JP4417360B2 - Quantum communication system - Google Patents

Quantum communication system Download PDF

Info

Publication number
JP4417360B2
JP4417360B2 JP2006261086A JP2006261086A JP4417360B2 JP 4417360 B2 JP4417360 B2 JP 4417360B2 JP 2006261086 A JP2006261086 A JP 2006261086A JP 2006261086 A JP2006261086 A JP 2006261086A JP 4417360 B2 JP4417360 B2 JP 4417360B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pulse train
optical pulse
photon
transmitter
time
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2006261086A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2008085484A (en
Inventor
弘樹 武居
恭 井上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2006261086A priority Critical patent/JP4417360B2/en
Publication of JP2008085484A publication Critical patent/JP2008085484A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4417360B2 publication Critical patent/JP4417360B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Optical Communication System (AREA)

Description

本発明は、量子通信システムに関する。より詳細には、位相変調した光パルス列の相対的位相差を検知して、盗聴を発見する量子通信システムに関する。   The present invention relates to a quantum communication system. More specifically, the present invention relates to a quantum communication system that detects wiretapping by detecting a relative phase difference of a phase-modulated optical pulse train.

従来、暗号技術としては数式の数学的な計算困難性(例えば、解読のための計算に膨大な時間がかかる)を基礎にした暗号方式が使用されてきたが、最近では、光子1個レベルの光を用いることにより、物理的に安全性が保証された量子暗号通信の研究が進められている。   Conventionally, as a cryptographic technique, an encryption method based on mathematical calculation difficulty of a mathematical formula (for example, a long time is required for calculation for decryption) has been used, but recently, a single photon level is used. Research on quantum cryptography that uses light to guarantee physical security is ongoing.

量子暗号は、量子力学の理論を用いた暗号技術であって、盗聴しても内容が無意味なものになってしまい、かつ盗聴されたことも分かる究極の暗号技術として知られている。   Quantum cryptography is a cryptographic technique that uses the theory of quantum mechanics, and is known as the ultimate cryptographic technique in which the content becomes meaningless even if eavesdropping, and the eavesdropping can be understood.

量子通信の分野では、互いに離れた地点に存在する2者間で暗号通信を行うための秘密鍵を供給するシステムが知られており、そのシステムは、量子鍵配送システムとも呼ばれている。   In the field of quantum communication, there is known a system that supplies a secret key for performing cryptographic communication between two parties present at points distant from each other, and this system is also called a quantum key distribution system.

量子鍵配送システムには、各種方式が存在するが、本明細書では従来技術として、「差動位相シフト量子鍵配送システム」(非特許文献1参照)について説明する。   There are various types of quantum key distribution systems. In this specification, a “differential phase shift quantum key distribution system” (see Non-Patent Document 1) will be described as a prior art.

図1は、従来技術の「差動位相シフト量子鍵配送システム」の基本構成を示す。   FIG. 1 shows a basic configuration of a “differential phase shift quantum key distribution system” of the prior art.

送信機100は、0またはπで任意に位相変調した一定間隔のコヒーレント光パルス列を、パルス当り平均1光子未満(例えば、0.1光子/パルス)で伝送路120を介して、受信機110に送出する。平均光子数1個未満という状態は、通常のレーザ光を大きく減衰させることにより実現することができる。   The transmitter 100 transmits a coherent optical pulse train having a constant interval arbitrarily modulated by 0 or π to the receiver 110 via the transmission line 120 at an average of less than 1 photon per pulse (for example, 0.1 photon / pulse). Send it out. The state where the average number of photons is less than 1 can be realized by greatly attenuating normal laser light.

このような光パルス列から光子を検出する場合、あるパルスでは光子が検出され、あるパルスでは何も検出されないという検出結果となる。どのパルスで光子が検出されるかは、測定するまで不確定である。   When a photon is detected from such an optical pulse train, the detection result is that a photon is detected with a certain pulse and nothing is detected with a certain pulse. The pulse at which a photon is detected is uncertain until it is measured.

図1に示すように、送信機100より送出された光パルス列は、伝送路120を介して受信機110に到達する。まず、受信機110は、光分岐手段111を使用して、送信機100より受信した光パルス列をエネルギー的に等分になるよう2つに分岐し、分岐した各光パルス列を長経路115および短経路116に送出する。長経路115では、光パルス列に一定の遅延(本明細書では、時間T)を加える。その後、長経路115および短経路116を通った光パルス列は、2×2合波カップラ112にて再び合波する。2×2合波カップラ112は、2つの入力端子(長経路115および短経路116にそれぞれ接続されている)を備え、長経路115および短経路116を通った光パルス列を受け入れる。また、2×2合波カップラ112は、2つの出力端子も備え、それぞれの出力端子は、光子検出器1(113)、および光子検出器2(114)に接続される。   As shown in FIG. 1, the optical pulse train transmitted from the transmitter 100 reaches the receiver 110 via the transmission path 120. First, the receiver 110 uses the optical branching means 111 to split the optical pulse train received from the transmitter 100 into two so that the energy pulse is equally divided, and the branched optical pulse trains are divided into the long path 115 and the short path. Send to path 116. In the long path 115, a certain delay (in this specification, time T) is added to the optical pulse train. Thereafter, the optical pulse train that has passed through the long path 115 and the short path 116 is combined again by the 2 × 2 multiplexing coupler 112. The 2 × 2 multiplexing coupler 112 has two input terminals (connected to the long path 115 and the short path 116, respectively), and receives an optical pulse train that has passed through the long path 115 and the short path 116. The 2 × 2 multiplexing coupler 112 also includes two output terminals, each of which is connected to the photon detector 1 (113) and the photon detector 2 (114).

上記長経路115で一方の光パルス列に与えられる一定の遅延時間Tは、送信機100から伝送路120を介して受信機110に入力される光パルス列の一定間隔Tに等しいものと仮定すると(図1においてTで示す)、2×2合波カップラ112では、前後のパルスが重なり合って合波される。   It is assumed that the constant delay time T given to one optical pulse train in the long path 115 is equal to the constant interval T of the optical pulse train input from the transmitter 100 to the receiver 110 via the transmission path 120 (FIG. In the 2 × 2 multiplexing coupler 112, the preceding and succeeding pulses overlap and are multiplexed.

受信機110に入力された光パルス列は、0またはπで位相変調されている。したがって、受信機110内の分岐・合波回路の伝播位相が適当であれば、重なり合うパルスの位相差は0またはπとなる。   The optical pulse train input to the receiver 110 is phase-modulated by 0 or π. Therefore, if the propagation phase of the branching / combining circuit in the receiver 110 is appropriate, the phase difference between the overlapping pulses is 0 or π.

2×2合波カップラ112での合波の結果、両パルスは干渉し、位相差が0なら光子検出器2(114)が光子を検出し、位相差πなら光子検出器1(113)が光子を検出する。   As a result of multiplexing by the 2 × 2 multiplexing coupler 112, both pulses interfere. If the phase difference is 0, the photon detector 2 (114) detects a photon, and if the phase difference is π, the photon detector 1 (113) Detect photons.

上記構成を用いて、送信機100と受信機110は、以下の手順により秘密鍵を得る。   Using the above configuration, the transmitter 100 and the receiver 110 obtain a secret key by the following procedure.

