JP4460362B2 - Quantum state generation method and center apparatus for quantum state generation - Google Patents
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本発明は、量子状態を生成する量子状態生成方法、量子状態生成用センター装置及びその量子状態生成プログラムに関し、特に、秘密分散値を保有するしきい値以上の装置が協力して量子状態を生成する量子状態生成方法、量子状態生成用センター装置及びその量子状態生成プログラムに関する。 The present invention relates to a quantum state generation method for generating a quantum state, a quantum state generation center device, and a quantum state generation program thereof, and in particular, a quantum state is generated by cooperation of devices having a secret sharing value or higher than a threshold value. The present invention relates to a quantum state generation method, a quantum state generation center device, and a quantum state generation program thereof.
従来より、暗号処理に関し、「分散暗号方式」或いは「しきい値暗号方式」と呼ばれる方式が提案されている(Y.Desmedt and Y.Frankel,“Threshold Cryptosystems”,Proc.of Crypto’89,pp.307−315,LNCS,Springer−Verlag(1990))。この方式は、秘密鍵sを複数の情報s1,…,smに分散し、これらの分散情報siを各センター装置Piに保管しておく。そして、任意のk個のセンター装置が協力することにより、秘密鍵sを用いた処理と同等の処理を実現する。これにより、各センター装置に秘密鍵sが知られることなく、秘密鍵sを用いた処理が実行できる。 Conventionally, a method called “distributed encryption method” or “threshold encryption method” has been proposed for encryption processing (Y. Desmedt and Y. Frankel, “Threshold Cryptosystems”, Proc. Of Crypto '89, pp. 307-315, LNCS, Springer-Verlag (1990)). This scheme, a secret key s of the plurality of information s 1, ..., distributed s m, keep a these shared information s i to each center apparatus P i. Then, an arbitrary k number of center devices cooperate to realize a process equivalent to the process using the secret key s. Thereby, the process using the secret key s can be executed without the secret key s being known to each center apparatus.
また、量子暗号や量子現金等の処理では、秘密情報に基づいた量子状態を生成するが、非特許文献1,2では、そのような量子状態を用いた秘密情報に適用できる「分散暗号方式」や「しきい値暗号方式」も提唱されている。この方式では、まず、一つのセンター装置が秘密情報Kを一旦保持し、その分散情報Sqを各センター装置に配布した後、しきい値以上のセンター装置が協力して秘密情報Kに対応する量子状態を生成する。
しかし、非特許文献1,2の方式の場合、一つのセンター装置(配布者)がすべての秘密情報を知ることになるため、このセンター装置の秘密情報の漏洩や改ざんといったの不正を防ぐ手立てがないという問題点がある。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、何れのセンター装置にも秘密情報の全体を知られることなく、この秘密情報に対応した量子状態を生成することが可能な技術を提供することを目的とする。
However, in the case of the methods of
The present invention has been made in view of the above points, and provides a technique capable of generating a quantum state corresponding to secret information without any center device knowing the entire secret information. The purpose is to do.
本発明では上記課題を解決するために、まず、各量子状態生成用センター装置Pj(j∈{1,2,…,n},n≧2)の秘密値生成部が、それぞれの秘密値σj={(aj,1,bj,1),(aj,2,bj,2),…,(aj,m,bj,m)}(aj,i∈{0,1}、bj,i∈{0,1}、i∈{1,2,…,m}、mは自然数)を生成し、秘密分散部が、秘密値σjの分散値Sj,q(q∈{1,2,…,n})を生成し、古典送信部が、分散値Sj,qを量子状態生成用センター装置Pqに秘密送信する。また、各量子状態生成用センター装置Pjの古典受信部が、他の量子状態生成用センター装置Pqから送信された分散値Sq,jを受信する。 In the present invention, in order to solve the above problems, first, the secret value generation unit of each quantum state generation center device P j (jε {1, 2,..., N}, n ≧ 2) σ j = {(a j, 1 , b j, 1 ), (a j, 2 , b j, 2 ),..., (a j, m , b j, m )} (a j, i ∈ {0 , 1}, b j, i ∈ {0,1}, i∈ {1,2, ..., m}, m generates a natural number), the secret distribution unit, the dispersion value S j private value sigma j, q (qε {1, 2,..., n}) is generated, and the classical transmission unit secretly transmits the dispersion value S j, q to the quantum state generation center device Pq . Further, the classical reception unit of each quantum state generation center device P j receives the dispersion value S q, j transmitted from the other quantum state generation center device P q .
次に、t個(2≦t≦n)の各量子状態生成用センター装置Pr(r∈{1,2,…,t})の補完演算部が、全体秘密情報Kを知ることなく、分散値Sq,rから、排他的論理和
そして、量子状態生成用センター装置P1の量子状態生成部が、量子状態
その後、量子状態生成用センター装置Ps(s∈{2,…,t})の量子受信部が、量子状態生成用センター装置Ps−1から送信された量子状態|φ[s‐1]>を受信し、ユニタリ変換部が、量子状態|φ[s‐1]>に対し、ユニタリ変換
ここで、最終的に生成される量子状態|φ[t]>は、全体秘密情報Kを示す量子状態となっている。また、各量子状態生成用センター装置Pjは、自らが生成した秘密値σjと、他の量子状態生成用センター装置から送信された秘密値の分散値とから各量子状態を生成しており、何れの量子状態生成用センター装置にも全体秘密情報Kが漏洩することはない。 Here, the finally generated quantum state | φ [t] > is a quantum state indicating the entire secret information K. Each quantum state generation center device P j generates each quantum state from the secret value σ j generated by itself and the distributed value of the secret value transmitted from the other quantum state generation center devices. The whole secret information K does not leak to any quantum state generating center device.
以上のように、本発明では、何れの量子状態生成用センター装置にも秘密情報の全体を知られることなく、この秘密情報に対応した量子状態を生成することができる。 As described above, in the present invention, the quantum state corresponding to the secret information can be generated without any quantum state generating center device knowing the entire secret information.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
〔概要〕
本形態では、各量子状態生成用センター装置(Pj)(j∈{1,2,・・・,n})が、それぞれの秘密値σjから、秘密分散法によって分散値Sj,q(q∈{1,2,…n})を生成し、これらを他の量子状態生成用センター装置(Pq)にそれぞれ1つずつ配送する。そして、t個の量子状態生成用センター装置(2≦t≦n)が協力しあうことにより、分散値と関連した量子情報を順次生成していき、最終的に、全秘密値σj(j∈{1,2,・・・,n})によって定まる全体秘密情報Kに対応した量子情報を生成する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
〔Overview〕
In this embodiment, each quantum state generation center device (P j ) (j∈ {1, 2,..., N}) uses the secret sharing method to distribute the distributed values S j, q from the respective secret values σ j. (Qε {1, 2,... N}) are generated, and these are delivered one by one to other quantum state generating center devices (P q ). Then, t quantum state generation center devices (2 ≦ t ≦ n) cooperate to sequentially generate quantum information related to the dispersion value, and finally, the total secret value σ j (j Quantum information corresponding to the entire secret information K determined by ∈ {1, 2,..., N}) is generated.
〔システム構成〕
図1は、本形態における量子状態生成システム1の全体構成を示した図である。
この例の量子状態生成システム1は、n個(n≧2)の量子状態生成用センター装置10−1(P1)〜10−n(Pn)を有し、これらは古典通信路30及び量子通信路40を通じ、相互に通信可能に構成されている。なお、図1から図5において、実線の矢印は量子情報の流れを示し、破線の矢印は古典情報の流れを示す。
〔量子状態生成用センター装置の構成〕
次に、本形態における量子状態生成用センター装置の構成について説明する。
〔System configuration〕
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a quantum
The quantum
[Configuration of center device for quantum state generation]
Next, the configuration of the quantum state generating center device in this embodiment will be described.
<共通構成>
図2は、この例のすべての量子状態生成用センター装置10(「10−1(P1)〜10−n(Pn)」)が共通に有する機能構成を示したブロック図である。
図2に例示するように、各量子状態生成用センター装置10は、ランダム値生成部11、秘密値生成部12、秘密分散部13、古典送信部14、古典受信部15及びメモリ16を有し、古典送信部14及び古典受信部15は古典通信路30と通信可能に接続されている。
<Common configuration>
FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration that all the quantum state generating center devices 10 (“10-1 (P 1 ) to 10-n (P n )”) of this example have in common.
