JP2009147432A - Quantum cryptography transmitter and quantum encryption device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a quantum encryption device with a simpler device configuration than a conventional technology with respect to a device to be possessed by a regular user. <P>SOLUTION: This quantum encryption device is provided with: a light source for generating a photon as the information carrier of a quantum bit; a branch coupler for branching the photon generated by the light source at random to a plurality of transmission paths; a number of photon non-destructive measurement device for non-destructively detecting the presence/absence of the photon to be propagated for each of the plurality of transmission paths; and a photon pulse state preparation means for transmitting double photon pulses prepared in a non-orthogonal four states to a single transmission path depending on the propagation path on which the photon has passed among the plurality of propagation paths. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、量子暗号装置、特に光ファイバー通信により暗号秘密鍵を共有する量子暗号鍵配布を行う量子暗号送信器に関する。   The present invention relates to a quantum cryptography device, and more particularly to a quantum cryptography transmitter that performs quantum cryptography key distribution that shares an encryption secret key by optical fiber communication.

インターネットの爆発的普及、電子商取引の実用化を迎え、通信の秘密保持・改竄防止や個人の認証など暗号技術の社会的な必要性が高まっている。   With the explosive spread of the Internet and the commercialization of electronic commerce, there is an increasing social need for cryptographic technologies such as confidentiality and tampering prevention of communications and personal authentication.

現在、DES(データ暗号化規格:Data Encryption Standard)暗号のような共通鍵方式やRSA(R. Rivest、A. Shamir、L. Adelman)暗号のような共通鍵方式やRAS暗号をはじめとする公開鍵方式が広く用いられている。しかし、これらは「計算量的安全性」にその基盤を置いている。   Currently, public key systems such as DES (Data Encryption Standard) cipher, public key systems such as RSA (R. Rivest, A. Shamir, L. Adelman) cipher and RAS cipher The key method is widely used. However, these are based on “computational safety”.

つまり、現行の暗号方式は計算機ハードウェアと暗号解読アルゴリズムの進歩に常に脅かされている。特に銀行間のトランザクションや軍事・外交にかかわる情報などの極めて高い安全性が要求される分野では原理的に安全な暗号方式が実用になればそのインパクトは大きい。   In other words, current cryptosystems are constantly threatened by advances in computer hardware and decryption algorithms. In particular, in fields where extremely high security is required, such as transactions between banks and information related to military and diplomacy, the impact will be great if practically secure cryptographic methods become practical.

情報理論で無条件安全性が証明されている暗号式にワンタイムパッド法がある。ワンタイムパッド法は通信文と同じ長さの暗号鍵を用い、暗号鍵を1回で使い捨てることが特徴である。   There is a one-time pad method as an encryption method whose unconditional security is proved by information theory. The one-time pad method is characterized by using an encryption key with the same length as the message and throwing away the encryption key once.

非特許文献1(ベネット(Bennett)、ブラッサード(Brassard)著 IEEEコンピュータ、システム、信号処理国際会議(IEEE Int. Conf. on Computers, Systems, and Signal Processing, Bangalore, India, p. 175 (1984)))で、現在BB84プロトコルとして広く知られている、ワンタイムパッド法に使用する暗号秘密鍵を安全に配送する具体的なプロトコルがベネット(Bennett)らによりはじめて提案された。これを契機に量子暗号の研究が盛んになっている。   Non-Patent Document 1 (Bennett, Brassard, IEEE Computer, Systems, Signal Processing International Conference (IEEE Int. Conf. On Computers, Systems, and Signal Processing, Bangalore, India, p. 175 (1984)) ) And Bennett et al. Proposed for the first time a specific protocol that is widely known as the BB84 protocol and that securely distributes a cryptographic private key used in the one-time pad method. As a result, research on quantum cryptography has become active.

量子暗号は物理法則が暗号の安全性を保証するため、計算機の能力の限界に依存しない究極の安全性保証が可能になる。現在多く検討されている量子暗号装置では一ビットの情報を単一光子の状態にエンコードして伝送する。これは、光子が他の量子系に比べると環境による擾乱に強いと同時に、既存の光ファイバー通信技術の活用により長距離の暗号鍵配布が期待できるためである。   In quantum cryptography, the laws of physics guarantee the security of cryptography, so it is possible to guarantee the ultimate security that does not depend on the limits of computer capabilities. In a quantum cryptography apparatus that is currently under much investigation, 1-bit information is encoded into a single photon state and transmitted. This is because photons are more resistant to environmental disturbances than other quantum systems, and at the same time, long-distance encryption key distribution can be expected by utilizing existing optical fiber communication technology.

本発明の基盤であり、理論的にその安全性が証明されている非特許文献1に記載されている4非直交状態を用いる量子暗号鍵配付プロトコル(BB84と呼ばれる)では、送信者はあらかじめ定められた光子の2種の非直交な相補的基底(不確定な関係にある変数の組:例えば位置と運動量など)のひとつを変調基底としてランダムに選択し、鍵となるビットデータを選択した変調基底に属する2直交状態(古典的に区別可能な状態)により変調して伝送する。   In the quantum cryptographic key distribution protocol (referred to as BB84) using the four non-orthogonal states described in Non-Patent Document 1, which is the basis of the present invention and theoretically proves its security, the sender is predetermined. Modulation by randomly selecting one of two non-orthogonal complementary bases of a given photon (a set of variables in an uncertain relationship: for example, position and momentum) as a modulation base and selecting key bit data Modulated and transmitted according to two orthogonal states (classically distinguishable states) belonging to the base.

受信者は到着光子をランダムに選択する復調基底に適合した復調方法で復調し、その復調結果を鍵となるビットデータの候補として記録する。送受信者は相補的基底のいずれを変復調に用いたかを、すべての量子鍵(暗号鍵が変調された光子)について公開通信路を用いて照合し、変復調基底が合致した光子に関するビットデータのみを選別して鍵の候補とする。   The receiver demodulates the arrival photon by a demodulation method suitable for a demodulation base that randomly selects the arrival photon, and records the demodulation result as a bit data candidate as a key. The sender / receiver verifies which of the complementary bases was used for modulation / demodulation using the public channel for all quantum keys (photons whose cryptographic keys are modulated), and selects only bit data related to photons whose modulation / demodulation bases match. To make a key candidate.

盗聴行為は量子力学的状態に擾乱を与え、正規送受信者の選別鍵中のエラーから漏洩情報量が推定できるようにプロトコルが設計されている。盗聴行為がなければ漏洩情報量はゼロであり、選別鍵中のエラーはゼロである。選別鍵中のエラー率をサンプリング法により測定し、測定したエラー率がしきい値より小さければ、選別鍵から安全な秘密鍵を抽出することが可能であることが公知である。   An eavesdropping act disturbs the quantum mechanical state, and the protocol is designed so that the amount of leaked information can be estimated from the error in the selection key of the authorized sender / receiver. If there is no wiretapping, the amount of leaked information is zero, and the error in the selection key is zero. It is known that an error rate in a selection key is measured by a sampling method, and if the measured error rate is smaller than a threshold value, a secure secret key can be extracted from the selection key.

このような情報通信に用いられる量子状態はしばしば量子情報と呼ばれる。量子情報を担う量子力学的2自由度系は量子ビットと呼ばれ、それは数学的にはスピン1/2系と等価である。以下、担体となる物理系が光子の場合について、従来技術を記述する。   The quantum state used for such information communication is often called quantum information. A quantum mechanical two-degree-of-freedom system carrying quantum information is called a qubit, which is mathematically equivalent to a spin 1/2 system. Hereinafter, the prior art will be described in the case where the physical system as a carrier is a photon.

本発明に関わる、光子を量子ビット担体とし長距離伝送のため光ファイバーを伝送路として用いる暗号鍵配布装置について、以下に従来技術を説明する。光子を用いた量子暗号装置については、非特許文献2(ツビンデン(Zbinden)ほか著「Experimental Quantum Cryptography」、「INTRODUCTION TO QUANTUM COMPUTATION AND INORMATION(ロー(Lo)ら編著)」(World Scientific、1998年出版)、120ページ)、非特許文献3(エカート(Ekert)ほか著「Quantum Cryptography」、 「The Physics of Quantum Information(ボウメスター(Bouwmeester)ら編著)」(Springer、2000年出版)、15ページ)、非特許文献4(ジサン(Gisin)ほか著「Quantum Cryptography」 レビュー・オブ・モダン・フィジックス(Rev. Mod. Phys.)、74号(2002年出版)、145−195ページ)に詳細な説明がある。   The prior art will be described below with respect to an encryption key distribution apparatus that uses photons as qubit carriers and optical fibers as transmission lines for long-distance transmission according to the present invention. Non-Patent Document 2 (Zbinden et al., “Experimental Quantum Cryptography”, “INTRODUCTION TO QUANTUM COMPUTATION AND INORMATION” (edited by Lo et al.)) (World Scientific, 1998) ), 120 pages), Non-Patent Document 3 (Ekert et al., “Quantum Cryptography”, “The Physics of Quantum Information (edited by Bouwmeester et al.)” (Springer, 2000), 15) Patent Document 4 (Gisin et al., “Quantum Cryptography” Review of Modern Physics (Rev. Mod. Phys.), 74 (2002), pages 145-195) has a detailed description.

非特許文献1では、光子の持ちうる2つの偏波状態に情報をエンコードする、偏波コーディングと呼ばれる量子暗号装置の実装が提案された。しかしながら、偏波コーディングには伝送路中の偏波回転の実時間制御および補償が必要となるため、光ファイバーを伝送路として用いる長距離暗号鍵配布システムの実装方法としてはあまり使われない。   Non-Patent Document 1 proposes the implementation of a quantum cryptography device called polarization coding that encodes information into two polarization states that a photon can have. However, since polarization coding requires real-time control and compensation of polarization rotation in the transmission line, it is not often used as a mounting method for a long-distance encryption key distribution system using an optical fiber as a transmission line.

長距離暗号鍵配布システムとしては、2連微弱光パルス間の相対位相に情報をエンコードする、位相コーディングと呼ばれる量子暗号装置の実装がやはりベネットらにより提案され、実現されている。   As a long-distance encryption key distribution system, Bennet et al. Have proposed and realized an implementation of a quantum encryption device called phase coding that encodes information in a relative phase between two weak light pulses.

図7は非特許文献2〜4に記載がある、コヒーレント微弱光パルスを用いた位相コーディングによる量子暗号装置の代表的実装例を示している。この装置では、2つの非対称マッハツェンダー干渉系を光ファイバー伝送路で直列に連結した構造の光学干渉系が用いられる。   FIG. 7 shows a typical implementation example of a quantum cryptography device based on phase coding using coherent weak light pulses described in Non-Patent Documents 2 to 4. In this apparatus, an optical interference system having a structure in which two asymmetric Mach-Zehnder interference systems are connected in series by an optical fiber transmission line is used.

送信部に装備された微弱レーザ光源71で発生した微弱な短光パルスを、送信側の非対称マッハツェンダー干渉系72に入射することにより、光ファイバー伝送路上にその長短尺光路差だけ空間的に分離したコヒーレント2連微弱光パルス78を準備する。   The weak short light pulse generated by the weak laser light source 71 provided in the transmission unit is incident on the asymmetric Mach-Zehnder interference system 72 on the transmission side, so that the difference between the long and short optical paths is spatially separated on the optical fiber transmission line. A coherent double weak light pulse 78 is prepared.

ここで、コヒーレントという言葉は、長短尺光路差の明確に定義された非対称マッハツェンダー干渉系72により2連微弱光パルス78の2つのパルスの間に相対位相が明確に定義できることを意味する。   Here, the term coherent means that the relative phase can be clearly defined between two pulses of the double weak light pulse 78 by the asymmetric Mach-Zehnder interference system 72 in which the long and short optical path differences are clearly defined.

2連微弱光パルス78は光ファイバー伝送路73上を伝送中に擾乱を受けるが、それらの相対的位相関係や偏波面の関係は保存される。受信側の非対称マッハツェンダー干渉系74により、2連微弱光パルス78は3連パルス的光子出力79に変換され、下流側の2つのポートに出力される。   The double weak light pulses 78 are disturbed during transmission on the optical fiber transmission path 73, but their relative phase relationship and polarization plane relationship are preserved. By the asymmetric Mach-Zehnder interference system 74 on the reception side, the double weak light pulse 78 is converted into a triple pulse-like photon output 79 and output to two downstream ports.

光子検出器75により、非対称マッハツェンダー干渉系74の2つの下流ポートに出力される3連パルス的光子出力79の中央の光パルス中に含まれる光子が0か1かを識別し、記録する。   The photon detector 75 identifies and records whether the photon contained in the center optical pulse of the triple pulsed photon output 79 output to the two downstream ports of the asymmetric Mach-Zehnder interference system 74 is 0 or 1.