まず、受信機110は、上記構成により送信機100より送出され、伝送路120を経たパルスから光子を検出する。この際、受信機110は、光子を検出した時刻と検出器を記録する。所定の数の光子が受信された後、受信機110は送信機100に対して光子が検出された時刻(光子検出時刻)を通知する。   First, the receiver 110 detects a photon from a pulse transmitted from the transmitter 100 through the transmission path 120 with the above configuration. At this time, the receiver 110 records the time when the photon was detected and the detector. After the predetermined number of photons are received, the receiver 110 notifies the transmitter 100 of the time when the photons are detected (photon detection time).

送信機100は、通知された光子検出時刻と送信機自身の有する位相変調データとから、受信機110が光子検出器1(113)または光子検出器2(114)のいずれかで光子を検出したかを知ることができる。   In the transmitter 100, the receiver 110 detects a photon by either the photon detector 1 (113) or the photon detector 2 (114) from the notified photon detection time and the phase modulation data of the transmitter itself. Can know.

そこで、光子検出器1(113)で光子を検出した場合をビット「0」、光子検出器2(114)で光子を検出した場合をビット「1」と予め取り決めておけば、送信機100と受信機110は、双方で同じビット列を得ることができる。   Therefore, if the photon detector 1 (113) detects a photon as a bit “0” and the photon detector 2 (114) detects a photon as a bit “1” in advance, The receiver 110 can obtain the same bit string on both sides.

上記手順においては、受信機110から送信機100へ通知されるのは光子検出時刻のみであるため、ビット情報は受信機100の外部に出ることはなく、盗聴されることはない。   In the above procedure, since only the photon detection time is notified from the receiver 110 to the transmitter 100, the bit information does not go out of the receiver 100 and is not wiretapped.

また、他の従来技術について説明すると、さらに高度な盗聴法である、なりすまし法と呼ばれる方法がある。   Further, another conventional technique will be described. There is a method called an impersonation method, which is a more advanced wiretapping method.

図2は、従来技術である、なりすまし盗聴の説明図である。   FIG. 2 is an explanatory diagram of spoofing eavesdropping, which is a conventional technique.

盗聴者は、伝送路220の途中で、送信機200によって送出された伝送信号を本来の受信機210と同様の機器構成で受信し、その受信結果に基づいてダミー信号を本来の受信機210に光送信機231を用いて送信する。盗聴者が伝送信号を正しく受信できれば、ダミー信号は元の送信信号と同一であり、受信機210に盗聴行為が気付かれないようにして情報を得ることができる。   An eavesdropper receives a transmission signal transmitted by the transmitter 200 in the middle of the transmission path 220 with the same device configuration as the original receiver 210, and sends a dummy signal to the original receiver 210 based on the reception result. Transmission is performed using the optical transmitter 231. If the eavesdropper can correctly receive the transmission signal, the dummy signal is the same as the original transmission signal, and information can be obtained without the receiver 210 noticing the wiretapping action.

しかしながら、「差動位相シフト量子鍵配送システム」においては、送信信号はパルス当り平均1光子未満(例えば0.1光子/パルス)の光パルス列であるため、このような送信信号を受信しても、10パルスあたり1回しか光子は検出されない。   However, in the “differential phase shift quantum key distribution system”, since the transmission signal is an optical pulse train having an average of less than one photon per pulse (for example, 0.1 photon / pulse), even if such a transmission signal is received. Photons are detected only once per 10 pulses.

したがって、盗聴者は、光子を検出した時刻に対応する2つのパルスの位相差は分かるが、それ以外の場合の位相差は検出できない。   Therefore, the eavesdropper can know the phase difference between the two pulses corresponding to the time when the photon is detected, but cannot detect the phase difference in other cases.

盗聴者がこのような検出結果に基づいてダミー信号を送ろうとすると、位相差が検出できなかったパルスについては、当て推量で選んだ位相を割り振って再送するか(なりすまし盗聴1)、何も信号を出さないか(なりすまし盗聴2)、のいずれかの方法を採るしかない。   When an eavesdropper tries to send a dummy signal based on such a detection result, for a pulse whose phase difference cannot be detected, the phase selected by guessing is allocated and retransmitted (spoofing wiretapping 1), or no signal is sent. There is no choice but to use either method (spoofing spoofing 2).

前者の場合(なりすまし盗聴1)、当て推量で選んだ位相差を受信機210が検出した際、送信機200が送った信号と異なる信号となる可能性が高い。後者の場合(なりすまし盗聴2)、やはり信号の不一致が生じる。その理由は、この場合に盗聴者が送るのは光子を検出した時刻に対応する連続する2パルスを含む光パルス列であるが、孤立した連続する2つのパルス以外は空のパルスだからである。つまり、孤立した連続する2つのパルスを受信機210が受信すると、分岐・合波回路から出力される段階では3つの時刻で光子が検出され得る(図2参照)。   In the former case (spoofing spoofing 1), when the receiver 210 detects the phase difference selected by the guess, it is highly likely that the signal is different from the signal sent by the transmitter 200. In the latter case (spoofing spoofing 2), signal mismatch still occurs. The reason is that in this case, the eavesdropper sends an optical pulse train including two consecutive pulses corresponding to the time when the photon is detected, but it is an empty pulse other than the two consecutive isolated pulses. That is, when the receiver 210 receives two isolated continuous pulses, photons can be detected at three times in the stage of output from the branching / combining circuit (see FIG. 2).

図2を参照して説明すると、図2では、光分岐手段211にて分岐された光パルス列のうち、遅延されない光パルス列(受信機210内の光パルス列のうち、下に記載されている光パルス列)と遅延された光パルス列(受信機210内の光パルス列のうち、上に記載されている光パルス列)を時系列的(右側が時間的に先)に図示する。   Referring to FIG. 2, in FIG. 2, among the optical pulse trains branched by the optical branching unit 211, an optical pulse train that is not delayed (the optical pulse train described below among the optical pulse trains in the receiver 210). ) And the delayed optical pulse train (the optical pulse train described above among the optical pulse trains in the receiver 210) are illustrated in time series (the right side is temporally earlier).

図2において、両光パルス列が重なる時刻は3つ示されているが、そのうちの真ん中の時刻(第2の時刻と呼ぶ)で光子が検出された場合には、その検出結果は2つのパルスの位相差に従っており、送信機200が意図した通りの検出器で光子が検出される。   In FIG. 2, three times when both optical pulse trains overlap are shown, but when a photon is detected at the middle time (referred to as the second time), the detection result is two pulses. According to the phase difference, photons are detected by a detector as intended by the transmitter 200.

ところが、2つの光パルス列が重なる時刻のうちの第2の時刻の前後である第1または第3の時刻で光子が検出される場合には、干渉する相手がいないため、一方のパルスの位相(0またはπ)にしたがって、光子検出器1または光子検出器2で光子が検出される。   However, when a photon is detected at the first or third time that is before or after the second time of the time when two optical pulse trains overlap, there is no other party to interfere with, so the phase of one pulse ( 0 or π), photons are detected by the photon detector 1 or the photon detector 2.

したがって、受信機210が第1または第3の時刻での光子検出結果から秘密鍵ビットを得ると、そのビットは送信機200が意図したものとは異なるものになる。   Therefore, when the receiver 210 obtains the secret key bit from the photon detection result at the first or third time, the bit is different from that intended by the transmitter 200.