As illustrated in FIG. 2, each quantum state
<P1の構成>
図3は、量子状態生成用センター装置10−1(P1)が有する機能を示したブロック図である。なお、量子状態生成用センター装置10−1(P1)は、すべての量子状態生成用センター装置から選択されたt個(2≦t≦n)の量子状態生成用センター装置(Pr:r∈{1,2,…,t})に属する1つである。このt個の量子状態生成用センター装置の選択方法には特に限定はなく、どのような組合せの量子状態生成用センター装置が選択されてもよい。また、選択されたt個の量子状態生成用センター装置からP1を選択する手法についても特に限定はなく、どの量子状態生成用センター装置をP1とおいてもよい。
<Structure of P 1>
FIG. 3 is a block diagram illustrating functions of the quantum state generation center device 10-1 (P 1 ). The quantum state generation center device 10-1 (P 1 ) includes t (2 ≦ t ≦ n) quantum state generation center devices (P r : r) selected from all the quantum state generation center devices. ∈ {1, 2,..., T}). The method for selecting the t quantum state generating center devices is not particularly limited, and any combination of quantum state generating center devices may be selected. Also, there is no particular limitation on the method of selecting P 1 from the selected t number of quantum state generation center devices, and any quantum state generation center device may be designated as P 1 .
図3に例示するように、量子状態生成用センター装置10−1(P1)は、ランダム値生成部11−1、秘密値生成部12−1、秘密分散部13−1、古典送信部14−1、古典受信部15−1、メモリ16−1、補完演算部17−1、量子状態生成部18−1及び量子送信部19−1を有しており、古典送信部14−1及び古典受信部15−1は、古典通信路30と通信可能に接続され、量子送信部19−1は、量子通信路40と通信可能に接続されている。
As illustrated in FIG. 3, the quantum state generation center device 10-1 (P 1 ) includes a random value generation unit 11-1, a secret value generation unit 12-1, a secret sharing unit 13-1, and a
<Psの構成>
図4は、上述のt個の量子状態生成用センター装置(Pr:r∈{1,2,…,t})のうち、P1以外の量子状態生成用センター装置10−s(Ps:s∈{2,…,t})が有する機能を示したブロック図である。
図4に例示するように、量子状態生成用センター装置10−s(Ps)は、ランダム値生成部11−s、秘密値生成部12−s、秘密分散部13−s、古典送信部14−s、古典受信部15−s、メモリ16−s、補完演算部17−s、量子送信部19−s、量子受信部20−s及びユニタリ変換部21−sを有しており、古典送信部14−s及び古典受信部15−sは、古典通信路30と通信可能に接続され、量子送信部19−s及び量子受信部20−sは、量子通信路40と通信可能に接続されている。
<Structure of P s>
FIG. 4 shows the quantum state generating center device 10-s (P s ) other than P 1 among the t quantum state generating center devices (P r : rε {1, 2,..., T}). : Sε {2,..., T}) is a block diagram showing functions.
As illustrated in FIG. 4, the quantum state generation center device 10-s (P s ) includes a random value generation unit 11-s, a secret value generation unit 12-s, a secret distribution unit 13-s, and a
<P1’の構成>
図5の(a)は、量子状態生成用センター装置10−1(P1’)が有する機能を示したブロック図である。なお、この例では、すべての量子状態生成用センター装置から選択されたt個の量子状態生成用センター装置に属する1個の量子状態生成用センター装置を、量子状態生成用センター装置10−1(P1’)としている。なお、このt個の量子状態生成用センター装置の選択方法には特に限定はなく、必ずしも<P1,Psの構成>の欄で示した「t個の量子状態生成用センター装置(Pr:r∈{1,2,…,t})」と一致しなくてもよい。また、選択されたt個の量子状態生成用センター装置からP1’を選択する手法についても特に限定はなく、どの量子状態生成用センター装置をP1’とおいてもよい。
<Configuration of P 1 '>
FIG. 5A is a block diagram illustrating functions of the quantum state generation center device 10-1 (P 1 ′). In this example, one quantum state generation center device belonging to t quantum state generation center devices selected from all the quantum state generation center devices is replaced with a quantum state generation center device 10-1 ( P 1 ′). The method for selecting the t quantum state generating center devices is not particularly limited, and is not necessarily limited to the “t quantum state generating center devices (P r ) shown in the column of <P 1 , P s >. : Rε {1, 2,..., T}) ”. Further, there is no particular limitation on the method for selecting P 1 ′ from the selected t number of quantum state generation center devices, and any quantum state generation center device may be designated as P 1 ′.
図5の(a)に例示するように、量子状態生成用センター装置10−1は、補完演算部17−1、量子送信部19−1、量子受信部20−1及びユニタリ変換部21−1を有しており、量子送信部19−1及び量子受信部20−1は、量子通信路40と通信可能に接続されている。
また、量子状態生成用センター装置10−1も、図2に示したような、ランダム値生成部11、秘密値生成部12、秘密分散部13、古典送信部14、古典受信部15及びメモリ16を有しているが、図5の(a)ではこれらの記載を省略した。
As illustrated in (a) of FIG. 5, the quantum state generation center device 10-1 includes a complementary operation unit 17-1, a quantum transmission unit 19-1, a quantum reception unit 20-1, and a unitary conversion unit 21-1. The quantum transmission unit 19-1 and the quantum reception unit 20-1 are connected to the
The quantum state generation center device 10-1 also includes a random value generation unit 11, a secret
<Pc’の構成>
図5の(b)は、量子状態生成用センター装置10−c(Pc’:c∈{2,…,t−1})が有する機能を示したブロック図である。なお、この例では、<P1’の構成>の欄に示した「t個の量子状態生成用センター装置」に属するt−2個の量子状態生成用センター装置(P1’含まず)を、量子状態生成用センター装置10−c(Pc’)としている。なお、Pc’(c∈{1,2,…,t−1})を選択する手法については特に限定はない。
<Configuration of P c '>
FIG. 5B is a block diagram illustrating the functions of the quantum state generation center device 10-c (P c ′: cε {2,..., T−1}). In this example, t−2 quantum state generation center devices (not including P 1 ′) belonging to “t quantum state generation center devices” shown in the column <P 1 ′> are included. The quantum state generating center device 10-c (P c ′). The method for selecting P c ′ (cε {1, 2,..., T−1}) is not particularly limited.
図5の(b)に例示するように、量子状態生成用センター装置10−cは、補完演算部17−c、量子送信部19−c、量子受信部20−c及びユニタリ変換部21−cを有しており、量子送信部19−c及び量子受信部20−cは、量子通信路40と通信可能に接続されている。
また、量子状態生成用センター装置10−cも、図2に示したような、ランダム値生成部11、秘密値生成部12、秘密分散部13、古典送信部14、古典受信部15及びメモリ16を有しているが、図5の(b)ではこれらの記載を省略した。
As illustrated in FIG. 5B, the quantum state generation center device 10-c includes a complementary operation unit 17-c, a quantum transmission unit 19-c, a quantum reception unit 20-c, and a unitary conversion unit 21-c. The quantum transmission unit 19-c and the quantum reception unit 20-c are communicably connected to the
Further, the quantum state generating center device 10-c also includes a random value generating unit 11, a secret
<Pt’の構成>
図5の(c)は、量子状態生成用センター装置10−t(Pt’)が有する機能を示したブロック図である。なお、量子状態生成用センター装置10−t(Pt’)は、<P1’の構成>の欄に示した「t個の量子状態生成用センター装置」に属する残りの1個の量子状態生成用センター装置である。
図5の(c)に例示するように、量子状態生成用センター装置10−tは、補完演算部17−t、量子受信部20−t、ユニタリ変換部21−t、観測部22−t及び判定部23−tを有しており、量子受信部20−tは、量子通信路40と通信可能に接続されている。
また、量子状態生成用センター装置10−tも、図2に示したような、ランダム値生成部11、秘密値生成部12、秘密分散部13、古典送信部14、古典受信部15、及びメモリ16を有しているが、図5の(c)ではこれらの記載を省略した。
<Configuration of P t '>
FIG. 5C is a block diagram illustrating functions of the quantum state generation center device 10-t (P t ′). Note that the quantum state generation center device 10-t (P t ′) is the remaining one quantum state belonging to “t quantum state generation center devices” shown in the column <P 1 ′>. This is a generation center device.
