JP2018513622A - 量子鍵生成のためのシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
2つの光子検出器ユニット、2つの光子エンタングルメント鎖、及び複数のマルチコアファイバリンクを備える、量子鍵生成システムであって:
各上記光子エンタングルメント鎖は、上記2つの光子検出器ユニットの間に延在し;
各上記光子エンタングルメント鎖は、少なくとも1つの量子リピータ、並びに第1及び第2の終端量子メモリを備え;
上記第1及び第2の終端量子メモリは、上記光子エンタングルメント鎖の第1及び第2の端部それぞれに位置決めされ;
各上記光子エンタングルメント鎖の上記量子リピータは、1ペアの光子をエンタングルさせるように構造的に構成され;
上記複数のマルチコア光ファイバリンクは、各上記光子エンタングルメント鎖の上記量子リピータを、各上記光子エンタングルメント鎖の上記第1及び第2の終端量子メモリに、光学的に連結させるよう、構造的に構成され、これにより、上記第1及び第2の終端量子メモリが受信する光子が、上記量子リピータがエンタングルさせた光子とエンタングルし;
上記複数のマルチコア光ファイバリンクはそれぞれ、不均一な光子伝播遅延をもたらすよう構造的に構成される、少なくとも2つの不均一なコアを備え;
上記2つの光子エンタングルメント鎖それぞれの上記第1及び第2の終端量子メモリは、それぞれ、第1及び第2の交差鎖量子リピータを形成して、上記交差鎖量子リピータにおいて測定可能なエンタングルド粒子を生成し;
上記第1及び第2の光子検出器ユニットは、それぞれ上記第1及び第2の交差鎖量子リピータによって生成された上記測定可能なエンタングルド粒子を受信するよう、構造的に構成される、量子鍵生成システム。
上記2つの光子エンタングルメント鎖は、約1〜100MHzのビットレートで、各上記光子検出器ユニットによって受信可能な相関した量子鍵ビットを生成するよう、構造的に構成される、実施形態1に記載の量子鍵生成システム。
上記2つの光子エンタングルメント鎖は、上記少なくとも1つの量子リピータの処理速度Πの約10%以内のビットレートΓで、各上記光子検出器ユニットによって受信可能な相関した量子鍵ビットを生成するよう、構造的に構成される、実施形態1に記載の量子鍵生成システム。
上記マルチコア光ファイバリンクは、約2〜約20個のコアを備える単一モードマルチコア光ファイバを備える、実施形態1に記載の量子鍵生成システム。
上記マルチコア光ファイバリンクは、単一モードマルチコア光ファイバを備え、
上記マルチコア光ファイバリンクの少なくとも2つの上記コアは、異なる直径を備える、実施形態1に記載の量子鍵生成システム。
個々の上記マルチコア光ファイバリンクの少なくとも2つの上記コアは、上記少なくとも2つのコアの間の光子伝播遅延が異なるように、異なる屈折率プロファイルを備える、実施形態1に記載の量子鍵生成システム。
上記マルチコア光ファイバリンクの少なくとも1つの上記コアは、屈折率プロファイルn(r)2=n1 2(1‐2Δ(r/a)α)を備え、ここで:
rは上記コア内での径方向位置であり;
n1はr=0における屈折率であり;
αは屈折率定数であり;
aはクラッドの半径であり;
Δ=(n1‐n2)/n1であり;
n2は上記クラッドの屈折率である、実施形態6に記載の量子鍵生成システム。
上記マルチコア光ファイバリンクは、中心コア及び1つ又は複数の径方向オフセットコアを備える、スパンマルチコア光ファイバリンクを含む、実施形態1に記載の量子鍵生成システム。
上記スパンマルチコア光ファイバリンクは、α(z)=α0のスピンプロファイルを有する単方向スピン構成を備え、ここで:
α(z)は、ファイバリンクの長さに沿った座標(z)における単方向スピンプロファイルであり;
α0は、ターン数/単位長で表されるスピン振幅である、実施形態8に記載の量子鍵生成システム。
上記スパンマルチコア光ファイバリンクの上記スピン振幅α0は、約1〜10ターン/メートルである、実施形態9に記載の量子鍵生成システム。
上記スパンマルチコア光ファイバリンクは、α=α0sin(2πz/Λ)のスピンプロファイルを有する双方向スピン構成を備え、ここで:
αは、双方向スピンプロファイルであり;
α0は、ターン数/単位長で表されるスピン振幅であり;
Λはスピン区間長さであり;
zはファイバリンクの長さである、実施形態8に記載の量子鍵生成システム。
上記スピン区間長さΛは、約0.1〜約50メートルである、実施形態11に記載の量子鍵生成システム。
上記スパンマルチコア光ファイバリンクは、正方形又は三角形双方向スピンプロファイルを備える、実施形態8に記載の量子鍵生成システム。
上記マルチコア光ファイバリンクは、スパンマルチコア光ファイバリンクを含み、
上記中心コアと、個々の上記径方向オフセットコアとの間の、上記コア長さの差は
Λは、光ファイバのスピン長さであり;
aは、上記中心コアと上記個々の径方向オフセットコアとの間の径方向距離であり;
Nは、上記光ファイバリンクの長さLに亘るスピンの合計数である、実施形態1に記載の量子鍵生成システム。
上記スパンマルチコア光ファイバリンクの少なくとも1つの上記コアは、屈折率プロファイルn(r)2=n1 2(1‐2Δ(r/a)α)を備え、ここで:
rは上記コア内での径方向位置であり;
n1はr=0における屈折率であり;
αは屈折率定数であり;
aは上記クラッドの半径であり;
Δ=(n1‐n2)/n1であり;
n2は上記クラッドの屈折率である、実施形態14に記載の量子鍵生成システム。
上記スパンマルチコア光ファイバリンクは、単方向スピンプロファイル又は双方向スピンプロファイルを備える、実施形態15に記載の量子鍵生成システム。
上記量子リピータを上記マルチコア光ファイバリンクの個々の上記コアと光学的に整列させるよう構造的に構成される、1つ又は複数の整列機構を更に備え、これにより上記量子リピータは、上記マルチコア光ファイバリンクの個々の上記コアと光学的に整列した状態で選択的に位置決めされる、実施形態1に記載の量子鍵生成システム。
上記マルチコア光ファイバリンクの個々の上記コアが、上記光子エンタングルメント鎖のうちの1つに対する光子伝播経路を提供し、同一の上記マルチコア光ファイバリンクの他の個々の上記コアが、上記光子エンタングルメント鎖のうちの別の1つに対する光子伝播経路を提供するよう、構造的に構成される、実施形態1に記載の量子鍵生成システム。
上記光子エンタングルメント鎖に位置決めされた上記光ファイバリンクは、上記光ファイバリンクの上記コア長さの測定のために、光学タイムドメイン反射率計からの較正信号を受信するよう、構造的に構成される、実施形態1に記載の量子鍵生成システム。
各上記光子エンタングルメント鎖は、始点エンタングルド光子生成器、第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器、並びに少なくとも2つの量子リピータを更に備え;
上記始点エンタングルド光子生成器は、上記光子エンタングルメント鎖の上記第1の端部と上記第2の端部との間の、それぞれの始点位置に位置決めされ;
各上記光子エンタングルメント鎖の上記量子リピータのうちの少なくとも2つは、コア長さLのコアを備える上記マルチコア光ファイバリンクによって、上記光子エンタングルメント鎖の上記始点エンタングルド光子生成器に光学的に連結された、第1及び第2の中間量子リピータを備え;
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器は、それぞれ、コア長さLのコアを備える上記マルチコア光ファイバリンクによって、上記光子エンタングルメント鎖の上記第1及び第2の中間量子リピータに光学的に連結され;
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器は、それぞれ、コア長さL’のコアを備える上記マルチコア光ファイバリンクによって、上記光子エンタングルメント鎖の上記第1及び第2の終端量子メモリに光学的に連結され、ここでL'>Lであり;
上記始点エンタングルド光子生成器、上記第1の中間エンタングルド光子生成器、及び上記第2の中間エンタングルド光子生成器はそれぞれ、エンタングルした光子のペアを生成するよう構造的に構成され:
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第1及び第2の中間量子リピータは、上記始点エンタングルド光子生成器が生成したエンタングルした光子のペアが、上記第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器がそれぞれ生成したエンタングルした光子のペアとエンタングルするよう、構造的に構成される、実施形態1に記載の量子鍵生成システム。
各上記光子エンタングルメント鎖の少なくとも1つの上記量子リピータは、上記光子エンタングルメント鎖の上記第1の端部と上記第2の端部との間の、それぞれの始点位置に位置決めされた、始点量子リピータを更に備え;
各上記光子エンタングルメント鎖は、コア長さLのコアを備える上記マルチコア光ファイバリンクによって、上記光子エンタングルメント鎖の上記始点量子リピータに光学的に連結された、第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器を備え;
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器は、それぞれ、コア長さL’のコアを備える上記マルチコア光ファイバリンクによって、上記光子エンタングルメント鎖の上記第1及び第2の終端量子メモリに光学的に連結され、ここでL'>Lであり;
上記第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器はそれぞれ、エンタングルした光子のペアを生成するよう構造的に構成され:
各上記光子エンタングルメント鎖の上記始点量子リピータは、上記第1の中間エンタングルド光子生成器が生成したエンタングルした光子のペアが、上記第2の中間エンタングルド光子生成器がそれぞれ生成したエンタングルした光子のペアとエンタングルするよう、構造的に構成される、実施形態1に記載の量子鍵生成システム。
各上記光子エンタングルメント鎖は、各上記光子エンタングルメント鎖の上記第1の終端量子メモリと上記第2の終端量子メモリとの間に配置された少なくとも2つの量子リピータを更に備え、
上記少なくとも2つの量子リピータは、隣接して位置決めされ、上記マルチコアファイバリンクによって光学的に連結され;
各上記量子リピータは、光子のペアをエンタングルさせて、個々のエンタングルした上記光子を上記マルチコアファイバリンク内へと出力するよう、構造的に構成され;
各上記量子リピータに隣接して位置決めされた上記量子リピータが出力した上記個々のエンタングルした光子を受信するよう、構造的に構成される、実施形態1に記載の量子鍵生成システム。
各上記光子エンタングルメント鎖の上記少なくとも2つの量子リピータはそれぞれ、2つの量子メモリ、及びエンタングルメント光学素子を備え;
上記エンタングルメント光学素子は、上記2つの量子メモリ及び2つのエンタングルメント検出器に光学的に連結されてこれらの間に延在する、2つ以上のエンタングリング経路を備える、実施形態22に記載の量子鍵生成システム。
上記エンタングルメント光学素子はビームスプリッタを更に備え、上記ビームスプリッタは、各上記エンタングリング経路が上記ビームスプリッタを横断するように位置決めされ;
上記エンタングルメント光学素子は、上記量子メモリが出力した粒子が上記ビームスプリッタを同時に横断する際に、上記粒子のペアをエンタングルさせるよう、構造的に構成される、実施形態23に記載の量子鍵生成システム。
2つの光子エンタングルメント鎖、2つの光子検出器ユニット、及び複数のマルチコアファイバリンクを備える、量子鍵生成システムであって:
各上記光子エンタングルメント鎖は、上記2つの光子検出器ユニットの間に延在し:
上記複数のマルチコア光ファイバリンクは、各上記光子エンタングルメント鎖の量子リピータを、各上記光子エンタングルメント鎖の第1及び第2の終端量子メモリに、光学的に連結させるよう、構造的に構成され;
上記2つの光子エンタングルメント鎖は、約1〜100MHzのビットレートで、各上記光子検出器ユニットによって受信可能な相関した量子鍵ビットを生成するよう、構造的に構成される、量子鍵生成システム。
上記複数のマルチコアファイバリンクはそれぞれ、不均一な光子伝播遅延を提供するよう構造的に構成された、少なくとも2つの不均一なコアを備える、実施形態25に記載の量子鍵生成システム。
2つの光子エンタングルメント鎖、2つの光子検出器ユニット、及び複数のマルチコアファイバリンクを備える、量子鍵生成システムであって:
各上記光子エンタングルメント鎖は、上記2つの光子検出器ユニットの間に延在し;
上記複数のマルチコア光ファイバリンクは、各上記光子エンタングルメント鎖の量子リピータを、各上記光子エンタングルメント鎖の第1及び第2の終端量子メモリに光学的に連結させるよう、構造的に構成され;
上記2つの光子エンタングルメント鎖は、上記少なくとも1つの量子リピータの処理速度Πの約10%以内のビットレートで、各上記光子検出器ユニットによって受信可能な相関した量子鍵ビットを生成するよう、構造的に構成される、量子鍵生成システム。
上記複数のマルチコアファイバリンクはそれぞれ、不均一な光子伝播遅延を提供するよう構造的に構成された、少なくとも2つの不均一なコアを備える、実施形態27に記載の量子鍵生成システム。
上記量子リピータに光学的に連結され、エンタングルした光子のペアを生成するよう構造的に構成される、エンタングルド光子生成器を更に備える、実施形態27に記載の量子鍵生成システム。
2つの光子エンタングルメント鎖、2つの光子検出器ユニット、及び複数のマルチコアファイバリンクを備える、量子鍵生成システムであって:
各上記光子エンタングルメント鎖は、上記2つの光子検出器ユニットの間に延在し:
上記複数のマルチコア光ファイバリンクは、各上記光子エンタングルメント鎖の量子リピータを、各上記光子エンタングルメント鎖の第1及び第2の終端量子メモリに、光学的に連結させるよう、構造的に構成され;
上記2つの光子エンタングルメント鎖は、上記少なくとも1つの量子リピータの処理速度Πの約10%以内のビットレートΓで、各上記光子検出器ユニットによって受信可能な相関した量子鍵ビットを生成するよう、構造的に構成される、量子鍵生成システム。
2つの光子検出器ユニット及び2つの光子エンタングルメント鎖を備える、量子鍵生成システムであって:
各上記光子エンタングルメント鎖は、上記2つの光子検出器ユニットの間に延在し;
各上記光子エンタングルメント鎖は、始点エンタングルド光子生成器、第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器、第1及び第2の中間量子リピータ、並びに第1及び第2の終端量子メモリを備え;
上記第1及び第2の終端量子メモリは、上記光子エンタングルメント鎖の第1及び第2の端部それぞれに位置決めされ;
上記始点エンタングルド光子生成器は、上記光子エンタングルメント鎖の上記第1の端部と上記第2の端部との間の、それぞれの始点位置に位置決めされ;
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第1及び第2の中間量子リピータは、コア長さLの上記光ファイバリンクによって、上記光子エンタングルメント鎖の上記始点エンタングルド光子生成器に光学的に連結され;
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器は、それぞれ、コア長さLの上記光ファイバリンクによって、上記光子エンタングルメント鎖の上記第1及び第2の中間量子リピータに光学的に連結され;
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器は、それぞれ、コア長さL’の上記光ファイバリンクによって、上記光子エンタングルメント鎖の上記第1及び第2の終端量子メモリに光学的に連結され、ここでL'>Lであり;
上記始点エンタングルド光子生成器、上記第1の中間エンタングルド光子生成器、及び上記第2の中間エンタングルド光子生成器はそれぞれ、エンタングルした光子のペアを生成するよう構造的に構成され:
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第1及び第2の中間量子リピータは、上記始点エンタングルド光子生成器が生成したエンタングルした光子のペアが、上記第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器がそれぞれ生成したエンタングルした光子のペアとエンタングルするよう、構造的に構成され;