このように、なりすまし盗聴が行われると送信機200および受信機210間でビットの不一致(ビット誤り)が生じる。そこで、送信機200および受信機210は、通常の手順に従って秘密鍵を得た後、いくつかのテストビットを用いて照合検査をする。システムが正常に動作していれば両者のビット情報は一致するが、なりすまし盗聴があれば一致しないビットが発生する。   In this manner, when spoofing is performed, a bit mismatch (bit error) occurs between the transmitter 200 and the receiver 210. Therefore, the transmitter 200 and the receiver 210 obtain a secret key according to a normal procedure, and then perform a verification check using some test bits. If the system is operating normally, the bit information of both will match, but if there is spoofing, there will be bits that do not match.

より具体的には、受信機210が第1または第3の時刻で光子検出する確率は1/2であり、そしてこの光子検出から得られるビットが一致しない確率はさらにその1/2であることから、1/4の割合でビット不一致(ビット誤り)となる。ビット誤りがある場合、システムは正常に稼動していないと判断され、その秘密鍵は廃棄される。言い方を変えると、テストビットが一致していれば盗聴行為はなかったと判断することができ、その秘密鍵は安全であることが保証される。   More specifically, the probability that the receiver 210 will detect a photon at the first or third time is ½, and the probability that the bits obtained from this photon detection do not match is further ½ of that. Therefore, bit mismatch (bit error) occurs at a rate of 1/4. If there is a bit error, it is determined that the system is not operating normally, and the secret key is discarded. In other words, if the test bits match, it can be determined that there was no wiretapping, and the secret key is guaranteed to be secure.

このように、従来、なりすまし盗聴を受けたとしても、送信信号が1パルスあたり1光子未満であることにより、盗聴者は正確なダミー信号を送信できず、送受信機間でビット誤りが生じ、盗聴を判別することができた。   As described above, even if a spoofing eavesdropping is conventionally performed, since the transmission signal is less than one photon per pulse, the eavesdropper cannot transmit an accurate dummy signal, and a bit error occurs between the transmitter and the receiver. Was able to be determined.

K.Inoue, E.Waks, Y.Yamamoto, 「Differential-phase-shift quantum key distribution using coherent light」、2003年、Physical Review A, vol.68, paper number 022317K. Inoue, E. Waks, Y. Yamamoto, `` Differential-phase-shift quantum key distribution using coherent light '', 2003, Physical Review A, vol.68, paper number 022317

上述の説明では、送受信機の性能が完全であることを前提として、得られた秘密鍵が安全であることを説明した。しかし、実際には送受信機の性能の不完全さのためにシステム元来のビット誤りが発生する。   In the above description, it was explained that the obtained secret key is secure on the assumption that the performance of the transceiver is perfect. In practice, however, bit errors inherent in the system occur due to incomplete transceiver performance.

かかる場合、そのビット誤りに紛れて、鍵の一部が盗聴される可能性がある。   In such a case, a part of the key may be eavesdropped due to the bit error.

例えば、システム元来のビット誤り率がeであったと仮定する。これに対して盗聴者は、伝送信号の一部に対してだけ、上述のなりすまし盗聴2を行うとする。盗聴する割合をxとすると、それにより発生するビット誤り率は、x×1/4=x/4である。   For example, assume that the original bit error rate of the system was e. On the other hand, it is assumed that the eavesdropper performs the above-described spoofing eavesdropping 2 only on a part of the transmission signal. When the wiretapping rate is x, the bit error rate generated thereby is x × 1/4 = x / 4.

ここで、x/4<e、すなわち、システム元来のビット誤り率の方が盗聴により発生するビット誤り率よりも高い場合、送信機および受信機では、このシステム元来のビット誤りによる揺らぎと盗聴による誤り増加との区別がつかず、盗聴に気づくことが困難である。すなわち、割合xに該当する分の鍵情報は、送信機および受信機が気付くことなく盗聴者によって盗まれる可能性がある。   Here, when x / 4 <e, that is, when the bit error rate inherent in the system is higher than the bit error rate caused by eavesdropping, the transmitter and the receiver have the fluctuation due to the bit error inherent in the system. It cannot be distinguished from an increase in errors due to eavesdropping, and it is difficult to notice eavesdropping. That is, the key information corresponding to the ratio x may be stolen by an eavesdropper without the transmitter and the receiver noticing.

実際の装置では、送信機および受信機の不完全さによるビット誤りの発生は避けられない。特に、量子鍵配送システムの場合、1光子が情報伝播の担い手であるため、通常のデジタル光通信系のように光子の多寡により「0」「1」を判別するという手法をとることもできず、ビット誤りが起きやすい。   In actual devices, the occurrence of bit errors due to imperfections in the transmitter and receiver is inevitable. In particular, in the case of a quantum key distribution system, since one photon is a carrier of information propagation, it is impossible to take a method of discriminating “0” or “1” by the number of photons as in a normal digital optical communication system. Bit errors are likely to occur.

したがって、上述のように盗聴によるビット誤りと、このシステム元来のビット誤りが区別できない場合、盗聴に気づきにくいため、なりすまし盗聴により鍵の一部が盗まれる可能性が高い。   Therefore, if the bit error due to eavesdropping and the original bit error due to the system cannot be distinguished as described above, it is difficult to notice the eavesdropping, so there is a high possibility that part of the key will be stolen by spoofing.

これを防ぐには、ビット誤りに頼らずに、なりすまし盗聴を発見できるシステムが望まれる。   To prevent this, a system that can detect spoofing eavesdropping without relying on bit errors is desired.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ビット誤りとは異なる方法で、なりすまし盗聴を判別する量子通信システムを提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a quantum communication system that determines spoofing by a method different from a bit error.

上記の課題を解決するため、本発明の量子通信システムは、送信機、および受信機を備える量子通信システムであって、送信機は、一定の時間間隔のパルスからなる光パルス列を送出する光源と、光パルス列を0またはπで位相変調する位相変調器と、位相変調された光パルス列を、少なくとも2つ以上連続する時間位置に空パルスを含む、μが0<μ<1の一定値である、1パルス当り平均μ光子のパルス列として送出する減衰手段と、少なくとも2つ以上連続する時間位置の情報を送信する送信手段とを備え、受信機は、送信機の減衰手段より送出された光パルス列を受信し、第1の光パルス列と第2の光パルス列に分岐する分岐手段と、第1の光パルス列を、一定の時間間隔と等しい時間遅延させる遅延手段と、遅延させられた第1の光パルス列と第2の光パルス列を合波し、合波後の光パルス列を生成する合波手段と、遅延させられた第1の光パルス列と第2の光パルス列の相対的位相差が0である場合に光子を検出する第1の光子検出手段と、遅延させられた第1の光パルス列と第2の光パルス列の相対的位相差がπである場合に光子を検出する第2の光子検出手段と、少なくとも2つ以上連続する時間位置の情報を受信する受信手段と、合波後の光パルス列のうち、送信手段を介して送信機から受信した時間位置に該当する時間スロットにおいて、光子が検出されたか否かを判定する判定手段とを備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a quantum communication system of the present invention is a quantum communication system including a transmitter and a receiver, and the transmitter includes a light source that transmits an optical pulse train composed of pulses having a constant time interval. , Including a phase modulator that phase-modulates the optical pulse train by 0 or π, and at least two or more consecutive time-modulated optical pulse trains, each having a null pulse, and μ is a constant value of 0 <μ <1 , 1 and attenuating means for delivering a pulse per average μ pulse train of photons, and transmission means for transmitting the information of the time position of successive at least two, receivers, optical pulse train transmitted from the damping means of the transmitter Branching means for receiving the first optical pulse train and the second optical pulse train, delay means for delaying the first optical pulse train for a time equal to a fixed time interval, and the delayed first light The multiplexing means for combining the pulse train and the second optical pulse train to generate the combined optical pulse train, and the relative phase difference between the delayed first optical pulse train and the second optical pulse train is 0 First photon detection means for detecting photons in some cases, and second photon detection for detecting photons when the relative phase difference between the delayed first optical pulse train and second optical pulse train is π Means, receiving means for receiving information on at least two consecutive time positions, and in a time slot corresponding to the time position received from the transmitter via the transmitting means in the combined optical pulse train, And determining means for determining whether or not it has been detected.