As illustrated in FIG. 5C, the quantum state generation center device 10-t includes a complementary calculation unit 17-t, a quantum reception unit 20-t, a unitary conversion unit 21-t, an observation unit 22-t, and The determination unit 23-t is included, and the quantum reception unit 20-t is communicably connected to the
In addition, the quantum state generation center device 10-t includes a random value generation unit 11, a secret
〔ハードウェア構成〕
次に、本形態の各構成を実現するためのハードウェア構成を例示する。
ランダム値生成部11、秘密値生成部12、秘密分散部13、古典送信部14、古典受信部15、メモリ16及び補完演算部17は、例えば、公知のコンピュータに所定のプログラムを実行させることにより構築される。
[Hardware configuration]
Next, a hardware configuration for realizing each configuration of the present embodiment will be exemplified.
For example, the random value generation unit 11, the secret
また、量子状態生成部18は、光子の偏光を量子ビットとする場合には、例えば、パラメトリックダウンコンバージョン(PDC)(例えば、「P. G. Kwiat, K. Mattle, H. Weinfurter, A. Zeilinger, A. V. Sergienko, and Y. Shih, “New high-intensity source of polarization-entangled photon pairs,” Phys. Rev. Lett. ,75:4337-4341, 1995.」「P. G. Kwiat, E. Waks, A. G. White, I. Appelbaum, and P. H. Eberhard, “Ultrabright source of polarization-entangled photons,” Phys. Rev. A, 60:R773-R776, 1999.」等参照。)を利用した光子出射装置と、制御電圧によって通過光の偏光角度・位相を制御できる電気光学効果変調器(例えば、ファラデーローテータ、LiNbO3などの結晶の電気光学効果を利用した変調器等)、(1/2,1/4)波長板、音響素子、液晶による素子等とによって構築される。また、量子ドットを量子ビットとして用いる場合、量子状態生成部18は、例えば、量子ドットの生成装置と、電場や磁場の操作を行う装置とによって構築される。 In addition, when the polarization of the photon is a qubit, the quantum state generation unit 18 uses, for example, parametric down conversion (PDC) (for example, “PG Kwiat, K. Mattle, H. Weinfurter, A. Zeilinger, AV Sergienko , and Y. Shih, “New high-intensity source of polarization-entangled photon pairs,” Phys. Rev. Lett., 75: 4337-4341, 1995. “PG Kwiat, E. Waks, AG White, I. Appelbaum , and PH Eberhard, “Ultrabright source of polarization-entangled photons,” Phys. Rev. A, 60: R773-R776, 1999. ”), and the polarization angle of the transmitted light by the control voltage -An electro-optic effect modulator that can control the phase (for example, a Faraday rotator, a modulator that uses the electro-optic effect of a crystal such as LiNbO 3 ), (1/2, 1/4) wavelength plate, acoustic element, liquid crystal It is constructed with elements and the like. Moreover, when using a quantum dot as a qubit, the quantum state production | generation part 18 is constructed | assembled by the production | generation apparatus of a quantum dot, and the apparatus which operates an electric field and a magnetic field, for example.
また、ユニタリ変換部21は、光子の偏光を量子ビットとする場合には、例えば、制御電圧によって通過光の偏光角度・位相を制御できる電気光学効果変調器、(1/2,1/4)波長板、音響素子、液晶による素子等によって構築される。また、量子ドットを量子ビットとして用いる場合、ユニタリ変換部21は、例えば、電場や磁場の操作を行う装置によって構築される。
また、観測部22は、例えば、ビームスプリッタ、位相シフタ、光子検出器(光電子増倍管、ストリークカメラ、フォトダイオード又はアバランシェフォトダイオード等の光子計数領域で用いることのできる検出器)を組み合わせた装置を用いることができる。
Further, when the
The
〔処理〕
次に、本形態における量子状態生成方法について説明する。
<準備フェーズ>
図6は、本形態の量子状態生成処理の準備フェーズを説明するためのフローチャートである。
準備フェーズでは、各々の量子状態生成用センター装置10−j(Pj:j∈{1,2,…,n})が全量子状態生成用センター装置に対して秘密を分散する。なお、この準備フェーズはすべての量子状態生成用センター装置10−j(Pj)において実行される。
〔processing〕
Next, a quantum state generation method in this embodiment will be described.
<Preparation phase>
FIG. 6 is a flowchart for explaining the preparation phase of the quantum state generation process of this embodiment.
In the preparation phase, each quantum state generation center device 10-j (P j : jε {1, 2,..., N}) distributes secrets to all the quantum state generation center devices. This preparation phase is executed in all quantum state generation center devices 10-j (P j ).
まず、各量子状態生成用センター装置10(10−j)のランダム値生成部11(図2)において、ランダム値aj,i∈{0,1}及びbj,i∈{0,1}を生成する(i∈{1,2,…,m}、mは自然数)。なお、これらランダム値は、各量子状態生成用センター装置10の利用者が選択した値でもよく、乱数を元に設定された値でもよい。
生成されたランダム値aj,i∈{0,1}及びbj,i∈{0,1}は、それぞれ秘密値生成部12に送られ、秘密値生成部12は、秘密値σj={(aj,1,bj,1),(aj,2,bj,2),…,(aj,m,bj,m)}を生成する(ステップS1)。
First, in the random value generation unit 11 (FIG. 2) of each quantum state generation center device 10 (10-j), random values a j, i ε {0,1} and b j, i ε {0,1} (I∈ {1, 2,..., M}, where m is a natural number). These random values may be values selected by the user of each quantum state
The generated random values a j, i ε {0,1} and b j, i ε {0,1} are respectively sent to the secret
各量子状態生成用センター装置10−j(Pj)の秘密値生成部12で生成された秘密値σjは、それぞれの秘密分散部13に送られ、各秘密分散部13は、例えば、有限体GF(2N)上で(ここでN=2m)、シャミアの秘密分散法(例えば岡本龍明・山本博次著「現代暗号」(産業図書発行)P209〜218頁参照。)を用いて、秘密値σjのn個の分散値Sj,q(q∈{1,2,…,n})を生成する。具体的には、各量子状態生成用センター装置10−j(Pj)の秘密分散部13は、例えば、有限体GF(2N)(N=2m)上でSj,q=fj(xj,q)とσj=fj(0)とを満たす、n個の分散値Sj,qとn個の異なる点xj,q(q∈{1,2,…,n})とを算出する(ステップS2)。ここで、fj(x)は、各量子状態生成用センター装置10−j(Pj)において秘密が保持された(t−1)次多項式である。そのため、このfj(x)を知らないものは、t組の(Sj,q,xj,q)のデータを取得して初めてfj(x)を特定でき、σj=fj(0)を知ることができる。
The secret value σ j generated by the secret
各量子状態生成用センター装置10−j(Pj)の秘密分散部13で生成された点xj,qは、古典送信部14に送られ、そこから古典通信路30を通じて各量子状態生成用センター装置10−q(Pq:q∈{1,2,…,n})に送信される(ステップS3)。なお、この例の場合、すべての点xj,qは、すべての量子状態生成用センター装置に対して公開される。
また、各量子状態生成用センター装置10−j(Pj)の秘密分散部13で生成された分散値Sj,qは、古典通信部14に送られ、そこから古典通信路30を通じて、他の量子状態生成用センター装置Pqに秘密送信される(ステップS4)。なお、この分散値Sj,qは、各量子状態生成用センター装置10−j(Pj)から、各量子状態生成用センター装置10−q(Pq)に対して1つずつ送信される。また、この秘密送信は物理的に安全な通信経路によって実現してもよいし、暗号化技術によって実現してもよい。また、各量子状態生成用センター装置10−j(Pj)の秘密分散部13で生成された分散値Sj,jはメモリ16に格納される。
The points x j, q generated by the
In addition, the distributed values S j, q generated by the
そして、各量子状態生成用センター装置10−j(Pj)の古典受信部15は、他の量子状態生成用センター装置から送信された点xq,jを受信し、これをメモリ16に格納する(ステップS5)。さらに、各量子状態生成用センター装置10−j(Pj)の古典受信部15は、他の量子状態生成用センター装置から送信された分散値Sq,jを受信し、これをメモリ16に格納する(ステップS6)。
Then, the
<発行フェーズ>
図7は、本形態の量子状態生成処理の発行フェーズを説明するためのフローチャートである。ここで(a)は、量子状態生成用センター装置10−1(P1)の処理を示しており、(b)は、量子状態生成用センター装置10−s(Ps:s∈{2,…,t})の処理を示している。
<Issuance phase>
FIG. 7 is a flowchart for explaining an issue phase of the quantum state generation processing of the present embodiment. Here, (a) shows the processing of the quantum state generation center device 10-1 (P 1 ), and (b) shows the quantum state generation center device 10-s (P s : sε {2, ..., t}).
