JP4696222B2 - 量子暗号プロトコル - Google Patents
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Description
したがって、RReceiver(δc)≒p2で、δ>δcであるときにのみ、すべての通過するパルスに対してPNS攻撃を行うことができ、すなわち、ファイバー減衰のために受信手段が予想する損失が、光子を記憶、遮断するスパイの行動によって導入されたものと等しくなる。より短い距離では、スパイは、何もせずに自分が完全に理解したチャンネルでパルスの部分qを送り、パルスの残りの1−q部分に対してPNS攻撃を行う。受信手段は未加工の検出率を、(4)式より測定する。
パラメータqは、RReceiver│Spy(q)=RReceiver(δ)となるように選択される。
発信手段によって送られたビットでスパイが得る情報は、(5)式で求められ、当然受信手段が少なくとも1つの光子を受信していると仮定すると、スパイが何もしない場合は0であり、PNS攻撃を行った場合は1である。
量子チャンネルの臨界長は、条件RReceiver(δc)=RReceiver│Spy(q=0)によって決定される。平均光子数μ=0.1の場合、δc=13[dB]となり、これはほぼ50km(α=0.25[dB/km])の距離に相当する。
Nicolas Gisin, Gregoire, Ribordy, Wolfgang Tittel, and Hugo Zbinden, "Quantum Cryptography", Rev. of Mod. Phys. 74, (2002). Charles Bennett and Gilles Brassard, in Proceedings IEEE Int. Conf. on Computers, Systems and Signal Processing, Bangalore, India (IEEE, New York, 1984), pp. 175−179. Charles Bennett, Phys. Rev. Lett. 68, 3121 (1992). Gilles Brassard, Norbert Lutkenhaus, Tal Mor, and Barry C. Sanders, Phys. Rev. Lett. 85, 1330 (2000).
セットAの状態の部分1−ηは、このフィルタを通過する。通過する状態の場合、σxのフォンノイマン測定によってそれらの区別が可能になる。発信手段は、各量子システムに、2つのフィルタFA又はFBのいずれかを無作為に適用し、結果に対するσxを測定する。次に、発信手段は、ビットごとに関連する量子システムがセットAまたはBのどちらに属するかを公開する。その後、受信手段は、自分が誤ったフィルタを選択したすべての項目を破棄し、発信手段に通知する。
ここには好ましい実施の形態の詳細な説明が与えられている。しかし、本発明を様々な形態で実施してもよい。したがって、ここに開示された特定の詳細は限定するものとして解釈されるべきではなく、請求の範囲の基礎として、かつ本発明は事実上どのような適切な細部を備えるシステム、構造または方法でも用いられることを当業者に教示するための代表的な基礎として解釈されるべきである。
セットAの状態の部分1−ηはこのフィルタを通過する。通過する状態の場合、σxのフォンノイマン測定によってそれらの区別が可能になる。検出ユニット42は一般化測定の結果を記録する。発信手段の処理ユニット43は、各量子ビットに、2つのフィルタFA又はFBのいずれかを無作為に適用し、結果に対するσxを測定する。次に、発信手段はビットごとにセットA又はBを公開する。その後、受信手段は自分が誤ったフィルタを選択したすべての項目を破棄し、従来のチャンネル30でメッセージにより発信手段に通知する。
11 発生源
12 準備装置
13 処理ユニット
20 量子チャンネル
30 従来のチャンネル
40 受信手段
41 分析装置
42 検出ユニット
43 処理ユニット
Claims (10)
- 非理想素量システムを用いた量子暗号装置のための安全な暗号化キーの交換方法であって、
前記装置が、量子チャンネルと従来の通信チャンネルによって接続されている発信手段及び受信手段を備え、
前記発信手段が、各ビットを少なくとも2つの適切なセットに属する一対の非直交状態において、無作為に暗号化し、
すべてのセットの量子状態の重複を同時に減少させる量子演算が、1つも存在せず、
前記発信手段が、暗号化ビットを量子チャンネルに沿って前記受信手段へ送り、
前記受信手段が、前記適切なセット内の分析測定を無作為に選択し、
前記発信手段が、設定された情報を前記従来の通信チャンネルに沿って送り、
前記受信手段が、受信暗号化ビットに関してそれらが属するセットに不適合な異なる分析測定を選択したもののすべてを破棄し、適切な情報を前記従来の通信チャンネルに沿って前記発信手段へ送る、方法。 - 前記発信手段が暗号化ビットを量子チャンネルに沿って前記受信手段へ送る段階において、前記発信手段と前記受信手段との間で、弱いコヒーレント状態が交換される、請求項1に記載の方法。
- 前記弱いコヒーレント状態が、0.5光子よりも少ない、好ましくは、0.1光子よりも少ないパルス毎平均光子数を有するレーザーパルスである、請求項2に記載の方法。
- いくつかの暗号化ビットが送信された後で、プロトコルステップが行われ、前記プロトコルステップでは、発信手段及び受信手段が、発信手段と受信手段との間で共有されるが、前記量子チャンネルと公共チャンネルを監視している場合がある他のすべてのユニットに対しては秘密とされる、一連の暗号化キー情報について合意するか、あるいは、前記暗号化ビットを前記暗号化キー情報として安全に用いることができないという結論に達する、請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
- 非理想素量状態を用いた量子暗号システムのための安全な暗号化キーの交換方法であって、
鍵値が、確率的であるか否かに関わらず、すべてのセットの状態の重複を同時に減少させる単一の量子演算を発見することができないことを特徴とする、少なくとも2つのセットの非直交量子状態に暗号化される、方法。 - 安全な暗号化キー情報を交換するための非理想素量状態を用いた量子暗号システムであって、前記量子暗号システムが、
非理想素量状態の発生源と、
量子チャンネルと従来の通信チャンネルによって接続されている、発信手段及び受信手段を具備してなり、
前記発信手段が、少なくとも2つの適切なセットに属するランダム非直交量子状態の準備を可能にする乱数発生器を備えるか、あるいは、それに接続され、
すべてのセットの量子状態の重複を同時に減少させる量子演算が1つも存在せず、
前記受信手段が、前記量子状態のための分析測定の選択を可能にする乱数発生器を備えるか、あるいは、それに接続され、
前記発信手段が、暗号化ビットを前記量子チャンネルに沿って前記受信手段へ送ることができ、かつ、設定された情報を前記従来の通信チャンネルに沿って送ることができ、
前記受信手段が、異なる分析測定を選択したすべての受信暗号化ビットを破棄し、適切な情報を前記従来の通信チャンネルに沿って前記発信手段へ送ることができる、量子暗号システム。 - 前記発生源がレーザー源であり、前記発信手段が、0.5光子よりも少ない、好ましくは、0.1光子よりも少ないパルス毎平均光子数を有するレーザーパルスを送る準備装置を備える、請求項7に記載の量子暗号システム。
- 発信手段及び受信手段の両方が、いくつかの暗号化ビットの送信された後でプロトコルステップを行うことができる処理ユニットを備え、前記プロトコルステップでは、発信手段及び受信手段が、発信手段と受信手段との間で共有されるが、前記量子チャンネルと公共チャンネルを監視している場合がある他のすべてのユニットに対しては秘密とされる、一連の暗号化キー情報について合意するか、あるいは、前記暗号化ビットを暗号化キー情報として安全に用いることができないという結論に達する、請求項7に記載の量子暗号システム。
- ビット毎に、前記発信手段が、0に対して、│±x〉をコード化し、かつ、1に対して、│±y〉をコード化するという規約によって、2つのセットに属する一対の非直交状態を示す4つの状態│±x〉又は│±y〉のいずれかを無作為に用い、それを前記量子チャンネルに沿って前記受信手段へ送り、前記受信手段が、σx又はσyを無作為に測定し、前記発信手段がω,ω´∈{+,−}のとき、4対の非直交状態のいずれかAω,ω´={│ωx〉,│ω´x〉}を公示し、前記状態のうちの1つが、前記従来の通信チャンネルに沿って適切なメッセージを送ることによって前記発信手段が送ったものであり、前記受信手段が、前記発信手段が公開した両方の状態に対して、前記受信手段が得た測定結果が可能であるすべての受信暗号化ビットを破棄し、かつ、適切な情報を前記従来の通信チャンネルに沿って前記発信手段へ送り、前記受信手段が、前記発信手段が実際に送った状態を演繹し、対応するビットを鍵に加える、請求項1に記載の方法。
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