上記2つの光子エンタングルメント鎖それぞれの上記第1及び第2の終端量子メモリは、それぞれ、第1及び第2の交差鎖量子リピータを形成して、上記交差鎖量子リピータにおいて測定可能なエンタングルド粒子を生成し;
上記第1及び第2の光子検出器ユニットは、それぞれ上記第1及び第2の交差鎖量子リピータによって生成された上記測定可能なエンタングルド粒子を受信するよう、構造的に構成される、量子鍵生成システム。
上記始点エンタングルド光子生成器、並びに上記第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器はそれぞれ、2つのエンタングルした光子のペアを生成するよう構造的に構成される、実施形態31に記載の量子鍵生成システム。
上記始点エンタングルド光子生成器、並びに上記第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器はそれぞれ、2つのパラメトリックダウンコンバージョン生成器、エンタングルメント光学素子、経路スプリッタ、及びエンタングルメント検出器を備え;
上記エンタングルメント光学素子は、第1のパラメトリックダウンコンバージョン生成器及び上記エンタングルメント検出器に光学的に連結されてこれらの間に延在する第1のエンタングリング経路と、第2のパラメトリックダウンコンバージョン生成器及び上記経路スプリッタに光学的に連結されてこれらの間に延在する第2のエンタングリング経路とを備える、実施形態32に記載の量子鍵生成システム。
上記エンタングルメント光学素子はビームスプリッタを更に備え、上記ビームスプリッタは、各上記エンタングリング経路が上記ビームスプリッタを横断するように位置決めされ;
上記エンタングルメント光学素子は、上記パラメトリックダウンコンバージョン生成器が出力したエンタングルした光子の各ペアが上記ビームスプリッタを同時に横断する際に、上記エンタングルした光子の各ペアをエンタングルさせるよう、構造的に構成される、実施形態33に記載の量子鍵生成システム。
上記経路スプリッタは、2つのエンタングルした光子を上記光ファイバリンクのうちの1つへと配向し、かつ2つのエンタングルした光子を上記光ファイバリンクのうちの別の1つへと配向するよう、構造的に構成される、実施形態33に記載の量子鍵生成システム。
上記第1及び第2のエンタングリング経路の少なくとも一部分は、マルチコア光ファイバを備える、実施形態33に記載の量子鍵生成システム。
上記光子検出器ユニットは、1つ又は複数の単一光子検出器を備える、実施形態31に記載の量子鍵生成システム。
各上記光子検出器ユニットは、上記終端量子メモリと光学的に整列された状態で位置決めされた光子検出器のペアを備え、これにより、個々の終端量子メモリが生成した粒子は、個々の上記光子検出器によって受信される、実施形態31に記載の量子鍵生成システム。
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第1及び第2の中間量子リピータは:(i)上記始点エンタングルド光子生成器のうちの1つが生成した、個々のエンタングルした光子を受信し;(ii)上記光子エンタングルメント鎖のうちの1つの上記第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器がそれぞれ生成した、個々のエンタングルした光子を受信し;(iii)受信した上記光子をエンタングルさせるよう、構造的に構成される、実施形態31に記載の量子鍵生成システム。
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第1及び第2の中間量子リピータはそれぞれ、2つの量子メモリ、及びエンタングルメント光学素子を備え;
上記エンタングルメント光学素子は、上記2つの量子メモリ及び2つのエンタングルメント検出器に光学的に連結されてこれらの間に延在する、2つのエンタングリング経路を備える、実施形態31に記載の量子鍵生成システム。
上記エンタングルメント光学素子はビームスプリッタを更に備え、上記ビームスプリッタは、各上記エンタングリング経路が上記ビームスプリッタを横断するように位置決めされ;
上記エンタングルメント光学素子は、上記量子メモリが出力した粒子が上記ビームスプリッタを同時に横断する際に、上記粒子のペアをエンタングルさせるよう、構造的に構成される、実施形態40に記載の量子鍵生成システム。
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第1及び第2の中間量子リピータはそれぞれ、2つの上記エンタングルメント検出器に光学的に連結された2つの上記エンタングリング経路を備える上記エンタングルメント光学素子、及びビームスプリッタであって、各上記エンタングリング経路が上記ビームスプリッタを横断するように位置決めされる、ビームスプリッタを備える、実施形態31に記載の量子鍵生成システム。
上記エンタングルメント光学素子は、上記第1及び第2の中間量子リピータが受信した粒子が上記ビームスプリッタを同時に横断する際に、上記粒子のペアをエンタングルさせるよう、構造的に構成される、実施形態42に記載の量子鍵生成システム。
上記第1及び第2の交差鎖量子リピータは:(i)各上記光子エンタングルメント鎖の上記第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器それぞれが生成した光子を受信し;(ii)受信した上記光子をエンタングルさせることにより、各上記エンタングルメント鎖の上記第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器が生成した、エンタングルした光子のペアを、エンタングルさせ;(iii)測定可能なエンタングルした粒子を生成するよう、構造的に構成される、実施形態31に記載の量子鍵生成システム。
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第1及び第2の交差鎖量子リピータは、上記終端量子メモリ及び上記光子検出器ユニットに光学的に連結されてこれらの間に延在する1つ又は複数の上記エンタングリング経路を備える終端エンタングルメント光学素子を更に備える、実施形態31に記載の量子鍵生成システム。
上記終端エンタングルメント光学素子はビームスプリッタを更に備え、上記ビームスプリッタは、各上記エンタングリング経路が上記ビームスプリッタを横断するよう位置決めされ;
上記終端エンタングルメント光学素子は、上記終端量子メモリが出力した粒子が上記ビームスプリッタを同時に横断する際に、上記粒子のペアをエンタングルさせるよう、構造的に構成される、実施形態45に記載の量子鍵生成システム。
上記光ファイバリンクは、マルチコア光ファイバリンクを備え;
各上記マルチコア光ファイバリンクは、不均一な光子伝播遅延を提供するよう構造的に構成された少なくとも2つの不均一なコアを備える、実施形態31に記載の量子鍵生成システム。
上記始点位置と上記第1の端部との間に位置決めされ、かつ上記始点位置と上記第2の端部との間に位置決めされた、追加の量子リピータ及び追加のエンタングルド光子生成器を更に備える、実施形態31に記載の量子鍵生成システム。
上記追加の量子リピータ及び上記追加のエンタングルド光子生成器は:
各上記追加の量子リピータが、隣接する上記エンタングルド光子生成器間に配置されて、上記光ファイバリンクを用いてこれらに光学的に連結され;
各上記追加のエンタングルド光子生成器が、ある上記追加の量子リピータと、別の上記追加の量子リピータ又は個々の上記終端量子メモリとの間に配置されて、上記光ファイバリンクを用いてこれらに光学的に連結される
よう、交互に配置される、実施形態48に記載の量子鍵生成システム。
上記追加の量子リピータに光学的に連結された上記光ファイバリンクは、上記始点位置から外側に位置決めされるほど、より長いコア長さを備える、実施形態49に記載の量子鍵生成システム。
上記終端量子メモリに光学的に連結された上記光ファイバリンクは、上記複数の光ファイバリンクの最長のコア長さを備える、実施形態50に記載の量子鍵生成システム。
上記第1及び第2の中間量子リピータに光学的に連結された上記光ファイバリンクは、上記複数の光ファイバリンクの最短のコア長さを備える、実施形態50に記載の量子鍵生成システム。
2つの光子エンタングルメント鎖及び2つの光子検出器ユニットを備える、量子鍵生成システムであって:
各上記光子エンタングルメント鎖は、上記2つの光子検出器ユニットの間に延在し、始点エンタングルド光子生成器、第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器、第1及び第2の中間量子リピータ、並びに第1及び第2の終端量子メモリを備え;
上記始点エンタングルド光子生成器は、上記光子エンタングルメント鎖の上記第1の端部と上記第2の端部との間の各始点位置に位置決めされ;
上記2つの光子エンタングルメント鎖は、約1〜100MHzのビットレートで、各上記光子検出器ユニットによって受信可能な相関した量子鍵ビットを生成するよう、構造的に構成される、量子鍵生成システム。
2つの光子エンタングルメント鎖及び2つの光子検出器ユニットを備える、量子鍵生成システムであって:
各上記光子エンタングルメント鎖は、上記2つの光子検出器ユニットの間に延在し、始点エンタングルド光子生成器、第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器、第1及び第2の中間量子リピータ、並びに第1及び第2の終端量子メモリを備え;
上記始点エンタングルド光子生成器は、上記光子エンタングルメント鎖の上記第1の端部と上記第2の端部との間の各始点位置に位置決めされ;
上記2つの光子エンタングルメント鎖は、上記少なくとも1つの量子リピータの処理速度Πの約10%以内のビットレートΓで、各上記光子検出器ユニットによって受信可能な相関した量子鍵ビットを生成するよう、構造的に構成される、量子鍵生成システム。
2つの光子検出器ユニット及び2つの光子エンタングルメント鎖を備える、量子鍵生成システムであって:
各上記光子エンタングルメント鎖は、上記2つの光子検出器ユニットの間に延在し;
各上記光子エンタングルメント鎖は、始点エンタングルド光子生成器、第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器、第1及び第2の中間量子リピータ、並びに第1及び第2の交差鎖量子リピータを備え;
上記第1及び第2の交差鎖量子リピータは、上記光子エンタングルメント鎖の第1及び第2の端部それぞれに位置決めされ;
上記始点エンタングルド光子生成器は、上記光子エンタングルメント鎖の上記第1の端部と上記第2の端部との間の、それぞれの始点位置に位置決めされ;
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第1及び第2の中間量子リピータは、コア長さLの上記光ファイバリンクによって、上記光子エンタングルメント鎖の上記始点エンタングルド光子生成器に光学的に連結され;
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器は、それぞれ、コア長さLの上記光ファイバリンクによって、上記光子エンタングルメント鎖の上記第1及び第2の中間量子リピータに光学的に連結され;
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器は、それぞれ、コア長さL’の上記光ファイバリンクによって、上記光子エンタングルメント鎖の上記第1及び第2の交差鎖量子リピータに光学的に連結され、ここでL'>Lであり;
上記始点エンタングルド光子生成器、上記第1の中間エンタングルド光子生成器、及び上記第2の中間エンタングルド光子生成器はそれぞれ、エンタングルした光子のペアを生成するよう構造的に構成され:
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第1及び第2の中間量子リピータは、上記始点エンタングルド光子生成器が生成したエンタングルした光子のペアが、上記第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器がそれぞれ生成したエンタングルした光子のペアとエンタングルするよう、構造的に構成され;
上記第1及び第2の交差鎖量子リピータは、各上記光子エンタングルメント鎖から光子を受信してエンタングルさせ、測定可能なエンタングルド粒子を生成するよう、構造的に構成され;
上記第1及び第2の光子検出器ユニットは、それぞれ上記第1及び第2の交差鎖量子リピータによって生成された上記測定可能なエンタングルド粒子を受信するよう、構造的に構成される、量子鍵生成システム。
2つの光子検出器ユニット及び2つの光子エンタングルメント鎖を備える、量子鍵生成システムであって:
各上記光子エンタングルメント鎖は、上記2つの光子検出器ユニットの間に延在し;
各上記光子エンタングルメント鎖は、始点量子リピータ、第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器、並びに第1及び第2の終端量子メモリを備え;
上記第1及び第2の終端量子メモリは、上記光子エンタングルメント鎖の第1及び第2の端部それぞれに位置決めされ;
上記始点量子リピータは、上記光子エンタングルメント鎖の上記第1の端部と上記第2の端部との間の、それぞれの始点位置に位置決めされ;
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器は、コア長さLの上記光ファイバリンクによって、上記光子エンタングルメント鎖の上記始点量子リピータに光学的に連結され;
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器は、それぞれ、コア長さL’の上記光ファイバリンクによって、上記光子エンタングルメント鎖の上記第1及び第2の終端量子メモリに光学的に連結され、ここでL'>Lであり;
上記第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器はそれぞれ、エンタングルした光子のペアを生成するよう構造的に構成され:
各上記光子エンタングルメント鎖の上記始点量子リピータは、上記第1の中間エンタングルド光子生成器が生成したエンタングルした光子のペアが、上記第2の中間エンタングルド光子生成器がそれぞれ生成したエンタングルした光子のペアとエンタングルするよう、構造的に構成され;
上記2つの光子エンタングルメント鎖それぞれの上記第1及び第2の終端量子メモリは、それぞれ、第1及び第2の交差鎖量子リピータを形成して、上記交差鎖量子リピータにおいて測定可能なエンタングルド粒子を生成し;
上記第1及び第2の光子検出器ユニットは、それぞれ上記第1及び第2の交差鎖量子リピータによって生成された上記測定可能なエンタングルド粒子を受信するよう、構造的に構成される、量子鍵生成システム。
上記第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器はそれぞれ、2つのエンタングルした光子のペアを生成するよう構造的に構成される、実施形態56に記載の量子鍵生成システム。
上記第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器はそれぞれ、2つのパラメトリックダウンコンバージョン生成器、エンタングルメント光学素子、経路スプリッタ、及びエンタングルメント検出器を備え;
上記エンタングルメント光学素子は、第1のパラメトリックダウンコンバージョン生成器及び上記エンタングルメント検出器に光学的に連結されてこれらの間に延在する第1のエンタングリング経路と、第2のパラメトリックダウンコンバージョン生成器及び上記経路スプリッタに光学的に連結されてこれらの間に延在する第2のエンタングリング経路とを備える、実施形態57に記載の量子鍵生成システム。
上記エンタングルメント光学素子はビームスプリッタを更に備え、上記ビームスプリッタは、各上記エンタングリング経路が上記ビームスプリッタを横断するように位置決めされ;
上記エンタングルメント光学素子は、上記パラメトリックダウンコンバージョン生成器が出力したエンタングルした光子の各ペアが上記ビームスプリッタを同時に横断する際に、上記エンタングルした光子の各ペアをエンタングルさせるよう、構造的に構成される、実施形態58に記載の量子鍵生成システム。
上記経路スプリッタは、2つのエンタングルした光子を上記光ファイバリンクのうちの1つへと配向し、かつ2つのエンタングルした光子を上記光ファイバリンクのうちの別の1つへと配向するよう、構造的に構成される、実施形態58に記載の量子鍵生成システム。
上記第1及び第2のエンタングリング経路の少なくとも一部分は、マルチコア光ファイバを備える、実施形態58に記載の量子鍵生成システム。
上記光子検出器ユニットは、1つ又は複数の単一光子検出器を備える、実施形態56に記載の量子鍵生成システム。
各上記光子エンタングルメント鎖の上記始点量子リピータは:(i)上記光子エンタングルメント鎖のうちの1つの上記第1の中間エンタングルド光子生成器のうちの1つがそれぞれ生成した、個々のエンタングルした光子を受信し;(ii)上記光子エンタングルメント鎖のうちの1つの上記第2の中間エンタングルド光子生成器のうちの1つがそれぞれ生成した、個々のエンタングルした光子を受信し;(iii)受信した上記光子をエンタングルさせるよう、構造的に構成される、実施形態56に記載の量子鍵生成システム。
各上記光子エンタングルメント鎖の上記始点量子リピータは、2つの量子メモリ、及びエンタングルメント光学素子を備え;
上記エンタングルメント光学素子は、上記2つの量子メモリのうちの1つ及び2つのエンタングルメント検出器のうちの1つにそれぞれ光学的に連結されてこれらの間に延在する、2つのエンタングリング経路を備える、実施形態56に記載の量子鍵生成システム。
上記エンタングルメント光学素子はビームスプリッタを更に備え、上記ビームスプリッタは、各上記エンタングリング経路が上記ビームスプリッタを横断するように位置決めされ;
上記エンタングルメント光学素子は、上記量子メモリが出力した粒子が上記ビームスプリッタを同時に横断する際に、上記粒子のペアをエンタングルさせるよう、構造的に構成される、実施形態64に記載の量子鍵生成システム。
各上記光子エンタングルメント鎖の上記始点量子リピータは、2つの上記エンタングルメント検出器に光学的に連結された2つの上記エンタングリング経路を備える上記エンタングルメント光学素子、及びビームスプリッタであって、各上記エンタングリング経路が上記ビームスプリッタを横断するように位置決めされる、ビームスプリッタを備える、実施形態56に記載の量子鍵生成システム。
上記エンタングルメント光学素子は、上記始点量子リピータが受信した粒子が上記ビームスプリッタを同時に横断する際に、上記粒子のペアをエンタングルさせるよう、構造的に構成される、実施形態66に記載の量子鍵生成システム。
上記第1及び第2の交差鎖量子リピータは:(i)各上記光子エンタングルメント鎖の上記第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器それぞれが生成した光子を受信し;(ii)受信した上記光子をエンタングルさせることにより、各上記エンタングルメント鎖の上記第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器が生成した、エンタングルした光子のペアを、エンタングルさせ;(iii)測定可能なエンタングルした粒子を生成するよう、構造的に構成される、実施形態56に記載の量子鍵生成システム。
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第1及び第2の交差鎖量子リピータは、上記終端量子メモリ及び上記光子検出器ユニットに光学的に連結されてこれらの間に延在する1つ又は複数の上記エンタングリング経路を備える終端エンタングルメント光学素子を更に備える、実施形態56に記載の量子鍵生成システム。
上記終端エンタングルメント光学素子はビームスプリッタを更に備え、上記ビームスプリッタは、各上記エンタングリング経路が上記ビームスプリッタを横断するよう位置決めされ;
上記終端エンタングルメント光学素子は、上記終端量子メモリが出力した粒子が上記ビームスプリッタを同時に横断する際に、上記粒子のペアをエンタングルさせるよう、構造的に構成される、実施形態69に記載の量子鍵生成システム。
上記光ファイバリンクは、マルチコア光ファイバリンクを備え;
各上記マルチコア光ファイバリンクは、不均一な光子伝播遅延を提供するよう構造的に構成された少なくとも2つの不均一なコアを備える、実施形態70に記載の量子鍵生成システム。
上記始点位置と上記第1の端部との間に位置決めされ、かつ上記始点位置と上記第2の端部との間に位置決めされた、追加の量子リピータ及び追加のエンタングルド光子生成器を更に備える、実施形態56に記載の量子鍵生成システム。
上記追加の量子リピータ及び上記追加のエンタングルド光子生成器は:
各上記追加の量子リピータが、隣接する上記エンタングルド光子生成器間に配置されて、上記光ファイバリンクを用いてこれらに光学的に連結され;
各上記追加のエンタングルド光子生成器が、ある上記追加の量子リピータと、別の上記追加の量子リピータ又は個々の上記終端量子メモリとの間に配置されて、上記光ファイバリンクを用いてこれらに光学的に連結される
よう、交互に配置される、実施形態72に記載の量子鍵生成システム。
上記光ファイバリンクは、上記始点位置から外側に位置決めされるほど、より長いコア長さを備える、実施形態73に記載の量子鍵生成システム。
上記終端量子メモリに光学的に連結された上記光ファイバリンクは、上記複数の光ファイバリンクの最長のコア長さを備える、実施形態74に記載の量子鍵生成システム。
上記始点量子リピータに光学的に連結された上記光ファイバリンクは、上記複数の光ファイバリンクの最短のコア長さを備える、実施形態74に記載の量子鍵生成システム。
2つの光子エンタングルメント鎖及び2つの光子検出器ユニットを備える、量子鍵生成システムであって:
各上記光子エンタングルメント鎖は、上記2つの光子検出器ユニットの間に延在し、始点量子リピータ、第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器、並びに第1及び第2の終端量子メモリを備え;
上記始点量子リピータは、上記光子エンタングルメント鎖の上記第1の端部と上記第2の端部との間の各始点位置に位置決めされ;
上記2つの光子エンタングルメント鎖は、約1〜100MHzのビットレートで、各上記光子検出器ユニットによって受信可能な相関した量子鍵ビットを生成するよう、構造的に構成される、量子鍵生成システム。
2つの光子エンタングルメント鎖、2つの光子検出器ユニット、及び少なくとも1つの量子リピータを備える、量子鍵生成システムであって:
各上記光子エンタングルメント鎖は、上記2つの光子検出器ユニットの間に延在し、始点量子リピータ、第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器、並びに第1及び第2の終端量子メモリを備え;
上記始点量子リピータは、上記光子エンタングルメント鎖の上記第1の端部と上記第2の端部との間の各始点位置に位置決めされ;
上記2つの光子エンタングルメント鎖は、上記少なくとも1つの量子リピータの処理速度Πの約10%以内のビットレートΓで、各上記光子検出器ユニットによって受信可能な相関した量子鍵ビットを生成するよう、構造的に構成される、量子鍵生成システム。
2つの光子検出器ユニット及び2つの光子エンタングルメント鎖を備える、量子鍵生成システムであって:
各上記光子エンタングルメント鎖は、上記2つの光子検出器ユニットの間に延在し;
各上記光子エンタングルメント鎖は、始点量子リピータ、第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器、並びに第1及び第2の交差鎖量子リピータを備え;
上記第1及び第2の交差鎖量子リピータは、上記光子エンタングルメント鎖の第1及び第2の端部それぞれに位置決めされ;
上記始点量子リピータは、上記光子エンタングルメント鎖の上記第1の端部と上記第2の端部との間の、それぞれの始点位置に位置決めされ;
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器は、コア長さLの上記光ファイバリンクによって、上記光子エンタングルメント鎖の上記始点量子リピータに光学的に連結され;
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器は、それぞれ、コア長さL’の上記光ファイバリンクによって、上記光子エンタングルメント鎖の上記第1及び第2の交差鎖量子リピータに光学的に連結され、ここでL'>Lであり;
上記第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器はそれぞれ、エンタングルした光子のペアを生成するよう構造的に構成され:
各上記光子エンタングルメント鎖の上記始点量子リピータは、上記第1の中間エンタングルド光子生成器が生成したエンタングルした光子のペアが、上記第2の中間エンタングルド光子生成器がそれぞれ生成したエンタングルした光子のペアとエンタングルするよう、構造的に構成され;
上記第1及び第2の交差鎖量子リピータは、各上記光子エンタングルメント鎖から光子を受信してエンタングルさせ、上記交差鎖量子リピータにおいて測定可能なエンタングルド粒子を生成するよう、構造的に構成され;
上記第1及び第2の光子検出器ユニットは、それぞれ上記第1及び第2の交差鎖量子リピータによって生成された上記測定可能なエンタングルド粒子を受信するよう、構造的に構成される、量子鍵生成システム。
光ファイバリンク、量子信号生成器、古典信号生成器、量子信号受信器、古典信号受信器、1つ又は複数の光多重化器、及び1つ又は複数の光逆多重化器を備える、信号リンクシステムであって:
上記光ファイバリンクは、出力端部に対向する入力端部、及び上記入力端部と上記出力端部との間に延在するコアを備え;
上記1つ又は複数の光多重化器は、上記光ファイバリンクの上記入力端部における上記光ファイバリンクの上記コアと、上記量子信号生成器及び上記古典信号生成器のそれぞれとの間に位置決めされて、これらに光学的に連結され;
上記量子信号生成器は、量子光子信号を生成するよう構造的に構成され;
上記古典信号生成器は、上記量子光子信号より高い光強度を有する古典光子信号を生成するよう構造的に構成され;
上記1つ又は複数の光多重化器は:(i)上記量子信号生成器から上記量子光子信号を受信し、上記古典信号生成器から上記古典光子信号を受信するとすぐに、波長分割多重化、時分割多重化又はこれら両方を用いて、上記量子光子信号を上記古典光子信号と多重化し;(ii)上記古典信号生成器から上記古典光子信号を受信するとすぐに、上記古典光子信号を極性多重化し;(iii)多重化された上記量子光子信号及び古典光子信号を、上記光ファイバリンクの上記コアへと出力するよう、構造的に構成され;
上記1つ又は複数の光逆多重化器は、上記光ファイバリンクの上記出力端部における上記光ファイバリンクの上記コアと、上記量子信号受信器及び上記古典信号受信器のそれぞれとの間に位置決めされて、これらに光学的に連結され;
上記1つ又は複数の光逆多重化器は:(i)上記光ファイバリンクの上記コアから上記多重化された量子光子信号及び古典光子信号を受信するとすぐに、波長分割逆多重化、時分割逆多重化又はこれら両方を用いて、上記古典光子信号から上記多重化された量子光子信号を逆多重化し;(ii)上記光ファイバリンクの上記コアから上記極性多重化された古典光子信号を受信するとすぐに、上記極性多重化された古典光子信号を極性逆多重化し;(iii)上記量子光子信号を上記量子信号受信器に向けて出力し;(iv)上記古典光子信号を上記古典信号受信器に向けて出力するよう、構造的に構成される、信号リンクシステム。
上記1つ又は複数の光多重化器のうちの少なくとも1つは、コヒーレント変調フォーマットを用いて、上記古典光子信号を極性多重化するよう、構造的に構成される、実施形態80に記載の信号リンクシステム。
上記コヒーレント変調フォーマットは、PM‐16QAMコヒーレント変調フォーマット、PM‐8QAMコヒーレント変調フォーマット、PM‐QPSKコヒーレント変調フォーマット、PM‐BPSKコヒーレント変調フォーマット、又はPS‐QPSKコヒーレント変調フォーマットを含む、実施形態80に記載の信号リンクシステム。
上記1つ又は複数の光多重化器のうちの少なくとも1つは、上記量子信号生成器から上記量子光子信号を受信し、上記古典信号生成器から上記古典光子信号を受信するとすぐに、上記量子光子信号及び上記古典光子信号を周波数分割多重化するよう、構造的に構成される、実施形態80に記載の信号リンクシステム。
上記量子光子信号は、少なくとも1つのエンタングルした量子光子を含む、実施形態80に記載の信号リンクシステム。
上記コアは、第1のコアを備え;
上記光ファイバリンクは、第2のコアを備え;
上記第1のコアは、上記量子信号生成器が生成して上記古典光子信号と多重化された上記量子光子信号が上記第1のコアを横断するように、上記1つ又は複数の光多重化器と光学的に整列され;
上記第2のコアは、上記古典信号生成器が生成して上記量子光子信号と多重化された上記古典光子信号が上記第2のコアを横断するように、上記1つ又は複数の光多重化器と光学的に整列される、実施形態80に記載の信号リンクシステム。
上記光ファイバリンクは、約70km超の長さを備える、実施形態80に記載の信号リンクシステム。
上記光ファイバリンクの上記入力端部の、上記光ファイバリンクの上記コアと、上記量子信号生成器及び上記古典信号生成器のそれぞれとの間に位置決めされてこれらと光学的に連結された、1つ又は複数の光学エンコーダ;並びに
上記光ファイバリンクの上記出力端部の、上記光ファイバリンクの上記コアと、上記量子信号受信器及び上記古典信号受信器のそれぞれとの間に位置決めされてこれらと光学的に連結された、1つ又は複数の光学デコーダ
を更に備え、
上記1つ又は複数の光学エンコーダは、上記量子信号生成器から上記量子光子信号を受信し、上記古典信号生成器から上記古典光子信号を受信するとすぐに、上記量子光子信号及び上記古典光子信号をエンコードするよう、構造的に構成され;
上記1つ又は複数の光学デコーダは、上記光ファイバリンクの上記コアから、エンコードされた上記量子光子信号及びエンコードされた上記古典光子信号を受信するとすぐに、上記エンコードされた量子光子信号及び上記エンコードされた古典光子信号をデコードするよう、構造的に構成される、実施形態80に記載の信号リンクシステム。
上記1つ又は複数の光学エンコーダのうちの少なくとも1つは、前方エラー訂正プロセスを用いて、上記古典光子信号をエンコードするよう、構造的に構成される、実施形態87に記載の信号リンクシステム。
上記1つ又は複数の光学エンコーダのうちの少なくとも1つは、時間ビニング、極性エンコーディング又は位相弁別を用いて、上記量子光子信号をエンコードするよう、構造的に構成される、実施形態87に記載の信号リンクシステム。
光ファイバリンク、量子信号生成器、古典信号生成器、量子信号受信器、及び古典信号受信器を備える、信号リンクシステムであって;
上記光ファイバリンクは、上記光ファイバリンクの入力端部と出力端部との間にそれぞれ延在する、第1のコア及び第2のコアを備え;
上記光ファイバリンクの上記第1のコアは、上記光ファイバリンクの上記入力端部において上記量子信号生成器に光学的に連結され、また上記光ファイバリンクの上記出力端部において上記量子信号受信器に光学的に連結され;
上記光ファイバリンクの上記第2のコアは、上記光ファイバリンクの上記入力端部において上記古典信号生成器に光学的に連結され、また上記光ファイバリンクの上記出力端部において上記古典信号受信器に光学的に連結される、信号リンクシステム。
上記光ファイバリンクは、上記第1のコア及び上記第2のコアを取り囲むクラッド、上記第1のコアを取り囲む第1のトレンチリング、並びに上記第2のコアを取り囲む第2のトレンチリングを更に備え;
上記第1及び第2のトレンチリングはそれぞれ、上記クラッドの屈折率とは異なる屈折率を備える、実施形態90に記載の信号リンクシステム。
上記第1のコアは、第1のコア半径を備え;
上記第2のコアは、第2のコア半径を備え;
上記第1のコア半径は、上記第2のコア半径とは異なる、実施形態90に記載の信号リンクシステム。
上記第1のコアは、第1の有効屈折率を備え;
上記第2のコアは、第2の有効屈折率を備え;
上記第1の有効屈折率は、上記第2の有効屈折率とは異なる、実施形態90に記載の信号リンクシステム。
上記第1のコア及び上記第2のコアはそれぞれ、段階的屈折率プロファイル、トレンチ型屈折率プロファイル、傾斜した屈折率プロファイル、放物線的な屈折率プロファイル、及び三角形の屈折率プロファイルのうちの1つを備える、実施形態90に記載の信号リンクシステム。
上記第1のコア及び上記第2のコアはそれぞれ、純シリカを含む、実施形態90に記載の信号リンクシステム。
上記光ファイバリンクは、約70km超の長さを備える、実施形態90に記載の信号リンクシステム。
量子光子信号及び古典光子信号を多重化及び逆多重化する方法であって、上記方法は:
1つ又は複数の光多重化器に光学的に連結された量子信号生成器から、量子光子信号を放出するステップ;及び
1つ又は複数の光多重化器に光学的に連結された古典信号生成器から、上記量子光子信号より高い光強度を有する古典光子信号を放出するステップ
を含み、
上記1つ又は複数の光多重化器は、光ファイバリンクの入力端部の、上記光ファイバリンクのコアと、上記量子信号生成器及び上記古典信号生成器のそれぞれとの間に位置決めされて、これらと光学的に連結され;
1つ又は複数の光逆多重化器は、上記光ファイバリンクの出力端部の、上記光ファイバリンクの上記コアと、上記量子信号受信器及び上記古典信号受信器のそれぞれとの間に位置決めされて、これらと光学的に連結され;
上記1つ又は複数の光多重化器が上記古典光子信号及び上記量子光子信号を受信するとすぐに、上記1つ又は複数の光多重化器は:
(i)波長分割多重化、時分割多重化又はこれら両方を用いて、上記古典光子信号を上記量子光子信号と多重化し:
(ii)上記古典光子信号を極性多重化し;
(iii)多重化された上記古典光子信号及び量子光子信号を、上記光ファイバリンクの上記入力端部における上記光ファイバリンクの上記コアへと出力し、これにより、上記多重化された古典光子信号及び量子光子信号が、上記入力端部から上記出力端部へと、上記光ファイバリンクの上記コアを横断して、上記1つ又は複数の光逆多重化器を照射し;
上記1つ又は複数の光逆多重化器が上記多重化された古典光子信号及び量子光子信号を受信するとすぐに、上記1つ又は複数の光逆多重化器は:
(i)波長分割多重化、時分割多重化又はこれら両方を用いて、上記量子光子信号から上記古典光子信号を逆多重化し;
(ii)上記古典光子信号を極性逆多重化し;
(iii)上記量子光子信号を上記量子信号受信器に向けて出力し;
(iv)上記古典光子信号を上記古典信号受信器に向けて出力する、方法。
上記1つ又は複数の光多重化器のうちの1つは、PM‐16QAMコヒーレント変調フォーマット、PM‐8QAMコヒーレント変調フォーマット、PM‐QPSKコヒーレント変調フォーマット、PM‐BPSKコヒーレント変調フォーマット、又はPS‐QPSKコヒーレント変調フォーマットを用いて、上記古典光子信号を極性多重化する、実施形態97に記載の方法。
光ファイバリンク、量子信号生成器、古典信号生成器、量子信号受信器、古典信号受信器、光多重化器、及び光逆多重化器を備える、信号リンクシステムであって:
上記光ファイバリンクは、出力端部に対向する入力端部、上記入力端部と上記出力端部との間に延在するコア、及び約70km超の長さを備え;
上記光多重化器は、上記光ファイバリンクの上記入力端部における上記光ファイバリンクの上記コアと、上記量子信号生成器及び上記古典信号生成器のそれぞれとの間に位置決めされて、これらに光学的に連結され;
上記量子信号生成器は、量子光子信号を生成するよう構造的に構成され;
上記古典信号生成器は、上記量子光子信号より高い光強度を有する古典光子信号を生成するよう構造的に構成され;
上記光多重化器は:(i)上記量子信号生成器から上記量子光子信号を受信し、上記古典信号生成器から上記古典光子信号を受信するとすぐに、上記量子光子信号を上記古典光子信号と多重化し;(ii)多重化された上記量子光子信号及び多重化された上記古典光子信号を、上記光ファイバリンクの上記コアへと出力するよう、構造的に構成され;
上記光逆多重化器は、上記光ファイバリンクの上記出力端部における上記光ファイバリンクの上記コアと、上記量子信号受信器及び上記古典信号受信器のそれぞれとの間に位置決めされて、これらに光学的に連結され;
上記光逆多重化器は:(i)上記光ファイバリンクの上記コアから上記多重化された古典光子信号及び古典光子信号を受信するとすぐに、上記量子光子信号から上記多重化された古典光子信号を逆多重化し;(ii)上記量子光子信号を上記量子信号受信器に向けて出力し;(iii)上記古典光子信号を上記古典信号受信器に向けて出力するよう、構造的に構成され;
上記光ファイバリンクは、上記光ファイバリンクを横断する上記多重化された古典光子信号及び量子光子信号の光減衰率が約0.17dB/kmとなるよう、構造的に構成される、信号リンクシステム。
110、112 光子検出器ユニット
116 第1の端部
118 第2の端部
120a、120b 光子エンタングルメント鎖
140a、140b 量子リピータ
145 量子メモリ
150 第1の交差鎖量子リピータ
152 第2の交差鎖量子リピータ
154a、154b 第1の終端量子メモリ
156a、156b 第2の終端量子メモリ
160 光ファイバリンク、マルチコア光ファイバリンク、スパンマルチコア光ファイバリンク
162 コア、中心コア
164 コア、径方向オフセットコア
166 クラッド
170 エンタングルメント光学素子
171 エンタングリング経路
172 エンタングルメント検出器
173 ビームスプリッタ
174 終端エンタングルメント光学素子
180 整列機構
200 量子鍵生成システム
210、212 光子検出器ユニット
214 始点位置
216 第1の端部
218 第2の端部
220a、220b 光子エンタングルメント鎖
230a、230b 始点エンタングルド光子生成器
232a、232b 第1の中間エンタングルド光子生成器
234a、234b 第2の中間エンタングルド光子生成器
240a、240b 第1の中間量子リピータ
242a、242b 第2の中間量子リピータ
245 量子メモリ
250 第1の交差鎖量子リピータ
252 第2の交差鎖量子リピータ
254a、254b 第1の終端量子メモリ
256a、256b 第2の終端量子メモリ
260 光ファイバリンク
270 エンタングルメント光学素子
271 エンタングリング経路
272 エンタングルメント検出器
273 ビームスプリッタ
274 終端エンタングルメント光学素子
280 整列機構
300 量子鍵生成システム
310、312 光子検出器ユニット
314 始点位置
316 第1の端部
318 第2の端部
320a、320b 光子エンタングルメント鎖
332a、332b 第1の中間エンタングルド光子生成器
334a、334b 第2の中間エンタングルド光子生成器
340a、340b 始点量子リピータ
345 量子メモリ
350 第1の交差鎖量子リピータ
352 第2の交差鎖量子リピータ
354a、354b 第1の終端量子メモリ
356a、356b 第2の終端量子メモリ
360 光ファイバリンク
370 エンタングルメント光学素子
371 エンタングリング経路
372 エンタングルメント検出器
373 ビームスプリッタ
374 終端エンタングルメント光学素子
380 整列機構
430 エンタングルド光子生成器
460 光ファイバリンク
470 エンタングルメント光学素子
471 追加のエンタングリング経路
471a 第1のエンタングリング経路
471b 第2のエンタングリング経路
472 エンタングルメント検出器
473 ビームスプリッタ
475 経路スプリッタ
490 追加のパラメトリックダウンコンバージョン生成器
490a、490b パラメトリックダウンコンバージョン生成器
501 信号リンクシステム
502 光多重化器
504 光逆多重化器
506 光学エンコーダ
508 光学デコーダ
530 量子信号生成器
531 古典信号生成器
540 量子信号受信器
541 古典信号受信器
560 光ファイバリンク
561 入力端部
562 コア
562a 第1のコア
562b 第2のコア
563 出力端部
565 クラッド
Claims (13)
- 2つの光子検出器ユニット、2つの光子エンタングルメント鎖、及び複数のマルチコアファイバリンクを備える、量子鍵生成システムであって:
各前記光子エンタングルメント鎖は、前記2つの光子検出器ユニットの間に延在し;
各前記光子エンタングルメント鎖は、少なくとも1つの量子リピータ、並びに第1及び第2の終端量子メモリを備え;
前記第1及び第2の終端量子メモリは、前記光子エンタングルメント鎖の第1及び第2の端部それぞれに位置決めされ;
各前記光子エンタングルメント鎖の前記量子リピータは、1ペアの光子をエンタングルさせるように構造的に構成され;
前記複数のマルチコア光ファイバリンクは、各前記光子エンタングルメント鎖の前記量子リピータを、各前記光子エンタングルメント鎖の前記第1及び第2の終端量子メモリに、光学的に連結させるよう、構造的に構成され、これにより、前記第1及び第2の終端量子メモリが受信する光子が、前記量子リピータがエンタングルさせた光子とエンタングルし;
前記複数のマルチコア光ファイバリンクはそれぞれ、不均一な光子伝播遅延をもたらすよう構造的に構成される、少なくとも2つの不均一なコアを備え;
前記2つの光子エンタングルメント鎖それぞれの前記第1及び第2の終端量子メモリは、それぞれ、第1及び第2の交差鎖量子リピータを形成して、前記交差鎖量子リピータにおいて測定可能なエンタングルド粒子を生成し;
前記第1及び第2の光子検出器ユニットは、それぞれ前記第1及び第2の交差鎖量子リピータによって生成された前記測定可能なエンタングルド粒子を受信するよう、構造的に構成される、量子鍵生成システム。 - 前記マルチコア光ファイバリンクは、単一モードマルチコア光ファイバを備え、
前記マルチコア光ファイバリンクの少なくとも2つの前記コアは、異なる直径を備える、請求項1に記載の量子鍵生成システム。 - 個々の前記マルチコア光ファイバリンクの少なくとも2つの前記コアは、前記少なくとも2つのコアの間の光子伝播遅延が異なるように、異なる屈折率プロファイルを備える、請求項1に記載の量子鍵生成システム。
- 前記マルチコア光ファイバリンクの少なくとも1つの前記コアは、屈折率プロファイルn(r)2=n1 2(1‐2Δ(r/a)α)を備え、ここで:
rは前記コア内での径方向位置であり;
n1はr=0における屈折率であり;
αは屈折率定数であり;
aはクラッドの半径であり;
Δ=(n1‐n2)/n1であり;
n2は前記クラッドの屈折率である、請求項3に記載の量子鍵生成システム。 - 前記マルチコア光ファイバリンクは、中心コア及び1つ又は複数の径方向オフセットコアを備える、スパンマルチコア光ファイバリンクを含む、請求項1に記載の量子鍵生成システム。
- 前記スパンマルチコア光ファイバリンクは、α=α0sin(2πz/Λ)のスピンプロファイルを有する双方向スピン構成を備え、ここで:
αは、双方向スピンプロファイルであり;
α0は、ターン数/単位長で表されるスピン振幅であり;
Λはスピン区間長さであり;
zはファイバリンクの長さである、請求項5に記載の量子鍵生成システム。 - 前記マルチコア光ファイバリンクの個々の前記コアが、前記光子エンタングルメント鎖のうちの1つに対する光子伝播経路を提供し、同一の前記マルチコア光ファイバリンクの他の個々の前記コアが、前記光子エンタングルメント鎖のうちの別の1つに対する光子伝播経路を提供するよう、構造的に構成される、請求項1に記載の量子鍵生成システム。
- 各前記光子エンタングルメント鎖は、始点エンタングルド光子生成器、第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器、並びに少なくとも2つの量子リピータを更に備え;
前記始点エンタングルド光子生成器は、前記光子エンタングルメント鎖の前記第1の端部と前記第2の端部との間の、それぞれの始点位置に位置決めされ;
各前記光子エンタングルメント鎖の前記量子リピータのうちの少なくとも2つは、コア長さLのコアを備える前記マルチコア光ファイバリンクによって、前記光子エンタングルメント鎖の前記始点エンタングルド光子生成器に光学的に連結された、第1及び第2の中間量子リピータを備え;
各前記光子エンタングルメント鎖の前記第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器は、それぞれ、コア長さLのコアを備える前記マルチコア光ファイバリンクによって、前記光子エンタングルメント鎖の前記第1及び第2の中間量子リピータに光学的に連結され;
各前記光子エンタングルメント鎖の前記第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器は、それぞれ、コア長さL’のコアを備える前記マルチコア光ファイバリンクによって、前記光子エンタングルメント鎖の前記第1及び第2の終端量子メモリに光学的に連結され、ここでL'>Lであり;
前記始点エンタングルド光子生成器、前記第1の中間エンタングルド光子生成器、及び前記第2の中間エンタングルド光子生成器はそれぞれ、エンタングルした光子のペアを生成するよう構造的に構成され:
各前記光子エンタングルメント鎖の前記第1及び第2の中間量子リピータは、前記始点エンタングルド光子生成器が生成したエンタングルした光子のペアが、前記第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器がそれぞれ生成したエンタングルした光子のペアとエンタングルするよう、構造的に構成される、請求項1に記載の量子鍵生成システム。 - 各前記光子エンタングルメント鎖の少なくとも1つの前記量子リピータは、前記光子エンタングルメント鎖の前記第1の端部と前記第2の端部との間の、それぞれの始点位置に位置決めされた、始点量子リピータを更に備え;
各前記光子エンタングルメント鎖は、コア長さLのコアを備える前記マルチコア光ファイバリンクによって、前記光子エンタングルメント鎖の前記始点量子リピータに光学的に連結された、第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器を備え;
各前記光子エンタングルメント鎖の前記第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器は、それぞれ、コア長さL’のコアを備える前記マルチコア光ファイバリンクによって、前記光子エンタングルメント鎖の前記第1及び第2の終端量子メモリに光学的に連結され、ここでL'>Lであり;
前記第1及び第2の中間エンタングルド光子生成器はそれぞれ、エンタングルした光子のペアを生成するよう構造的に構成され;
各前記光子エンタングルメント鎖の前記始点量子リピータは、前記第1の中間エンタングルド光子生成器が生成したエンタングルした光子のペアが、前記第2の中間エンタングルド光子生成器がそれぞれ生成したエンタングルした光子のペアとエンタングルするよう、構造的に構成される、請求項1に記載の量子鍵生成システム。 - 各前記光子エンタングルメント鎖は、各前記光子エンタングルメント鎖の前記第1の終端量子メモリと前記第2の終端量子メモリとの間に配置された少なくとも2つの量子リピータを更に備え、
前記少なくとも2つの量子リピータは、隣接して位置決めされ、前記マルチコアファイバリンクによって光学的に連結され;
各前記量子リピータは、光子のペアをエンタングルさせて、個々のエンタングルした前記光子を前記マルチコアファイバリンク内へと出力するよう、構造的に構成され;
各前記量子リピータに隣接して位置決めされた前記量子リピータが出力した前記個々のエンタングルした光子を受信するよう、構造的に構成される、請求項1に記載の量子鍵生成システム。 - 各前記光子エンタングルメント鎖の前記少なくとも2つの量子リピータはそれぞれ、2つの量子メモリ、及びエンタングルメント光学素子を備え;
前記エンタングルメント光学素子は、前記2つの量子メモリ及び2つのエンタングルメント検出器に光学的に連結されてこれらの間に延在する、2つ以上のエンタングリング経路を備える、請求項11に記載の量子鍵生成システム。 - 前記エンタングルメント光学素子はビームスプリッタを更に備え、前記ビームスプリッタは、各前記エンタングリング経路が前記ビームスプリッタを横断するように位置決めされ;
前記エンタングルメント光学素子は、前記量子メモリが出力した粒子が前記ビームスプリッタを同時に横断する際に、前記粒子のペアをエンタングルさせるよう、構造的に構成される、請求項12に記載の量子鍵生成システム。
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