3連パルス的光子出力79のうち、中央の光パルスには、送信部で非対称マッハツェンダー干渉系の長尺を通り受信部で短尺を通ってきた光パルスと、送信部で短尺を通り受信部で長尺を通ってきた光パルスが寄与し、これら2つの寄与の干渉により2つの出力ポートへの強度比は2連微弱光パルス78の光学遅延(相対的な位相)に正弦波関数的に依存する。   Of the triplet-like photon output 79, the central optical pulse includes an optical pulse that has passed through the length of the asymmetric Mach-Zehnder interference system at the transmitter and a short path at the receiver, and a receiver that passes through the short length at the transmitter. The optical pulse that has passed through a long length contributes, and due to the interference of these two contributions, the intensity ratio to the two output ports is sinusoidally related to the optical delay (relative phase) of the double weak light pulse 78. Dependent.

上記の光学干渉システムにおいて2連微弱光パルス78に光学遅延(相対的な位相)に変調を与えることにより、量子暗号の原理に基づく暗号鍵配布を行うことができる。この目的のため、光パルスが非対称マッハツェンダー干渉系72を通過中に内包された位相変調器76で{0、π/2、π、3π/2}の4値の位相変調を行い、光ファイバー73伝送後の2連パルスが非対称マッハツェンダー干渉系74を通過中に内包された位相変調器77で{0、π/2}の2値の位相変調を行う。   In the above-described optical interference system, by modulating the optical delay (relative phase) to the double weak light pulse 78, encryption key distribution based on the principle of quantum cryptography can be performed. For this purpose, the optical modulator 73 performs quaternary phase modulation of {0, π / 2, π, 3π / 2} with the phase modulator 76 included while the optical pulse passes through the asymmetric Mach-Zehnder interference system 72. The binary pulse after transmission is subjected to binary phase modulation of {0, π / 2} by the phase modulator 77 included while passing through the asymmetric Mach-Zehnder interference system 74.

非対称マッハツェンダー干渉系72および74における光学遅延を適正に調整することにより、非特許文献1に提案された非直交4状態を用いる量子暗号鍵配布プロトコルを実行し、安全な鍵配布を行うことが可能である。   By appropriately adjusting the optical delay in the asymmetric Mach-Zehnder interferometers 72 and 74, the quantum cryptographic key distribution protocol using the non-orthogonal four states proposed in Non-Patent Document 1 can be executed to perform secure key distribution. Is possible.

位相コーディングに基づく量子暗号装置は、光ファイバー伝送路との相性も良く、長距離鍵配布が可能であるというメリットがあるが、送受信者がそれぞれ持つ非対称マッハツェンダー干渉系の相対光学遅延を光波長なみの精度で維持しなければならないという問題がある。   Quantum cryptography devices based on phase coding have the advantage of good compatibility with optical fiber transmission lines and the ability to distribute long-distance keys. However, the relative optical delay of the asymmetric Mach-Zehnder interference system of each transmitter / receiver is considered to be less than the optical wavelength. There is a problem that it must be maintained with an accuracy of.

これら送受信者に分散して配置された干渉系の光学遅延は、温度変化その他の原因により独立にゆらいだりドリフトしたりするため、光干渉効果は容易に消失する。この問題を解決するためには、両干渉系の相対光学遅延変化を測定し、測定結果をフィードバックして相対光学遅延を一定に維持するアクティブな制御装置が必要となる。このような測定装置はそれ自体がシステムを複雑化するだけではなく、測定に用いる参照光がシステムノイズを増加させ、量子暗号装置の性能劣化の原因となる。   Since the optical delay of the interference system distributed to these transmitters and receivers fluctuates and drifts independently due to temperature changes and other causes, the optical interference effect is easily lost. In order to solve this problem, an active control device that measures the relative optical delay change of both interference systems and feeds back the measurement result to keep the relative optical delay constant is required. Such a measuring apparatus not only complicates the system itself, but the reference light used for the measurement increases system noise and causes the performance degradation of the quantum cryptography apparatus.

近年、上記のような問題を解決するため、非特許文献5(南部ほか著「BB84 Quantum Key Distribution System Based on Silica-Based Planar Lightwave Circuits」 ジャパン・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス(Jpn J. Appl. Phys.)、43号(2004年出版)、L1109ページ)、非特許文献6(木村ほか著「Single-photon Interference over 150 km Transmission Using Silica-based Integrated-optic Interferometers for Quantum Cryptography」 ジャパン・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス(Jpn J. Appl. Phys.)、43号(2004年出版)、L1217ページ)、非特許文献7(南部ほか著「One-way Quantum Key Distribution System based on Planar Lightwave Circuit」 ジャパン・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス(Jpn J. Appl. Phys.)45号、6A巻(2006年出版)、5344−5348ページ)および特許文献1(特開2003-249928号公報)にあげられるように、平面光回路(PLC: Photonic Lightwave Circuit)技術を応用した量子暗号装置が考案され開発されている。   In recent years, Non-Patent Document 5 (Nanbu et al., “BB84 Quantum Key Distribution System Based on Silica-Based Planar Lightwave Circuits”, Japan Journal of Applied Physics (Jpn J. Appl. Phys.), 43 (published in 2004), page L1109), Non-Patent Document 6 (Kimura et al., “Single-photon Interference over 150 km Transmission Using Silica-based Integrated-optic Interferometers for Quantum Cryptography”, Japan Journal of・ Applied Physics (Jpn J. Appl. Phys.), No. 43 (published in 2004), page L1217), Non-Patent Document 7 (by Nambu et al. “One-way Quantum Key Distribution System based on Planar Lightwave Circuit” Japan Journal of Applied Physics, No. 45, Volume 6A (2006), 5344-534 Pages) and as mentioned in Patent Document 1 (JP 2003-249928), the planar lightwave circuit (PLC: Photonic Lightwave Circuit) quantum cryptography device that applies techniques have been devised developed.

非対称マッハツェンダー干渉系をシリコン基板上にパターニングで形成した光導波路で作製することにより、外乱により影響を受けることのない安定な光学干渉系を、温度制御というパッシブな制御のみによって実現することができ、低雑音のシステムを構築できるというメリットがある。   By fabricating an asymmetric Mach-Zehnder interference system with an optical waveguide formed by patterning on a silicon substrate, a stable optical interference system that is not affected by disturbance can be realized only by passive control such as temperature control. There is an advantage that a low noise system can be constructed.

PLCを用いた実装の場合、先に示したような位相変調器を内包した低損失な非対称マッハツェンダー干渉系を製作することは現在の技術では容易ではない。コスト増は問題としないとしても、受信側デバイスの光学損失の増加は、微弱光を情報担体として用いる量子暗号装置の性能劣化に直結するため、許容できない問題である。この問題を解決するため、位相変調器を非対称マッハツェンダー干渉系の外部に配置した、図8に示したような量子暗号装置が考案され、開発されている。   In the case of implementation using a PLC, it is not easy with the current technology to manufacture a low-loss asymmetric Mach-Zehnder interference system including a phase modulator as shown above. Even if an increase in cost is not a problem, an increase in optical loss of the receiving device is an unacceptable problem because it directly leads to performance degradation of the quantum cryptography device that uses weak light as an information carrier. In order to solve this problem, a quantum cryptography device as shown in FIG. 8 in which a phase modulator is disposed outside the asymmetric Mach-Zehnder interference system has been devised and developed.

図8に示す量子暗号装置の例では、送信部に装備された微弱レーザ光源81で発生した微弱な短光パルスを送信側のPLCにより構成された非対称マッハツェンダー干渉系82に入射することより、光ファイバー伝送路上にその長短尺光路差だけ空間的に分離したコヒーレント2連微弱光パルス89を準備する。   In the example of the quantum cryptography device shown in FIG. 8, a weak short light pulse generated by a weak laser light source 81 provided in a transmission unit is incident on an asymmetric Mach-Zehnder interference system 82 constituted by a PLC on the transmission side. A coherent double weak light pulse 89 spatially separated by the difference between the long and short optical path is prepared on the optical fiber transmission path.

2連微弱光パルス89は光ファイバー伝送路83上を伝送する。受信側の非対称マッハツェンダー干渉系84により、2連微弱光パルス89は3連光パルス90に変換され、下流側の2つのポートに出力される。光子検出器85により、非対称マッハツェンダー干渉系84の2つの下流ポートに出力される3連パルス的光子出力90の中央の光パルス中に含まれる光子の有無が識別されて記録される。   The double weak light pulse 89 is transmitted on the optical fiber transmission line 83. The double weak light pulse 89 is converted into a triple light pulse 90 by the asymmetric Mach-Zehnder interference system 84 on the reception side, and is output to two ports on the downstream side. The photon detector 85 identifies and records the presence or absence of a photon contained in the center optical pulse of the triple pulsed photon output 90 output to the two downstream ports of the asymmetric Mach-Zehnder interference system 84.

送信側の非対称マッハツェンダー干渉系82の下流に直列に挿入した位相変調器86、87に、それぞれの変調器の2連微弱光パルス89の通過時に同期してパルス的な変調信号を印可することにより、2連微弱光パルス89の一方のパルスに選択的に{0、π/2、π、3π/2}の4値の位相変調を与え、もって2連微弱光パルス89の光学遅延(相対位相)に4値変調を与える。   Applying a pulse-like modulation signal to the phase modulators 86 and 87 inserted in series downstream of the asymmetric Mach-Zehnder interference system 82 on the transmission side in synchronization with the passage of the double weak light pulse 89 of each modulator. Thus, one of the double weak light pulses 89 is selectively subjected to four-level phase modulation of {0, π / 2, π, 3π / 2}, so that the optical delay (relative) of the double weak light pulses 89 is obtained. (4) modulation is applied to (phase).

受信側の非対称マッハツェンダー干渉系84の上流に直列に挿入した位相変調器88に、2連微弱光パルス89の通過時に同期してパルス的な変調信号を印可することにより、2連微弱光パルス89の一方のパルスに選択的に{0、π/2}の2値の位相変調を与え、もって2連微弱光パルス89の光学遅延(相対位相)に2値変調を与える。   By applying a pulse-like modulation signal to the phase modulator 88 inserted in series upstream of the asymmetric Mach-Zehnder interference system 84 on the receiving side in synchronization with the passage of the double weak light pulse 89, the double weak light pulse is applied. A binary phase modulation of {0, π / 2} is selectively given to one pulse of 89, so that a binary modulation is given to the optical delay (relative phase) of the double weak light pulse 89.

非対称マッハツェンダー干渉系82および84における光学遅延を調整することにより、図7の量子暗号装置と同様に非特許文献1に提案された非直交4状態を用いる量子暗号鍵配布プロトコルを実行し、安全な鍵配布を行うことが可能である。   By adjusting the optical delay in the asymmetric Mach-Zehnder interference systems 82 and 84, the quantum encryption key distribution protocol using the non-orthogonal four states proposed in Non-Patent Document 1 is executed in the same manner as the quantum encryption apparatus of FIG. Key distribution is possible.

一方、非特許文献5および特許文献1で公知となっている図9に示す量子暗号装置の例では、送信部に装備された微弱レーザ光源91で発生した微弱な短光パルスを送信側のPLCにより構成され、対称マッハツェンダー干渉系92とカスケードに接続された非対称マッハツェンダー干渉系93に入射することより、光ファイバー伝送路上に非対称マッハツェンダー干渉系93の長短尺光路差だけ空間的に分離したコヒーレント2連微弱光パルスまたはそれらの構成要素である先進・遅延いずれかの微弱光パルス98を準備する。   On the other hand, in the example of the quantum cryptography device shown in FIG. 9 known in Non-Patent Document 5 and Patent Document 1, a weak short light pulse generated by the weak laser light source 91 provided in the transmission unit is transmitted to the PLC on the transmission side. Coherent that is spatially separated by a long and short optical path difference of the asymmetric Mach-Zehnder interference system 93 on the optical fiber transmission line by being incident on the asymmetric Mach-Zehnder interference system 93 connected in cascade with the symmetrical Mach-Zehnder interference system 92 Two weak light pulses 98 or advanced or delayed weak light pulses 98 which are their constituent elements are prepared.