また、送信機、および受信機を備える量子通信システムにおける通信方法は、0またはπで位相変調された一定の時間間隔の光パルス列であって、少なくとも2つ以上連続する空パルスを含む、μが0<μ<1の一定値である、1パルス当り平均μ光子のパルス列を受信し、第1の光パルス列と第2の光パルス列に分岐するステップと、第1の光パルス列を一定の時間間隔と等しい時間遅延させた後、第2の光パルス列と合波し、合波後の光パルス列を生成するステップと、送信機から少なくとも2つ以上連続する空パルスの時間位置の情報を受信するステップと、合波後の光パルス列の各時間スロットから光子を検出するステップと、受信した少なくとも2つ以上連続する空パルスの時間位置では光子が検出されないことに基づいて、合波後の光パルス列の該当する時間スロットから光子を検出したか否かを判定するステップとを備えたことを特徴とする。 The communication method in the quantum communication system comprising a transmitter, and the receiver is an optical pulse train having a constant time interval that is phase-modulated by 0 or [pi, including empty successive pulses at least two, mu is A step of receiving an average μ photon pulse train per pulse , which is a constant value of 0 <μ <1, and branching the pulse train into a first optical pulse train and a second optical pulse train; And a step of generating a combined optical pulse train and receiving information on the time positions of at least two or more consecutive empty pulses from the transmitter. And a step of detecting photons from each time slot of the combined optical pulse train, and no photons are detected at the time positions of at least two consecutive received empty pulses. Characterized by comprising a step of determining whether the detected photons from the time slot corresponding optical pulse train.

本発明によれば、特定の時間スロットにおける光子検出の有無から、なりすまし盗聴の有無を発見することができる。従来技術のように、ビット誤り率から盗聴を発見する仕組みではないので、装置の不完全さによるビット誤りによって気付きにくい一部盗聴を防ぐ効果がある。   According to the present invention, it is possible to discover the presence / absence of spoofing from the presence / absence of photon detection in a specific time slot. Since it is not a mechanism for detecting eavesdropping from the bit error rate as in the prior art, there is an effect of preventing partial eavesdropping that is difficult to notice due to a bit error due to incompleteness of the apparatus.

図3は、本発明の実施例に係る量子通信システムの構成図である。   FIG. 3 is a configuration diagram of a quantum communication system according to an embodiment of the present invention.

図3において、送信機300は、光源301、位相変調器302、減衰手段303、および制御部CPU304を備える。   In FIG. 3, the transmitter 300 includes a light source 301, a phase modulator 302, an attenuation unit 303, and a control unit CPU 304.

光源301は、位相変調器302に接続されている。また、位相変調器302は、減衰手段303に接続されている。すなわち、光源301と減衰手段303の間には、位相変調器302が存在する。   The light source 301 is connected to the phase modulator 302. The phase modulator 302 is connected to the attenuating means 303. That is, the phase modulator 302 exists between the light source 301 and the attenuation means 303.

制御部CPU304は、送信機300全体の主制御を行うCPUである。また、送信機300は、光源301、位相変調器302、減衰手段303、および制御部CPU304の制御プログラム等を格納したROM(図示せず)の他、各種データを保管し、また一時ワークエリアとして利用するRAM等のメモリ(図示せず)も備える。このような構成により、制御部CPU304は、送信機300全体の主制御を行うことができる。   The control unit CPU 304 is a CPU that performs main control of the entire transmitter 300. The transmitter 300 stores various data in addition to a light source 301, a phase modulator 302, an attenuating means 303, a ROM (not shown) that stores a control program of the control unit CPU 304, and a temporary work area. A memory (not shown) such as a RAM to be used is also provided. With such a configuration, the control unit CPU 304 can perform main control of the entire transmitter 300.

光源301は、一定の時間間隔Tで光パルス列を送出し、該光パルス列は位相変調器302に入力される。   The light source 301 transmits an optical pulse train at a constant time interval T, and the optical pulse train is input to the phase modulator 302.

位相変調器302は、光源301から入力された光パルス列に含まれる各パルスを0またはπで位相変調した後、減衰手段303に該光パルス列を受け渡す。すなわち、光パルス列に含まれるパルスのそれぞれの位相は、0またはπである。   The phase modulator 302 phase-modulates each pulse included in the optical pulse train input from the light source 301 with 0 or π, and then delivers the optical pulse train to the attenuation means 303. That is, the phase of each pulse included in the optical pulse train is 0 or π.

減衰手段303は、例えば、NDフィルタ(Neutral Density Filter)等、レーザ光などの光源から入射される光を大きく減衰させるための手段であればいずれの手段を用いても構わない。本発明では、パルス当り1光子未満の光パルス列を送信機300から送出するが、パルス当り1光子未満の光パルス列は、通常のレーザ光を大きく減衰させ、平均光子数1個未満という状態を実現することができる。   As the attenuating means 303, any means may be used as long as it is a means for largely attenuating light incident from a light source such as a laser beam such as an ND filter (Neutral Density Filter). In the present invention, an optical pulse train of less than one photon per pulse is transmitted from the transmitter 300, but an optical pulse train of less than one photon per pulse greatly attenuates ordinary laser light and realizes a state where the average number of photons is less than one. can do.

より詳細に説明すると、「パルス当り1光子未満の光パルス列」とは、所定の数の光パルス列であって、2連続の空パルスを含み、かつ、光パルス列に含まれている光子の数がパルスの数よりも少ない状態のことを指す。   More specifically, “an optical pulse train of less than one photon per pulse” refers to a predetermined number of optical pulse trains, including two consecutive empty pulses, and the number of photons contained in the optical pulse train is This refers to a state where there are fewer than the number of pulses.

また、本明細書では、「空パルス」とは、光子数ゼロであるパルスのことを指す。光源301は、一定の時間間隔Tで光パルス列を送出するが(この時点では、各パルスに、光子は含まれている可能性がある)、減衰手段303を通ることにより、光子が含まれていないパルスが生成される。このようなパルスは、何も含まれていない、つまり、単なる空であることを示すため、「空パルス」と定義する。   Further, in this specification, “empty pulse” refers to a pulse having zero photons. The light source 301 transmits an optical pulse train at a constant time interval T (at this time, each pulse may include a photon), but the photon is included by passing through the attenuation means 303. No pulse is generated. Such a pulse is defined as “empty pulse” in order to indicate that nothing is included, that is, it is merely empty.

その後、送信機300は、減衰手段303を通った光パルス列を受信機310に対して送出する。   Thereafter, the transmitter 300 transmits the optical pulse train that has passed through the attenuation means 303 to the receiver 310.

光子検出装置としての受信機310は、光分岐手段C1(311)、2×2合波カップラC2(312)、光子検出器1(313)、光子検出器2(314)、制御部CPU315、長経路316、および短経路317を備える。   The receiver 310 as a photon detection device includes an optical branching means C1 (311), a 2 × 2 multiplexing coupler C2 (312), a photon detector 1 (313), a photon detector 2 (314), a control unit CPU315, A path 316 and a short path 317 are provided.