発行フェーズでは、すべての量子状態生成用センター装置から選択されたt個(2≦t≦n)の各量子状態生成用センター装置10−r(Pr:r∈{1,2,…,t})が協力して、全体秘密情報Kに対応する量子状態|φ>を生成する。なお、この例では、量子状態生成用センター装置10−1(P1)から量子状態生成用センター装置10−1(Pt)にかけて連続的に処理を行うプロトコルを示すが、その順序は重要ではなく、どのような順序であってもよい。すなわち、各量子状態生成用センター装置10−r(Pr)のrは、各処理を行う各量子状態生成用センター装置の順序を示す記号に過ぎない。 In the issue phase, each of t (2 ≦ t ≦ n) quantum state generation center devices 10-r (P r : rε {1, 2,..., T) selected from all the quantum state generation center devices. }) Cooperate to generate a quantum state | φ> corresponding to the entire secret information K. In this example, a protocol for continuously performing processing from the quantum state generation center device 10-1 (P 1 ) to the quantum state generation center device 10-1 (P t ) is shown, but the order is not important. There may be any order. That is, r of each quantum state generation center device 10-r (P r ) is merely a symbol indicating the order of each quantum state generation center device that performs each process.
協力するt個の各量子状態生成用センター装置10−r(Pr)の決定後、このt個の量子状態生成用センター装置10−r(Pr:r∈{1,2,…,t})の補完演算部17−1,17−s(図3及び図4:s∈{2,…,t})は、メモリ16−1,16−sに格納された分散値Sq,rから、排他的論理和
K[r]={(a1 [r],b1 [r]),(a2 [r],b2 [r]),…,(am [r],bm [r])}(ai [r]∈{0,1}、bi [r]∈{0,1}、i∈{1,2,…,m}) …(1)
を、それぞれ算出する。
After the t number of quantum state generation center devices 10-r (P r ) to cooperate, the t number of quantum state generation center devices 10-r (P r : rε {1, 2,..., T }) Complementary operation units 17-1, 17-s (FIG. 3 and FIG. 4: sε {2,..., T}) are distributed values S q, r stored in the memories 16-1, 16-s. From the exclusive OR
Are calculated respectively.
ここで、当然、各量子状態生成用センター装置10−r(Pr)は、全体秘密情報Kを知らず、他の量子状態生成用センター装置10−q(Pq)の秘密値σqも知らない。この例の量子状態生成用センター装置10−r(Pr)の補完演算部17−1,17−sは、メモリ16−1,16−sから分散値Sq,r、Sr,r及び点xq,r(r∈{1,2,…,t})を抽出し、ラグランジェ補完公式を用いて、
そして、量子状態生成用センター装置10−1(P1)の補完演算部17−1において生成された補完値K[1]は、量子状態生成部18−1に送られ(図3)、量子状態生成用センター装置10−s(Ps)の補完演算部17−sにおいて生成された補完値K[s]は、量子状態生成部18−sに送られる(図4)。 Then, the complementary value K [1] generated in the complementary calculation unit 17-1 of the quantum state generation center device 10-1 (P 1 ) is sent to the quantum state generation unit 18-1 (FIG. 3), and the quantum state generator for the center device 10-s (P s) complementary value K generated by the complement arithmetic unit 17-s of [s] is sent to the quantum state generator 18-s (Fig. 4).
次に、量子状態生成用センター装置10−1(P1)の量子状態生成部18−1(図3)において、補完値K[1]に対応する量子状態
ここで、式(2)を構成する
つまり、式(3)の量子状態は以下のように決められる。
|ψ0,0>=|ψ0>
|ψ1,0>=|ψ1>
|ψ0,1>=α|ψ0>+β|ψ1>
|ψ1,1>=β*|ψ0>‐α|ψ1>
具体的には、例えば、第1の基底を(|0>,|1>)とし、第2の基底を{(|0>+|1>)/√2,(|0>‐|1>)/√2}とした場合、
式(3)の量子状態は以下のように決められる。
That is, the quantum state of Equation (3) is determined as follows.
| Ψ 0,0 > = | ψ 0 >
| Ψ 1,0 > = | ψ 1 >
| Ψ 0,1 > = α | ψ 0 > + β | ψ 1 >
| Ψ 1,1 > = β * | ψ 0 > −α | ψ 1 >
Specifically, for example, the first basis is (| 0>, | 1>), and the second basis is {(| 0> + | 1>) / √2, (| 0> − | 1>). ) / √2}
The quantum state of equation (3) is determined as follows.
|ψ0,0>=|0>
|ψ1,0>=|1>
|ψ0,1>=(|0>+|1>)/√2
|ψ1,1>=(|0>‐|1>)/√2
このように量子状態生成部18−1で生成された量子状態|φ[1]>は量子送信部19−1に送られ、量子送信部19−1は、この量子状態|φ[1]>を量子状態生成用センター装置10−2(P2)に送信する(ステップS13)。
| Ψ 0,0 > = | 0>
| Ψ 1,0 > = | 1>
| Ψ 0,1 > = (| 0> + | 1>) / √2
| Ψ 1,1 > = (| 0> − | 1>) / √2
The quantum state | φ [1] > generated by the quantum state generation unit 18-1 in this way is sent to the quantum transmission unit 19-1, and the quantum transmission unit 19-1 receives this quantum state | φ [1] >. Is transmitted to the center device 10-2 (P 2 ) for quantum state generation (step S13).
その後、量子状態生成用センター装置10−2(P2),10−3(P3),…,10−t(Pt)という順番で以下の処理が繰り返される。以下では、記号s(s∈{2,…,t})を用い、これらの処理を一般化して記載する。
まず、量子状態生成用センター装置10−s(Ps:s∈{2,…,t})の量子受信部20−s(図4)が、量子状態生成用センター装置10−(s−1)(Ps−1)から送信された量子状態|φ[s‐1]>を受信する(ステップS16)。
Thereafter, the following processing is repeated in the order of quantum state generation center devices 10-2 (P 2 ), 10-3 (P 3 ),..., 10-t (P t ). In the following, the symbol s (sε {2,..., T}) is used, and these processes are generalized and described.
First, the quantum reception unit 20-s (FIG. 4) of the quantum state generation center device 10-s (P s : sε {2,..., T}) ) The quantum state | φ [s-1] > transmitted from (P s-1 ) is received (step S16).