これらの微弱光パルス98は光ファイバー伝送路94上を伝送され、受信側の非対称マッハツェンダー干渉系95を通過後、その下流側の2つのポートへの光子到着時間が、送信装置に同期して動作する光子検出器96により観測され、長短尺光路差相当の時間分、分離された3つのタイムスロットのいずれであったかが識別・記録される。   These weak light pulses 98 are transmitted on the optical fiber transmission line 94, and after passing through the asymmetric Mach-Zehnder interference system 95 on the receiving side, the photon arrival times at the two downstream ports operate in synchronization with the transmitter. The photon detector 96 recognizes and records which of the three separated time slots is equivalent to the time corresponding to the long / short optical path difference.

送信側の対称マッハツェンダー干渉系92の一方の光路には位相変調器97が挿入されており、微弱レーザ光源91から入射された微弱光パルスは{0、π/2、π、3π/2}の4値から選択された位相変調を受ける。   A phase modulator 97 is inserted in one optical path of the symmetric Mach-Zehnder interference system 92 on the transmission side, and weak light pulses incident from the weak laser light source 91 are {0, π / 2, π, 3π / 2}. Are subjected to phase modulation selected from the four values.

付与される位相変調が{0、π}の場合には光パルスは非対称マッハツェンダー干渉系93の長尺又は短尺のみを伝搬し、位相変調値に依存して前後いずれかの光パルス98が光ファイバー伝送路94上に準備される。   When the applied phase modulation is {0, π}, the optical pulse propagates only in the long or short length of the asymmetric Mach-Zehnder interference system 93, and either the front or rear optical pulse 98 depends on the phase modulation value. Prepared on the transmission line 94.

付与される位相変調が{π/2、3π/2}の場合には微弱光パルスは非対称マッハツェンダー干渉系93の長短尺の両方を伝搬し、位相変調値に依存して相対位相がπ変化するコヒーレント2連光パルス98が光ファイバー伝送路94上に準備される。   When the applied phase modulation is {π / 2, 3π / 2}, the weak light pulse propagates both the long and short lengths of the asymmetric Mach-Zehnder interference system 93, and the relative phase changes by π depending on the phase modulation value. A coherent duplex optical pulse 98 is prepared on the optical fiber transmission line 94.

位相変調器97における位相変調値が{0、π}の場合には、中央のタイムスロットに出現する光子の出力ポートと位相変調値が相関し、位相変調器97における位相変調値が{π/2、3π/2}の場合には、第1と第3のタイムスロットに出現する光子のタイムスロットと位相変調値が相関するように、非対称マッハツェンダー干渉系93および95における光学遅延を適切に調整することにより、非特許文献1に提案された非直交4状態を用いる量子暗号鍵配布プロトコルを実行し、安全な鍵配布を行うことが可能である。   When the phase modulation value in the phase modulator 97 is {0, π}, the output port of the photon appearing in the central time slot correlates with the phase modulation value, and the phase modulation value in the phase modulator 97 is {π / 2 and 3π / 2}, the optical delays in the asymmetric Mach-Zehnder interference systems 93 and 95 are appropriately set so that the time modulation of the photons appearing in the first and third time slots correlates with the phase modulation value. By adjusting, it is possible to execute the quantum encryption key distribution protocol using the non-orthogonal four states proposed in Non-Patent Document 1 and perform secure key distribution.

図7および図8に示した量子暗号装置には、以下のような問題がある。   The quantum cryptography device shown in FIGS. 7 and 8 has the following problems.

鍵データ及び変調基底選択のため送信器の位相変調器76や86、87で4値からランダムに選んだ位相変調を、復調基底選択のため受信器の位相変調器77や88で2値からランダムに選んだ位相変調を行う必要がある。このために送信器では2ビットの、受信器では1ビットの乱数列が必要になる。   Phase modulation randomly selected from four values by the phase modulators 76, 86, 87 of the transmitter for selecting key data and modulation base, and random from binary values by the phase modulator 77, 88 of the receiver for selecting demodulation base It is necessary to perform the phase modulation selected. This requires a 2-bit random number sequence at the transmitter and a 1-bit random number sequence at the receiver.

セキュアな秘密鍵共有を行うためには、これらの乱数列は真性乱数列である必要がある。このような真性乱数列は熱雑音などの物理現象を用いる装置により生成することはできる。   In order to perform secure secret key sharing, these random number sequences need to be true random number sequences. Such a true random number sequence can be generated by a device using a physical phenomenon such as thermal noise.

高速な鍵共有のためには、例えばシステム動作速度を高める必要があるが、そのためには高速な真性乱数列の生成が必要となる。残念ながら、現状技術の真性乱数生成装置の乱数生成速度は高くないため、複数の装置を並列動作させるなどの方法を採用するしか生成速度の高速化の方法はなく、システムサイズの肥大化、コスト増および発熱・消費電力増加の要因となっていた。   For high-speed key sharing, for example, it is necessary to increase the system operation speed. For this purpose, it is necessary to generate a high-speed intrinsic random number sequence. Unfortunately, because the current technology's true random number generators do not have a high random number generation speed, the only way to increase the generation speed is to use multiple devices in parallel, which increases system size and costs. Increased heat generation and power consumption.

また、プロトコルに従い到着光子に関する基底の照合を行う際、どの光子が受信器まで到着するかは確率事象であり予測がつかないため、送受信器内で基底の照合までの間、暫時記憶する必要がある。このために、莫大なサイズの記憶装置を用意し、かつ短時間のバースト的システム動作を繰り返す必要があり、このこともシステムサイズの肥大化、コスト増および発熱・消費電力増加の要因となっていた。   Also, when collating the basis for the arriving photon according to the protocol, which photon arrives at the receiver is a stochastic event and cannot be predicted, so it must be stored for a while until the basis is collated in the transceiver. is there. For this reason, it is necessary to prepare a storage device of enormous size and repeat burst system operation for a short time, which is also a factor of system size enlargement, cost increase, and heat generation / power consumption increase. It was.

量子暗号装置の持つ上記のような問題点の一部は、図9に示されているシステム構成により解決される。   Some of the above problems of the quantum cryptography apparatus are solved by the system configuration shown in FIG.

図9において、送信器は量子ビットの情報担体となる光子を発生する4組の微弱レーザ光源91、1組の長尺および短尺光路を有する光導波路92および非対称マッハツェンダー干渉系93が光カップラー94により共通の光伝送路95に結合されている。   In FIG. 9, the transmitter includes four sets of weak laser light sources 91 that generate photons serving as information carriers of qubits, an optical waveguide 92 having a pair of long and short optical paths, and an asymmetric Mach-Zehnder interference system 93. Are coupled to a common optical transmission line 95.

受信器は送信装置と同様の1組の長尺および短尺光路を有する光導波路96および非対称マッハツェンダー干渉系97が光カップラー98により共通の光ファイバー伝送路95に結合され、4組の出力ポートそれぞれには光子検出器99が接続されている。   In the receiver, an optical waveguide 96 having a pair of long and short optical paths and an asymmetric Mach-Zehnder interference system 97 similar to those of the transmitter are coupled to a common optical fiber transmission path 95 by an optical coupler 98. Is connected to a photon detector 99.

正規送信者は同一波長λのコヒーレント光を発生する4組の微弱レーザ光源91からランダムにひとつの光源を選び、選ばれた光源から微弱な短光パルスを出射する。微弱レーザ光源91においてLD00またはLD01が選択された場合、非対称マッハツェンダー干渉系93の2つの入力ポートに入射された短光パルスは、入力ポートの選択に依存してπだけ相対位相の異なるコヒーレントな2連微弱光パルス(相対位相が明確に定義された2つの光パルス)となって出力ポート上に出力される。   The regular transmitter randomly selects one light source from the four sets of weak laser light sources 91 that generate coherent light of the same wavelength λ, and emits a weak short light pulse from the selected light source. When LD00 or LD01 is selected in the weak laser light source 91, the short optical pulses incident on the two input ports of the asymmetric Mach-Zehnder interference system 93 are coherent with different relative phases by π depending on the selection of the input port. Two continuous weak light pulses (two light pulses whose relative phases are clearly defined) are output on the output port.

一方、LD10またはLD11が選択された場合、1組の長尺および短尺光路を有する光導波路92の導波路長を適切に調整することにより、該コヒーレント2連微弱光パルスと同一時間で入力ポートの選択に従って出射時間が変調された微弱光パルスを出力ポート上に準備することができる。   On the other hand, when LD10 or LD11 is selected, by appropriately adjusting the waveguide length of the optical waveguide 92 having a pair of long and short optical paths, the input port can be connected at the same time as the coherent double weak light pulse. A weak light pulse whose emission time is modulated according to the selection can be prepared on the output port.

これらの2つの光回路の出力ポートを光カップラーで共通の光伝送路95に結合することにより、微弱レーザ光源91の選択に依存して、量子暗号鍵配布プロトコル実行に必要となる互いに相補的な基底系に属するコヒーレント2連微弱光パルスまたはそれらを構成する微弱光パルスのいずれかひとつからなる非直交光パルス9Aをランダムに光伝送路95上に準備することが出来る。   By coupling the output ports of these two optical circuits to a common optical transmission line 95 with an optical coupler, depending on the selection of the weak laser light source 91, they are complementary to each other required to execute the quantum encryption key distribution protocol. A non-orthogonal optical pulse 9A composed of any one of the coherent double weak light pulses belonging to the basis system or the weak light pulses constituting them can be prepared on the optical transmission line 95 at random.

一方、受信器は送信器と同様の1組の長尺および短尺光路を有する光導波路96および非対称マッハツェンダー干渉系97を有し、それらの入力ポートは光カップラー98により共通の光ファイバー伝送路95に結合され、4つの出力ポートは4組の光子検出器99に接続されている。   On the other hand, the receiver has an optical waveguide 96 having a pair of long and short optical paths similar to the transmitter and an asymmetric Mach-Zehnder interference system 97, and their input ports are connected to a common optical fiber transmission path 95 by an optical coupler 98. Combined, the four output ports are connected to four sets of photon detectors 99.

これら4つの出力ポートのうち、非対称マッハツェンダー干渉系97から出力される3連光パルス9Bのうち、光学干渉に寄与する中央の光パルスに含まれる到着光子、長尺光導波路伝搬後の2連光パルスのうち前方パルスに含まれる到着光子、および短尺光導波路伝搬後の2連光パルスのうち後方パルスに含まれる到着光子が、送信装置に同期して動作する4組の光子検出器99により検出記録される。   Of these four output ports, of the triplet optical pulse 9B output from the asymmetric Mach-Zehnder interference system 97, the arrival photon included in the central optical pulse contributing to the optical interference, the double series after propagation through the long optical waveguide Of the optical pulses, the arrival photons included in the forward pulse and the arrival photons included in the rear pulse among the double light pulses after propagation through the short optical waveguide are detected by four sets of photon detectors 99 operating in synchronization with the transmitter. Detected and recorded.

このとき、選択された光源91が{LD00またはLD01}かつ光子検出器99の到着光子が{D00またはD01}である場合(全事象の1/4)、および選択された光源91が{LD10またはLD11}かつ光子検出器99の到着光子が{D10またはD11}である場合(全事象の1/4)に選択された光源と光子検出された検出器が完全相関するように非対称マッハツェンダー干渉系93または97の光路遅延量を温度制御などの方法により制御することができる。   At this time, when the selected light source 91 is {LD00 or LD01} and the arrival photon of the photon detector 99 is {D00 or D01} (1/4 of all events), and the selected light source 91 is {LD10 or LD11} and asymmetric Mach-Zehnder interferometer so that the selected light source and the detected detector are perfectly correlated when the photon arrival at photon detector 99 is {D10 or D11} (1/4 of all events) The optical path delay amount 93 or 97 can be controlled by a method such as temperature control.

上記以外の光源選択と光子検出された検出器の組合せに関しては、両者の間には完全に相関がなく、秘密鍵生成には用いない。以上の動作は、非特許文献1に提案された非直交4状態を用いる量子暗号装置の必要十分条件を満たしており、提案されたプロトコルに従って無条件安全な秘密鍵を送受信者間で共有することが可能である。   Regarding combinations of light source selection and photon-detected detectors other than those described above, there is no complete correlation between them, and they are not used for secret key generation. The above operation satisfies the necessary and sufficient conditions of the quantum cryptography device using the non-orthogonal four states proposed in Non-Patent Document 1, and shares the unconditionally secure secret key between the sender and the receiver according to the proposed protocol. Is possible.

上記に示された量子暗号装置においては、送信器では鍵データ及び変調基底選択のため4つの光源のランダムな選択を行う。この際に、2ビットの真性乱数列が必要となる。また同時に選択基底記憶のための莫大なサイズの記憶装置は必要である。   In the quantum cryptography apparatus shown above, the transmitter performs random selection of four light sources for key data and modulation basis selection. At this time, a 2-bit true random number sequence is required. At the same time, a huge sized storage device for selective base storage is necessary.