光分岐手段C1(311)は、長経路316および短経路317に接続される。   The optical branching means C1 (311) is connected to the long path 316 and the short path 317.

2×2合波カップラC2(312)は、入力端子および出力端子がそれぞれ2つずつ備わっている。該入力端子は長経路316および短経路317に接続されており、該出力端子は光子検出器1(313)および光子検出器2(314)に接続されている。   The 2 × 2 multiplexing coupler C2 (312) has two input terminals and two output terminals. The input terminal is connected to the long path 316 and the short path 317, and the output terminal is connected to the photon detector 1 (313) and the photon detector 2 (314).

2×2合波カップラC2(312)は、一方の入力端子で長経路316からの光パルス列を受信し、他方の入力端子で短経路317からの光パルス列を受信する。その後、2×2合波カップラC2(312)は、2つの光パルス列の位相差がπの場合には一方の出力端子から光子検出器1に光子を出力し、位相差が0の場合には他方の出力端子から光子検出器2に光子を出力する特性を有する。   The 2 × 2 multiplexing coupler C2 (312) receives an optical pulse train from the long path 316 at one input terminal, and receives an optical pulse train from the short path 317 at the other input terminal. Thereafter, the 2 × 2 multiplexing coupler C2 (312) outputs a photon from one output terminal to the photon detector 1 when the phase difference between the two optical pulse trains is π, and when the phase difference is zero. Photons are output from the other output terminal to the photon detector 2.

受信機310については、制御部CPU315が受信機310全体の主制御を行う。制御部CPU315の制御プログラム等を格納したROM(図示せず)や送信機300の有するメモリと同様の機能を果たすメモリ(図示せず)を有する点も送信機300と同様である。   For the receiver 310, the control unit CPU 315 performs main control of the entire receiver 310. The transmitter 300 is similar to the transmitter 300 in that it has a ROM (not shown) storing a control program of the control unit CPU 315 and a memory (not shown) that performs the same function as the memory of the transmitter 300.

受信機310へ入力された光は、光分岐手段C1(311)により長経路316および短経路317にエネルギー的に等分(例えば、50対50)にそれぞれ分岐される。長経路316に分岐された光パルス列は、一定の遅延時間Tだけ遅延させられた後、2×2合波カップラC2(312)で短経路317を通った光パルス列と再び合波される。ここで、一定の遅延時間Tは、図3に示すように、入力された光パルス列のパルス間隔Tに等しいものとする。   The light input to the receiver 310 is split in energy equally (for example, 50 to 50) into the long path 316 and the short path 317 by the optical branching means C1 (311). The optical pulse train branched to the long path 316 is delayed by a fixed delay time T, and then combined again with the optical pulse train that has passed through the short path 317 by the 2 × 2 multiplexing coupler C2 (312). Here, it is assumed that the constant delay time T is equal to the pulse interval T of the input optical pulse train as shown in FIG.

以上の構成の下、送信機300は、0またはπで任意に位相変調した一定間隔(パルス間隔)Tの光パルス列を、パルス当り平均1個光子未満(例えば、0.1光子/パルス)で送出する。   Under the above configuration, the transmitter 300 generates an optical pulse train having a constant interval (pulse interval) T arbitrarily phase-modulated by 0 or π at an average of less than one photon (for example, 0.1 photon / pulse). Send it out.

また、送信機300は、光パルス列のコヒーレンス時間をパルス間隔Tより充分長くし、光パルス列の中に、任意の時間位置で、空パルスを2連続で混ぜておく。   Further, the transmitter 300 makes the coherence time of the optical pulse train sufficiently longer than the pulse interval T, and mixes two consecutive empty pulses in the optical pulse train at an arbitrary time position.

以下の説明では、説明の便宜上、上記条件で説明するが、本発明を上記条件に限定するという意図ではない。   In the following description, for convenience of explanation, the description will be made under the above conditions, but the present invention is not intended to be limited to the above conditions.

図3では、3番目と4番目のパルスが空パルスである例を示す。   FIG. 3 shows an example in which the third and fourth pulses are empty pulses.

受信機310は、光伝送路320を経て送信機300より伝送されてきた光パルス列を、光分岐手段C1(311)にて受け取る。   The receiver 310 receives the optical pulse train transmitted from the transmitter 300 via the optical transmission path 320 by the optical branching means C1 (311).

光分岐手段C1(311)にて長経路316および短経路317にエネルギー的に等分(例えば、50対50)にそれぞれ分岐された光パルス列は、2×2合波カップラC2(312)で合波され、合波された光パルス列は、後述するようにパルス間の位相差にしたがって光子検出器1(313)、または光子検出器2(314)にて検出される。   The optical pulse train branched into the long path 316 and the short path 317 in energy equally (for example, 50 to 50) by the optical branching means C1 (311) is combined by the 2 × 2 multiplexing coupler C2 (312). The optical pulse train that is waved and combined is detected by the photon detector 1 (313) or the photon detector 2 (314) according to the phase difference between the pulses as will be described later.

上記のような受信機310の回路を構成すると、受信機310の2×2合波カップラC2(312)では、前後のパルスが重なり合い、干渉を起こす。すなわち、送信機300から送出された光パルス列の各パルスは一定の時間間隔Tで送出されており、また長経路316を通った光パルス列は一定の遅延時間Tだけ遅延しているので、長経路316を通った光パルス列はちょうど1パルス分遅延した状態で、短経路317を通った光パルス列と合波される。かかる状態については、図4に詳細に示す。   When the circuit of the receiver 310 is configured as described above, the 2 × 2 multiplexing coupler C2 (312) of the receiver 310 causes the front and rear pulses to overlap and cause interference. That is, each pulse of the optical pulse train transmitted from the transmitter 300 is transmitted at a constant time interval T, and the optical pulse train that has passed through the long path 316 is delayed by a fixed delay time T. The optical pulse train that has passed through 316 is combined with the optical pulse train that has passed through the short path 317 with a delay of exactly one pulse. This state is shown in detail in FIG.

上記2×2合波カップラC2(312)での合波による干渉の結果、パルス間の位相差が0なら光子検出器2(314)が光子を検出し、πなら光子検出器1(313)が光子を検出する。   If the phase difference between the pulses is 0 as a result of the interference in the 2 × 2 multiplexing coupler C2 (312), the photon detector 2 (314) detects the photon, and if it is π, the photon detector 1 (313). Detects photons.

ただし、送信機300から送信された光は、パルス当り平均1個光子未満なので、光子が検出されるのは稀である。   However, since the light transmitted from the transmitter 300 is less than one photon on average per pulse, photons are rarely detected.

光子を検出した場合、制御部CPU315は、受信機310が備えるメモリなど(図示せず)に、光子を検出した時刻(光子検出時刻)を格納する。   When the photon is detected, the control unit CPU 315 stores the time when the photon is detected (photon detection time) in a memory or the like (not shown) provided in the receiver 310.

図4では、図3で説明した空パルスが2連続で送信される場合(3番目と4番目のパルスが空パルス)の受信パルスの重なり具合を示す。   FIG. 4 shows how the received pulses overlap when the empty pulses described in FIG. 3 are transmitted in succession (the third and fourth pulses are empty pulses).