受信された量子状態|φ[s‐1]>は、ユニタリ変換部21−sに送られ、ユニタリ変換部21−sは、この量子状態|φ[s‐1]>に対し、ステップS15で補完演算部17−sから送られた補完値K[s](r=sの場合における前述の式(1))に対応したユニタリ変換
なお、式(4)のUi [s](i∈{1,2,…,m})は、補完値K[s]の要素が、ai [s]=0の場合、受信された量子状態|φ[s‐1]>の要素である量子状態
具体的には、第1の基底を(|ψ0>,|ψ1>)とし、第2の基底を(α|ψ0>+β|ψ1>,β*|ψ0>‐α|ψ1>(|α|2+|β|2=1、αは実数、βは複素数))とした場合、Ui [s]は、
また、より具体的に、例えば、第1の基底を(|0>,|1>)とし、第2の基底を{(|0>+|1>)/√2,(|0>‐|1>)/√2}とした場合、Ui [s]は、
なお、「量子状態|ψ>にユニタリ変換Uを施す」とは、量子状態|ψ>=c1|ψ0>+c2|ψ1>を(ここで|ψ0>,|ψ1>を第1の基底とする。)、
以上のように生成された量子状態|φ[s]>は、量子送信部19−1に送られ、そこから量子通信路40を通じて、量子状態生成用センター装置10−(s+1)(Ps+1)に送信される(ステップS18)。なお、s=tの場合、この量子状態|φ[s]>は、例えば、以下に示す検証フェーズを最初に実行する量子状態生成用センター装置に送信される。図9の(a)は、以上の発行フェーズにおける量子状態の推移を示した図である。
The quantum state | φ [s] > generated as described above is sent to the quantum transmitter 19-1, from which the quantum state generating center device 10- (s + 1) (P s + 1 ) is transmitted through the
この図に示すように、量子状態生成用センター装置P1で生成された量子状態|φ[1]>は量子状態生成用センター装置P2に送られる。そして、量子状態生成用センター装置P2は、これに上述のユニタリ変換を施して量子状態|φ[2]>を生成して、これを次の量子状態生成用センター装置P3に送信する。そして、同様な処理を量子状態生成用センター装置Ptまで繰り返し、そこから出力される量子状態|φ[t]>を、全体秘密情報
[量子状態|φ[t]>が全体秘密情報Kに対応している理由]
前述のように、ユニタリ変換W[s]は式(4)で示され、式(4)のUi [s](i∈{1,2,…,m})は、補完値K[s]の要素が、ai [s]=0の場合、式(5)の量子状態が示すai [s-1]へ符号化した量子状態への変換を行い、ai [s]=1の場合、式(5)の量子状態が示すai [s-1]を反転させた量子状態への変換を行うユニタリ変換である。また、Vi [s]は、bi [s]=0の場合、式(5)の量子状態の基底で符号化した量子状態への変換を行い、bi [s]=1の場合、式(5)の量子状態の基底とは異なる基底で符号化した量子状態への変換を行うユニタリ変換である。
[Reason why quantum state | φ [t] > corresponds to global secret information K]
As described above, the unitary transformation W [s] is expressed by Expression (4), and U i [s] (i∈ {1, 2,..., M}) in Expression (4) is the complementary value K [s. elements] are, for a i [s] = 0, performs conversion to a quantum state of encoding to a i [s-1] indicated by the quantum state of the formula (5), a i [s ] = 1 Is a unitary transformation that performs transformation to a quantum state obtained by inverting a i [s-1] indicated by the quantum state of Equation (5). V i [s] is converted into a quantum state encoded by the base of the quantum state of Equation (5) when b i [s] = 0, and when b i [s] = 1, It is a unitary transformation that performs transformation to a quantum state encoded with a basis different from the basis of the quantum state of Equation (5).
これは、これらのユニタリ変換が、排他的論理和
<検証フェーズ>
図8は、本形態の検証フェーズを説明するためのフローチャートである。ここで(a)は、量子状態生成用センター装置10−c(Pc’:c∈{1,2…,t−1})の処理を示しており、(b)は、量子状態生成用センター装置10−t(Pt’)の処理を示している。
検証フェーズでは、すべての量子状態生成用センター装置から選択されたt個(2≦t≦n)の各量子状態生成用センター装置10−c,10−t(P1’,…,Pt’)が協力して、発行フェーズで生成された量子状態|φ>=|φ[0]’>の正当性を検証する。なお、この例では、量子状態生成用センター装置10−1(P1’)から量子状態生成用センター装置10−1(Pt’)にかけて連続的に処理を行うプロトコルを示すが、その順序は重要ではなく、どのような順序であってもよい。また、この検証フェーズに参加する量子状態生成用センター装置は、上述の発行フェーズに参加した量子状態生成用センター装置と同じでも異なっていてもよい。しかし、発行フェーズに参加した量子状態生成用センター装置が結託した不正を防止するためには、発行フェーズに参加していない量子状態生成用センター装置がこの検証フェーズに加わることが望ましい。
<Verification phase>
FIG. 8 is a flowchart for explaining the verification phase of this embodiment. Here, (a) shows the processing of the quantum state generation center device 10-c (P c ′: cε {1, 2,..., T−1}), and (b) shows the quantum state generation processing. The process of center apparatus 10-t ( Pt ') is shown.
In the verification phase, each of t (2 ≦ t ≦ n) quantum state generation center devices 10-c, 10-t (P 1 ′,..., P t ′) selected from all the quantum state generation center devices. ) Cooperate to verify the validity of the quantum state | φ> = | φ [0] '> generated in the issue phase. In this example, a protocol for continuously performing processing from the quantum state generation center device 10-1 (P 1 ') to the quantum state generation center device 10-1 (P t ') is shown. It is not important and can be in any order. Further, the quantum state generating center device participating in the verification phase may be the same as or different from the quantum state generating center device participating in the issuing phase. However, in order to prevent fraudulent collusion by the quantum state generation center device participating in the issue phase, it is desirable that the quantum state generation center device not participating in the issue phase participate in this verification phase.
まず、量子状態生成用センター装置P1’の量子受信部20−1(図5(a))において検証対象の量子状態|φ[0]’>を受信し(ステップS21)、これをユニタリ変換部21−1に送る。ユニタリ変換部21−1は、ステップS17と同様に、補完演算部17−1から送られた補完値K[1]に対応するユニタリ変換
その後、量子状態生成用センター装置10−2(P2’),10−3(P3),…,10−(t−1)(Pt−1)という順番で以下の処理が繰り返される。以下では、記号c(c∈{2,…,t‐1})を用い、これらの処理を一般化して記載する。
First, the quantum reception unit 20-1 (FIG. 5A) of the quantum state generation center device P 1 ′ receives the quantum state | φ [0] ′> to be verified (step S21) and converts it to unitary transformation. Send to part 21-1. The unitary conversion unit 21-1 performs unitary conversion corresponding to the complementary value K [1] sent from the complementary calculation unit 17-1, similarly to step S17.
Thereafter, the following processes are repeated in the order of quantum state generation center devices 10-2 (P 2 ′), 10-3 (P 3 ),..., 10- (t−1) (P t−1 ). In the following, these processes are generalized and described using the symbol c (cε {2,..., T−1}).
まず、量子状態生成用センター装置Pc’の量子受信部20−c(図5(b))が、量子状態生成用センター装置10−(c−1)(Pc−1’)から送信された量子状態|φ[c‐1]’>を受信し(ステップS21)、これをユニタリ変換部21−cに送る。ユニタリ変換部21−cは、この量子状態|φ[c‐1]’>に対し、ステップS17と同様に、補完演算部17−cから送られた補完値K[c]に対応するユニタリ変換
上記の処理を量子状態生成用センター装置10−(t−1)(Pt−1’)まで繰り返し、量子状態生成用センター装置Pt−1’から送信された量子状態|φ[t−1]’>は、量子状態生成用センター装置10−t(Pt’)の量子受信部20−tにおいて受信され(ステップS25)、ユニタリ変換部21−tに送られる。ユニタリ変換部21−tは、この量子状態|φ[t‐1]’>に対し、ステップS17と同様に、補完演算部17−tから送られた補完値K[t]に対応するユニタリ変換
生成された量子状態|φ[t]’>は観測部22−tに送られ、そこで基底(0,…,0)(すべて第1の基底)によって観測される(ステップS27)。その観測結果である2進数列(a1’,a2’,…,am’)は判定部23−tに送られ、判定部23−tは、この2進数列(a1’,a2’,…,am’)の要素ai’(i∈{1,…,m})がすべて0であるか否かを判断する(ステップS28)。ここで、この2進数列(a1’,a2’,…,am’)の何れかの要素ai’が0でなかった場合、判定部23−tは、検証対象の量子状態|φ[0]’>が不当であると判断する(ステップS30)。一方、すべての要素ai’が0であった場合には、検証対象の量子状態|φ[0]’>が正当であると判断する。 The generated quantum state | φ [t] ′> is sent to the observation unit 22-t, where it is observed by the basis (0,..., 0) (all are the first basis) (step S27). The binary sequence (a 1 ′, a 2 ′,..., A m ′), which is the observation result, is sent to the determination unit 23-t, which determines the binary sequence (a 1 ′, a 2 ′,..., A m ′), it is determined whether or not all elements a i ′ (iε {1,..., M}) are 0 (step S28). Here, when any element a i ′ of this binary number sequence (a 1 ′, a 2 ′,..., A m ′) is not 0, the determination unit 23-t determines the quantum state | It is determined that φ [0] ′> is invalid (step S30). On the other hand, if all elements a i ′ are 0, it is determined that the quantum state | φ [0] ′> to be verified is valid.