一方、受信器では光カップラー98により復調基底がランダムかつ受動的に選択されるため、真性乱数列は不要である。また、それぞれの光子検出器に記録された到着光子記録は同時に復調基底の情報の記録となるため、莫大なサイズの記憶装置は不要である。従って上述した量子暗号装置の受信器に関わる問題点は、図9に示されているシステム構成により解決される。
ベネット(Bennett)、ブラッサ-ド(Brassard)著 IEEEコンピュータ、システム、信号処理国際会議(IEEE Int. Conf. on Computers, Systems, and Signal Processing, Bangalore, India, p. 175 (1984)) ツビンデン(Zbinden)ほか著「Experimental Quantum Cryptography」、「INTRODUCTION TO QUANTUM COMPUTATION AND INORMATION(ロー(Lo)ら編著)」(World Scientific、1998年出版)、120ページ エカート(Ekert)ほか著「Quantum Cryptography」、 「The Physics of Quantum Information(ボウメスター(Bouwmeester)ら編著)」(Springer、2000年出版)、15ページ ジサン(Gisin)ほか著「Quantum Cryptography」 レビュー・オブ・モダン・フジックス(Rev. Mod. Phys.)、74号(2002年出版)、145−195ページ 南部ほか著「BB84 Quantum Key Distribution System Based on Silica-Based Planar Lightwave Circuits」 ジャパン・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス(Jpn J. Appl. Phys.)、43号(2004年出版)、L1109ページ 木村ほか著「Single-photon Interference over 150 km Transmission Using Silica-based Integrated-optic Interferometers for Quantum Cryptography」 ジャパン・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス(Jpn J. Appl. Phys.)、43号(2004年出版)、L1217ページ 南部ほか著「One-way Quantum Key Distribution System based on Planar Lightwave Circuit」 ジャパン・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス(Jpn J. Appl. Phys.)45号(2006年出版)、5344ページ
On the other hand, since the demodulation base is randomly and passively selected by the optical coupler 98 in the receiver, an intrinsic random number sequence is unnecessary. In addition, since the arrival photon recording recorded in each photon detector simultaneously records the information on the demodulation basis, a huge storage device is not necessary. Therefore, the problems related to the receiver of the quantum cryptography apparatus described above are solved by the system configuration shown in FIG.
International Conference on IEEE Computers, Systems, and Signal Processing by Bennett and Brassard (IEEE Int. Conf. On Computers, Systems, and Signal Processing, Bangalore, India, p. 175 (1984)) Zbinden et al., “Experimental Quantum Cryptography”, “INTRODUCTION TO QUANTUM COMPUTATION AND INORMATION” (World Scientific, 1998), 120 pages Ekert et al., “Quantum Cryptography”, “The Physics of Quantum Information (edited by Bouwmeester et al.)” (Springer, 2000), 15 pages Gisin et al. “Quantum Cryptography” Review of Modern Phys., 74 (2002), pages 145-195 Nanbu et al. “BB84 Quantum Key Distribution System Based on Silica-Based Planar Lightwave Circuits” Japan Journal of Applied Physics, No. 43 (published in 2004), L1109 pages Kimura et al., “Single-photon Interference over 150 km Transmission Using Silica-based Integrated-optic Interferometers for Quantum Cryptography”, Japan Journal of Applied Physics (Jpn J. Appl. Phys.), 43 (published in 2004) , L1217 page Nambu et al. “One-way Quantum Key Distribution System based on Planar Lightwave Circuit” Japan Journal of Applied Phys. 45 (2006), 5344 pages

上述の非特許文献2〜7に示された位相変調器を用いる量子暗号装置には、送信器、受信器の双方において真性乱数発生装置及び選択基底の記憶装置が必要であり、システムサイズの肥大化、コスト増および発熱・消費電力増加の要因となっている。   The quantum cryptography device using the phase modulator shown in Non-Patent Documents 2 to 7 described above requires a true random number generation device and a selection base storage device in both the transmitter and the receiver, and the system size is enlarged. , Increase costs, and increase heat generation and power consumption.

この問題の一部は、図9に示された装置により解消される。すなわち、受信器の真性乱数発生装置及び選択基底の記憶装置は不要となる。しかしながら、送信器の真性乱数発生装置及び選択基底の記憶装置は依然として必要であり、システムサイズの肥大化、コスト増および発熱・消費電力増加を完全に解決することは困難であった。   Some of this problem is solved by the apparatus shown in FIG. That is, the true random number generator of the receiver and the storage device of the selection base are not necessary. However, the transmitter's true random number generator and the selected base storage device are still necessary, and it has been difficult to completely solve the increase in system size, cost increase, and heat generation / power consumption increase.

本発明は上記従来技術の抱える問題点を鑑みてなされたものであり、その目的は正規利用者の持つべき装置をより簡単な装置構成で済む量子暗号装置、特にその送信器を実現する技術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 of the prior art, and its purpose is to realize a technique for realizing a quantum cryptography device, particularly a transmitter thereof, that requires a simpler device configuration for a device that a regular user should have. The purpose is to provide.

本発明の量子暗号送信器は、量子ビットの情報担体となる光子を発生する光源と、
前記光源にて発生した光子を複数の伝搬路にランダムに分岐する分岐カップラーと、
前記複数の伝搬路のそれぞれについて伝搬する光子の有無を非破壊にて検出する光子数非破壊測定装置と、
複数の伝搬路のうちの光子が通過した伝搬路に依存して非直交4状態に準備された2連光子パルスを単一の伝送路に送出する光子パルス状態準備手段と、を有する。
The quantum cryptography transmitter of the present invention includes a light source that generates a photon serving as an information carrier of qubits,
A branch coupler that randomly branches photons generated by the light source into a plurality of propagation paths;
A photon number nondestructive measuring device for nondestructively detecting the presence or absence of photons propagating for each of the plurality of propagation paths;
Photon pulse state preparation means for sending a double photon pulse prepared in a non-orthogonal four state depending on a propagation path through which a photon of a plurality of propagation paths has passed, to a single transmission line.

本発明の量子暗号装置は、上記の量子暗号送信器を備えている。   The quantum cryptography apparatus of the present invention includes the above quantum cryptography transmitter.

特許文献1〜3に示された量子暗号装置の構成要素である量子暗号送信器共通の特徴は、用いられている光学回路中に量子暗号鍵配布プロトコルに必要とされる非直交4状態と一対一対応のある4つの光路が存在することにある。光カップラーによる光の受動的分岐を利用して、乱数発生装置無しに4つの光路にランダムに光子を送り込む。この際に、4つの光路中を伝搬する光子の有無を従来技術である光子数の量子非破壊測定により光子を壊すことなく観測し、ポジティブな結果を得たものについてのみ光子の伝搬ポートを記録することにより、対応関係から非直交4状態のどの状態が個々の光子に準備されたかを関知する。この情報は、秘密鍵の生成並びに変復調基底の照合のために必要である。これによって、装置の経済的技術的負荷であった真性乱数発生器並びに莫大な記憶装置を送信器から排除できる。   A common feature of the quantum cryptography transmitter that is a constituent element of the quantum cryptography devices disclosed in Patent Documents 1 to 3 is that a pair of non-orthogonal four states required for the quantum cryptography key distribution protocol in the optical circuit used are paired. There are four corresponding optical paths. By using passive branching of light by an optical coupler, photons are randomly sent to four optical paths without a random number generator. At this time, the presence or absence of photons propagating in the four optical paths is observed without breaking the photons by the conventional technique of quantum nondestructive measurement of the number of photons, and the photon propagation ports are recorded only for the positive results. By doing so, it is known which state of the four non-orthogonal states is prepared for each photon from the correspondence. This information is necessary for secret key generation and modulation / demodulation basis verification. As a result, the true random number generator and the enormous storage device, which were the economical and technical load of the device, can be eliminated from the transmitter.

本発明によると正規利用者の持つべき装置の構造が簡単化でき、システムサイズの肥大化、コスト増および発熱・消費電力増加等の問題を解決できる。従って、非特許文献2〜7に開示された量子暗号装置に比べて、正規利用者の装置および装置運用の経済的技術的負担を大幅に軽減することができる。   According to the present invention, the structure of a device that a regular user should have can be simplified, and problems such as an increase in system size, an increase in cost, and an increase in heat generation and power consumption can be solved. Therefore, as compared with the quantum cryptography devices disclosed in Non-Patent Documents 2 to 7, it is possible to greatly reduce the economic and technical burden of the authorized user's device and device operation.

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。   Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

以下、図を参照しながら本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明による量子暗号送信器の第1の実施形態の構成を示すブロック図である。   FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a first embodiment of a quantum cryptography transmitter according to the present invention.

本実施形態の量子暗号送信器は、特許文献1に示された量子暗号装置に含まれる送信器を基盤にしており、量子ビットの情報担体となる光子を発生する光源11、光子を4つの伝搬路にランダムに分岐する4分岐カップラー12、それぞれの光路の光子伝搬の有無を観測・記録する光子数非破壊測定装置13、相関光子パルス発生手段である2組の非対称マッハツェンダー干渉系14および15、これらを共通の光伝送路17に結合する光カップラー16により構成される。   The quantum cryptography transmitter of the present embodiment is based on the transmitter included in the quantum cryptography device disclosed in Patent Document 1, and includes a light source 11 that generates a photon serving as an information carrier of qubits, and propagation of four photons. A four-branch coupler 12 that randomly branches into a path, a photon number nondestructive measuring device 13 that observes and records the presence or absence of photon propagation in each optical path, and two sets of asymmetric Mach-Zehnder interference systems 14 and 15 that are correlated photon pulse generating means , And an optical coupler 16 that couples them to a common optical transmission line 17.

図2は本発明による量子暗号送信器の第2の実施形態の構成を示すブロック図である。   FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the second embodiment of the quantum cryptography transmitter according to the present invention.

本実施形態の送信装置は特許文献2に示された量子暗号装置に含まれる送信器を基盤にしており、量子ビットの情報担体となる光子を発生する光源21、光子を4つの伝搬路にランダムに分岐する4分岐カップラー22、それぞれの光路の光子伝搬の有無を観測・記録する光子数非破壊測定装置23、相関光子パルス発生手段である、非対称マッハツェンダー干渉系24、1組の長尺および短尺光路を有する光導波路を光カップラーで結合した構造を持つ光遅延回路25、これらを共通の光伝送路27に結合する光カップラー26により構成される。   The transmission device of the present embodiment is based on a transmitter included in the quantum cryptography device disclosed in Patent Document 2, and includes a light source 21 that generates photons serving as information carriers of qubits, and random photons in four propagation paths. A four-branch coupler 22, a photon number nondestructive measuring device 23 for observing / recording the presence or absence of photon propagation in each optical path, an asymmetric Mach-Zehnder interference system 24, which is a correlated photon pulse generating means, The optical delay circuit 25 has a structure in which an optical waveguide having a short optical path is coupled by an optical coupler, and an optical coupler 26 that couples these to a common optical transmission path 27.

図3は本発明による量子暗号送信器の第3の実施形態の構成を示すブロック図である。   FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the third embodiment of the quantum cryptography transmitter according to the present invention.

本実施形態の送信装置は、特許文献2に示された量子暗号装置に含まれる送信器を基盤にしており、量子ビットの情報担体となる光子を発生する光源31、光子を4つの伝搬路にランダムに分岐する4分岐カップラー32、それぞれの光路の光子伝搬の有無を観測・記録する光子数非破壊測定装置33、相関光子パルス発生手段である、長尺および短尺光路に光導波路が結合された非対称マッハツェンダー干渉系34からなり、光伝送路35により受信器に接続される。   The transmission device of the present embodiment is based on a transmitter included in the quantum cryptography device disclosed in Patent Document 2, and includes a light source 31 that generates photons serving as information carriers of qubits, and photons in four propagation paths. A four-branch coupler 32 that branches randomly, a photon number nondestructive measuring device 33 that observes and records the presence or absence of photon propagation in each optical path, and a long and short optical path, which is a correlated photon pulse generating means, are coupled to an optical waveguide. It comprises an asymmetric Mach-Zehnder interference system 34 and is connected to a receiver by an optical transmission line 35.

図4は本発明による量子暗号送信器の第4の実施形態の構成を示すブロック図である。   FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the fourth embodiment of the quantum cryptography transmitter according to the present invention.

本実施形態の送信装置は、特許文献1に示された量子暗号装置に含まれる送信器を基盤にしており、量子ビットの情報担体となる光子を発生する光源41、光子を4つの伝搬路にランダムに分岐する4分岐カップラー42、それぞれの光路の光子伝搬の有無を観測・記録する光子数非破壊測定装置43、相関光子パルス発生手段である、4組の偏波面コントローラー44、偏波を保持しつつ共通の光伝送路に結合する2組の偏波保持カップラーあるいは偏波ビームスプリッター45、非対称マッハツェンダー干渉系平面光回路46、偏波面スクランブラーまたは偏光子47により構成され、光伝送路48により受信器に接続される。   The transmission device of this embodiment is based on a transmitter included in the quantum cryptography device disclosed in Patent Document 1, and includes a light source 41 that generates photons serving as information carriers of qubits, and photons in four propagation paths. 4-branch coupler 42 that branches randomly, photon number nondestructive measuring device 43 that observes and records the presence or absence of photon propagation in each optical path, four sets of polarization plane controllers 44 that are correlated photon pulse generation means, and maintains polarization However, the optical transmission path 48 includes two sets of polarization maintaining couplers or polarization beam splitters 45 coupled to a common optical transmission path, an asymmetric Mach-Zehnder interference plane optical circuit 46, a polarization plane scrambler or a polarizer 47. Is connected to the receiver.

図5は本発明による量子暗号送信器の第5の実施形態の構成を示すブロック図である。   FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the fifth embodiment of the quantum cryptography transmitter according to the present invention.

本実施形態の送信装置は特許文献3に示された量子暗号装置に含まれる送信器を基盤にしており、量子ビットの情報担体となる光子を発生する光源51、光子を4つの伝搬路にランダムに分岐する4分岐カップラー52、それぞれの光路の光子伝搬の有無を観測・記録する光子数非破壊測定装置53、相関光子パルス発生手段である、4組の偏波面コントローラー54、偏波を保持しつつ共通の光伝送路に結合する2組の偏波保持カップラーあるいは偏波ビームスプリッター55、偏波コントローラー56、非対称マッハツェンダー干渉系平面光回路57、偏波コントローラー58、偏波選択素子59により構成され、光伝送路5Aにより受信器に接続される。   The transmission device of the present embodiment is based on a transmitter included in the quantum cryptography device disclosed in Patent Document 3, and includes a light source 51 that generates photons serving as information carriers of qubits, and random photons in four propagation paths. A four-branch coupler 52, a photon number nondestructive measuring device 53 for observing and recording the presence or absence of photon propagation in each optical path, four sets of polarization plane controllers 54 that are correlated photon pulse generating means, and holding polarization. 2 sets of polarization maintaining couplers or polarization beam splitters 55 coupled to a common optical transmission line, a polarization controller 56, an asymmetric Mach-Zehnder interference system planar optical circuit 57, a polarization controller 58, and a polarization selection element 59. And connected to the receiver by the optical transmission line 5A.

図6は本発明による量子暗号送信器の第6の実施形態の構成を示すブロック図である。   FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the sixth embodiment of the quantum cryptography transmitter according to the present invention.

本実施形態の送信装置は特許文献3に示された量子暗号装置に含まれる送信器を基盤にしており、量子ビットの情報担体となる光子を発生する光源61、偏波コントローラー62、非対称マッハツェンダー干渉系光回路63、光子を4つの伝搬路にランダムに分岐する4分岐カップラー64、それぞれの光路の光子伝搬の有無を観測・記録する光子数非破壊測定装置65、偏波選択素子66、4つの伝搬路を共通の伝搬路に結合する4合波光カップラー67により構成され、光伝送路68により受信器に接続される。   The transmission apparatus according to the present embodiment is based on a transmitter included in the quantum cryptography apparatus disclosed in Patent Document 3, and includes a light source 61 that generates a photon serving as a qubit information carrier, a polarization controller 62, an asymmetric Mach-Zehnder. Interferometric optical circuit 63, four-branch coupler 64 for randomly branching photons into four propagation paths, photon number nondestructive measuring device 65 for observing and recording the presence or absence of photon propagation in each optical path, polarization selection elements 66, 4 It is composed of a four-multiplexed optical coupler 67 that couples two propagation paths to a common propagation path, and is connected to a receiver by an optical transmission line 68.

なお、光子数非破壊測定装置13,23,33,43,53,65のそれぞれは、各光路を伝搬する光子について非破壊測定を行うQND(Quantum Non Demolition)1〜4を備えている。   Each of the photon number nondestructive measuring apparatuses 13, 23, 33, 43, 53, and 65 includes QNDs (Quantum Non Demolition) 1 to 4 that perform nondestructive measurement on photons propagating through the respective optical paths.

以下、図を参照しながら本発明の6つの実施形態の動作について順次説明する。   Hereinafter, operations of the six embodiments of the present invention will be sequentially described with reference to the drawings.

図1に示した本発明の第1の実施形態において、正規送信者は光源11により情報担体となる光子パルスを出射する。光子は4分岐カップラー12により4つの伝搬路にランダムに分岐される。それぞれの光路の光子パルス伝搬の有無が光子数非破壊測定装置13により観測・記録される。   In the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1, a regular sender emits a photon pulse as an information carrier by a light source 11. Photons are randomly branched into four propagation paths by the four-branch coupler 12. The presence or absence of photon pulse propagation in each optical path is observed and recorded by the photon number nondestructive measuring device 13.

光子は下流の2つの非対称マッハツェンダー干渉系14および15の4つの入力ポートの何れかに入射される。単一の非対称マッハツェンダー干渉系の2つの入力ポートに光子パルスを入射すると、入力ポートの選択に依存してπだけ相対位相の異なるコヒーレントな2連光子パルス(相対位相が明確に定義された2つの光子パルス)を出力ポート上に準備することができる。   Photons are incident on one of the four input ports of two downstream asymmetric Mach-Zehnder interferometers 14 and 15. When a photon pulse is incident on two input ports of a single asymmetric Mach-Zehnder interferometer system, a coherent double photon pulse having a relative phase different by π depending on the selection of the input port (the relative phase is clearly defined 2 Two photon pulses) can be prepared on the output port.

mを整数、nを干渉系導波路の実効屈折率として、長短尺光路差が互いに(m+1/2)λ/2n異なる、すなわち一方の干渉系の長短尺光路差をΔLとすれば、他方の干渉系の長短尺光路差がΔL+(m+1/2)λ/2nである2組の干渉系14および15(これらは、長短尺光路の伝搬光位相差がπ/2異なる)の出力ポートを光カップラーで共通の光伝送路17に結合する。   When m is an integer and n is the effective refractive index of the interference waveguide, the long and short optical path differences are different from each other by (m + 1/2) λ / 2n, that is, the long and short optical path difference of one interference system is ΔL. Two sets of interference systems 14 and 15 having a long / short optical path difference of ΔL + (m + 1/2) λ / 2n (the propagation optical phase difference of the long / short optical path is different by π / 2) are transmitted through the output ports of the interference system. Coupled to a common optical transmission line 17 by a coupler.

干渉系14および15は、それぞれ光子入力ポートの4つの選択に依存して、0基底系:{0、π}およびπ/2基底系:{π/2、3π/2}で特徴づけられた相対位相をもつ、互いに相補的な基底系に属する2連光子パルスを光伝送路上に準備する。従って、光子数非破壊測定装置13により観測・記録された光子パルスの伝搬光路と光伝送路上に準備された非直交4状態は相関する。   Interferers 14 and 15 were characterized by 0 basis sets: {0, π} and π / 2 basis sets: {π / 2, 3π / 2}, depending on the four choices of photon input ports, respectively. Two photon pulses having relative phases belonging to mutually complementary basis sets are prepared on the optical transmission line. Therefore, the propagation path of the photon pulse observed and recorded by the photon number nondestructive measuring device 13 and the non-orthogonal four states prepared on the optical transmission path are correlated.

4分岐カップラー12により光子パルスの伝搬光路は受動的かつランダムに選択されるので、乱数発生器無しに非直交4状態を用いる量子暗号に必要となる、相対位相が{0、π/2、π、3π/2}オフセットした4種のコヒーレント2連光子パルスからなる非直交光子パルス18をランダムに光伝送路17上に準備することが出来る。同時に光子数非破壊測定装置13の記録と照合することにより、準備された状態がどの状態であったかを知ることができる。   Since the propagation path of the photon pulse is passively and randomly selected by the four-branch coupler 12, the relative phases required for quantum cryptography using a non-orthogonal four state without a random number generator are {0, π / 2, π A non-orthogonal photon pulse 18 composed of four types of coherent double photon pulses offset by 3π / 2} can be prepared on the optical transmission line 17 at random. At the same time, by comparing with the record of the photon number nondestructive measuring device 13, it is possible to know which state the prepared state was.

次に、図2に示した本発明の第2の実施形態の量子暗号送信器の動作について説明する。   Next, the operation of the quantum cryptography transmitter according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 2 will be described.

正規送信者は光源21により情報担体となる光子パルスを出射する。光子は4分岐カップラー22により4つの伝搬路にランダムに分岐される。それぞれの光路の光子パルス伝搬の有無が光子数非破壊測定装置23により観測・記録される。   The regular sender emits a photon pulse as an information carrier by the light source 21. Photons are randomly branched into four propagation paths by the four-branch coupler 22. The presence or absence of photon pulse propagation in each optical path is observed and recorded by the photon number nondestructive measuring device 23.

光子は下流の非対称マッハツェンダー干渉系24、1組の長尺および短尺光路を有する光導波路を光カップラーで結合した構造を持つ光遅延回路25の4つの入力ポートの何れかに入射される。   The photon is incident on one of four input ports of an optical delay circuit 25 having a structure in which a downstream asymmetric Mach-Zehnder interference system 24 and an optical waveguide having a pair of long and short optical paths are coupled by an optical coupler.

光子数非破壊測定装置23のQND1またはQND2に光子の伝搬が記録された場合、非対称マッハツェンダー干渉系24の2つの入力ポートに入射された光子パルスは、入力ポートの選択に依存してπだけ相対位相の異なるコヒーレントな2連光子パルス(相対位相が明確に定義された2つの光子パルス)となって出力ポート上に出力される。   When photon propagation is recorded in QND1 or QND2 of the photon number nondestructive measuring device 23, the photon pulse incident on the two input ports of the asymmetric Mach-Zehnder interference system 24 is only π depending on the selection of the input port. Coherent double photon pulses with different relative phases (two photon pulses with clearly defined relative phases) are output on the output port.

一方、QND3またはQND4に光子の伝搬が記録された場合、光遅延回路25の2つの入力ポートに入射された光子パルスは、光遅延回路25の作用により該コヒーレント2連光子パルスと同一時間で出射時間が入力ポートの選択に依存して変調された光子パルスとなって出力ポート上に出力される。   On the other hand, when photon propagation is recorded in QND3 or QND4, the photon pulses incident on the two input ports of the optical delay circuit 25 are emitted at the same time as the coherent double photon pulse by the action of the optical delay circuit 25. A photon pulse modulated in time depending on the selection of the input port is output on the output port.

非対称マッハツェンダー干渉系24と光遅延回路25の出力ポートは光カップラー26により共通の光伝送路27に結合され、その光子入力ポートの4つの選択に依存して、互いに相補的な基底系に属する光子パルスを光伝送路上に準備する。   The output ports of the asymmetric Mach-Zehnder interference system 24 and the optical delay circuit 25 are coupled to a common optical transmission line 27 by an optical coupler 26, and belong to mutually complementary basis systems depending on the selection of four photon input ports. A photon pulse is prepared on the optical transmission line.

従って、光子数非破壊測定装置23により観測・記録された光子パルスの伝搬光路と光伝送路上に準備された非直交4状態は相関する。4分岐カップラー22により光子パルスの伝搬光路は受動的かつランダムに選択されるので、乱数発生器無しに非直交4状態を用いる量子暗号に必要となる、互いに相補的な基底系に属する非直交光子パルス28をランダムに光伝送路27上に準備することが出来る。同時に光子数非破壊測定装置23の記録と照合することにより、準備された状態がどの状態であったかを知ることができる。   Therefore, the propagation optical path of the photon pulse observed and recorded by the photon number nondestructive measuring device 23 and the non-orthogonal four states prepared on the optical transmission path are correlated. Since the propagation path of the photon pulse is passively and randomly selected by the four-branch coupler 22, the non-orthogonal photons belonging to the mutually complementary basis sets are necessary for quantum cryptography using the non-orthogonal four states without a random number generator. The pulses 28 can be prepared on the optical transmission line 27 at random. At the same time, by comparing with the record of the photon number nondestructive measuring device 23, it is possible to know which state the prepared state was.

次に、図3に示した第3の実施形態の量子暗号送信器について説明する。   Next, the quantum cryptography transmitter according to the third embodiment shown in FIG. 3 will be described.

正規送信者は光源31により情報担体となる光子パルスを出射する。光子は4分岐カップラー32により4つの伝搬路にランダムに分岐される。それぞれの光路の光子パルス伝搬の有無が光子数非破壊測定装置33により観測・記録される。   The regular sender emits a photon pulse as an information carrier by the light source 31. Photons are randomly branched into four propagation paths by the four-branch coupler 32. The presence or absence of photon pulse propagation in each optical path is observed and recorded by the photon number nondestructive measuring device 33.

光子は下流の長尺および短尺光路に光導波路が結合された非対称マッハツェンダー干渉系34の4つの入力ポートの何れかに入射される。光子数非破壊測定装置33のQND1またはQND2に光子の伝搬が記録された場合、対応する2つの入力ポートに入射された光子パルスは、入力ポートの選択に依存してπだけ相対位相の異なるコヒーレントな2連光子パルス(相対位相が明確に定義された2つの光子パルス)となって出力ポート上に出力される。   The photon is incident on one of the four input ports of the asymmetric Mach-Zehnder interference system 34 in which the optical waveguide is coupled to the downstream long and short optical paths. When photon propagation is recorded in QND1 or QND2 of the photon number nondestructive measuring device 33, the photon pulses incident on the corresponding two input ports are coherent with different relative phases by π depending on the selection of the input ports. Are output as two consecutive photon pulses (two photon pulses whose relative phases are clearly defined) on the output port.

一方、QND3またはQND4に光子の伝搬が記録された場合、対応する2つの入力ポートに入射された光子パルスは、該コヒーレント2連光子パルスと同一時間で出射時間が入力ポートの選択に依存して変調された光子パルスとなって出力ポート上に出力される。   On the other hand, when photon propagation is recorded in QND3 or QND4, the photon pulses incident on the corresponding two input ports have the same time as the coherent dual photon pulses and the emission time depends on the input port selection. A modulated photon pulse is output on the output port.

非対称マッハツェンダー干渉系34の出力ポートは光伝送路35に結合され、その光子入力ポートの4つの選択に依存して、互いに相補的な基底系に属する光子パルスを光伝送路上に準備する。従って、光子数非破壊測定装置33により観測・記録された光子パルスの伝搬光路と光伝送路上に準備された非直交4状態は相関する。   The output port of the asymmetric Mach-Zehnder interference system 34 is coupled to the optical transmission line 35, and depending on the selection of the four photon input ports, photon pulses belonging to mutually complementary basis systems are prepared on the optical transmission line. Therefore, the propagation optical path of the photon pulse observed and recorded by the photon number nondestructive measuring apparatus 33 and the non-orthogonal four states prepared on the optical transmission path are correlated.

4分岐カップラー32により光子パルスの伝搬光路は受動的かつランダムに選択されるので、乱数発生器無しに非直交4状態を用いる量子暗号に必要となる、互いに相補的な基底系に属する非直交光子パルス36をランダムに光伝送路35上に準備することが出来る。同時に光子数非破壊測定装置33の記録と照合することにより、準備された状態がどの状態であったかを知ることができる。   Since the propagation path of the photon pulse is passively and randomly selected by the four-branch coupler 32, non-orthogonal photons belonging to mutually complementary basis sets, which are necessary for quantum cryptography using non-orthogonal four states without a random number generator, are used. The pulse 36 can be prepared on the optical transmission line 35 at random. At the same time, by comparing with the record of the photon number nondestructive measuring device 33, it is possible to know which state the prepared state was.

次に、図4に示した第4の実施形態の量子暗号送信器について説明する。   Next, the quantum cryptography transmitter of the fourth embodiment shown in FIG. 4 will be described.

正規送信者は光源41により情報担体となる光子パルスを出射する。光子は4分岐カップラー42により4つの伝搬路にランダムに分岐される。それぞれの光路の光子パルス伝搬の有無が光子数非破壊測定装置43により観測・記録される。   The regular sender emits a photon pulse serving as an information carrier by the light source 41. Photons are randomly branched into four propagation paths by the four-branch coupler 42. The presence or absence of photon pulse propagation in each optical path is observed and recorded by the photon number nondestructive measuring device 43.

光子は下流の偏波面コントローラー44により、その偏波面がTE偏波またはTM偏波となるよう調整される。光子パルスは、偏波ビームスプリッター45を介して、非対称マッハツェンダー干渉系平面光回路46の2つの入力ポートのいずれかに入射される。   The photon is adjusted by the downstream polarization plane controller 44 so that the plane of polarization becomes TE polarization or TM polarization. The photon pulse is incident on one of the two input ports of the asymmetric Mach-Zehnder interference planar optical circuit 46 via the polarization beam splitter 45.

偏波ビームスプリッター45は、平面光回路を構成するシリカ導波路の複屈折特性を利用して、TE偏波光とTM偏波光に対して長短尺光路差が(m+1/2)λ/2n異なる(すなわち長短尺光路の伝搬光位相差が両偏波でπ/2異なる)ように(mは整数、nはPLC導波路の平均屈折率)、荒い温度調整によって制御される。   The polarization beam splitter 45 uses the birefringence characteristics of the silica waveguide that forms the planar optical circuit, and the difference between the long and short optical paths is (m + 1/2) λ / 2n different from the TE polarized light and the TM polarized light ( That is, the propagation phase difference between the long and short optical paths is different by π / 2 between the two polarizations (m is an integer, n is the average refractive index of the PLC waveguide), and is controlled by rough temperature adjustment.

これにより、非対称マッハツェンダー干渉系平面光回路46の入力光子パルスの偏波面に依存して、0基底系:{0、π}およびπ/2基底系:{π/2、3π/2}で特徴づけられた相対位相をもつ、互いに相補的な基底系のいずれかに属するコヒーレントな2連光子パルスが光伝送路上に準備される(基底の選択)。同時に、非対称マッハツェンダー干渉系平面光回路46の入力ポートに依存してその相対位相はπだけ異なる(データの選択)。   Thus, depending on the polarization plane of the input photon pulse of the asymmetric Mach-Zehnder interference system planar optical circuit 46, 0 basis systems: {0, π} and π / 2 basis systems: {π / 2, 3π / 2} Coherent dual photon pulses belonging to any of the mutually complementary basis sets with the characterized relative phase are prepared on the optical transmission line (base selection). At the same time, depending on the input port of the asymmetric Mach-Zehnder interference system planar optical circuit 46, the relative phase differs by π (data selection).

この結果、偏波ビームスプリッター45および非対称マッハツェンダー干渉系平面光回路46は、光子入力ポートの4つの選択に依存して、0基底系:{0、π}およびπ/2基底系:{π/2、3π/2}で特徴づけられた相対位相をもつ、互いに相補的な基底系に属する2連光子パルスを光伝送路上に準備する。   As a result, the polarization beam splitter 45 and the asymmetric Mach-Zehnder interferometer plane optical circuit 46 depend on the four selections of the photon input ports, and 0 basis systems: {0, π} and π / 2 basis systems: {π / 2 and 3π / 2} are prepared on the optical transmission line as two-photon pulses belonging to a mutually complementary basis set having a relative phase characterized by 2/2, 3π / 2}.

従って、光子数非破壊測定装置43により観測・記録された光子パルスの伝搬光路と光伝送路上に準備された非直交4状態は相関する。準備された2連光子パルスの偏波面と選択基底の間残る相関は、偏波面スクランブラーまたはTE/TMに対し45度傾いた直線偏波のみを透過する偏光子47を通過することによって消去され、光伝送路48に出力される。   Accordingly, the propagation optical path of the photon pulse observed and recorded by the photon number nondestructive measuring device 43 and the four non-orthogonal states prepared on the optical transmission path are correlated. The remaining correlation between the polarization plane of the prepared dual photon pulse and the selected basis is canceled by passing through a polarizer 47 that transmits only a linearly polarized wave tilted 45 degrees with respect to the polarization plane scrambler or TE / TM. To the optical transmission line 48.

4分岐カップラー42により光子パルスの伝搬光路は受動的かつランダムに選択されるので、乱数発生器無しに非直交4状態を用いる量子暗号に必要となる、相対位相が{0、π/2、π、3π/2}オフセットした4種のコヒーレント2連光パルスからなる非直交光子パルス49をランダムに光伝送路48上に準備することが出来る。同時に光子数非破壊測定装置43の記録と照合することにより、準備された状態がどの状態であったかを知ることができる。   Since the propagation path of the photon pulse is passively and randomly selected by the four-branch coupler 42, the relative phases required for the quantum cryptography using the non-orthogonal four states without the random number generator are {0, π / 2, π A non-orthogonal photon pulse 49 composed of four types of coherent duplex optical pulses offset by 3π / 2} can be prepared on the optical transmission line 48 at random. At the same time, by comparing with the record of the photon number nondestructive measuring device 43, it is possible to know which state the prepared state was.

次に、図5に示した第5の実施形態の量子暗号送信器について説明する。   Next, the quantum cryptography transmitter of the fifth embodiment shown in FIG. 5 will be described.

正規送信者は光源51により情報担体となる光子パルスを出射する。光子は4分岐カップラー52により4つの伝搬路にランダムに分岐される。それぞれの光路の光子パルス伝搬の有無が光子数非破壊測定装置53により観測・記録される。   The regular sender emits a photon pulse as an information carrier by the light source 51. Photons are randomly branched into four propagation paths by a four-branch coupler 52. The presence or absence of photon pulse propagation in each optical path is observed and recorded by the photon number nondestructive measuring device 53.

光子は下流の偏波面コントローラー54により、その偏波面がTE偏波またはTM偏波となるよう調整される。光子数非破壊測定装置53のQND1またはQND2を伝搬した光子パルスは、偏波保持カップラーあるいは偏波ビームスプリッター55を経由して、その偏波が斜め偏波(TE+TM、TE-TM)となるように偏波コントローラー56で調整された後、非対称マッハツェンダー干渉系平面光回路57の一方の入力ポートに入射される。   The photon is adjusted by the downstream polarization plane controller 54 so that the plane of polarization becomes TE polarization or TM polarization. The photon pulse propagated through QND1 or QND2 of the photon number nondestructive measuring device 53 passes through the polarization maintaining coupler or the polarization beam splitter 55, and its polarization is changed to the oblique polarization (TE + TM, TE-TM). After being adjusted by the polarization controller 56, the light is incident on one input port of the asymmetric Mach-Zehnder interference system planar optical circuit 57.

光子数非破壊測定装置53のQND3またはQND4を伝搬した光子パルスは、偏波保持カップラーあるいは偏波ビームスプリッター55を経由して、その偏波面を保持して非対称マッハツェンダー干渉系57の他方の入力ポートに入射される。   The photon pulse that has propagated through QND3 or QND4 of the photon number nondestructive measuring device 53 passes through the polarization maintaining coupler or the polarization beam splitter 55 and maintains its polarization plane, and the other input of the asymmetric Mach-Zehnder interference system 57. It is incident on the port.

非対称マッハツェンダー干渉系平面光回路57は、平面光回路を構成するシリカ導波路の複屈折特性を利用して、mを整数、nをPLC導波路の平均屈折率としたときに、TE偏波光とTM偏波光に対して長短尺光路差が(m+1/2)λ/n異なる(すなわち長短尺光路の伝搬光位相差が両偏波でπ異なる)ように、荒い温度調整によって制御される。   The asymmetric Mach-Zehnder interferometer planar optical circuit 57 uses the birefringence characteristics of the silica waveguide constituting the planar optical circuit, where m is an integer and n is the average refractive index of the PLC waveguide. And the TM polarized light are controlled by rough temperature adjustment so that the difference between the long and short optical paths is different by (m + 1/2) λ / n (that is, the propagation phase difference between the long and short optical paths is different by π between both polarizations).

このとき、非対称マッハツェンダー干渉系平面光回路57の入力光子パルスの偏波がTE偏波あるいはTM偏波である場合には、その出力側ポートには入力偏波と同一偏波面を持つコヒーレント2連光パルスが出力される。   At this time, if the polarization of the input photon pulse of the asymmetric Mach-Zehnder interference system planar optical circuit 57 is a TE polarization or a TM polarization, the coherent 2 having the same polarization plane as the input polarization at the output side port. A continuous light pulse is output.

一方、入力光子パルスの偏波が互いに直交する斜め偏光状態(TE+TM、TE-TM)であった場合、TEおよびTM偏波の等重率の重ね合わせからなり、互いに直交する偏波を持つコヒーレント2連光パルスが順次出力される。   On the other hand, when the polarization of the input photon pulse is in an oblique polarization state (TE + TM, TE-TM) perpendicular to each other, it consists of superposition of TE and TM polarization isobaric ratios. The coherent double light pulses that are held are sequentially output.

これらの2連パルスの一方のパルスのみを切り出すように、偏波コントローラー58および偏波選択素子59を調整する。これにより、偏波ビームスプリッター55から偏波選択素子59に至る光学系は、光子入力ポートの4つの選択に依存して、量子暗号鍵配布プロトコル実行に必要となる互いに相補的な基底系に属する、πだけ相対位相の異なるコヒーレントな2連光子パルス、または出射時間が入力ポートの選択に依存して変調された光子パルスを光伝送路上に準備する。   The polarization controller 58 and the polarization selection element 59 are adjusted so as to cut out only one of these double pulses. As a result, the optical system from the polarization beam splitter 55 to the polarization selection element 59 belongs to mutually complementary basis systems necessary for executing the quantum key distribution protocol depending on the selection of four photon input ports. , A coherent double photon pulse whose relative phase is different by π, or a photon pulse whose emission time is modulated depending on the selection of the input port is prepared on the optical transmission line.

従って、光子数非破壊測定装置53により観測・記録された光子パルスの伝搬光路と光伝送路上に準備された非直交4状態は相関する。4分岐カップラー52により光子パルスの伝搬光路は受動的かつランダムに選択されるので、乱数発生器無しに非直交4状態を用いる量子暗号に必要となる、互いに相補的な基底系に属する非直交光子パルス5Bをランダムに光伝送路59上に準備することが出来る。同時に光子数非破壊測定装置53の記録と照合することにより、準備された状態がどの状態であったかを知ることができる。   Therefore, the propagation path of the photon pulse observed and recorded by the photon number nondestructive measuring device 53 and the non-orthogonal four states prepared on the optical transmission path are correlated. Since the propagation path of the photon pulse is passively and randomly selected by the four-branch coupler 52, non-orthogonal photons belonging to mutually complementary basis sets, which are necessary for quantum cryptography using non-orthogonal four states without a random number generator, are used. The pulse 5B can be prepared on the optical transmission line 59 at random. At the same time, by comparing with the record of the photon number nondestructive measuring device 53, it is possible to know which state was prepared.

最後に、図6に示した本発明の第6の実施形態の量子暗号送信器について説明する。   Finally, the quantum cryptography transmitter according to the sixth embodiment of the present invention shown in FIG. 6 will be described.

正規送信者は光源61により情報担体となる光子パルスを出射する。光子パルスはその偏波が導波路の固有光学軸のTE偏波およびTM偏波の線形結合である、斜め偏光状態(TE+TMまたはTE-TM)になるように偏波コントローラー62によりその偏波が調整され、非対称マッハツェンダー干渉系平面光回路63の入力ポートに入射される。   The regular sender emits a photon pulse as an information carrier by the light source 61. The polarization controller 62 adjusts the polarization of the photon pulse so that the polarization is in an oblique polarization state (TE + TM or TE-TM), which is a linear combination of the TE polarization and TM polarization of the intrinsic optical axis of the waveguide. The wave is adjusted and incident on the input port of the asymmetric Mach-Zehnder interference system planar optical circuit 63.

非対称マッハツェンダー干渉系平面光回路63は、シリカ光導波路の複屈折特性を利用して、mを整数、nをPLC導波路の平均屈折率としたときに、その構成要素である長短尺光路の光路長差がTE偏波光とTM偏波光では(m+1/2)λ/n異なる(すなわち長短尺光路の伝搬光位相差が両偏波でπ異なる)ように、荒いデバイス温度調整によって制御される。   The asymmetric Mach-Zehnder interferometer plane optical circuit 63 uses the birefringence characteristics of the silica optical waveguide, and when m is an integer and n is the average refractive index of the PLC waveguide, the long and short optical paths that are constituent elements of the optical waveguide 63 are used. The optical path length difference is controlled by rough device temperature adjustment so that the TE-polarized light and the TM-polarized light are different by (m + 1/2) λ / n (that is, the propagation optical phase difference between the long and short optical paths is π different for both polarizations). .

この結果、非対称マッハツェンダー干渉系平面光回路63の出力ポートに出力される光子状態は、近似的に偏波モードと2連パルスの光子波束状態で張られる状態モード(Time-binモード)の、最大縺れ合い状態になる。このことを利用して、光子の偏波モードを適切に選択して特定の偏波成分をフィルタすることにより、それに一対一対応する任意のTime-bin状態を準備することが可能になる。   As a result, the photon state output to the output port of the asymmetric Mach-Zehnder interference system planar optical circuit 63 is approximately the state mode (Time-bin mode) stretched between the polarization mode and the photon wave packet state of the double pulse. It becomes the maximum sympathy state. Utilizing this fact, it is possible to prepare an arbitrary time-bin state corresponding one-to-one by appropriately selecting a polarization mode of photons and filtering a specific polarization component.

4分岐光カップラー64、光子数非破壊測定装置65、偏波選択素子66、4合波光カップラ67はこの目的に使用する、受動的偏波フィルタである。4組の偏波選択素子66はそれぞれ、出力パルス光の4種の非直交偏波状態(TE/TM/TE+TM/TE-TM)のうちひとつを選択して透過するように設定されている。   The four-branch optical coupler 64, the photon number nondestructive measuring device 65, the polarization selection element 66, and the four-multiplexed optical coupler 67 are passive polarization filters used for this purpose. Each of the four sets of polarization selection elements 66 is set to select and transmit one of the four types of non-orthogonal polarization states (TE / TM / TE + TM / TE-TM) of the output pulsed light. Yes.

従って、光子伝搬光路に依存して、出力パルス光の対応する偏波成分が選択透過される。4合波光カップラ67は光子パルスが同一の偏波(例えばTE偏波)となるように偏波面を適切に変換した後、出力パルス光を光伝送路68上に出力する。   Therefore, depending on the photon propagation optical path, the corresponding polarization component of the output pulse light is selectively transmitted. The 4-multiplex optical coupler 67 outputs the output pulse light on the optical transmission line 68 after appropriately converting the polarization plane so that the photon pulses have the same polarization (for example, TE polarization).

上記のような偏波面の変換は、4合波光カップラー67を構成する偏波保存光ファイバー端面を適切に軸回転して結合することにより可能である。あるいは、偏波コントローラーを用いることも可能である。それぞれの光路の光子パルス伝搬の有無は光子数非破壊測定装置65により観測・記録される。この受動的偏波フィルタの光子伝搬光路とフィルタされる偏波面には相関があるが故に、光子伝搬光路と生成されるTime-bin光子の間にも相関がある。   The polarization plane conversion as described above can be performed by appropriately rotating and coupling the polarization-maintaining optical fiber end faces constituting the 4-multiplex optical coupler 67. Alternatively, a polarization controller can be used. The presence or absence of photon pulse propagation in each optical path is observed and recorded by the photon number nondestructive measuring device 65. Since there is a correlation between the photon propagation optical path of the passive polarization filter and the polarization plane to be filtered, there is also a correlation between the photon propagation optical path and the generated time-bin photon.

従って、光子数非破壊測定装置65により観測・記録された光子パルスの伝搬光路と光伝送路上に準備された非直交4状態は相関する。4分岐カップラー64により光子パルスの伝搬光路は受動的かつランダムに選択されるので、乱数発生器無しに非直交4状態を用いる量子暗号に必要となる、互いに相補的な基底系に属する非直交光子パルス69をランダムに光伝送路68上に準備することが出来る。同時に光子数非破壊測定装置65の記録と照合することにより、準備された状態がどの状態であったかを知ることができる。   Accordingly, the propagation optical path of the photon pulse observed and recorded by the photon number nondestructive measuring device 65 correlates with the four non-orthogonal states prepared on the optical transmission path. Since the propagation path of photon pulses is passively and randomly selected by the four-branch coupler 64, non-orthogonal photons belonging to mutually complementary basis sets, which are necessary for quantum cryptography using non-orthogonal four states without a random number generator, are used. Pulses 69 can be prepared on the optical transmission line 68 at random. At the same time, by comparing with the record of the photon number nondestructive measuring device 65, it is possible to know which state the prepared state was.

以上の本発明の実施形態の共通の特徴は、次の通りである。   The common features of the above embodiments of the present invention are as follows.

量子暗号装置の送信器からも真性乱数変調器および大がかりな記憶装置を排除できる。これに加えて従来技術の量子暗号受信器を用いると、量子暗号装置から真性乱数変調器および記憶装置を完全に排除できる。これによって、正規利用者の持つべき装置の構造が簡単化でき、システムサイズの肥大化、コスト増および発熱・消費電力増加等の問題を解決できる。従って、非特許文献2〜7に開示された従来技術の量子暗号装置に比べて、正規利用者の装置および装置運用の経済的技術的負担を大幅に軽減することができる。   The true random number modulator and the large-scale storage device can be excluded from the transmitter of the quantum cryptography device. In addition to this, when a conventional quantum cryptography receiver is used, the true random number modulator and the storage device can be completely eliminated from the quantum cryptography device. As a result, the structure of the device that the authorized user should have can be simplified, and problems such as an increase in system size, an increase in cost, and an increase in heat generation and power consumption can be solved. Therefore, as compared with the prior art quantum cryptography devices disclosed in Non-Patent Documents 2 to 7, it is possible to significantly reduce the economic and technical burden of the authorized user's device and device operation.

なお、実施形態として、量子暗号を送信する部分についてのみ説明したが、本発明には、各実施形態の送信器と、量子暗号を受信する受信器を備えた量暗号装置も当然含まれる。   In addition, although only the part which transmits quantum cryptography was demonstrated as embodiment, naturally the quantity encryption apparatus provided with the transmitter of each embodiment and the receiver which receives quantum cryptography is also contained in this invention.

本発明による量子暗号送信器の第1の実施形態の構成を示す図。The figure which shows the structure of 1st Embodiment of the quantum cryptography transmitter by this invention. 本発明による量子暗号送信器の第2の実施形態の構成を示す図。The figure which shows the structure of 2nd Embodiment of the quantum cryptography transmitter by this invention. 本発明による量子暗号送信器の第3の実施形態の構成を示す図。The figure which shows the structure of 3rd Embodiment of the quantum cryptography transmitter by this invention. 本発明による量子暗号送信器の第4の実施形態の構成を示す図。The figure which shows the structure of 4th Embodiment of the quantum cryptography transmitter by this invention. 本発明による量子暗号送信器の第5の実施形態の構成を示す図。The figure which shows the structure of 5th Embodiment of the quantum cryptography transmitter by this invention. 本発明による量子暗号送信器の第6の実施形態の構成を示す図。The figure which shows the structure of 6th Embodiment of the quantum cryptography transmitter by this invention. 量子暗号装置の構成図。The block diagram of a quantum cryptography apparatus. 量子暗号装置の構成図。The block diagram of a quantum cryptography apparatus. 量子暗号装置の構成図。The block diagram of a quantum cryptography apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