図4では、斜線長方形(1、2、5、6)と空白長方形(3、4)のパルスが示されているが、斜線長方形(1、2、5、6)は、光子が存在し得るパルス(以後、信号パルスと呼ぶ)を表し、一方、空白長方形(3、4)は、空パルスを表す。   In FIG. 4, pulses of hatched rectangles (1, 2, 5, 6) and blank rectangles (3, 4) are shown, but hatched rectangles (1, 2, 5, 6) may have photons. A pulse (hereinafter referred to as a signal pulse) is represented, while a blank rectangle (3, 4) represents an empty pulse.

図示するように、空パルスが存在するために、重なり合うパルスの一方が信号パルスで他方が空パルスである場合(t2、t4)と、両方とも空パルスである場合(t3)が生じる。   As shown in the figure, since there are empty pulses, there are cases where one of the overlapping pulses is a signal pulse and the other is an empty pulse (t2, t4), and both are empty pulses (t3).

前者の場合(t2、t4)、干渉する相手がいないため、光子は、信号パルスの位相がπの場合には光子検出器1(313)で検出され、または信号パルスの位相が0の場合には光子検出器2(314)で検出される。一方、後者の場合(t3)、光子は全く検出されない。   In the former case (t2, t4), since there is no interfering partner, the photon is detected by the photon detector 1 (313) when the phase of the signal pulse is π, or when the phase of the signal pulse is 0 Is detected by the photon detector 2 (314). On the other hand, in the latter case (t3), no photons are detected.

上記構成および動作特性を利用して、以下の手順により、送信機300および受信機310は共通のビットを得る。なお、共通のビットを得る手順についても、上述したように、制御部CPU304および315が、送信機300および受信機310をそれぞれ制御して行う。
(1)送信機300は、受信機310に所定の長さの光パルス列を送信する。
(2)受信機310は、光子を検出した時間スロット(光子検出時刻)を送信機300に通知する。
(3)送信機300は、空パルスの時間位置(上記の例では、3番目と4番目のパルスの時間位置)を受信機310に通知する。
(4)送信機300は、自身の位相変調データと受信機310から受信した光子検出時刻から、受信機310において光子検出器1または光子検出器2のいずれが光子を検出したかを判定する。ただし、信号パルスと空パルスが重なった場合(図4のt2およびt4)、上述したように信号パルス自身の位相にしたがって光子検出器1または光子検出器2のいずれかが光子を検出する。
(5)受信機310は、送信機300から送信された空パルスの時間位置の情報に基づいて、光子を検出した事象が、信号パルス同士の干渉の結果によるものなのか、信号パルスと空パルスが重なった結果によるものなのかを判定する。より詳細に説明すると、受信機310の制御部CPU315は、受信機310内のメモリ(図示せず)から判定用のプログラムを読み出し、該時間位置の情報と光子を検出した事象とから判定を行う。
(6)送信機300と受信機310は、信号パルス同士の干渉から起こった光子を検出した事象について、光子検出器1(313)によるものであればビット「0」を、光子検出器2(314)によるものであればビット「1」を付与する。この場合、光子を検出した検出器は確定しているので、送信機300と受信機310は、同一のビット値を得ることになる。これを秘密鍵ビットとする。
Using the above configuration and operation characteristics, the transmitter 300 and the receiver 310 obtain a common bit by the following procedure. As described above, the control units CPU 304 and 315 also control the transmitter 300 and the receiver 310 to obtain a common bit.
(1) The transmitter 300 transmits an optical pulse train having a predetermined length to the receiver 310.
(2) The receiver 310 notifies the transmitter 300 of a time slot (photon detection time) in which a photon is detected.
(3) The transmitter 300 notifies the receiver 310 of the time positions of the empty pulses (in the above example, the time positions of the third and fourth pulses).
(4) The transmitter 300 determines whether the photon detector 1 or the photon detector 2 has detected a photon in the receiver 310 from its own phase modulation data and the photon detection time received from the receiver 310. However, when the signal pulse and the empty pulse overlap (t2 and t4 in FIG. 4), as described above, either the photon detector 1 or the photon detector 2 detects the photon according to the phase of the signal pulse itself.
(5) The receiver 310 determines whether the event of detecting the photon is based on the result of interference between the signal pulses based on the time position information of the empty pulse transmitted from the transmitter 300. It is determined whether or not the result of overlapping. More specifically, the control unit CPU 315 of the receiver 310 reads a determination program from a memory (not shown) in the receiver 310 and makes a determination from the information on the time position and the event of detecting the photon. .
(6) The transmitter 300 and the receiver 310 set the bit “0” if the photon detector 1 (313) has detected the photon generated from the interference between the signal pulses, and the photon detector 2 ( If it is according to 314), bit “1” is assigned. In this case, since the detector that has detected the photon is determined, the transmitter 300 and the receiver 310 obtain the same bit value. This is a secret key bit.

なお、上記(2)(3)における送信機300および受信機310は、それぞれ空パルスの時間位置および光子検出時刻を互いに通知するが、盗聴者の存在を考慮して、かかる通知を伝送路320とは異なる伝送路(図示せず)を介して行うことができる。   The transmitter 300 and the receiver 310 in the above (2) and (3) respectively notify the time position of the empty pulse and the photon detection time, but in consideration of the presence of an eavesdropper, the notification is sent to the transmission line 320. It can be performed via a different transmission path (not shown).

以下、図5を参照しながら、上述の構成・手順によるシステムにおいて、なりすまし盗聴を発見するメカニズムについて説明する。   Hereinafter, a mechanism for detecting spoofing eavesdropping in the system having the above-described configuration and procedure will be described with reference to FIG.

なりすまし盗聴では、盗聴者は、通常、光伝送路320の途中で受信機310と同様の受信回路により光子を検出する(光子を検出する流れについては、上述の説明と重なるので省略する)。そして、光子検出結果に基づき、正規の受信機310が同じ検出結果となるようにダミー信号を送出し、受信機310が盗聴に気付かないようにする。   In spoofing eavesdropping, an eavesdropper usually detects photons by a receiving circuit similar to the receiver 310 in the middle of the optical transmission line 320 (the flow of detecting photons overlaps with the above description and is omitted). Then, based on the photon detection result, a dummy signal is transmitted so that the regular receiver 310 has the same detection result, so that the receiver 310 does not notice wiretapping.

しかしながら、本実施例では、送信機300が送出しているのは、送信レベルがパルス当り平均1個光子未満(例えば0.1個光子/パルス)である光パルス列である。この場合、盗聴者は平均10回のスロットに1回しか光子を検出しない。   However, in this embodiment, the transmitter 300 transmits an optical pulse train whose transmission level is an average of less than one photon per pulse (for example, 0.1 photon / pulse). In this case, an eavesdropper detects a photon only once in an average of 10 slots.

盗聴者は、光子を検出したスロットについては、正規の受信機310が光子検出器1、または光子検出器2で光子を検出するように位相が設定された2連続パルスを送出することができる。一方、光子検出しないスロットについては光子検出器1、または光子検出器2のいずれの光子検出器で検出できるようにしたら良いのか分からないため、何も送らない。これにより、孤立した2連続パルスが受信機に送られる。   The eavesdropper can send out two consecutive pulses whose phases are set so that the regular receiver 310 detects the photon with the photon detector 1 or the photon detector 2 for the slot in which the photon is detected. On the other hand, since it is not known which slot of the photon detector 1 or the photon detector 2 should be able to detect the slot where the photon is not detected, nothing is sent. Thereby, two isolated continuous pulses are sent to the receiver.

