JP2020520587A - デコイ状態かつ3状態量子鍵配送のための装置および方法 - Google Patents
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Abstract
Description
今日までに最も一般的に実装されているQKDプロトコルはBB84プロトコルである(BennettとBrassard、1984)。これは、最も一般的な一連の攻撃に対してこのBB84プロトコルがセキュアであることが証明されているという事実による。過去10年間にわたる主要な開発成果の1つは、QKDプロトコルに関する理論的記述と実際の実装形態との間のギャップを狭めたことである。最初の課題の1つは、当初の理論的証明で想定されていた、完全な単一光子源が利用できないことであった。代わりに、実験者は、コヒーレント状態であり、1パルス当たりの平均光子数が1未満となる減衰レーザパルスを使用することになった。各パルス内の光子数がポアソン分布することにより、最大作動距離を大幅に短縮してしまう光子数分割(PNS)攻撃として知られる強力な攻撃への可能性が開かれた。これに対処するために、理想的な単一光子のケースに非常に近い性能が得られるデコイ状態法として知られる洗練されたソリューションが導入された(Limら、2014)。
記載している本発明は、7つの量子状態を使用してセキュアな量子暗号システムを実装するための装置および方法である。
Claims (14)
- デコイ状態かつ3状態プロトコルを通じ、量子チャネル(600)を介して量子鍵を交換する送信機(300)と受信機(400)とを備える量子鍵配送システムであって、前記送信機は、
実行可能な9つの強度状態および基底状態から1つの量子状態を選択するために、量子乱数発生器からの乱数を使用するように適合された送信機処理ユニット(340)と、
光パルスを生成するように適合されたパルス光光源(310)と、
前記生成された光パルスが内部を通過し、前記生成された光パルスを時間ビン持続時間によって分離される2つのコヒーレントパルスに変換する時間ビン干渉計(320)と、
前記2つのパルスの強度を個別に変更することにより、前記送信機処理ユニット(340)によって行われる選択に従って、前記2つのコヒーレントパルスをエンコードするように適合された単一の強度変調器(360)と、
前記信号強度全体をパルス当たりの最適な光子数まで減少させるように適合された可変光減衰器(370)と、を備える、
量子鍵配送システム。 - 前記パルス光光源(310)は、位相ランダム化光パルスを生成するように適合された、ゲインスイッチ式パルスレーザである、
請求項1に記載の量子鍵配送システム。 - 前記単一の強度変調器(360)は、
初期時間ビンまたは後期時間ビンのそれぞれで前記パルスを送信することにより、第1または第2の量子状態をエンコードするように適合されている、
請求項1または2に記載の量子鍵配送システム。 - 前記単一の強度変調器(360)は、
両方の時間ビンで前記2つのコヒーレントパルスを送信することにより、第3の状態をエンコードするように適合されている、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の量子鍵配送システム。 - 前記単一の強度変調器(360)は、
マルチレベルパルス発生器350によって制御されている、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の量子鍵配送システム。 - 前記送信機処理ユニット(340)は、
実行可能な7つの異なる状態から前記状態をエンコードするように適合されている、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の量子鍵配送システム。 - デコイ状態かつ3状態プロトコルを通じ、量子チャネルを介して送信機と受信機との間で量子鍵を交換することを含む量子鍵配送プロセスであって、
量子乱数発生器からの乱数を使用する前記送信機処理ユニット(340)の使用を通して、実行可能な異なる状態からエンコードすべき量子状態の強度および基底を選択するステップ(720)と、
パルス光光源(310)を通して光パルスを生成するステップ(700)と、
時間ビン干渉計(320)に通すことにより、前記生成されたパルスを時間ビン持続時間によって分離される2つのコヒーレントパルスに変換するステップ(710)と、
前記2つのコヒーレントパルスの強度を、前記第1のステップで選択した前記強度に従って強度変調器(360)内で個別に変更するステップ(730)と、
可変光減衰器(370)を使用して、前記信号強度全体をパルス当たりの最適な平均光子数まで減少させ、かつ量子チャネル(600)を介して前記受信機(400)に前記信号を送信するステップ(740)と、を含む、
量子鍵配送プロセス。 - 前記選択するステップで、確率P0で信号強度が送信され、確率P1<P0でデコイ強度が選択され、確率P2=1−P0−P1で真空強度が選択されるように、3状態の強度のうちの1つを最初に選択する、
請求項7に記載の量子鍵配送プロセス。 - 前記真空強度を選択した場合、前記真空状態が送信される、
請求項7または8に記載の量子鍵配送プロセス。 - Z基底を選択した場合、ビット値は等しい確率で割り当てられる、
請求項7〜9のいずれか1項に記載の量子鍵配送プロセス。 - 前記受信機において実行される分割ステップ(750)をさらに含み、
Pzに等しい分割比となるように光スプリッタ(410)で前記受信信号を2つの経路に分割することで、前記基底選択を行う、
請求項7〜10のいずれか1項に記載の量子鍵配送プロセス。 - 測定ステップ(760)をさらに含み、
当該到達時間を測定するために検出ユニット(430)で前記信号を直接測定することにより、前記Z基底測定を実行し、前記信号を時間ビン干渉計(420)に通し、次いで1つまたは2つのいずれかの検出ユニット(431、432)を使用して前記信号を検出することにより、X基底測定を実行している、
請求項7〜11のいずれか1項に記載の量子鍵配送プロセス。 - 古典チャネル(500)を介して前記送信機に検出イベントを通知する検出通知ステップ(770)をさらに含む、
請求項7〜12のいずれか1項に記載の量子鍵配送プロセス。 - 生鍵のシフティング、誤り訂正処理、プライバシー増幅およびプライバシー認証から構成される最終ステップ(780)をさらに含む、
請求項7〜13のいずれか1項に記載の量子鍵配送プロセス。
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