11 光源
12 4分岐カップラー
13 光子数非破壊測定装置
14 非対称マッハツェンダー干渉系
15 非対称マッハツェンダー干渉系
16 光カップラー
17 光伝送路
18 非直交光子パルス
21 光源
22 4分岐カップラー
23 光子数非破壊測定装置
24 非対称マッハツェンダー干渉系
25 光遅延回路
26 光カップラー
27 光伝送路
28 非直交光子パルス
31 光源
32 4分岐カップラー
33 光子数非破壊測定装置
34 長尺および短尺光路に光導波路が結合された非対称マッハツェンダー干渉系
35 光伝送路
36 非直交光子パルス
41 光源
42 4分岐カップラー
43 光子数非破壊測定装置
44 偏波面コントローラー
45 偏波保持カップラーあるいは偏波ビームスプリッター
46 対称マッハツェンダー干渉系平面光回路
47 偏波面スクランブラーまたは偏光子
48 光伝送路
49 非直交光子パルス
51 光源
52 4分岐カップラー
53 光子数非破壊測定装置
54 偏波面コントローラー
55 偏波保持カップラーあるいは偏波ビームスプリッター
56 偏波コントローラー
57 非対称マッハツェンダー干渉系平面光回路
58 偏波コントローラー
59 偏波選択素子
5A 光伝送路
5B 非直交光子パルス
61 光源
62 偏波コントローラー
63 非対称マッハツェンダー干渉系光回路
64 4分岐カップラー
65 光子数非破壊測定装置
66 偏波選択素子
67 4合波光カップラー
68 光伝送路
69 非直交光子パルス
71 微弱レーザ光源
72 非対称マッハツェンダー干渉系
73 光伝送路
74 非対称マッハツェンダー干渉系
75 光子検出器
76 位相変調器
77 位相変調器
78 コヒーレント2連光パルス
79 3連光パルス
81 微弱レーザ光源
82 非対称マッハツェンダー干渉系平面光回路
83 光伝送路
84 非対称マッハツェンダー干渉系平面光回路
85 光子検出器
86 位相変調器
87 位相変調器
88 位相変調器
89 コヒーレント2連光パルス
8A 3連光パルス
91 微弱レーザ光源
92 長尺および短尺光路を有する光導波路
93 非対称マッハツェンダー干渉系
94 光カップラー
95 光伝送路
96 長尺および短尺光路を有する光導波路
97 非対称マッハツェンダー干渉系
98 光カップラー
99 光子検出器
9A 非直交光パルス
9B 3連光パルス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Light source 12 4-branch coupler 13 Photon number nondestructive measuring device 14 Asymmetric Mach-Zehnder interference system 15 Asymmetric Mach-Zehnder interference system 16 Optical coupler 17 Optical transmission line 18 Non-orthogonal photon pulse 21 Light source 22 Four-branch coupler 23 Photon number nondestructive measuring device 24 Asymmetric Mach-Zehnder Interference System 25 Optical Delay Circuit 26 Optical Coupler 27 Optical Transmission Path 28 Non-Orthogonal Photon Pulse 31 Light Source 32 Four-Branch Coupler 33 Photon Number Nondestructive Measuring Device 34 An Asymmetric Mach with an Optical Waveguide Coupled to Long and Short Optical Paths Zender interference system 35 Optical transmission path 36 Non-orthogonal photon pulse 41 Light source 42 Four-branch coupler 43 Photon number nondestructive measuring device 44 Polarization plane controller 45 Polarization maintaining coupler or polarization beam splitter 46 Symmetric Mach-Zehnder interference plane optical circuit 47 Wave front Rambler or polarizer 48 Optical transmission line 49 Non-orthogonal photon pulse 51 Light source 52 Four-branch coupler 53 Photon number nondestructive measuring device 54 Polarization plane controller 55 Polarization maintaining coupler or polarization beam splitter 56 Polarization controller 57 Asymmetric Mach-Zehnder interference system Planar optical circuit 58 Polarization controller 59 Polarization selection element 5A Optical transmission line 5B Non-orthogonal photon pulse 61 Light source 62 Polarization controller 63 Asymmetric Mach-Zehnder interferometer optical circuit 64 Four-branch coupler 65 Photon number nondestructive measurement device 66 Polarization selection Element 67 Four-coupled optical coupler 68 Optical transmission path 69 Non-orthogonal photon pulse 71 Weak laser light source 72 Asymmetric Mach-Zehnder interference system 73 Optical transmission path 74 Asymmetric Mach-Zehnder interference system 75 Photon detector 76 Phase modulator 77 Phase modulator 78 Coherent Double light pulse 79 triple light pulse 81 weak laser light source 82 asymmetric Mach-Zehnder interference system planar optical circuit 83 optical transmission path 84 asymmetric Mach-Zehnder interference system planar optical circuit 85 photon detector 86 phase modulator 87 phase modulator 88 phase Modulator 89 Coherent double light pulse 8A Triple light pulse 91 Weak laser light source 92 Optical waveguide having long and short optical paths 93 Asymmetric Mach-Zehnder interference system 94 Optical coupler 95 Optical transmission path 96 Optical waveguide having long and short optical paths 97 Asymmetric Mach-Zehnder interference system 98 Optical coupler 99 Photon detector 9A Non-orthogonal optical pulse 9B Triple light pulse

Claims (8)

量子ビットの情報担体となる光子を発生する光源と、
前記光源にて発生した光子を複数の伝搬路にランダムに分岐する分岐カップラーと、
前記複数の伝搬路のそれぞれについて伝搬する光子の有無を非破壊にて検出する光子数非破壊測定装置と、
複数の伝搬路のうちの光子が通過した伝搬路に依存して非直交4状態に準備された2連光子パルスを単一の伝送路に送出する光子パルス状態準備手段と、
を有する量子暗号送信器。
A light source that generates photons that are information carriers of qubits;
A branch coupler that randomly branches photons generated by the light source into a plurality of propagation paths;
A photon number nondestructive measuring device for nondestructively detecting the presence or absence of photons propagating for each of the plurality of propagation paths;
Photon pulse state preparation means for sending a double photon pulse prepared in a non-orthogonal four state depending on the propagation path through which a photon of a plurality of propagation paths has passed, to a single transmission line;
A quantum cryptography transmitter.
請求項1記載の量子暗号送信器において、
前記光子パルス状態準備手段が前記複数の伝搬路と単一の伝送路との間に設けられ、
mを整数、nを干渉系導波路の実効屈折率として、長短尺光路差が互いに(m+1/2)λ/2n異なる、すなわち一方の干渉系の長短尺光路差をΔLとすれば、他方の干渉系の長短尺光路差がΔL+(m+1/2)λ/2nである2組の非対称マッハツェンダー干渉系平面光回路を並列に接続した光学回路により構成される量子暗号送信器。
The quantum cryptography transmitter according to claim 1,
The photon pulse state preparation means is provided between the plurality of propagation paths and a single transmission path;
When m is an integer and n is the effective refractive index of the interference waveguide, the long and short optical path differences are different from each other by (m + 1/2) λ / 2n, that is, the long and short optical path difference of one interference system is ΔL. A quantum cryptography transmitter configured by an optical circuit in which two sets of asymmetric Mach-Zehnder interference system planar optical circuits whose long and short optical path differences of the interference system are ΔL + (m + 1/2) λ / 2n are connected in parallel.
請求項1記載の量子暗号送信器において、
前記光子パルス状態準備手段が前記複数の伝搬路と単一の伝送路との間に設けられ、
平面光回路で構成された非対称マッハツェンダー干渉系、光学遅延回路、およびそれらを結合する光カップラーにより構成される量子暗号送信器。
The quantum cryptography transmitter according to claim 1,
The photon pulse state preparation means is provided between the plurality of propagation paths and a single transmission path;
A quantum cryptography transmitter comprising an asymmetric Mach-Zehnder interference system composed of a planar optical circuit, an optical delay circuit, and an optical coupler for coupling them.
請求項1記載の量子暗号送信器において、
前記光子パルス状態準備手段が前記複数の伝搬路と単一の伝送路との間に設けられ、
その具備する長尺および短尺光路に独立な伝搬路が結合された非対称マッハツェンダー干渉系平面光回路により構成される量子暗号送信器。
The quantum cryptography transmitter according to claim 1,
The photon pulse state preparation means is provided between the plurality of propagation paths and a single transmission path;
A quantum cryptography transmitter comprising an asymmetric Mach-Zehnder interferometer plane optical circuit in which independent propagation paths are coupled to long and short optical paths.
請求項1記載の量子暗号送信器において、
前記光子パルス状態準備手段が前記複数の伝搬路と単一の伝送路との間に設けられ、
前記複数の伝搬路より出力される光子の偏波面をTE偏波またはTM偏波となるように調整する偏波面コントローラと、
前記TE偏波光とTM偏波光を前記非対称マッハツェンダー干渉系平面光回路の2つの入力ポートに結合する2組の偏波ビームスプリッターと、
前記偏波ビームスプリッターの出力光路が結合され、TE偏波光に対する長短尺光路差とTM偏波光に対する長短尺光路差が(m+1/2)λ/2n異なるように制御された非対称マッハツェンダー干渉系平面光回路により構成される量子暗号送信器。
The quantum cryptography transmitter according to claim 1,
The photon pulse state preparation means is provided between the plurality of propagation paths and a single transmission path;
A polarization plane controller that adjusts the polarization plane of photons output from the plurality of propagation paths to be TE polarization or TM polarization;
Two sets of polarization beam splitters for coupling the TE polarized light and TM polarized light to two input ports of the asymmetric Mach-Zehnder interferometric planar optical circuit;
An asymmetric Mach-Zehnder interferometer plane in which the output optical paths of the polarization beam splitter are combined and the long / short optical path difference for the TE polarized light and the long / short optical path difference for the TM polarized light are controlled to be different from each other by (m + 1/2) λ / 2n. A quantum cryptography transmitter composed of optical circuits.
請求項1記載の量子暗号送信器において、
前記光子パルス状態変調手段が前記複数の伝搬路と単一の伝送路との間に設けられ、
前記複数の伝搬路より出力される光子の偏波面をTE偏波またはTM偏波となるように調整する偏波コントローラと、
前記偏波コントローラから出力されたTE偏波光とTM偏波光を一つの出力光路に結合する2組の偏波ビームスプリッターと、
前記偏波ビームスプリッターの出力光路の出力光の偏波を斜め偏波(TE+TMまたはTE-TM)に変換する偏波コントローラと、
前記偏波ビームスプリッターから出力されたTEおよびTM偏波光子ならびに前記偏波コントローラーから出力された斜め偏波光子を入力し、TE偏波光に対する長短尺光路差とTM偏波光に対する長短尺光路差が(m+1/2)λ/n異なるように制御された非対称マッハツェンダー干渉系平面光回路と、
前記非対称マッハツェンダー干渉系平面光回路の出力ポートに接続され、その出力光の偏波面を制御する偏波面コントローラおよび特定偏波光のみを選択的に透過する偏波選択素子により構成される量子暗号送信器。
The quantum cryptography transmitter according to claim 1,
The photon pulse state modulation means is provided between the plurality of propagation paths and a single transmission path;
A polarization controller that adjusts the polarization plane of photons output from the plurality of propagation paths to be TE polarization or TM polarization;
Two sets of polarization beam splitters that combine TE polarized light and TM polarized light output from the polarization controller into one output optical path;
A polarization controller that converts the polarization of the output light of the output optical path of the polarization beam splitter into oblique polarization (TE + TM or TE-TM);
The TE and TM polarized photons output from the polarization beam splitter and the obliquely polarized photon output from the polarization controller are input, and the long and short optical path difference for the TE polarized light and the long and short optical path difference for the TM polarized light are (M + 1/2) λ / n asymmetric Mach-Zehnder interferometric planar optical circuit controlled to be different,
Quantum cryptography transmission which is connected to the output port of the asymmetric Mach-Zehnder interferometer planar optical circuit, and which comprises a polarization plane controller for controlling the polarization plane of the output light and a polarization selection element for selectively transmitting only the specific polarization light vessel.
請求項1記載の量子暗号送信器において、
前記光子パルス状態準備手段が前記複数の伝搬路と伝送路以前に設けられ、
前記光源にて発生した光子の偏波を斜め偏光状態(TE+TMまたはTE-TM)になるように制御する偏波コントローラーと、
前記偏波コントローラーから出力された斜め偏波光子を入力し、TE偏波光に対する長短尺光路差とTM偏波光に対する長短尺光路差が(m+1/2)λ/n異なるように制御された非対称マッハツェンダー干渉系平面光回路と、
により構成され、かつ
前記複数の伝搬路の下流に、非直交偏波状態(TE/TM/TE+TM/TE-TM)を選択して透過させる4種の偏波選択素子と、
前記偏波選択素子出力を合波する光カップラーと、
を有する量子暗号送信器。
The quantum cryptography transmitter according to claim 1,
The photon pulse state preparation means is provided before the plurality of propagation paths and transmission lines,
A polarization controller that controls the polarization of photons generated by the light source to be in an oblique polarization state (TE + TM or TE-TM);
The asymmetrical Mach, in which the obliquely polarized photons output from the polarization controller are input and the long / short optical path difference for the TE polarized light and the long / short optical path difference for the TM polarized light are controlled to be different by (m + 1/2) λ / n A Zehnder interference planar optical circuit;
And four types of polarization selection elements that select and transmit non-orthogonal polarization states (TE / TM / TE + TM / TE-TM) downstream of the plurality of propagation paths;
An optical coupler for multiplexing the polarization selection element outputs;
A quantum cryptography transmitter.
請求項1ないし請求項7のいずれかに記載の量子暗号送信器を備えた量子暗号装置。 A quantum cryptography apparatus comprising the quantum cryptography transmitter according to any one of claims 1 to 7.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015019272A (en) * 2013-07-11 2015-01-29 三菱電機株式会社 Quantum encryption device and transmission signal optical processing method used for quantum encryption device
CN112567651A (en) * 2018-08-10 2021-03-26 诺基亚技术有限公司 Optical fiber based communications

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JP2015019272A (en) * 2013-07-11 2015-01-29 三菱電機株式会社 Quantum encryption device and transmission signal optical processing method used for quantum encryption device
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