図9の(b)は、以上の検証フェーズにおける量子状態の推移を示した図である。
この図に示すように、量子状態生成用センター装置P1’に検証対象の量子状態|φ[0]’>を入力し、量子状態生成用センター装置P1’においてユニタリ変換を施して量子状態|φ[1]’>を生成する。生成された量子状態|φ[1]’>は量子状態生成用センター装置P2に送られ、その後同様な処理を量子状態生成用センター装置Pt−1まで繰り返し、最後の量子状態生成用センター装置Ptにおいて量子状態|φ[t−1]’>にユニタリ変換を施し、その結果である量子状態|φ[t]’>を観測して、検証対象の量子状態|φ[0]’>の正当性を判断する。
FIG. 9B is a diagram showing the transition of the quantum state in the above verification phase.
As shown in this figure, 'quantum states to be verified to | phi [0]' quantum state generating center device P 1 to enter>, quantum state by performing unitary transformation in the quantum state generating center device P 1 ' | Φ [1] '> is generated. The generated quantum state | φ [1] '> is sent to the quantum state generation center device P 2 , and then the same processing is repeated up to the quantum state generation center device P t−1 , and the last quantum state generation center The unit Pt is subjected to a unitary transformation on the quantum state | φ [t−1] '> in the device P t , the resulting quantum state | φ [t] '> is observed, and the quantum state to be verified | φ [0] ' Judge the validity of>.
[観測結果の要素ai’がすべて0である場合に正当であるといえる理由]
発行フェーズ(図9(a))では、量子状態生成用センター装置P1で補完値K[1]に対応する量子状態が生成され、t−1個の量子状態生成用センター装置Psおいて、それぞれ補完値K[s]に対応するユニタリ変換が施され、全体秘密情報Kに対応する量子状態が生成されている。ここで、補完値K[1]に対応する量子状態を生成することと、(0,…,0)に対応する量子状態に補完値K[1]に対応するユニタリ変換を施すことは同じ意味である。
[Reason why it can be said that the elements a i 'of the observation result are all zero]
In published phase (FIG. 9 (a)), the quantum state is generated corresponding to the complementary value K [1] in a quantum state generating center device P 1, t-1 one quantum state generating center apparatus P s Oite , The unitary transformation corresponding to the complementary value K [s] is performed, and the quantum state corresponding to the entire secret information K is generated. Here, generating a quantum state corresponding to the complementary value K [1], (0, ..., 0) is subjected to unitary transformation corresponding to the complementary value K [1] to the quantum state corresponding to the same meaning It is.
また、検証フェーズ(図9(b))では、t個の量子状態生成用センター装置Pc’において、それぞれ補完値K[c]に対応するユニタリ変換が施されている。
以上より、発行フェーズ全体としての操作結果は、検証フェーズ全体としての操作結果に等しい。そして、前述のように本形態では各ユニタリ変換が排他的論理和の演算に相当するのだから、発行フェーズと検証フェーズとを行うことは、同じ値同士の排他的論理和をとることに相当する。そのため、発行フェーズが正当であるならば、検証フェーズの出力値の観測結果は(0,…,0)になるはずである。これにより、発行フェーズで生成された量子状態の正当性を検証できる。
In the verification phase (FIG. 9B), unitary transformations corresponding to the complementary values K [c] are performed in the t quantum state generation center devices P c ′, respectively.
As described above, the operation result as the entire issue phase is equal to the operation result as the entire verification phase. As described above, in this embodiment, each unitary transformation corresponds to an exclusive OR operation, so performing the issue phase and the verification phase corresponds to taking the exclusive OR of the same values. . Therefore, if the issue phase is valid, the observation result of the output value in the verification phase should be (0,..., 0). Thereby, the validity of the quantum state generated in the issue phase can be verified.
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではない。例えば、すべての量子状態生成用センター装置が、図2〜5に示した構成を、すべて共通に具備することとしてもよい。また、上述の各種の処理は、記載に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されてもよい。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。ランダム値生成部11、秘密値生成部12、秘密分散部13、古典送信部14、古典受信部15、メモリ16及び補完演算部17等の古典情報を取り扱う機能を古典コンピュータによって実現する場合、各機能の処理内容はプログラムによって記述される。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、上記処理機能がコンピュータ上で実現される。
The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, all the quantum state generating center devices may have all the configurations shown in FIGS. The various processes described above are not only executed in time series according to the description, but may also be executed in parallel or individually as required by the processing capability of the apparatus that executes the processes. Needless to say, other modifications are possible without departing from the spirit of the present invention. When realizing a function for handling classical information such as a random value generating unit 11, a secret
また、量子状態生成部18、ユニタリ変換部21等の量子情報を取り扱う機能の制御を、古典コンピュータによって実現する場合、この制御機能の処理内容はプログラムによって記述される。なお、この場合のプログラムは、例えば、核スピンがキュービットに用いられる場合には、核スピンに当てる電磁波の周波数や時間の制御をコンピュータに実行させるためのプログラムを意味し、光子がキュービットに用いられる場合には、量子処理に必要な各光学素子の特性(例えば、ミラーの角度や位相シフタの制御電圧等)の制御をコンピュータに実行させるためのプログラムを意味する。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、上記制御機能がコンピュータ上で実現される。
Further, when the control of the functions that handle quantum information such as the quantum state generation unit 18 and the
これらの処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等どのようなものでもよいが、具体的には、例えば、磁気記録装置として、ハードディスク装置、フレキシブルディスク、磁気テープ等を、光ディスクとして、DVD(Digital Versatile Disc)、DVD−RAM(Random Access Memory)、CD−ROM(Compact Disc Read Only Memory)、CD−R(Recordable)/RW(ReWritable)等を、光磁気記録媒体として、MO(Magneto-Optical disc)等を、半導体メモリとしてEEP−ROM(Electronically Erasable and Programmable-Read Only Memory)等を用いることができる。 The program describing these processing contents can be recorded in a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium may be any medium such as a magnetic recording device, an optical disk, a magneto-optical recording medium, or a semiconductor memory. Specifically, for example, the magnetic recording device may be a hard disk device or a flexible Discs, magnetic tapes, etc. as optical disks, DVD (Digital Versatile Disc), DVD-RAM (Random Access Memory), CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory), CD-R (Recordable) / RW (ReWritable), etc. As the magneto-optical recording medium, MO (Magneto-Optical disc) or the like can be used, and as the semiconductor memory, EEP-ROM (Electronically Erasable and Programmable-Read Only Memory) or the like can be used.
また、このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したDVD、CD−ROM等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させる構成としてもよい。 The program is distributed by selling, transferring, or lending a portable recording medium such as a DVD or CD-ROM in which the program is recorded. Furthermore, the program may be distributed by storing the program in a storage device of the server computer and transferring the program from the server computer to another computer via a network.
このようなプログラムを実行するコンピュータは、例えば、まず、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、一旦、自己の記憶装置に格納する。そして、処理の実行時、このコンピュータは、自己の記録媒体に格納されたプログラムを読み取り、読み取ったプログラムに従った処理を実行する。また、このプログラムの別の実行形態として、コンピュータが可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することとしてもよく、さらに、このコンピュータにサーバコンピュータからプログラムが転送されるたびに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。また、サーバコンピュータから、このコンピュータへのプログラムの転送は行わず、その実行指示と結果取得のみによって処理機能を実現する、いわゆるASP(Application Service Provider)型のサービスによって、上述の処理を実行する構成としてもよい。なお、本形態におけるプログラムには、電子計算機による処理の用に供する情報であってプログラムに準ずるもの(コンピュータに対する直接の指令ではないがコンピュータの処理を規定する性質を有するデータ等)を含むものとする。
また、この形態では、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させることにより、本装置を構成することとしたが、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェア的に実現することとしてもよい。
A computer that executes such a program first stores, for example, a program recorded on a portable recording medium or a program transferred from a server computer in its own storage device. When executing the process, the computer reads the program stored in its own recording medium and executes the process according to the read program. As another execution form of the program, the computer may directly read the program from a portable recording medium and execute processing according to the program, and the program is transferred from the server computer to the computer. Each time, the processing according to the received program may be executed sequentially. Also, the program is not transferred from the server computer to the computer, and the above-described processing is executed by a so-called ASP (Application Service Provider) type service that realizes the processing function only by the execution instruction and result acquisition. It is good. Note that the program in this embodiment includes information that is used for processing by an electronic computer and that conforms to the program (data that is not a direct command to the computer but has a property that defines the processing of the computer).
In this embodiment, the present apparatus is configured by executing a predetermined program on a computer. However, at least a part of these processing contents may be realized by hardware.
本発明の産業上の利用分野としては、量子通信における分散暗号(しきい値暗号)等を例示できる。具体的には、本発明は、例えば、量子現金、量子投票、量子入札等に応用できる。 As an industrial application field of the present invention, distributed cipher (threshold cipher) in quantum communication can be exemplified. Specifically, the present invention can be applied to, for example, quantum cash, quantum voting, quantum bidding, and the like.
1 量子状態生成システム
10 量子状態生成用センター装置
DESCRIPTION OF
Claims (10)
各量子状態生成用センター装置Pj(j∈{1,2,…,n})の秘密値生成部が、それぞれの秘密値σj={(aj,1,bj,1),(aj,2,bj,2),…,(aj,m,bj,m)}(aj,i∈{0,1}、bj,i∈{0,1}、i∈{1,2,…,m}、mは自然数)を生成する秘密値生成ステップと、
各量子状態生成用センター装置Pjの秘密分散部が、上記秘密値σjの分散値Sj,q(q∈{1,2,…,n})を生成する分散値生成ステップと、
各量子状態生成用センター装置Pjの古典送信部が、上記分散値Sj,qを量子状態生成用センター装置Pqに秘密送信する分散値送信ステップと、
各量子状態生成用センター装置Pjの古典受信部が、他の量子状態生成用センター装置Pqから送信された分散値Sq,jを受信する分散値受信ステップと、
t個(2≦t≦n)の各量子状態生成用センター装置Pr(r∈{1,2,…,t})の補完演算部が、全体秘密情報Kを知ることなく、分散値Sq,rから、排他的論理和
量子状態生成用センター装置P1の量子状態生成部が、量子状態
量子状態生成用センター装置P1の量子送信部が、上記量子状態|φ[1]>を量子状態生成用センター装置P2に送信する第1の量子状態送信ステップと、
量子状態生成用センター装置Ps(s∈{2,…,t})の量子受信部が、量子状態生成用センター装置Ps−1から送信された量子状態|φ[s‐1]>を受信する量子状態受信ステップと、
量子状態生成用センター装置Psのユニタリ変換部が、上記量子状態|φ[s‐1]>に対し、ユニタリ変換
上記量子状態|φ[s‐1]>に上記ユニタリ変換W[s]を施した結果である量子状態|φ[s]>を、量子状態生成用センター装置Psの量子送信部が送信する第2の量子状態送信ステップと、
を有すること特徴とする量子状態生成方法。 A quantum state generation method executed by n (n ≧ 2) quantum state generation center devices,
The secret value generating unit of each quantum state generating center device P j (j∈ {1, 2,..., N}) performs the respective secret values σ j = {(a j, 1 , b j, 1 ), ( aj, 2 , bj , 2 ), ..., ( aj, m , bj , m )} ( aj, i [ epsilon] {0,1}, bj , i [ epsilon] {0,1}, i [epsilon] {1, 2,..., M}, where m is a natural number)
A distributed value generating step in which the secret sharing unit of each quantum state generating center device P j generates a distributed value S j, q (qε {1, 2,..., N}) of the secret value σ j ;
A distributed value transmission step in which the classical transmission unit of each quantum state generation center device P j secretly transmits the dispersion values S j, q to the quantum state generation center device P q ;
A dispersion value receiving step in which the classical reception unit of each quantum state generation center device P j receives the dispersion values S q, j transmitted from the other quantum state generation center devices P q ;
The complementary operation units of the t (2 ≦ t ≦ n) quantum state generation center devices P r (rε {1, 2,..., t}) do not know the entire secret information K, and the variance value S From q and r , exclusive OR
The quantum state generation unit of the quantum state generation center device P 1
A first quantum state transmitting step in which a quantum transmitter of the quantum state generating center device P 1 transmits the quantum state | φ [1] > to the quantum state generating center device P 2 ;
The quantum receiving unit of the quantum state generating center device P s (sε {2,..., T}) receives the quantum state | φ [s-1] > transmitted from the quantum state generating center device P s-1. Receiving a quantum state receiving step;
The unitary transformation unit of the quantum state generation center device P s performs unitary transformation on the quantum state | φ [s-1] >.
The quantum state | φ [s-1]> the quantum state is a result of applying the unitary transformation W [s] | a φ [s]>, quantum transmitter portion of the quantum state generating center apparatus P s to send A second quantum state transmission step;
A quantum state generation method characterized by comprising:
上記分散値生成ステップは、
有限体GF(2N)(N=2m)上でSj,q=fj(xj,q)とσj=fj(0)(fj(x)は(t−1)次多項式)とを満たす、n個の分散値Sj,qとn個の異なる点xj,q(q∈{1,2,…,n})とを、各量子状態生成用センター装置Pjの秘密分散部が算出するステップであり、
上記分散値送信ステップは、
各量子状態生成用センター装置Pjの古典送信部が、さらに上記n個の異なる点xj,qを各量子状態生成用センター装置に送信するステップであり、
上記分散値受信ステップは、
各量子状態生成用センター装置Pjの古典受信部が、さらに他の量子状態生成用センター装置Pqから送信されたn個の異なる点xq,jを受信するステップであり、
上記補完値算出ステップは、t個の各量子状態生成用センター装置Prの補完演算部が、
ことを特徴とする量子状態生成方法。 The quantum state generation method according to claim 1,
The variance value generation step includes
On the finite field GF (2 N ) (N = 2m), S j, q = f j (x j, q ) and σ j = f j (0) (f j (x) is a (t−1) degree polynomial. ) Satisfying the equation, n dispersion values S j, q and n different points x j, q (qε {1, 2,..., N}) are represented by each quantum state generating center device P j . A step of calculating by the secret sharing unit,
The distributed value transmission step includes
The classical transmission unit of each quantum state generation center device P j further transmits the n different points x j, q to each quantum state generation center device,
The distributed value receiving step includes
The classical reception unit of each quantum state generation center device P j receives n different points x q, j transmitted from the other quantum state generation center devices P q ,
In the complementary value calculation step, the complementary calculation units of the t quantum state generating center devices Pr include
A quantum state generation method characterized by the above.
上記第1の基底は、
(|ψ0>,|ψ1>)
であり、
上記第2の基底は、
(α|ψ0>+β|ψ1>,β*|ψ0>‐α|ψ1>)
(|α|2+|β|2=1、αは実数、βは複素数、β*はβの共役複素数)
であり、
上記ユニタリ変換W[s]のUi [s]は、
Vi [s]は、
ことを特徴とする量子状態生成方法。 The quantum state generation method according to claim 1 or 2,
The first basis is
(| Ψ 0 >, | ψ 1 >)
And
The second basis is
(Α | ψ 0 > + β | ψ 1 >, β * | ψ 0 > -α | ψ 1 >)
(| Α | 2 + | β | 2 = 1, α is a real number, β is a complex number, β * is a conjugate complex number of β)
And
U i [s] is the unitary transformation W [s],
V i [s] is
A quantum state generation method characterized by the above.
上記第1の基底は、
(|0>,|1>)
であり、
上記第2の基底は、
{(|0>+|1>)/√2,(|0>‐|1>)/√2}
であり、
上記ユニタリ変換W[s]のUi [s]は、
Vi [s]は、
ことを特徴とする量子状態生成方法。 The quantum state generation method according to claim 1 or 2,
The first basis is
(| 0>, | 1>)
And
The second basis is
{(| 0> + | 1>) / √2, (| 0> − | 1>) / √2}
And
U i [s] is the unitary transformation W [s],
V i [s] is
A quantum state generation method characterized by the above.
量子状態生成用センター装置P1’のユニタリ変換部が、検証対象の量子状態|φ[0]’>に対し、ユニタリ変換
上記量子状態|φ[0]’>に上記ユニタリ変換W[1]を施した結果である量子状態|
φ[1]’>を、量子状態生成用センター装置P1’の量子送信部が量子状態生成用センター装置P2’に送信するステップと、
量子状態生成用センター装置Pc’(c∈{2,…,t‐1})のユニタリ変換部が、量子状態生成用センター装置Pc−1’から送信された量子状態|φ[c‐1]’>に対し、ユニタリ変換
上記量子状態|φ[c‐1]’>に上記ユニタリ変換W[c]を施した結果である量子状態|φ[c]’>を、量子状態生成用センター装置Pc’の量子送信部が量子状態生成用センター装置Pc+1’に送信するステップと、
量子状態生成用センター装置Pt’のユニタリ変換部が、量子状態生成用センター装置Pt−1’から送信された量子状態|φ[t‐1]’>に対し、ユニタリ変換
上記量子状態|φ[t‐1]’>にユニタリ変換W[t]を施した結果を、量子状態生成用センター装置Pt’の観測部が基底(0,…,0)(すべて第1の基底)で観測するステップと、
上記量子状態生成用センター装置Pt’の観測部における観測結果である2進数列(a1’,a2’,…,am’)の何れかの要素ai’が0でなかった場合、判定部において、上記検証対象の量子状態|φ[0]’>は不当であると判断するステップと、
を有することを特徴とする量子状態生成方法。 A quantum state generation method according to any one of claims 1 to 4,
The unitary transformation unit of the quantum state generation center device P 1 ′ performs unitary transformation on the quantum state | φ [0] ′> to be verified.
Quantum state that is the result of applying the unitary transformation W [1] to the quantum state | φ [0] '>
φ [1] '> is transmitted from the quantum transmitter of the quantum state generating center device P 1 ′ to the quantum state generating center device P 2 ′;
Quantum state generating center apparatus P c '(c∈ {2, ..., t-1}) unitary transformation unit of the quantum state generating center apparatus P c-1' quantum state transmitted from | phi [c- 1] Unit conversion for '>
The quantum state | φ [c-1] ' > to the unitary transformation W quantum state is a result of applying the [c] | φ [c] 'a>, quantum transmitting unit of the quantum state generating center apparatus P c ' Transmitting to the quantum state generating center device P c + 1 ′,
The unitary transformation unit of the quantum state generation center device P t ′ performs unitary transformation on the quantum state | φ [t−1] ′> transmitted from the quantum state generation center device P t-1 ′.
The result of unitary transformation W [t] applied to the quantum state | φ [t-1] '> is obtained from the observation unit of the quantum state generation center device P t ' using the basis (0, ..., 0) (all first Observing at the base of
When any element a i ′ of the binary sequence (a 1 ′, a 2 ′,..., A m ′) which is an observation result in the observation unit of the quantum state generating center device P t ′ is not 0 The determination unit determines that the quantum state | φ [0] '> to be verified is invalid;
A quantum state generation method comprising:
上記秘密値σ1の分散値S1,q(q∈{1,2,…,n})を生成する秘密分散部と、
上記分散値S1,qを他の量子状態生成用センター装置Pqに秘密送信する古典送信部と、
他の量子状態生成用センター装置Pqから送信された分散値Sq,1を受信する古典受信部と、
上記分散値Sq,1から、排他的論理和
量子状態
上記量子状態|φ[1]>を量子状態生成用センター装置P2に送信する量子送信部と、
を有することを特徴とする量子状態生成用センター装置。 Secret value σ 1 = {(a 1,1 , b 1,1 ), (a 1,2 , b 1,2 ), ..., (a 1, m , b 1, m )} (a 1, i ∈ {0, 1}, b 1, i ∈ {0, 1} , i ∈ {1, 2,..., M}, where m is a natural number)
A secret sharing unit that generates a distributed value S 1, q (qε {1, 2,..., N}) of the secret value σ 1 ;
A classical transmission unit that secretly transmits the dispersion value S1 , q to another quantum state generation center device Pq ;
A classical reception unit that receives the dispersion value S q, 1 transmitted from another quantum state generating center device P q ;
From the variance S q, 1 , the exclusive OR
Quantum state
A quantum transmitter that transmits the quantum state | φ [1] > to the quantum state generating center device P 2 ;
A quantum state generating center device characterized by comprising:
上記秘密値σsの分散値Ss,q(q∈{1,2,…,n})を生成する秘密分散部と、
上記分散値Ss,qを他の量子状態生成用センター装置Pqに秘密送信する古典送信部と、
他の量子状態生成用センター装置Pqから送信された分散値Sq,sを受信する古典受信部と、
上記分散値Sq,sから、全体秘密情報Kを知ることなく、排他的論理和
1}、i∈{1,2,…,m})を算出する補完演算部と、
量子状態生成用センター装置Ps−1から送信された量子状態
上記量子状態|φ[s‐1]>に対し、ユニタリ変換
上記ユニタリ変換部における演算結果である量子状態|φ[s]>を送信する量子送信部と、
を有することを特徴とする量子状態生成用センター装置。 Secret value σ s = {(a s, 1 , b s, 1 ), (a s, 2 , b s, 2 ), ..., (a s, m , b s, m )} (a s, i ∈ {0,1}, b s, i ∈ {0,1}, i∈ {1, 2,..., M}, s∈ {2,..., T}, 2 ≦ t ≦ n, n is 2 or more A secret value generator that generates a natural number, m is a natural number),
A secret sharing unit that generates a distributed value S s, q (qε {1, 2,..., N}) of the secret value σ s ;
A classical transmission unit that secretly transmits the dispersion value S s, q to another quantum state generation center device P q ;
A classical receiver that receives the dispersion values S q, s transmitted from the other quantum state generating center device P q ;
Without knowing the total secret information K from the variance values S q, s , exclusive OR
1}, i∈ {1, 2,..., M}),
Quantum state transmitted from center device P s-1 for quantum state generation
Unitary transformation for the quantum state | φ [s-1] >
A quantum transmitter that transmits a quantum state | φ [s] > that is a calculation result in the unitary converter;
A quantum state generating center device characterized by comprising:
上記補完演算部は、
有限体GF(2N)(N=2m)上でSr,q=fr(xr,q)とσr=fr(0)(fr(x)は(t−1)次多項式)とを満たす、n個の分散値Sr,qとn個の異なる点xr,q(q∈{1,2,…,n})とを算出し、
上記古典送信部は、
さらに上記n個の異なる点xr,qを各量子状態生成用センター装置に送信し、
上記古典受信部は、
さらに他の量子状態生成用センター装置Pqから送信されたn個の異なる点xq,rを受信し、
上記補完演算部は、
ことを特徴とする量子状態生成用センター装置。 The quantum state generating center device according to claim 6 or 7,
The above complement calculation unit
On a finite field GF (2 N ) (N = 2m), S r, q = f r (x r, q ) and σ r = f r (0) (f r (x) is a (t−1) degree polynomial. ) And n variance values S r, q and n different points x r, q (qε {1, 2,..., N}) satisfying
The classical transmitter is
Further, the n different points x r, q are transmitted to each quantum state generating center device,
The classical receiver is
Furthermore, n different points x q, r transmitted from other quantum state generating center device P q are received,
The above complement calculation unit
A quantum state generating center device.
上記第1の基底は、
(|ψ0>,|ψ1>)
であり、
上記第2の基底は、
(α|ψ0>+β|ψ1>,β*|ψ0>‐α|ψ1>)
(|α|2+|β|2=1、αは実数、βは複素数、β*はβの共役複素数)
であり、
上記ユニタリ変換W[s]のUi [s]は、
Vi [s]は、
ことを特徴とする量子状態生成用センター装置。 The center device for quantum state generation according to claim 7,
The first basis is
(| Ψ 0 >, | ψ 1 >)
And
The second basis is
(Α | ψ 0 > + β | ψ 1 >, β * | ψ 0 > -α | ψ 1 >)
(| Α | 2 + | β | 2 = 1, α is a real number, β is a complex number, β * is a conjugate complex number of β)
And
U i [s] is the unitary transformation W [s],
V i [s] is
A quantum state generating center device.
上記第1の基底は、
(|0>,|1>)
であり、
上記第2の基底は、
{(|0>+|1>)/√2,(|0>‐|1>)/√2}
であり、
上記ユニタリ変換W[s]のUi [s]は、
Vi [s]は、
ことを特徴とする量子状態生成用センター装置。 The center device for quantum state generation according to claim 7,
The first basis is
(| 0>, | 1>)
And
The second basis is
{(| 0> + | 1>) / √2, (| 0> − | 1>) / √2}
And
U i [s] is the unitary transformation W [s],
V i [s] is
A quantum state generating center device.
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