JP2018137739A - 光量子通信システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】位相ベース測定装置無依存量子暗号を実装するように構成され、光パルスに位相シフトを適用するように構成された第1及び第2のユニットと、第1及び第2のユニットから受信した光パルス間に干渉を引き起し、干渉を測定するように構成された検出ユニットとを備える。第1及び第2のユニットは各々、位相シフトを適用するように構成された少なくとも1つの位相変調器を備える。位相シフトは、大域位相成分と相対位相成分とを備える。大域位相成分は、固定位相基準からの0°から360°までの範囲内でランダムに選択された位相シフトを表し、相対位相成分は、大域位相成分によって導入された位相シフトからの0°、90°、180°及び270°からランダムに選択された位相シフトである。
【選択図】図1
Description
第1のユニット中の位相変調器を通過する光パルスに位相シフトを適用することと、第2のユニット中の位相変調器を通過する光パルスに位相シフトを適用することと、前記位相シフトが大域位相成分と相対位相成分とを備え、前記大域位相成分が、固定位相基準からの0°から360°までの範囲内で選択された位相シフトを表し、前記相対位相成分が、大域位相成分によって導入された位相シフトからの0°、90°、180°および270°から選択された位相シフトであり、0°および180°の相対位相シフトが第1の測定基底を形成し、90°および270°の相対位相シフトが第2の測定基底を形成する、
測定ユニットにおいて第1および第2のユニットから受信された光パルスを干渉させることと、を備え、
この方法は、
干渉測定の結果を測定ユニットによって告知する(announcing)ことと、
各測定に適用された大域位相を第1および第2のユニットによって告知することと、
相対位相シフトにおいて使用される基底を第1および第2の測定によって告知することと、
測定から鍵を導出することと、ここで、第1および第2のユニットによって適用される大域位相が一致し、相対位相シフトにおいて使用される基底が一致し、第1および第2のユニットが両方とも、適用される相対位相シフトと干渉測定の結果との知識から鍵を導出することが可能である、
をさらに備える。
ボブの位相=45度
チャネル雑音不整合角度=15度
ユーザは、それらの位相が異なる場合でも、この場合は鍵ビットを抽出することができる。位相値から雑音不整合角度が減算された場合、完全に一致する位相(45−15=30度)が取得される。
第1および第2のユニットを出るパルスの強度が、パルスごとに2つ以上の固定レベルの間で変化するように、第1および第2のユニットにおいてパルスに強度変調を適用することと、
パルスのエラーレートに関する統計を第1および第2のユニットが実施することを可能にするために、パルスに適用される強度を告知することと
をさらに備える。
1)アリスおよびボブは、チャーリーがダブルクリックを告知したラン(runs)を廃棄する。
2)アリスおよびボブは、チャーリーの検出器のうちのどれがクリックしたかをランダムに決定することによってダブルクリックを単一クリックに変換する。
セキュリティはどちらの場合も同じである。
Claims (20)
- 第1のユニットと第2のユニットとの間で鍵を配信するための量子通信システムであって、前記システムが、位相ベース測定装置無依存量子暗号を実装するように構成され、前記システムが、光パルスに位相シフトを適用するように構成された第1および第2のユニットと、前記第1および第2のユニットから受信された光パルス間に干渉を引き起し、前記干渉を測定するように構成された検出ユニットとを備え、前記第1および第2のユニットが各々、位相シフトを適用するように構成された少なくとも1つの位相変調器を備え、前記位相シフトが大域位相成分と相対位相成分とを備え、前記大域位相成分が、固定位相基準からの0°から360°までの範囲内で選択された位相シフトを表し、前記相対位相成分が、前記大域位相成分によって導入された前記位相シフトからの0°、90°、180°および270°から選択された位相シフトである、量子通信システム。
- 前記検出ユニットが、前記第1および第2のユニットからの前記パルス間に1次干渉を引き起こすように構成された、請求項1に記載の量子通信システム。
- 0°から360°までの前記範囲で前記大域位相成分をランダムに選択するように構成されたランダム位相ユニットをさらに備える、請求項1または2に記載の量子通信システム。
- 0°から360°までの前記範囲がL個のセグメントに分割され、Lが少なくとも3の整数であり、前記ランダム位相ユニットが、前記大域位相を適用するためにセグメントをランダムに選択するように構成された、請求項3に記載の量子通信システム。
- 前記ランダム位相ユニットが、前記大域位相の能動的選択を実施するように構成された、請求項4に記載の量子通信システム。
- 前記ランダム位相ユニットが、前記大域位相の受動的選択を実施するように構成された、請求項3または4に記載の量子通信システム。
- 前記第1および第2のユニットが光源を備える、請求項1から6のいずれか一項に記載の量子通信システム。
- 前記検出ユニットが光源を備え、前記システムが、前記検出ユニットからの光を、前記第1のユニットを通り、前記第2のユニットを通り、次いで前記検出ユニットに戻るようにループ内に導くように構成された第1の経路と、前記検出ユニットからの光を、前記第2のユニットを通り、前記第1のユニットを通り、次いで前記検出ユニットに戻るようにループ内に導くように構成された第2の経路とをさらに備え、前記第1および第2のユニットが、前記検出ユニットから放出された前記光パルスの位相を変調する、請求項1から6のいずれか一項に記載の量子通信システム。
- 前記第1および第2のユニットを出るパルスの強度をパルスごとに変化させるように構成された強度変調器をさらに備える、請求項1から8のいずれか一項に記載の量子通信システム。
- 前記検出ユニットが位相変調器を備える、請求項1から9のいずれか一項に記載の量子通信システム。
- 前記検出ユニット中に光源をさらに備え、前記システムが、前記検出ユニットから出力された光の位相を前記第1および第2のユニットそれぞれの前記光源の位相にロックするための位相ロックループをさらに備える、請求項7に記載の量子通信システム。
- 前記第1および第2のユニットがメモリを備え、前記メモリが、各光パルスについて前記大域位相と前記相対位相とを記憶するように構成された、請求項1から11のいずれか一項に記載の量子通信システム。
- 前記第1のユニットと前記第2のユニットとの間に通信チャネルが提供され、前記第1および第2のユニットがプロセッサを備え、一方のユニット中の前記プロセッサが、前記通信チャネルを介して他方のユニット中の前記プロセッサと通信することが可能であり、前記第1および第2のユニット中の前記プロセッサは、前記大域位相が一致しなかった測定結果を無視するように構成された、請求項12に記載の量子通信システム。
- 量子通信システム中の第1のユニットと第2のユニットとの間で暗号鍵を通信する方法であって、
前記第1のユニット中の位相変調器を通過する光パルスに位相シフトを適用することと、前記第2のユニット中の位相変調器を通過する光パルスに位相シフトを適用することと、前記位相シフトが大域位相成分と相対位相成分とを備え、前記大域位相成分が、固定位相基準からの0°から360°までの範囲内でランダムに選択された位相シフトを表し、前記相対位相成分が、前記大域位相成分によって導入された前記位相シフトからの0°、90°、180°および270°からランダムに選択された位相シフトであり、0°および180°の相対位相シフトが第1の測定基底を形成し、90°および270°の相対位相シフトが第2の測定基底を形成する、
測定ユニットにおいて前記第1および第2のユニットから受信された光パルスを干渉させることと、
を備え、前記方法は、
干渉測定の結果を前記測定ユニットによって告知することと、
各測定に適用された前記大域位相を前記第1および第2のユニットによって告知することと、
前記相対位相シフトにおいて使用された前記基底を前記第1および第2の測定によって告知することと、
前記測定から鍵を導出することと、前記第1および第2のユニットによって適用された前記大域位相が一致し、前記相対位相シフトにおいて使用された前記基底が一致し、前記第1および第2のユニットが両方とも、適用された前記相対位相シフトと前記干渉測定の前記結果との知識から前記鍵を導出することが可能である、
をさらに備える、方法。 - 前記第1および第2のユニットによって適用された前記大域位相が不整合角度内にある場合、前記大域位相が一致すると見なされる、請求項14に記載の方法。
- 前記大域位相は、前記大域位相の知識なしの前記光パルスの測定が、各パルスにおける光子の数を記述する量子状態|n〉のインコヒーレント重ね合わせを生じるように適用される、請求項14に記載の方法。
- 前記光子数状態|n〉の前記インコヒーレント重ね合わせが、
- 0°から360°までの前記範囲がL個のセグメントに分割され、Lが少なくとも3の整数であり、ランダム位相ユニットが、前記大域位相を適用するためにセグメントをランダムに選択するように構成された、請求項15から17のいずれか一項に記載の方法。
- 前記鍵を導出するためにプライバシー増幅が実施される、請求項18に記載の方法。
- 前記第1および第2のユニットを出る前記パルスの強度が、パルスごとに2つ以上の固定レベルの間で変化するように、前記第1および第2のユニットにおいて前記パルスに強度変調を適用することと、
前記パルスに関する統計を前記第1および第2のユニットが実施することを可能にするために、前記パルスに適用された前記強度を告知することと
をさらに備える、請求項1から19のいずれか一項に記載の方法。
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