて、各パルス光の通信端末間の往復経路を一致させて各パルス光に基づく干渉測定を実行する構成であることを特徴とする請求項13に記載の量子暗号通信装置。 In the output processing of the pulse light, the first communication terminal passes each of two pulse lights having a time difference to be output on the communication path through different paths in the first communication terminal, and then enters the communication path. Output configuration,
The attenuated pulsed light and the non-attenuated pulsed light corresponding to the two pulsed lights received from the second communication terminal are allowed to pass through each other by passing through the paths through which each pulsed light passes at the time of output of the pulsed light, The quantum cryptography communication device according to claim 13, wherein interference measurement based on each pulse light is performed by matching a round-trip path between communication terminals of each pulse light.
ファラデーミラーによるパルス光の反射処理を実行する構成を有することを特徴とする請求項13に記載の量子暗号通信装置。 The second communication terminal is
The quantum cryptography communication device according to claim 13, wherein the quantum cryptography communication device has a configuration for performing reflection processing of pulsed light by a Faraday mirror.
前記第1の通信端末から受信する複数のパルス光から選択されたパルス光のみの減衰および変調処理を実行して信号光を生成し、前記信号光と、非減衰パルス光としてのLO光とを前記第1の通信端末に返信する処理を実行する構成であることを特徴とする請求項13に記載の量子暗号通信装置。 The second communication terminal is
Attenuating and modulating only the pulsed light selected from the plurality of pulsed lights received from the first communication terminal to generate signal light, and the signal light and the LO light as non-attenuated pulsed light The quantum cryptography communication device according to claim 13, wherein the quantum cryptography communication device is configured to execute a process of returning to the first communication terminal.
前記第2の通信端末からの減衰パルス光である信号光と非減衰パルス光としてのLO光とに基づくホモダイン検出処理を実行する構成であることを特徴とする請求項13に記載の量子暗号通信装置。 The first communication terminal is
14. The quantum cryptography communication according to claim 13, wherein homodyne detection processing is performed based on signal light that is attenuated pulsed light from the second communication terminal and LO light that is non-attenuated pulsed light. apparatus.
音響光学素子を適用した選択パルス光の減衰処理を実行する構成を有することを特徴とする請求項13に記載の量子暗号通信装置。 The second communication terminal is
The quantum cryptography communication device according to claim 13, wherein the quantum cryptography communication device has a configuration for executing attenuation processing of selective pulse light to which an acoustooptic device is applied.
LiNbO3位相変調器に基づく選択パルス光の位相変調処理を実行する構成を有することを特徴とする請求項13に記載の量子暗号通信装置。 The second communication terminal is
The quantum cryptography communication device according to claim 13, wherein the quantum cryptography communication device has a configuration for executing phase modulation processing of selective pulse light based on a LiNbO 3 phase modulator.
前記第1の通信端末は、パルス光の位相変調処理を実行する構成を有することを特徴とする請求項13に記載の量子暗号通信装置。 In the quantum cryptography communication device,
The quantum cryptography communication device according to claim 13, wherein the first communication terminal has a configuration for performing a phase modulation process of pulsed light.
前記通信路を介して受信するパルス光をビームスプリッタで分離し、減衰および変調処理を実行するパルスの到着タイミングを検出し、該検出情報に基づく制御により、前記複数のパルス光から選択されたパルス光のみの減衰および変調処理を実行する構成を有することを特徴とする請求項13に記載の量子暗号通信装置。 The second communication terminal is
The pulse light received via the communication path is separated by a beam splitter, the arrival timing of a pulse for executing attenuation and modulation processing is detected, and a pulse selected from the plurality of pulse lights by control based on the detection information The quantum cryptography communication device according to claim 13, wherein the quantum cryptography communication device has a configuration for executing attenuation and modulation processing of only light.
前記通信路を介して受信する複数のパルス光をビームスプリッタで分離し、変調処理およびホモダイン検出処理を実行するパルスの到着タイミングを検出し、該検出情報に基づく制御により、前記複数のパルス光から選択されたパルス光のみの変調処理と、ホモダイン検出を実行する構成を有することを特徴とする請求項13に記載の量子暗号通信装置。 The first communication terminal is
A plurality of pulse lights received via the communication path are separated by a beam splitter, a pulse arrival timing for executing a modulation process and a homodyne detection process is detected, and control based on the detection information is performed to control the plurality of pulse lights. The quantum cryptography communication device according to claim 13, wherein the quantum cryptography communication device has a configuration for performing modulation processing of only selected pulsed light and homodyne detection.
偏光子、1/2波長板、偏光ビームスプリッタ、ファラデーローテータを構成要素とするサーキュレータを有することを特徴とする請求項13に記載の量子暗号通信装置。 The first communication terminal is
The quantum cryptography communication device according to claim 13, further comprising a circulator including a polarizer, a half-wave plate, a polarization beam splitter, and a Faraday rotator.
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