より詳細に説明すると、2連続空パルス3、4が送信機300から盗聴者230の受信回路に入ってくる。すると盗聴者230の受信回路では、信号パルス2と空パルス3が重なった時間スロット(図5の矢印A)で光子を検出する場合がある。   More specifically, two consecutive empty pulses 3 and 4 enter the receiving circuit of the eavesdropper 230 from the transmitter 300. Then, the receiver circuit of the eavesdropper 230 may detect photons in the time slot (arrow A in FIG. 5) where the signal pulse 2 and the empty pulse 3 overlap.

しかし、盗聴者には、これが信号パルス同士の干渉によるものなのか、一方が信号パルスのみの検出結果なのか区別がつかない。そこで、盗聴者230は、パルス2、3間の位相を測定したものとして、時間位置2、3に2連続パルスを発生させて正規の受信機310にパルス列を送信する。   However, an eavesdropper cannot distinguish whether this is due to interference between signal pulses or whether one is a detection result of only signal pulses. Therefore, the eavesdropper 230 generates two continuous pulses at the time positions 2 and 3 and transmits the pulse train to the regular receiver 310, assuming that the phase between the pulses 2 and 3 is measured.

時間位置2、3の2連続パルスが受信機310に入力されると、パルス3、4が重なり合う時間スロット(図5の矢印B)で光子が検出される可能性がある。しかしながら、図4で説明したように、送信機300から送出された光パルス列の3番目と4番目が空パルスであった場合には、受信機310では3番目と4番目のパルスが重なりあう時間スロットでは光子は検出されない。   When two consecutive pulses at time positions 2 and 3 are input to the receiver 310, photons may be detected in the time slot where the pulses 3 and 4 overlap (arrow B in FIG. 5). However, as described with reference to FIG. 4, when the third and fourth optical pulse trains transmitted from the transmitter 300 are empty pulses, the receiver 310 has a time for the third and fourth pulses to overlap. No photons are detected in the slot.

つまり、図5の例は、盗聴がない場合に光子が必ず検出されないと送信機側で分かっている時間スロットで光子が検出されたことを示す。   That is, the example of FIG. 5 shows that a photon is detected in a time slot that is known on the transmitter side that a photon is not necessarily detected when there is no eavesdropping.

そこで、そのような光子検出があれば、本発明による量子通信システムは、なりすまし盗聴があったということを知る。   Therefore, if there is such photon detection, the quantum communication system according to the present invention knows that there has been spoofing.

すなわち、本発明の量子通信システムは、送信機300側から送出する光パルス列中のどの時間位置に空パルスを2連続で発生させておくかを制御することにより、受信機310側での合波後の光パルス列のうち、該空パルスを発生させた時間スロットで光子が検出されたか否かによって、盗聴の有無を判定することができる。   That is, the quantum communication system of the present invention controls the multiplexing at the receiver 310 side by controlling at which time position in the optical pulse train transmitted from the transmitter 300 side the empty pulses are continuously generated. The presence or absence of eavesdropping can be determined based on whether or not photons are detected in the time slot in which the empty pulse is generated in the subsequent optical pulse train.

また、従来技術である「差動位相シフト量子鍵配送システム」との差異を明確にするために詳細に説明する。「差動位相シフト量子鍵配送システム」で通常送信するのは、「平均光子数が約0.1/パルスのコヒーレント光パルス列」である。例えば、1番から10番までの時間スロットを考えた場合、光子数を測定する前にはどの時間スロットにも光子が「存在する可能性」があるが、光子数を測定すると、どれか1個のスロットにおいてのみ光子が検出され、他のスロットは単に空と観測される。受信機側から考えた場合、本発明と従来技術の「差動位相シフト量子鍵配送システム」は同じように見えるが、逆に、送信機側から考えた場合には、「空パルス」はその時間スロットでは光子が検出されるはずはないと送信機側では分かっており、その時間スロットで光子が検出されたか否かの情報を盗聴の発見に役立てるという点で従来技術とは異なる。   Further, in order to clarify the difference from the “differential phase shift quantum key distribution system” which is the prior art, a detailed description will be given. What is normally transmitted in the “differential phase shift quantum key distribution system” is “a coherent optical pulse train having an average number of photons of about 0.1 / pulse”. For example, when the time slots from No. 1 to No. 10 are considered, there is a possibility that a photon exists in any time slot before the number of photons is measured. Photons are detected only in one slot and the other slots are simply observed as empty. When considered from the receiver side, the “differential phase shift quantum key distribution system” of the present invention and the prior art seem to be the same, but conversely, when considered from the transmitter side, the “empty pulse” The transmitter knows that a photon should not be detected in a time slot, and differs from the prior art in that information on whether or not a photon was detected in that time slot is useful for finding eavesdropping.

これにより、本発明の課題であるビット誤りに頼ることなく、なりすまし盗聴を発見することができるようになる。   This makes it possible to detect spoofing eavesdropping without resorting to bit errors that are the subject of the present invention.

上記実施例の説明にあたり、説明の便宜上、空パルスを3番目と4番目で2連続する場合について説明したが、本発明は上記実施例に限定されることはない。   In the description of the above-described embodiment, for the sake of convenience of description, the case where two consecutive empty pulses are third and fourth has been described. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment.

すなわち、本発明の量子通信システムが盗聴を検出するためには、受信機310の2×2合波カップラC2(312)で合波された際に、合波後の光パルス列のうち光子が検出されることのない時間スロット(図4の例では、3番目と4番目のパルスが重なりあう時間スロット)ができており、該時間スロットは送信機側が空パルスを発生させた時間位置に合致していればよい。   That is, in order for the quantum communication system of the present invention to detect eavesdropping, photons are detected in the optical pulse train after being combined when being combined by the 2 × 2 combining coupler C2 (312) of the receiver 310. A time slot that does not occur (in the example of FIG. 4, a time slot in which the third and fourth pulses overlap) is formed, and this time slot matches the time position at which the transmitter generated an empty pulse. It only has to be.

そのため、例えば、3連続の空パルスであってもよいし、それ以上連続する空パルスであってもよい。   Therefore, for example, three consecutive empty pulses may be used, or more consecutive empty pulses may be used.

従来技術である差動位相シフト量子鍵配送システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the differential phase shift quantum key distribution system which is a prior art. 従来技術であるなりすまし盗聴法を示す図である。It is a figure which shows the spoofing eavesdropping method which is a prior art. 本発明の実施例に係る量子通信システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the quantum communication system which concerns on the Example of this invention. 図3の受信機におけるパルスの重なり方を示す図である。上は、長経路を通ったパルス列を示し、下は、短経路を通ったパルス列を示す。FIG. 4 is a diagram illustrating how pulses overlap in the receiver of FIG. 3. The top shows a pulse train that has passed through a long path, and the bottom shows a pulse train that has passed through a short path. 本発明におけるなりすまし盗聴発見のメカニズムの説明する図である。It is a figure explaining the mechanism of the spoofing eavesdrop discovery in this invention.

符号の説明Explanation of symbols

100、200、300 送信機
110、210、310 受信機
111、211、311 光分岐手段
112、312 2×2合波カップラ
113、313 光子検出器1
114、314 光子検出器2
115、316 長経路
116、317 短経路
120、220、320 伝送路
230 盗聴者
231 光送信機
301 光源
302 位相変調器
303 減衰手段
304、315 制御部CPU
100, 200, 300 Transmitter 110, 210, 310 Receiver 111, 211, 311 Optical branching means 112, 312 2 × 2 multiplexing coupler 113, 313 Photon detector 1
114, 314 Photon detector 2
115, 316 Long path 116, 317 Short path 120, 220, 320 Transmission path 230 Eavesdropper 231 Optical transmitter 301 Light source 302 Phase modulator 303 Attenuating means 304, 315 Controller CPU

Claims (2)

送信機、および受信機を備える量子通信システムであって、
前記送信機は、
一定の時間間隔のパルスからなる光パルス列を送出する光源と、
前記光パルス列を0またはπで位相変調する位相変調器と、
位相変調された光パルス列を、少なくとも2つ以上連続する時間位置に空パルスを含む、μが0<μ<1の一定値である、1パルス当り平均μ光子のパルス列として送出する減衰手段と、
前記少なくとも2つ以上連続する時間位置の情報を送信する送信手段と
を備え、
前記受信機は、
前記送信機の前記減衰手段より前記送出された前記光パルス列を受信し、第1の光パルス列と第2の光パルス列に分岐する分岐手段と、
前記第1の光パルス列を、前記一定の時間間隔と等しい時間遅延させる遅延手段と、
前記遅延させられた前記第1の光パルス列と前記第2の光パルス列を合波し、合波後の光パルス列を生成する合波手段と、
前記遅延させられた前記第1の光パルス列と前記第2の光パルス列の相対的位相差が0である場合に光子を検出する第1の光子検出手段と、
前記遅延させられた前記第1の光パルス列と前記第2の光パルス列の相対的位相差がπである場合に光子を検出する第2の光子検出手段と、
前記少なくとも2つ以上連続する時間位置の情報を受信する受信手段と、
前記合波後の光パルス列のうち、前記送信手段を介して前記送信機から受信した前記時間位置に該当する時間スロットにおいて、光子が検出されたか否かを判定する判定手段と
を備えたことを特徴とする量子通信システム。
A quantum communication system comprising a transmitter and a receiver,
The transmitter is
A light source that transmits an optical pulse train composed of pulses at regular time intervals;
A phase modulator for phase modulating the optical pulse train with 0 or π;
Attenuating means for transmitting a phase-modulated optical pulse train as a pulse train of average μ photons per pulse, including empty pulses at at least two consecutive time positions, where μ is a constant value of 0 <μ <1 ;
Transmitting means for transmitting the information of the time position that is continuous at least two or more, and
The receiver
Branching means for receiving the transmitted optical pulse train from the attenuation means of the transmitter and branching it into a first optical pulse train and a second optical pulse train;
Delay means for delaying the first optical pulse train by a time equal to the fixed time interval;
A multiplexing unit configured to combine the delayed first optical pulse train and the second optical pulse train to generate a combined optical pulse train;
First photon detection means for detecting photons when the relative phase difference between the delayed first optical pulse train and the second optical pulse train is zero;
Second photon detection means for detecting photons when the relative phase difference between the delayed first optical pulse train and the second optical pulse train is π;
Receiving means for receiving at least two or more consecutive time position information;
Determining means for determining whether a photon is detected in a time slot corresponding to the time position received from the transmitter via the transmitting means in the multiplexed optical pulse train; A characteristic quantum communication system.
送信機、および受信機を備える量子通信システムにおける通信方法であって、
0またはπで位相変調された一定の時間間隔の光パルス列であって、少なくとも2つ以上連続する空パルスを含む、μが0<μ<1の一定値である、1パルス当り平均μ光子のパルス列を受信し、第1の光パルス列と第2の光パルス列に分岐するステップと、
前記第1の光パルス列を前記一定の時間間隔と等しい時間遅延させた後、前記第2の光パルス列と合波し、合波後の光パルス列を生成するステップと、
前記送信機から少なくとも2つ以上連続する空パルスの時間位置の情報を受信するステップと、
前記合波後の光パルス列の各時間スロットから光子を検出するステップと、
前記受信した前記少なくとも2つ以上連続する空パルスの時間位置では光子が検出されないことに基づいて、前記合波後の光パルス列の該当する時間スロットから光子を検出したか否かを判定するステップと
を備えたことを特徴とする通信方法。
A communication method in a quantum communication system comprising a transmitter and a receiver,
An optical pulse train having a constant time interval that is phase-modulated by 0 or π, and includes at least two consecutive empty pulses, where μ is a constant value of 0 <μ <1, and an average μ photon per pulse Receiving a pulse train and branching into a first optical pulse train and a second optical pulse train;
Delaying the first optical pulse train for a time equal to the predetermined time interval, and then combining the second optical pulse train to generate a combined optical pulse train;
Receiving information on the time position of at least two consecutive empty pulses from the transmitter;
Detecting photons from each time slot of the combined optical pulse train;
Determining whether a photon has been detected from a corresponding time slot of the combined optical pulse train based on the fact that no photon is detected at the time position of the received at least two consecutive empty pulses; A communication method comprising:
JP2006261086A 2006-09-26 2006-09-26 Quantum communication system Expired - Fee Related JP4417360B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006261086A JP4417360B2 (en) 2006-09-26 2006-09-26 Quantum communication system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006261086A JP4417360B2 (en) 2006-09-26 2006-09-26 Quantum communication system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008085484A JP2008085484A (en) 2008-04-10
JP4417360B2 true JP4417360B2 (en) 2010-02-17

Family

ID=39355910

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006261086A Expired - Fee Related JP4417360B2 (en) 2006-09-26 2006-09-26 Quantum communication system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4417360B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4755231B2 (en) * 2008-09-01 2011-08-24 日本電信電話株式会社 Quantum key distribution system
JP5498234B2 (en) * 2010-04-20 2014-05-21 日本電信電話株式会社 Quantum cryptography communication system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2008085484A (en) 2008-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7934132B2 (en) Communication system and method for controlling the same
US8391491B2 (en) Communication system and synchronization control method
CN108604425B (en) Random number sequence generation device, quantum cipher transmitter, and quantum cipher communication system
JP4124194B2 (en) Shared information generation method and system
JP2007251678A (en) Quantum encryption communication apparatus and average photon number setting method in communication terminal
JP4358206B2 (en) Quantum cryptographic communication device and quantum cryptographic communication method
US11770245B2 (en) Quantum key distribution system and operation method thereof
JP4962700B2 (en) Quantum cryptographic communication device
JP2008294934A (en) Quantum cryptographic communication system and eavesdropping detection method
KR20230007456A (en) Secure classical optical communication using quantum technology
JP4417360B2 (en) Quantum communication system
JP4621116B2 (en) Quantum secret sharing system and quantum secret key generation method
JP4421975B2 (en) Photodetector and quantum cryptography communication system
JP4575813B2 (en) Secret key distribution apparatus and secret key distribution method
JP6257042B2 (en) Quantum key distribution system and quantum key distribution method
JP4882491B2 (en) Quantum cryptographic communication device, communication terminal, and additional information transmission method
JP2008294946A (en) Quantum cryptographic communication system and method
JP2005286485A (en) Quantum encryption communication method and quantum encryption communication apparatus
JP4755231B2 (en) Quantum key distribution system
JP4421977B2 (en) Quantum cryptographic communication device
JP2005130194A (en) Quantum encryption communication system and sender side transmitter-receiver
JP5498234B2 (en) Quantum cryptography communication system
KR20200051357A (en) Method for authenticating using authentication qubit and quantum communication system thereof
JPWO2006006232A1 (en) Quantum cryptographic key distribution system
KR20230120217A (en) Delay unrelated data control system of quantum cryptography method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080806

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090430

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090519

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090721

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20091120

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20091125

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121204

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121204

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131204

Year of fee payment: 4

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees