JP4882491B2 - Quantum cryptographic communication device, communication terminal, and additional information transmission method - Google Patents

Quantum cryptographic communication device, communication terminal, and additional information transmission method Download PDF

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Description

この発明は、量子暗号に基づく通信処理を実行する量子暗号通信装置、通信端末および付加情報送信方法に関する。   The present invention relates to a quantum cryptography communication device, a communication terminal, and an additional information transmission method that execute communication processing based on quantum cryptography.

詳しくは、この発明は、送信者側端末から受信者側端末に比較的強度の強い参照光と、パルス毎にランダムな位相変調を加えた微弱な信号光とを送り、受信者側端末で信号光または参照光にさらにランダムな位相変調を加えた後、これら参照光および信号光に基づいてホモダイン検波を行って通信情報を得るものにあって、送信者側端末で、信号光の強度を強くすると共にこの信号光の位相を上述のランダムな位相変調に係る複数の基底を構成する位相のいずれにも直交しない位相とするか、あるいは送信者端末側で、信号光の強度を強くすると共にこの信号光に上述のランダムな位相変調に係る複数の基底のうち特定の基底を構成する位相となる位相変調を加え、受信者側端末で信号光または参照光に上述の特定の基底を構成する位相となる位相変調を加え、受信者側端末でホモダイン検波の出力として付加情報を得る構成とすることによって、送信者側端末から受信者側端末に付加情報を良好に送信できるようにした量子暗号通信装置等に係るものである。   Specifically, the present invention sends a relatively strong reference light and a weak signal light with random phase modulation for each pulse from the sender side terminal to the receiver side terminal, and the receiver side terminal sends a signal. After random phase modulation is further applied to the light or reference light, homodyne detection is performed based on the reference light and signal light to obtain communication information. The transmitter side terminal increases the intensity of the signal light. In addition, the phase of the signal light is set to a phase that is not orthogonal to any of the phases constituting the plurality of bases related to the random phase modulation described above, or the transmitter terminal side increases the intensity of the signal light and The phase that forms the specific base among the plurality of bases related to the above-mentioned random phase modulation is added to the signal light, and the phase that forms the specific base in the signal light or reference light at the receiver side terminal And Quantum cryptography communication device that can transmit additional information from the sender-side terminal to the receiver-side terminal by adding phase modulation and obtaining additional information as the output of homodyne detection at the receiver-side terminal, etc. It is related to.

現在世界は、高度情報化社会に突入している。情報は、通信の形で、人々に届けられる。通信における情報の担体はその、高速性、耐減衰性などから光が用いられている。光通信は、このように情報化社会に欠くことのできないものであるが、恒に、盗聴という危機に晒されている。   The world is now entering an advanced information society. Information is delivered to people in the form of communications. Light is used as a carrier for information in communication because of its high speed and attenuation resistance. Optical communication is indispensable to the information society in this way, but it is constantly in danger of eavesdropping.

盗聴に対しては、情報を暗号化することで対処する事ができる。鍵をあらかじめ共有した上で暗号化するDES,AES,などや、暗号化の鍵を公開し誰でもが暗号文を作れるが、それを解読できるのは、復号鍵を知っている正当な受信者のみ、というRSAなどの公開鍵暗号などがある。   Eavesdropping can be dealt with by encrypting information. DES, AES, etc. that encrypts after sharing the key in advance, and anyone can make ciphertext by releasing the encryption key, but it can be decrypted only by a legitimate recipient who knows the decryption key Public key cryptography such as RSA.

これらの鍵の安全性は、盗聴者が復号鍵を、平文や暗号文の集合や公開されている暗号鍵からのみでは、知ることができないという仮定によっている。これらから、復号鍵を計算できないことが、これらの暗号は、計算量的安全性を持つ、といわれている理由である。しかし、この安全性は、解読法、計算能力の発展と向上によって絶えず脅威に晒されているとともに、未発表の効率の良い解読法があるのではないか、という恐れもある。   The security of these keys is based on the assumption that an eavesdropper cannot know the decryption key only from a plaintext, a set of ciphertexts, or a public encryption key. The reason why the decryption key cannot be calculated from these is the reason why these ciphers are said to have computational security. However, this security is constantly threatened by the development and improvement of cryptanalysis and computing power, and there is a fear that there may be unpublished efficient cryptanalysis.

安全性の根拠を計算量的安全性に求めずに、量子力学的な不確定性を利用して、盗聴者の得る情報量をゼロにするような暗号方法は、量子暗号と呼ばれ近年盛んに研究されるようになってきた。   An encryption method that uses quantum mechanical uncertainty to zero the amount of information obtained by an eavesdropper without seeking the basis of security for computational security is called quantum cryptography, and has been popular recently. Has come to be studied.

量子暗号は主に光通信の分野で研究開発が進んでいる。光子一個程度の微弱な信号光の、位相や偏光などの状態を非直交な複数の基底の上でそれぞれ0,1に対応させてマッピングして信号としている。光子数一個程度なので、分岐による盗聴は不可能である。また非直交性により信号を増幅しても元の状態と同じ状態にはならなくなり(量子非複製定理)、盗聴者の、増幅-分岐という攻撃を無効にすることができる。   Quantum cryptography is being researched and developed mainly in the field of optical communications. The signal such as the phase and polarization of weak signal light of about one photon is mapped on a plurality of non-orthogonal bases corresponding to 0 and 1, respectively, to obtain a signal. Since there are only one photon, wiretapping by branching is impossible. In addition, even if the signal is amplified due to non-orthogonality, it does not become the same as the original state (quantum non-replication theorem), and the eavesdropper's attack of amplification-branching can be nullified.

これら信号の持つ量子性を利用して、盗聴されても信号が届かなくなったり、信号の性質が変わったりするため、盗聴を検出できる暗号システムが提案されてきた。
これを実用化するためには、しかし重大な問題が有る。それは、送受信端での同期の問題である。元々量子暗号に使う信号は、送信端で平均光子数一個程度なのであり、光ファイバの損失は0.2dB/km以上なので、量子暗号情報を遠くに伝送しようとするときは、100kmでは、信号は100分の1以下になる。
Using the quantum nature of these signals, even if an eavesdropper is used, the signal cannot reach or the nature of the signal changes. Therefore, an encryption system that can detect eavesdropping has been proposed.
However, there are serious problems in putting this into practical use. That is a synchronization problem at the transmitting and receiving ends. The signal originally used for quantum cryptography has an average number of photons of about one at the transmitting end, and the loss of the optical fiber is 0.2 dB / km or more. Therefore, when trying to transmit quantum cryptography information at a distance of 100 km, Becomes 1/100 or less.

これは、100回に一回程度しか信号が受信端にこないことを表している。これでは事実上ビット同期が取れない。この場合のビット同期とは有るタイムスロットル中の何番目に送ったパルスかを同定することである。そのために、外部のラインを使って同期クロックを送ったり、同一の光ファイバ中を別の波長で充分な光量を持った減衰に強い光信号で、クロックパルスを送ったりしている。   This represents that the signal reaches the receiving end only once every 100 times. This effectively prevents bit synchronization. Bit synchronization in this case is to identify the number of pulses sent in a certain time throttle. For this purpose, a synchronous clock is sent using an external line, or a clock pulse is sent with an optical signal having a sufficient amount of light at a different wavelength in the same optical fiber and strong against attenuation.

しかし、外部ラインでは、本信号ラインでのジッタの吸収が困難でビットのスロットルの同定が難しく、同一光ファイバ中の別波長方式では、クロックパルスのラマン散乱光が信号光の邪魔をするなど、信号自身でビット同期が取れないことの本質的な問題が現れている。   However, in the external line, it is difficult to absorb the jitter in this signal line and it is difficult to identify the bit throttle. In another wavelength system in the same optical fiber, the Raman scattered light of the clock pulse interferes with the signal light, etc. The essential problem of not being able to achieve bit synchronization with the signal itself has emerged.

量子暗号通信には、暗号の載った微弱な信号光と通常の光の強さを持った参照光を利用する、連続変量量子暗号という分野がある(特許文献1,2参照)。すなわち、この連続変量量子暗号では、コヒーレント光のパルスを、二つに分離し、一方を光子一個レベルに減衰しそこに送信情報を位相変化として載せて信号光とする。この位相は、基底の異なる2種類からなり、送信する基底はビット毎にランダムに選ばれる。もう一方の光パルスは参照光としてそのままの位相、強度で送信する。受信側はこの参照光と信号光をホモダイン検波することにより信号光の位相情報を取り出す。   The quantum cryptography communication has a field called continuous variable quantum cryptography that uses weak signal light with cipher and reference light having normal light intensity (see Patent Documents 1 and 2). That is, in this continuous variable quantum cryptography, the pulse of coherent light is separated into two, one is attenuated to the level of one photon, and the transmission information is loaded thereon as a phase change to obtain signal light. This phase consists of two types having different bases, and the base to be transmitted is randomly selected for each bit. The other optical pulse is transmitted as the reference light with the same phase and intensity. The receiving side takes out the phase information of the signal light by homodyne detection of the reference light and the signal light.

この量子暗号の通信方法から自明なように、ビット同期は光量の大きな参照光が必ず受信側に届くため、そこからクロックの情報を取り出すことができる、これに関しては、特許文献1に記載されている。
特開2000−101570号公報 特開2005−286485号公報
As is obvious from this quantum cryptography communication method, since the reference light having a large amount of light always reaches the receiving side in the bit synchronization, the clock information can be extracted therefrom. This is described in Patent Document 1. Yes.
JP 2000-101570 A JP 2005-286485 A

通信を効率良く成立させるためには、ビット同期のうえに、さらにビットのあるまとまりを他のまとまりと区別するためのフレーム同期と呼ばれるものが必要になる。フレーム同期は通常特殊な符号を使い他の信号との分離を良くしている。例えばギガビットイーサネット([イーサネット」は登録商標)におけるコンマシーケンスでは通常の8B10B符号では出現しないパターンを使いフレームの区別に使っている。   In order to establish communication efficiently, in addition to bit synchronization, what is called frame synchronization for distinguishing a set of bits from other sets is required. Frame synchronization usually uses a special code to improve separation from other signals. For example, in a comma sequence in Gigabit Ethernet ([Ethernet] is a registered trademark), a pattern that does not appear in a normal 8B10B code is used to distinguish frames.

この発明の目的は、連続変量の量子暗号通信において、付加情報、例えばフレーム同期信号を良好に送信可能とすることにある。   An object of the present invention is to enable good transmission of additional information, for example, a frame synchronization signal, in continuous variable quantum cryptography communication.

この発明の概念は、
第1の通信端末側で、光源から発生されるパルス光を信号光および参照光に分離し、該参照光を通信路に送出し、該信号光を、第1の光量に減衰させると共にパルス毎に複数の基底を構成する位相から選択された所定の位相となるランダムな位相変調を加えて上記通信路に送出し、第2の通信端末側で、上記通信路から上記信号光および上記参照光を分離して取り出し、該信号光または該参照光にパルス毎に複数の基底を構成する位相から選択された所定の位相となるランダムな位相変調を加えた後に該信号光および該参照光に基づいてホモダイン検波を行って通信情報を得る量子暗号通信装置における付加情報送信方法であって、
上記第1の通信端末側で、上記信号光を、上記第1の光量より大きな第2の光量とすると共に上記複数の基底を構成する位相のいずれにも直交しない位相として上記通信路に送出し、上記第2の通信端末側で、上記ホモダイン検波の出力として付加情報を得る
ことを特徴とする量子暗号通信装置における付加情報送信方法にある。
The concept of this invention is
On the first communication terminal side, the pulse light generated from the light source is separated into signal light and reference light, the reference light is transmitted to the communication path, the signal light is attenuated to the first light amount, and for each pulse. Are added with random phase modulation having a predetermined phase selected from phases constituting a plurality of bases, and sent to the communication path, and on the second communication terminal side, the signal light and the reference light are transmitted from the communication path. Based on the signal light and the reference light after applying a random phase modulation having a predetermined phase selected from the phases constituting a plurality of bases for each pulse to the signal light or the reference light. An additional information transmission method in a quantum cryptography communication device that obtains communication information by performing homodyne detection,
On the first communication terminal side, the signal light is sent to the communication path as a second light quantity larger than the first light quantity and as a phase not orthogonal to any of the phases constituting the plurality of bases. In the method for transmitting additional information in a quantum cryptography communication device, additional information is obtained as an output of the homodyne detection on the second communication terminal side.

この発明において、量子暗号通信装置は、送信者側端末である第1の通信端末と、受信者側端末である第2の通信端末と、これら第1、第2の通信端末を結ぶ光ファイバ、あるいは自由空間からなる通信路とを備えている。   In this invention, the quantum cryptography communication device includes a first communication terminal that is a sender-side terminal, a second communication terminal that is a receiver-side terminal, and an optical fiber that connects the first and second communication terminals, Alternatively, a communication path composed of free space is provided.

第1の通信端末(送信者側端末)の光源から発生されるパルス光は信号光および参照光に分離される。参照光は減衰されず、通信路に送出される参照光は、比較的強度の強いものとなる。信号光については、量子暗号通信時には第1の光量に減衰され、通信路に送出される信号光の強度は微弱とされるが、付加情報送信時には減衰されないか減衰の程度が低くされて第1の光量より大きな第2の光量をもって通信路に送出される。   The pulsed light generated from the light source of the first communication terminal (sender side terminal) is separated into signal light and reference light. The reference light is not attenuated, and the reference light transmitted to the communication path is relatively strong. The signal light is attenuated to the first light amount at the time of quantum cryptography communication, and the intensity of the signal light transmitted to the communication path is weak. However, the signal light is not attenuated at the time of transmitting additional information or the degree of attenuation is reduced to the first level. Is transmitted to the communication path with a second light amount larger than the first light amount.

また、第1の通信端末から通信路に送出される信号光は、量子暗号通信時には、通信情報に対応して、パルス毎に、複数の基底を構成する位相から選択された所定の位相となるランダムな位相変調が加えられるが、付加情報送信時には、その位相が上述のランダムな位相変調に係る複数の基底を構成する位相のいずれにも直交しない位相とされる。   In addition, the signal light transmitted from the first communication terminal to the communication path has a predetermined phase selected from phases constituting a plurality of bases for each pulse corresponding to the communication information during quantum cryptography communication. Random phase modulation is added, but when additional information is transmitted, the phase is not orthogonal to any of the phases constituting the plurality of bases related to the random phase modulation described above.

第2の通信端末(受信者側端末)には、通信路を介して上述の参照光および信号光が送られてくるが、これら参照光および信号光が分離して取り出される。信号光または参照光にパルス毎に複数の基底を構成する位相から選択された所定の位相となるランダムな位相変調が加えられた後、これら信号光および参照光に基づいてホモダイン検波が行われる。量子暗号通信時には、上述したように第1の通信端末から通信路に送出される信号光の強度が小さくされると共に、通信情報に対応してパルス毎にランダムな位相変調が加えられているので、ホモダイン検波の出力として、小さなレベルで通信情報が得られる。   The above-mentioned reference light and signal light are sent to the second communication terminal (recipient side terminal) via the communication path, and these reference light and signal light are separated and extracted. After random phase modulation having a predetermined phase selected from phases constituting a plurality of bases for each pulse is applied to the signal light or the reference light, homodyne detection is performed based on the signal light and the reference light. During quantum cryptography communication, as described above, the intensity of the signal light transmitted from the first communication terminal to the communication path is reduced, and random phase modulation is applied for each pulse corresponding to the communication information. Communication information can be obtained at a small level as the output of homodyne detection.

一方、付加情報送信時には、上述したように第1の通信端末から通信路に送出される信号光の強度が大きくされると共に、この信号光の位相がランダムな位相変調に係る複数の基底を構成する位相のいずれにも直交しない位相とされているので、ホモダイン検波の出力として、この第2の通信端末側でランダムな位相変調がされたとしても、常に大きなレベルで付加情報が得られる。   On the other hand, when transmitting additional information, the intensity of the signal light transmitted from the first communication terminal to the communication path is increased as described above, and the phase of the signal light forms a plurality of bases related to random phase modulation. Therefore, even if random phase modulation is performed on the second communication terminal side as an output of homodyne detection, additional information is always obtained at a large level.

例えば、量子暗号通信で送信される通信情報の単位をフレームとするとき、付加情報は各フレームに関連して、例えば各フレームの先頭で送信される。これにより、各フレームの同期をとることが可能となる。   For example, when the unit of communication information transmitted in quantum cryptography communication is a frame, the additional information is transmitted in association with each frame, for example, at the head of each frame. This makes it possible to synchronize each frame.

また、複数の基底を構成する位相のいずれにも直交しない位相として、この複数の基底を構成する位相が互いに直交する第1および第2の座標軸にあるとき、該第1および第2の座標軸で囲まれた第1象限および第3象限、あるいは第2象限および第4象限に存在する位相を用いるようにしてもよい。この場合、第2の通信端末のホモダイン検波の出力値から1,0のビット列からなる情報を得ることが可能となり、例えば量子暗号通信による各フレームの通信情報の種類等の情報も送信できる。   In addition, when the phase constituting the plurality of bases is on the first and second coordinate axes orthogonal to each other as the phase not orthogonal to any of the phases constituting the plurality of bases, the first and second coordinate axes You may make it use the phase which exists in the enclosed 1st quadrant and 3rd quadrant, or 2nd quadrant and 4th quadrant. In this case, it is possible to obtain information consisting of a bit string of 1, 0 from the output value of homodyne detection of the second communication terminal, and for example, information such as the type of communication information of each frame by quantum cryptography communication can be transmitted.

また、付加情報送信時に第1の通信端末から通信路に送出される信号光の光量を付加情報の内容、例えばビット1,0に応じて振幅変調することによっても、第2の通信端末のホモダイン検波の出力値から1,0のビット列からなる付加情報を得ることが可能となる。   The homodyne of the second communication terminal can also be obtained by amplitude-modulating the amount of signal light transmitted from the first communication terminal to the communication path when transmitting the additional information according to the content of the additional information, for example, bits 1 and 0. It is possible to obtain additional information including a bit string of 1 and 0 from the output value of detection.

なお、付加情報送信時に、第1の通信端末側で、信号光に上述した複数の基底のうち特定の基底を構成する位相となる位相変調を加えて通信路に送出し、第2の通信端末側で、信号光または参照光に、上述した特定の基底を構成する位相となる位相変調を加えて、ホモダイン検波の出力として付加情報を得るようにしてもよい。この場合、第2の通信端末側では、信号光または参照光にランダムな位相変調を加えている状態で、付加情報送信時となってホモダイン検波出力として大きなレベルの信号が出力され始めるとき、上述した特定の基底を構成する位相となる位相変調を加える状態とし、さらに付加情報の送信が終了したとき再びランダムな位相変調を加える状態に戻せばよい。   At the time of transmitting additional information, the first communication terminal side adds the phase modulation that is a phase constituting a specific base among the plurality of bases described above to the signal light, and transmits the signal light to the communication path. On the side, additional information may be obtained as an output of homodyne detection by adding phase modulation to the signal light or reference light, which is the phase constituting the specific base described above. In this case, on the second communication terminal side, when a random phase modulation is applied to the signal light or the reference light, when a large level signal starts to be output as a homodyne detection output at the time of additional information transmission, A state in which phase modulation that is a phase constituting the specific base is applied is added, and when transmission of the additional information is completed, a state in which random phase modulation is applied again is restored.

また、この発明の概念は、
第2の通信端末側で、光源から発生されるパルス光を信号光および参照光に分離し、該参照光を遅延器が挿入されていない第2の光路を通して通信路に送出し、該信号光を遅延器が挿入されている第1の光路を通して上記通信路に送出し、第1の通信端末側で、通信路を介して送られてくる上記信号光および上記参照光を所定の光路を通して上記通信路に送出する際、該信号光の光量を第1の光量に減衰させると共に該信号光にパルス毎に複数の基底を構成する位相から選択された所定の位相となるランダムな位相変調を加え、上記第2の通信端末側で、上記通信路を介して送られてくる上記信号光および上記参照光を分離して取り出し、該信号光または該参照光にパルス毎に上記複数の基底を構成する位相から選択された所定の位相となるランダムな位相変調を加えた後に該信号光および該参照光に基づいてホモダイン検波を行って通信情報を得る量子暗号通信装置における付加情報送信方法であって、
上記第1の通信端末側で、上記信号光を、上記第1の光量より大きな第2の光量とすると共に上記複数の基底を構成する位相のいずれにも直交しない位相として上記通信路に送出し、上記第2の通信端末側で、上記ホモダイン検波の出力として付加情報を得る
ことを特徴とする量子暗号通信装置における付加情報送信方法にある。
The concept of the present invention is
On the second communication terminal side, the pulsed light generated from the light source is separated into signal light and reference light, and the reference light is sent to the communication path through the second optical path in which no delay device is inserted. Is transmitted to the communication path through the first optical path in which the delay device is inserted, and the signal light and the reference light transmitted via the communication path are transmitted through the predetermined optical path on the first communication terminal side. When transmitting to the communication path, the light amount of the signal light is attenuated to a first light amount, and random phase modulation is applied to the signal light so as to have a predetermined phase selected from phases constituting a plurality of bases for each pulse. The second communication terminal side separates and extracts the signal light and the reference light transmitted via the communication path, and configures the plurality of bases for each pulse of the signal light or the reference light It becomes the predetermined phase selected from the phase to be After addition of random phase modulation or additional information transmission method in a quantum cryptography communication apparatus for obtaining communication information by performing a homodyne detection based signal light and the reference light,
On the first communication terminal side, the signal light is sent to the communication path as a second light quantity larger than the first light quantity and as a phase not orthogonal to any of the phases constituting the plurality of bases. In the method for transmitting additional information in a quantum cryptography communication device, additional information is obtained as an output of the homodyne detection on the second communication terminal side.

この発明において、量子暗号通信装置は、受信者側端末である第2の通信端末と、送信者側端末である第1の通信端末と、これら第1、第2の通信端末を結ぶ光ファイバ、あるいは自由空間からなる通信路とを備えている。   In this invention, the quantum cryptography communication device includes: a second communication terminal that is a receiver side terminal; a first communication terminal that is a sender side terminal; and an optical fiber that connects the first and second communication terminals, Alternatively, a communication path composed of free space is provided.

第2の通信端末(受信者側端末)の光源から発生されるパルス光は信号光および参照光に分離される。そして、遅延器が挿入された第1の光路を通過した信号光および遅延器が挿入されていない第2の光路を通過した参照光が通信路に送出される。この場合、通信路には、最初に参照光が送出され、その後に所定の時間差をもって信号光が送出される。   The pulsed light generated from the light source of the second communication terminal (receiver side terminal) is separated into signal light and reference light. Then, the signal light that has passed through the first optical path in which the delay device is inserted and the reference light that has passed through the second optical path in which the delay device is not inserted are transmitted to the communication path. In this case, the reference light is first transmitted to the communication path, and then the signal light is transmitted with a predetermined time difference.

第1の通信端末(送信者側端末)には、通信路を介して上述の参照光および信号光が送られてくる。これら参照光および信号光は所定の光路を介して再び通信路に送出される。参照光は減衰されず、通信路に送出される参照光は、比較的強度の強いものとなる。信号光については、量子暗号通信時には第1の光量に減衰され、通信路に送出される信号光の強度は微弱とされるが、付加情報送信時には減衰されないか減衰の程度が低くされて第1の光量より大きな第2の光量をもって通信路に送出される。   The above-described reference light and signal light are sent to the first communication terminal (sender side terminal) via the communication path. These reference light and signal light are sent again to the communication path via a predetermined optical path. The reference light is not attenuated, and the reference light transmitted to the communication path is relatively strong. The signal light is attenuated to the first light amount at the time of quantum cryptography communication, and the intensity of the signal light transmitted to the communication path is weak. However, the signal light is not attenuated at the time of transmitting additional information or the degree of attenuation is reduced to the first level. Is transmitted to the communication path with a second light amount larger than the first light amount.

また、第1の通信端末から通信路に送出される信号光は、量子暗号通信時には、通信情報に対応して、パルス毎に複数の基底を構成する位相から選択された所定の位相となるランダムな位相変調が加えられるが、付加情報送信時には、その位相が上述のランダムな位相変調に係る複数の基底を構成する位相のいずれにも直交しない位相とされる。   In addition, the signal light transmitted from the first communication terminal to the communication path is a random signal having a predetermined phase selected from phases constituting a plurality of bases for each pulse corresponding to communication information during quantum cryptography communication. However, when additional information is transmitted, the phase is set to a phase that is not orthogonal to any of the phases constituting the plurality of bases related to the random phase modulation described above.

第2の通信端末(受信者側端末)には、通信路を介して上述の参照光および信号光が送られてくるが、これら参照光および信号光が分離して取り出される。上述したように参照光および信号光をこの第2の通信端末から第1の通信端末に送る際には、信号光が第1の光路を通過し、参照光が第2の光路を通過するようにされるが、第1の通信端末からこの第2の通信端末に送り返されたものに関しては、参照光が第1の光路を通過し、信号光が第2の光路を通過するようにされる。   The above-mentioned reference light and signal light are sent to the second communication terminal (recipient side terminal) via the communication path, and these reference light and signal light are separated and extracted. As described above, when the reference light and the signal light are sent from the second communication terminal to the first communication terminal, the signal light passes through the first optical path, and the reference light passes through the second optical path. However, with respect to what is sent back from the first communication terminal to the second communication terminal, the reference light passes through the first optical path and the signal light passes through the second optical path. .

信号光または参照光にパルス毎に複数の基底を構成する位相から選択された所定の位相となるランダムな位相変調が加えられた後、これら信号光および参照光に基づいてホモダイン検波が行われる。量子暗号通信時には、上述したように第1の通信端末から通信路に送出される信号光の強度が小さくされると共に、通信情報に対応してパルス毎にランダムな位相変調が加えられているので、ホモダイン検波の出力として、小さなレベルで通信情報が得られる。   After random phase modulation having a predetermined phase selected from phases constituting a plurality of bases for each pulse is applied to the signal light or the reference light, homodyne detection is performed based on the signal light and the reference light. During quantum cryptography communication, as described above, the intensity of the signal light transmitted from the first communication terminal to the communication path is reduced, and random phase modulation is applied for each pulse corresponding to the communication information. Communication information can be obtained at a small level as the output of homodyne detection.

一方、付加情報送信時には、上述したように第1の通信端末から通信路に送出される信号光の強度が大きくされると共に、この信号光の位相がランダムな位相変調に係る複数の基底を構成する位相のいずれにも直交しない位相とされているので、ホモダイン検波の出力として、この第2の通信端末側でランダムな位相変調がされたとしても、常に大きなレベルで付加情報が得られる。   On the other hand, when transmitting additional information, the intensity of the signal light transmitted from the first communication terminal to the communication path is increased as described above, and the phase of the signal light forms a plurality of bases related to random phase modulation. Therefore, even if random phase modulation is performed on the second communication terminal side as an output of homodyne detection, additional information is always obtained at a large level.

なお、付加情報送信時に、第1の通信端末側で、信号光に上述した複数の基底のうち特定の基底を構成する位相となる位相変調を加えて通信路に送出し、第2の通信端末側で、信号光または参照光に、上述した特定の基底を構成する位相となる位相変調を加えて、ホモダイン検波の出力として付加情報を得るようにしてもよい。この場合、第2の通信端末側では、信号光または参照光にランダムな位相変調を加えている状態で、付加情報送信時となってホモダイン検波出力として大きなレベルの信号が出力され始めるとき、上述した特定の基底を構成する位相となる位相変調を加える状態とし、さらに付加情報の送信が終了したとき再びランダムな位相変調を加える状態に戻せばよい。   At the time of transmitting additional information, the first communication terminal side adds the phase modulation that is a phase constituting a specific base among the plurality of bases described above to the signal light, and transmits the signal light to the communication path. On the side, additional information may be obtained as an output of homodyne detection by adding phase modulation to the signal light or reference light, which is the phase constituting the specific base described above. In this case, on the second communication terminal side, when a random phase modulation is applied to the signal light or the reference light, when a large level signal starts to be output as a homodyne detection output at the time of additional information transmission, A state in which phase modulation that is a phase constituting the specific base is applied is added, and when transmission of the additional information is completed, a state in which random phase modulation is applied again is restored.

この発明によれば、送信者側端末から受信者側端末に比較的強度の強い参照光と、パルス毎にランダムな位相変調を加えた微弱な信号光とを送り、受信者側端末で信号光または参照光にさらにランダムな位相変調を加えた後、これら参照光および信号光に基づいてホモダイン検波を行って通信情報を得るものにあって、送信者側端末で、信号光の強度を強くすると共にこの信号光の位相を上述のランダムな位相変調に係る複数の基底を構成する位相のいずれにも直交しない位相とするか、あるいは送信者端末側で、信号光の強度を強くすると共にこの信号光に上述のランダムな位相変調に係る複数の基底のうち特定の基底を構成する位相となる位相変調を加え、受信者側端末で信号光または参照光に上述の特定の基底を構成する位相となる位相変調を加え、受信者側端末でホモダイン検波の出力として付加情報を得る構成とするものであり、送信者側端末から受信者側端末に付加情報を良好に送信できる。   According to the present invention, a relatively strong reference light and a weak signal light subjected to random phase modulation for each pulse are sent from the sender side terminal to the receiver side terminal, and the signal light is transmitted from the receiver side terminal. Alternatively, after random phase modulation is further applied to the reference light, homodyne detection is performed based on the reference light and signal light to obtain communication information, and the intensity of the signal light is increased at the transmitter side terminal. In addition, the phase of the signal light is set to a phase that is not orthogonal to any of the phases constituting the plurality of bases related to the above-described random phase modulation, or the signal light intensity is increased and the signal is increased on the transmitter terminal side. Phase modulation that is a phase that constitutes a specific base among a plurality of bases related to the random phase modulation described above is added to light, and a phase that constitutes the specific base described above in signal light or reference light at a receiver side terminal As much as Modulation was added, which a configuration to obtain additional information as the output of homodyne detection on the reception side terminal can be favorably transmit the additional information to the receiver terminal from the sender terminal.

まず、この発明の概要を説明する。この発明は、暗号の情報が載る微弱な信号光と通常の光の強さを持った参照光を利用する、連続変量による量子暗号通信に関する発明である。   First, the outline of the present invention will be described. The present invention relates to quantum cryptography communication based on continuous variables using weak signal light carrying cryptographic information and reference light having normal light intensity.

連続変量量子暗号通信では、一つのコヒーレント光を参照光と光子数一個程度に減衰させた信号光の二つのパルスに分ける。信号光の位相状態に情報を載せた連続変量の量子暗号では、平均光子数1の信号光を直交位相振幅座標x、p上で表すと、図1に示すように、互いに直交するx,p軸上の±1の位置にある4つの状態として表される。この図1において、信号光の振幅は原点0からの距離で表され、位相は原点0を中心にした回転角で表される。   In continuous variable quantum cryptography communication, one coherent light is divided into two pulses of reference light and signal light attenuated to about one photon. In a continuous variable quantum cryptography in which information is placed on the phase state of signal light, when the signal light having an average photon number of 1 is represented on quadrature phase amplitude coordinates x and p, as shown in FIG. Expressed as four states at ± 1 position on the axis. In FIG. 1, the amplitude of the signal light is represented by a distance from the origin 0, and the phase is represented by a rotation angle around the origin 0.

送信側は、x、もしくはpの基底をランダムに選び、通信情報の各ビット値と位相状態の予め決められた関係に基づき、位相状態を選択して信号光の状態つまり位相を決める。受信側は、受信基底をランダムに選ぶ。参照光と信号光をホモダイン検波することで信号光の位相状態を抽出でき、受信基底が送信基底と合っていた場合には、図2も示すような信号のヒストグラムが出る。この分布は量子性のためにある中心値の回りにガウス分布する。   The transmission side randomly selects the basis of x or p, selects the phase state based on the predetermined relationship between each bit value of the communication information and the phase state, and determines the signal light state, that is, the phase. The receiving side selects a receiving base at random. The phase state of the signal light can be extracted by homodyne detection of the reference light and the signal light, and when the reception base matches the transmission base, a signal histogram as shown in FIG. 2 appears. This distribution is Gaussian around a certain center value due to the quantum nature.

また、送信側と受信側の基底が異なっていた場合は、図3に示すような信号のヒストグラムが出る。これは信号レベル0付近の分布になる。連続変量の量子暗号では、古典通信路で送信側と受信側の基底をつきあわせることで、同じ基底状態の場合のみを取り出し、0,1の情報を受信側があるエラー確率の下に得ることができる。   If the bases on the transmission side and the reception side are different, a signal histogram as shown in FIG. 3 appears. This is a distribution near the signal level 0. In continuous variable quantum cryptography, by combining the bases of the transmitting side and the receiving side in a classical channel, it is possible to extract only the same ground state and obtain 0 and 1 information under a certain error probability. it can.

付加情報としてのフレーム同期信号は、どのような場合でもそれとわかるユニークなものでなければならない。ここで、フレームとは、量子暗号通信で送信される通信情報のあるまとまり(単位)を意味している。   The frame synchronization signal as additional information must be unique so that it can be understood in any case. Here, the frame means a certain unit (unit) of communication information transmitted by quantum cryptography communication.

フレーム同期信号として、信号光(パルス光)のレベルを通信路の減衰で消えない程度の大きさにしておくことで、そのパルスは途中で消えることなくなり、受信側に届いた後の検波の出力が通常の信号に比べ大きくなるので、フレーム同期信号を受信側に確実に認知させることができる。   By setting the level of the signal light (pulse light) to a level that does not disappear due to the attenuation of the communication path as a frame synchronization signal, the pulse will not disappear on the way, and the detection output after reaching the receiving side Is larger than a normal signal, so that the receiving side can reliably recognize the frame synchronization signal.

図4は、送信側から送られるフレーム同期信号の信号レベルおよび位相状態の一例を示し、図5のその場合における受信側のホモダイン検波で得られる信号のヒストグラムを示している。   FIG. 4 shows an example of the signal level and phase state of the frame synchronization signal sent from the transmission side, and shows a histogram of the signal obtained by homodyne detection on the reception side in that case of FIG.

しかし、通信プロトコルとして相互にランダムに基底を変えている系では、送信側のフレーム同期の基底と、異なった基底を受信側が選ぶと、たとえ信号光の振幅が大きいものであっても、図6に示すように、ホモダイン検波後の出力は0レベル付近に分布してしまう。こうなると一般の信号と顕著な区別はつかなくなって、フレーム同期としての信号の役目は出来なくなってしまう。   However, in a system in which the bases are randomly changed as a communication protocol, if the receiving side selects a base that is different from the frame synchronization base on the transmitting side, even if the amplitude of the signal light is large, FIG. As shown in FIG. 5, the output after homodyne detection is distributed around the 0 level. In this case, it becomes impossible to distinguish from a general signal, and the role of the signal as frame synchronization cannot be performed.

この発明は、受信側がランダムに基底を選んでいても、恒に安定に通常の信号と区別可能な同期信号の提案とそれを出力できる装置についてである。図7は、この発明に係るフレーム同期信号の直交位相振幅での表現を示している。   The present invention relates to a proposal of a synchronization signal that can be stably distinguished from a normal signal and a device that can output the same even if the receiving side randomly selects a basis. FIG. 7 shows a representation of the frame synchronization signal according to the present invention in quadrature phase amplitude.

通常の信号としては、平均光子数1で、位相として各基底に載った値を取っているが、フレーム同期信号は光の振幅レベルは受信側に確実に届くように送信側で減衰させないのはもちろんであるが、位相はどちらの信号の基底にも一致させないようにしておく。すると受信側がどちらの基底を選ぼうとホモダイン検波出力は、図8に示すように、通常の信号光と充分に離れた出力になる。この大きな信号レベルを受信側が検知することにより、フレーム同期信号が送られてきたことが受信側で確実にわかることになる。   As a normal signal, the average number of photons is 1 and the value placed on each base as a phase is taken, but the frame synchronization signal is not attenuated on the transmission side so that the amplitude level of light reaches the reception side reliably. Of course, the phase should not match the base of either signal. Then, whichever base is selected by the receiving side, the homodyne detection output is sufficiently separated from the normal signal light, as shown in FIG. By detecting this large signal level on the receiving side, the receiving side can surely know that the frame synchronization signal has been sent.

フレーム同期信号は単独でも同期の意味では充分に果たすが、例えば、何のフレームか、そのフレームで送信する通信情報の種類などの情報をそれに持たすこともできる。図9に示すように、互いに直交するx軸およびp軸で囲まれた、隣り合わない象限、例えば第1象限および第3象限にフレーム同期信号をおくと、その出力は図10に示すように、正と負に大きく分かれる。これを0と1に定義してやれば、0,1のビット列からなるフレーム同期信号を送信できる。なお、第1象限および第3象限ではなく、第2象限および第4象限にフレーム同期信号をおくようにしてもよい。   Even if the frame synchronization signal alone is sufficient in terms of synchronization, for example, it can have information such as what kind of frame or the type of communication information transmitted in that frame. As shown in FIG. 9, when a frame synchronization signal is placed in a quadrant that is not adjacent to each other, for example, the first quadrant and the third quadrant, surrounded by the x axis and the p axis orthogonal to each other, the output is as shown in FIG. It is divided into positive and negative. If this is defined as 0 and 1, a frame synchronization signal composed of 0 and 1 bit strings can be transmitted. Note that the frame synchronization signal may be placed in the second quadrant and the fourth quadrant instead of the first quadrant and the third quadrant.

この位相情報を載せたパルスを必要な数だけ連続させることにより、何のフレームかなどを同定できる情報を送信側から受信側に送ることができる。隣り合った象現で情報を送ると、図11に示すように、受信側の基底の取り方によっては、0,1の判別ができない場合が出てくるため、隣り合わない象現で情報を送ることが必要である。なお、図11に示す場合には、受信側の基底がpである場合には、ホモダイン検波の出力が共に正となるため、0,1の判別ができなくなる。   By continuing the necessary number of pulses carrying the phase information, it is possible to send information that can identify what frame or the like from the transmission side to the reception side. When information is sent in adjacent quadrants, as shown in FIG. 11, depending on how the base on the receiving side is taken, there may be cases where 0 and 1 cannot be distinguished. It is necessary to send. In the case shown in FIG. 11, when the base on the receiving side is p, the outputs of homodyne detection are both positive, so 0 and 1 cannot be distinguished.

フレーム同期信号に情報を載せる別のやり方は、フレーム同期信号が来たら予め決められた基底にホモダイン検波の位相を固定してしまうことである。これにより、この決められた基底上で振幅の大きな信号をフレーム同期信号として送れば、情報は届くことになる。この方法は、先のランダムに基底を変え続ける方法に比べ、同じ光の振幅でより信号の分離度を稼げることになる。この場合、送信側では例えばpの基底でフレーム同期信号を送信し、受信側ではフレーム同期信号が検出されたら。当該受信側の基底をpに固定するものである。   Another way of putting information on the frame synchronization signal is to fix the homodyne detection phase to a predetermined base when the frame synchronization signal arrives. As a result, if a signal having a large amplitude is sent as a frame synchronization signal on the determined basis, information arrives. In this method, signal separation can be further increased with the same light amplitude as compared with the method in which the base is continuously changed at random. In this case, for example, when the frame synchronization signal is transmitted on the basis of p on the transmission side and the frame synchronization signal is detected on the reception side. The base on the receiving side is fixed to p.

また、当然ではあるが、連続したフレーム同期信号の振幅に情報を載せて、フレーム情報を送ることもできる。この場合、フレーム同期信号は振幅変調された状態となる。   Of course, it is also possible to send the frame information by placing information on the amplitude of the continuous frame synchronization signal. In this case, the frame synchronization signal is amplitude-modulated.

この発明の第1の実施の形態を説明する。図12は、第1の実施の形態としての量子暗号通信装置100Aの構成を示している。   A first embodiment of the present invention will be described. FIG. 12 shows the configuration of the quantum cryptography communication device 100A as the first embodiment.

この量子暗号通信装置100Aは、第1の通信端末としての送信者側端末30と、第1の通信端末としての受信者側端末31と、これら送信者側端末30および受信者側端末31を結ぶ例えば光ファイバで構成される通信路32とを備えている。   The quantum cryptography communication device 100A connects the sender-side terminal 30 as the first communication terminal, the receiver-side terminal 31 as the first communication terminal, and the sender-side terminal 30 and the receiver-side terminal 31. For example, the communication path 32 comprised with an optical fiber is provided.

この量子暗号通信装置100Aは、通信路32を介して、送信者側端末30から受信者側端末31に向けて、量子暗号通信時には通信情報としての秘密情報(例えば共通鍵暗号方式において使用される共有秘密鍵など)を送信し、付加情報送信時には付加情報としてのフレーム同期信号を送信する。このフレーム同期信号は、量子暗号通信で送信される通信情報のあるまとまり(単位)をフレームとするとき、各フレームに関連して、例えば各フレームの先頭で送信される。このフレーム同期信号により各フレームの同期をとることが可能となる。   This quantum cryptography communication device 100A is used as secret information (for example, in a common key cryptosystem) as communication information during quantum cryptography communication from the sender side terminal 30 to the receiver side terminal 31 via the communication path 32. A shared secret key) is transmitted, and a frame synchronization signal as additional information is transmitted when additional information is transmitted. This frame synchronization signal is transmitted at the head of each frame, for example, in association with each frame when a certain unit (unit) of communication information transmitted by quantum cryptography communication is used as a frame. Each frame can be synchronized by this frame synchronization signal.

送信者側端末30は、レーザ光源33、 ビームスプリッタ34、反射鏡35、半波長板36、可変減衰器37、コントローラ38、位相変調器39、反射鏡40、偏光ビームスプリッタ41を有している。   The sender-side terminal 30 includes a laser light source 33, a beam splitter 34, a reflecting mirror 35, a half-wave plate 36, a variable attenuator 37, a controller 38, a phase modulator 39, a reflecting mirror 40, and a polarizing beam splitter 41. .

また、受信者側端末31は、偏光ビームスプリッタ42、ビームスプリッタ43、検出器44、コントローラ45、位相変調器46、半波長板47、反射鏡48、ビームスプリッタ49、フォトダイオード51,52、減算器53およびレベル判別器54を有している。   The receiver-side terminal 31 includes a polarization beam splitter 42, a beam splitter 43, a detector 44, a controller 45, a phase modulator 46, a half-wave plate 47, a reflecting mirror 48, a beam splitter 49, photodiodes 51 and 52, and subtraction. And a level discriminator 54.

この量子暗号通信装置100Aは、送信者側端末30から受信者側端末31への一方向通信で、光の偏光を利用することで、参照光と信号光の制御を別の光路上で行う方式である。   The quantum cryptography communication device 100A is a method for controlling reference light and signal light on different optical paths by using polarization of light in one-way communication from the sender-side terminal 30 to the receiver-side terminal 31. It is.

以下、量子暗号を適用した通信処理の動作シーケンスに従って、各構成部における処理の詳細を説明する。   Hereinafter, details of processing in each component will be described in accordance with an operation sequence of communication processing to which quantum cryptography is applied.

送信者側端末30のレーザ光源33で発生するパルス光は、ビームスプリッタ34において、信号光であるパルス光P1および参照光であるパルス光P2に分離される。そして、パルス光P1(信号光)は、第1の光路を通って偏光ビームスプリッタ41に進む。この第1の光路には、反射鏡35、半波長板36、可変減衰器37、位相変調器39および反射鏡40がこの順に配置されている。なお、可変減衰器37と位相変調器39の順はこの逆であってもよい。半波長板36は、パルス光P1の偏光面を90度だけ回転させる。可変減衰器37には音響光学素子またはLiNbO強度変調器を用いることができ、位相変調器39にはLiNbO位相変調器を用いることができる。 The pulsed light generated by the laser light source 33 of the sender terminal 30 is separated by the beam splitter 34 into pulsed light P1 that is signal light and pulsed light P2 that is reference light. Then, the pulsed light P1 (signal light) travels to the polarization beam splitter 41 through the first optical path. In the first optical path, a reflecting mirror 35, a half-wave plate 36, a variable attenuator 37, a phase modulator 39, and a reflecting mirror 40 are arranged in this order. The order of the variable attenuator 37 and the phase modulator 39 may be reversed. The half-wave plate 36 rotates the polarization plane of the pulsed light P1 by 90 degrees. The variable attenuator 37 can be an acousto-optic element or a LiNbO 3 intensity modulator, and the phase modulator 39 can be a LiNbO 3 phase modulator.

可変減衰器37は、パルス光P1の光量を調整する。この可変減衰器37は、コントローラ38の制御により、量子暗号通信時には、パルス光P1の光量を減衰させて、送信者側端末30から通信路32に送出されるパルス光P1のパルスあたりの平均光子数が1個程度となるようにする。また、この可変減衰器37は、コントローラ38の制御により、付加情報送信時には、パルス光P1の光量を減衰させないか、あるいはその減衰の程度を小さくし、送信者側端末30から通信路32に送出されるパルス光P1の強度を強くする。   The variable attenuator 37 adjusts the light amount of the pulsed light P1. The variable attenuator 37 attenuates the light amount of the pulsed light P1 during quantum cryptography communication under the control of the controller 38, and averages photons per pulse of the pulsed light P1 transmitted from the sender side terminal 30 to the communication path 32. The number should be about one. Further, the variable attenuator 37 does not attenuate the light amount of the pulsed light P <b> 1 or reduces the amount of attenuation when the additional information is transmitted under the control of the controller 38, and transmits it from the transmitter side terminal 30 to the communication path 32. The intensity of the pulsed light P1 is increased.

ここで、量子暗号通信時におけるパルス光P1の調整光量を第1の光量とし、付加情報送信時におけるパルス光P1の調整光量を第2の光量とするとき、第2の光量は第1の光量より大きくなる。これにより、後述するように、付加情報送信時における受信者側端末31のホモダイン検波の出力を、量子暗号通信時に比べて大きなレベルで得ることができ、受信者側端末31でフレーム同期信号が送られてきたことを確実に認知可能となる。   Here, when the adjustment light quantity of the pulsed light P1 at the time of quantum cryptography communication is the first light quantity and the adjustment light quantity of the pulsed light P1 at the time of additional information transmission is the second light quantity, the second light quantity is the first light quantity. Become bigger. As a result, as will be described later, the homodyne detection output of the receiver-side terminal 31 at the time of transmitting additional information can be obtained at a level higher than that at the time of quantum cryptography communication, and a frame synchronization signal is transmitted from the receiver-side terminal 31. It will be possible to reliably recognize what has been done.

なお、送信者側端末30から通信路32に送出されるパルス光P2(参照光)のパルスあたりの平均光子数は、受信者側端末31側のホモダイン検波におけるS/N比が最適になるように選ばれる。典型的なパルス光P2の強度はパルスあたりの平均光子数が10個程度である。 The average number of photons per pulse of the pulsed light P2 (reference light) transmitted from the sender-side terminal 30 to the communication path 32 is such that the S / N ratio in homodyne detection on the receiver-side terminal 31 side is optimized. Chosen. The typical intensity of the pulsed light P2 is about 10 6 average photons per pulse.

位相変調器39は、パルス光P1の位相を調整する。この位相変調器39は、コントローラ38の制御により、量子暗号通信時には、パルス光P1に、パルス毎に複数の基底、本実施の形態では2つの基底(図1に示すx,p参照)を構成する0度(0ラジアン)、90度(π/2ラジアン)、180度(πラジアン)、270度(3π/2ラジアン)の位相から選択された所定の位相となるランダムな位相変調を加える。このように本実施の形態における量子暗号通信は、4つの量子状態を用いるものである。   The phase modulator 39 adjusts the phase of the pulsed light P1. Under the control of the controller 38, the phase modulator 39 forms a plurality of bases for each pulse, and two bases in this embodiment (see x and p shown in FIG. 1) in the pulsed light P1 during quantum cryptography communication. Random phase modulation is applied to obtain a predetermined phase selected from the phases of 0 degrees (0 radians), 90 degrees (π / 2 radians), 180 degrees (π radians), and 270 degrees (3π / 2 radians). As described above, the quantum cryptography communication according to the present embodiment uses four quantum states.

また、位相変調器39は、コントローラ38の制御により、付加情報送信時には、パルス光P1の位相が、上述した2つの基底を構成する位相(0度、90度、180度、270度)のいずれにも直交しない位相となる位相変調を加える。例えば、パルス光P1は、図7にフレーム同域信号で示すように、45度の位相とされる。   In addition, the phase modulator 39 controls the controller 38 so that the phase of the pulsed light P1 is any of the phases (0 degrees, 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees) constituting the above-described two bases when additional information is transmitted. Also, phase modulation is applied so that the phases are not orthogonal. For example, the pulsed light P1 has a phase of 45 degrees as shown by the frame region signal in FIG.

これにより、後述するように、受信者側端末31でパルス光P1またはパルス光P2にパルス毎に上述した2つの基底を構成する位相から選択された所定の位相となるランダムな位相変調を加えている場合に、その基底の変化に拘わらずに、付加情報送信時におけるホモダイン検波の出力を大きなレベルで得ることが可能となる。   As a result, as will be described later, the receiver side terminal 31 adds random phase modulation that becomes a predetermined phase selected from the phases constituting the two bases described above for each pulse to the pulsed light P1 or pulsed light P2. In this case, the output of homodyne detection at the time of transmitting additional information can be obtained at a large level regardless of the change in the basis.

ここで、フレーム同期信号に、各フレームの通信情報の種類等の情報を持たせることができる。この場合、位相変調器39は、コントローラ38の制御により、パルス光P1の位相を、1,0のビット列からなる情報の各ビットの値に対応して、変化させる。この場合、図9に示すように、互いに直交するx軸およびp軸で囲まれた、隣り合わない象限である第1象限および第3の象限の位相を用い、例えば、ビット1に対応してパルス光P1の位相を第1象限の位相とし、ビット0に対応してパルス光P1の位相を第3象限の位相とする。   Here, the frame synchronization signal can have information such as the type of communication information of each frame. In this case, the phase modulator 39 changes the phase of the pulsed light P <b> 1 in accordance with the value of each bit of information composed of a bit string of 1 and 0 under the control of the controller 38. In this case, as shown in FIG. 9, the phases of the first quadrant and the third quadrant, which are not adjacent to each other and surrounded by the mutually orthogonal x-axis and p-axis, are used. The phase of the pulsed light P1 is set to the phase of the first quadrant, and the phase of the pulsed light P1 is set to the phase of the third quadrant corresponding to the bit 0.

これにより、受信者側端末31では、図10に示すように、ホモダイン検波の出力として、第1象限の位相とされたパルス光P1に対応して正の値「1」を得ることができ、第3象限の位相とされたパルス光P1に対応して負の値「0」を得ることができ、フレーム同期信号に持たせた情報を得ることが可能となる。   As a result, as shown in FIG. 10, the receiver-side terminal 31 can obtain a positive value “1” corresponding to the pulsed light P1 in the first quadrant as the output of the homodyne detection, A negative value “0” can be obtained corresponding to the pulsed light P1 having the phase of the third quadrant, and the information given to the frame synchronization signal can be obtained.

なお、上述した第1象限および第3の象限の位相を用いる代わりに、隣り合わない象限である第2象限および第4象限の位相を用いてもよい。また、上述したようにパルス光P1の位相をフレーム同期信号に持たせる情報の各ビットの値に対応して変化させる代わりに、このパルス光P1の光量レベルをフレーム同期信号に持たせる情報の各ビットの値に対応して変化させる振幅変調を行うようにしてもよい。この場合のパルス光P1の光量レベルの変化は、上述した可変減衰器37で行うことができる。この場合、受信者側端末31では、フレーム同期信号に持たせた情報を、ホモダイン検波の出力値の変化として得ることができる。   Instead of using the phases of the first and third quadrants described above, the phases of the second and fourth quadrants that are not adjacent to each other may be used. Further, as described above, instead of changing the phase of the pulsed light P1 in accordance with the value of each bit of the information to be given to the frame synchronization signal, each information of the information to have the light quantity level of the pulsed light P1 to the frame synchronization signal. You may make it perform the amplitude modulation changed according to the value of a bit. In this case, the light amount level of the pulsed light P1 can be changed by the variable attenuator 37 described above. In this case, the receiver-side terminal 31 can obtain information given to the frame synchronization signal as a change in the output value of homodyne detection.

ビームスプリッタ34で分離されるパルス光P2(参照光)は、上述した第1の光路より短い第2の光路を通って偏光ビームスプリッタ41に進む。この偏光ビームスプリッタ41は、パルス光P1(信号光)とパルス光P2(参照光)とを合成し、通信路32に送出する。このパルス光P1,P2は互いに偏光面が直交しており、かつ、時間的に離れた状態となっている。この場合、偏光ビームスプリッタ41は光送出部を構成している。   The pulsed light P2 (reference light) separated by the beam splitter 34 travels to the polarization beam splitter 41 through the second optical path shorter than the first optical path described above. The polarization beam splitter 41 combines the pulsed light P1 (signal light) and the pulsed light P2 (reference light) and sends them to the communication path 32. The pulsed lights P1 and P2 have polarization planes orthogonal to each other and are separated in time. In this case, the polarization beam splitter 41 constitutes a light transmission unit.

送信者側端末30から通信路32に送出されたパルス光P1(信号光)およびパルス光P2(参照光)は受信者側端末31に入射される。これらパルス光P1,P2は、偏光ビームスプリッタ42によりパルス光P1(信号光)およびパルス光P2(参照光)に分離して取り出される。   The pulsed light P1 (signal light) and the pulsed light P2 (reference light) transmitted from the sender side terminal 30 to the communication path 32 are incident on the receiver side terminal 31. These pulsed lights P1 and P2 are separated and extracted by the polarization beam splitter 42 into pulsed light P1 (signal light) and pulsed light P2 (reference light).

パルス光P1(信号光)は、上述した送信者側端末30の第2の光路に対応した光路長を持つ第4の光路を通ってビームスプリッタ49に進む。一方、パルス光P2(参照光)は、上述した送信者側端末30の第1の光路に対応した光路長を持つ第3の光路を通ってビームスプリッタ49に進む。   The pulsed light P1 (signal light) travels to the beam splitter 49 through a fourth optical path having an optical path length corresponding to the second optical path of the sender-side terminal 30 described above. On the other hand, the pulsed light P2 (reference light) travels to the beam splitter 49 through a third optical path having an optical path length corresponding to the first optical path of the sender terminal 30 described above.

この第3の光路には、ビームスプリッタ43、半波長板47および反射鏡48がこの順に配置されている。第4の光路には位相変調器46が配置されている。ビームスプリッタ43は、パルス光P2(参照光)を、半波長板47に進むパルス光と検出器44に進むパルス光に分岐する。このビームスプリッタ43の典型的な分岐比は9対1とされ、大部分のパルス光が半波長板47側に進むように設定される。   In the third optical path, a beam splitter 43, a half-wave plate 47, and a reflecting mirror 48 are arranged in this order. A phase modulator 46 is disposed in the fourth optical path. The beam splitter 43 splits the pulsed light P <b> 2 (reference light) into pulsed light that travels to the half-wave plate 47 and pulsed light that travels to the detector 44. A typical branching ratio of the beam splitter 43 is 9 to 1, and is set so that most of the pulsed light travels toward the half-wave plate 47 side.

検出器44はビームスプリッタ43で分岐されたパルス光の検出出力をコントローラ45に供給する。コントローラ45は、この検出出力により、パルス光P2(参照光)の到着を知ることができ、位相変調器46におけるパルス光P1(信号光)に対する位相変調の処理開始タイミングを制御する。これにより、位相変調器46においては、パルス光P1(信号光)を構成する各パルスに対して正しいタイミングで位相変調の処理を行うことができる。   The detector 44 supplies the detection output of the pulsed light branched by the beam splitter 43 to the controller 45. The controller 45 can know the arrival of the pulsed light P2 (reference light) from this detection output, and controls the phase modulation processing start timing for the pulsed light P1 (signal light) in the phase modulator 46. Thereby, in the phase modulator 46, the phase modulation process can be performed at the correct timing for each pulse constituting the pulsed light P1 (signal light).

位相変調器46は、パルス光P1の位相を調整する。この位相変調器46には、上述した送信者側端末30における位相変調器39と同様に、LiNbO位相変調器を用いることができる。 The phase modulator 46 adjusts the phase of the pulsed light P1. As this phase modulator 46, a LiNbO 3 phase modulator can be used similarly to the phase modulator 39 in the sender-side terminal 30 described above.

この位相変調器46は、コントローラ45の制御により、量子暗号通信時および付加情報送信時には、パルス光P1に、パルス毎に上述した2つの基底を構成する0度、90度の位相から選択された所定の位相となるランダムな位相変調を加える。なお、この位相変調器46は、半波長板47が配置された第3の光路に配置されて、パルス光P2(参照光)に同様のランダムな位相変調を加えるようにしてもよい。   The phase modulator 46 is selected from the 0 degree and 90 degree phases constituting the above-described two bases for each pulse in the pulse light P <b> 1 at the time of quantum cryptography communication and additional information transmission under the control of the controller 45. Random phase modulation with a predetermined phase is applied. The phase modulator 46 may be arranged in the third optical path where the half-wave plate 47 is arranged, and apply the same random phase modulation to the pulsed light P2 (reference light).

半波長板47は、パルス光P2(参照光)の偏光面を90度だけ回転させる。上述したように、送信者側端末30ではパルス光P1(信号光)は長い第1の光路を通りかつ半波長板36で偏光面が90度だけ回転させられると共にパルス光P2(参照光)は短い第2の光路を通り、また受信者側端末31ではパルス光P1(信号光)は短い第4の光路を通ると共にパルス光P2(参照光)は長い第3の光路を通りかつ半波長板47で偏光面が90度だけ回転させられるため、ビームスプリッタ49に入射されるパルス光P1,P2は、時間的に一致し、また偏光方向も一致したものとなる。   The half-wave plate 47 rotates the polarization plane of the pulsed light P2 (reference light) by 90 degrees. As described above, in the transmitter terminal 30, the pulsed light P1 (signal light) passes through the long first optical path, the polarization plane is rotated by 90 degrees by the half-wave plate 36, and the pulsed light P2 (reference light) is In the receiver side terminal 31, the pulsed light P1 (signal light) passes through the short fourth optical path and the pulsed light P2 (reference light) passes through the long third optical path and is a half-wave plate. Since the polarization plane is rotated by 90 degrees in 47, the pulsed lights P1 and P2 incident on the beam splitter 49 coincide with each other in time and the polarization directions also coincide.

ビームスプリッタ49の2つの出力は、ホモダイン検波器へ入力される。つまり、ビームスプリッタ49の一方の出力はホモダイン検波器を構成するフォトダイオード51に入力され、その他方の出力はホモダイン検波器を構成するフォトダイオード52に入力される。   The two outputs of the beam splitter 49 are input to the homodyne detector. That is, one output of the beam splitter 49 is input to the photodiode 51 constituting the homodyne detector, and the other output is input to the photodiode 52 constituting the homodyne detector.

そして、減算器53によってこれらフォトダイオード51,52の出力の差信号、すなわちホモダイン検波出力が得られる。このホモダイン検波出力はレベル判別器54に供給される。このレベル判別器54は、ホモダイン検波出力をレベル判別して、量子暗号通信時に送られてくる通信情報Scmおよび付加情報送信時に遅れてくるフレーム同期信号FDを区別して出力する。   Then, the subtracter 53 obtains a difference signal between the outputs of the photodiodes 51 and 52, that is, a homodyne detection output. The homodyne detection output is supplied to the level discriminator 54. This level discriminator 54 discriminates the level of the homodyne detection output and discriminates and outputs the communication information Scm sent during the quantum cryptography communication and the frame synchronization signal FD delayed during the additional information transmission.

量子暗号通信時には、上述したように送信者側端末30から通信路32に送出されるパルス光P1(信号光)の強度が小さくされると共に、通信情報に対応してパルス毎にランダムな位相変調が加えられているので、ホモダイン検波出力として、小さなレベルで通信情報Scmが得られ、これがレベル判別器54から出力される。   During quantum cryptography communication, the intensity of the pulsed light P1 (signal light) transmitted from the sender-side terminal 30 to the communication path 32 is reduced as described above, and random phase modulation is performed for each pulse corresponding to the communication information. Therefore, communication information Scm is obtained at a small level as a homodyne detection output, and this is output from the level discriminator 54.

一方、付加情報送信時には、上述したように送信者側端末30から通信路32に送出されるパルス光P1(信号光)の強度が大きくされると共に、このパルス光P1の位相がランダムな位相変調に係る複数の基底を構成する位相のいずれにも直交しない位相とされているので、ホモダイン検波出力として、受信者側端末31で上述したようにパルス光P2(参照光)にランダムな位相変調が加えられているとしても、常に大きなレベルでフレーム同期信号FDが得られ、これがレベル判別器54から出力される。   On the other hand, when transmitting additional information, the intensity of the pulsed light P1 (signal light) transmitted from the sender-side terminal 30 to the communication path 32 is increased as described above, and the phase of the pulsed light P1 is randomly modulated. Since the phase is not orthogonal to any of the phases constituting the plurality of bases according to the above, random phase modulation is applied to the pulsed light P2 (reference light) as described above at the receiver-side terminal 31 as the homodyne detection output. Even if added, the frame synchronization signal FD is always obtained at a large level, and this is output from the level discriminator 54.

ここで、図12に示す量子暗号通信装置100Aにおける、送信者側端末30と受信者側端末31との間の通信による秘密情報の共有シーケンスの概要について、図13〜図15を参照して説明する。
まず、図13に示すように、送信者側端末30から受信者側端末31にパルス光P1,P2が送られる。ここで、送信者側端末30は、パルス光P1(信号光)に位相変調器39を適用して、{0,π/2,π,3π/2}のいずれかの位相変調を施す。この位相変調系列が図13の下段の表の(b)のデータ送信側位相変調系列に相当する。
Here, an outline of a secret information sharing sequence by communication between the sender-side terminal 30 and the receiver-side terminal 31 in the quantum cryptography communication device 100A shown in FIG. 12 will be described with reference to FIGS. To do.
First, as shown in FIG. 13, pulsed light P <b> 1 and P <b> 2 are sent from the sender-side terminal 30 to the receiver-side terminal 31. Here, the transmitter-side terminal 30 applies the phase modulator 39 to the pulsed light P1 (signal light) to perform any one of phase modulation of {0, π / 2, π, 3π / 2}. This phase modulation sequence corresponds to the data transmission side phase modulation sequence in (b) of the lower table of FIG.

送信者側端末30が、パルス光P1に対して実行する位相変調系列(図13の下段の表の(b))はランダムに選択された系列であってよい。あるいは、予め図13の下段の表の(a)選択ビットを設定した後、その選択ビットに対応する変調を行なってもよい。なお、例えば、ビット0に対しては、0またはπ/2の位相変調光とし、ビット1に対しては、π,または3π/2の位相変調が対応付けられているものとする。   The phase modulation sequence ((b) in the lower table of FIG. 13) executed by the transmitter terminal 30 on the pulsed light P1 may be a randomly selected sequence. Alternatively, after (a) a selection bit in the lower table of FIG. 13 is set in advance, modulation corresponding to the selection bit may be performed. For example, it is assumed that phase modulation light of 0 or π / 2 is associated with bit 0, and phase modulation of π or 3π / 2 is associated with bit 1.

このような位相変調が行なわれたパルス光P1は可変減衰器37(図12参照)によって減衰された信号光として受信者側端末31に送られる。なお、パルス光P2(参照光)は減衰されることなく受信者側端末31に送られる。送信者側端末30から受信者側端末31に送られるパルス光P1は微弱な信号光(パルスあたりの平均光子数が1個程度)であり、送信者側端末30から受信者側端末31に送られるパルス光P2は、比較的強度の強い参照光(典型的な平均光子数はパルスあたり10個程度)である。 The pulse light P1 subjected to such phase modulation is sent to the receiver side terminal 31 as signal light attenuated by the variable attenuator 37 (see FIG. 12). The pulsed light P2 (reference light) is sent to the receiver side terminal 31 without being attenuated. The pulsed light P1 sent from the sender-side terminal 30 to the receiver-side terminal 31 is weak signal light (the average number of photons per pulse is about one), and is sent from the sender-side terminal 30 to the receiver-side terminal 31. pulse light P2 to be is a relatively strong strong reference beam (typical mean photon number 106 or so per pulse).

このパルス光P1,光P2を受信した受信者側端末31は、位相変調器46において、例えば{0,π/2}のいずれかをランダムに選択して、パルス光P1(信号光)に対する位相変調を行いホモダイン検波器において干渉を測定する。   The receiver-side terminal 31 that has received the pulsed light P1 and the light P2 uses the phase modulator 46 to randomly select any one of {0, π / 2}, for example, and the phase with respect to the pulsed light P1 (signal light). Modulation is performed and interference is measured in a homodyne detector.

例えば、受信者側端末31の位相変調器46において、図13の下段の表に示す(c)の位相変調処理を実行した場合、ホモダイン検波器においては、(d)に示すビット検出が可能となる。(d)干渉に基づく確認ビットに示すデータにおいて、[0],[1]が、干渉によるビット識別が実行できた部分であり、[×]は、ビット識別が実行できなかった部分である。ビット識別の可否は、前述したように送信者側端末1と受信者側端末2において実行される位相変調処理の組み合わせによって決定される。   For example, when the phase modulation process of (c) shown in the lower table of FIG. 13 is executed in the phase modulator 46 of the receiver side terminal 31, the homodyne detector can detect the bit shown in (d). Become. (D) In the data shown in the confirmation bit based on interference, [0] and [1] are portions where bit identification due to interference can be performed, and [×] is a portion where bit identification cannot be performed. Whether or not bit identification is possible is determined by a combination of phase modulation processing executed in the sender-side terminal 1 and the receiver-side terminal 2 as described above.

例えば、受信者側端末31のホモダイン検波器は、図13の下段の表の(d)干渉に基づく確認ビットに示すデータに示すように、位相変調処理の組み合わせが所定条件を満足する場合にのみ、ビット[0]、または[1]が検出されることになる。[×]は、ビットの識別が実行できなかった部分である。   For example, the homodyne detector of the receiver-side terminal 31 is used only when the combination of phase modulation processing satisfies a predetermined condition as shown in the data shown in the confirmation bit based on (d) interference in the lower table of FIG. , Bits [0] or [1] will be detected. [×] is a portion where bit identification could not be executed.

その後、受信者側端末31は、図14に示すように、受信者側端末31において適用した変調系列情報、すなわち図14の下段の表の(c)の情報列を送信者側端末30に通知する。図に示す{0,0,π/2,π/2,0・・}である。   Thereafter, as shown in FIG. 14, the receiver-side terminal 31 notifies the transmitter-side terminal 30 of the modulation sequence information applied in the receiver-side terminal 31, that is, the information sequence in (c) of the lower table of FIG. 14. To do. It is {0, 0, π / 2, π / 2, 0.

送信者側端末30は、受信者側端末31から受領した変調系列情報に基づいて、ビット検出に適応した正しい変調が行なわれた部位と、正しくない変調が行なわれた部位を示す情報を生成して受信者側端末31に送信する。すなわち図の下段の表の(e)の情報列を受信者側端末2に通知する。図に示す{○,×,○,×,○,○・・}である。なお、図14に示す受信者側端末31からの変調系列情報{0,0,π/2,π/2,0・・}、送信者側端末30からの情報{○,×,○,×,○,○・・}は公開通信路を適用してよい。   Based on the modulation sequence information received from the receiver-side terminal 31, the sender-side terminal 30 generates information indicating a portion where correct modulation suitable for bit detection is performed and a portion where incorrect modulation is performed. To the receiver side terminal 31. That is, the information column (e) in the lower table of the figure is notified to the receiver side terminal 2. {◯, ×, ○, ×, ○, ○ ··} shown in the figure. Note that the modulation sequence information {0, 0, π / 2, π / 2, 0... From the receiver side terminal 31 and the information {◯, ×, ○, × from the sender side terminal 30 shown in FIG. , ○, ○ ··} may apply public communication paths.

次に、図15に示すように、受信者側端末31は、検出されたビット情報列を送信者側端末30に通知する。図に示す{0,0,1,0・・}である。一方、送信者側端末30は、受信者側端末31側で検出可能な位相変調を行なった部分のみのビット列情報を受信者側端末31に通知する。図に示す{0,0,1,0・・}である。これは、図15の下段の表において、(a)の選択ビットから(e)送受信側の変調適合において[○]が設定されたもののみを選択したビット系列である。これらの通知処理も公開通信路を介して実行してよい。   Next, as illustrated in FIG. 15, the receiver-side terminal 31 notifies the detected bit information sequence to the transmitter-side terminal 30. {0, 0, 1, 0... On the other hand, the sender-side terminal 30 notifies the receiver-side terminal 31 of bit string information of only a portion subjected to phase modulation that can be detected on the receiver-side terminal 31 side. {0, 0, 1, 0... This is a bit series in the table in the lower part of FIG. 15 in which only (a) selected bits in which (e) is set in the modulation adaptation on the transmission / reception side are selected. These notification processes may also be executed via a public communication path.

通信路32において通信データの盗聴が行なわれていない場合は、図15に示すビットの相互通知処理において、すべての確認ビットが一致する。しかし、通信路32において通信データの盗聴が行なわれると、ビットの相互通知処理において、相互の通知ビットのずれが発生する。これは、通信路32の盗聴により、変調状態が変化してしまうことによる。通信路32における盗聴がない場合には、相互の通知ビットのずれは発生することがない。   When communication data is not wiretapped on the communication path 32, all confirmation bits match in the bit mutual notification processing shown in FIG. However, when wiretapping of communication data is performed on the communication path 32, a shift in the notification bits occurs in the bit mutual notification processing. This is because the modulation state changes due to wiretapping of the communication path 32. When there is no eavesdropping on the communication path 32, there is no occurrence of misalignment between the notification bits.

このようなデータ通信により、例えば共通鍵暗号方式における秘密鍵などの秘密情報を共有することが可能となる。なお、例えば秘密鍵nビットを共有する場合は、図15を参照して説明した相互通知処理のなされたビットが互いに一致することを確認した後、予め相互に通知済みの共通のビット選択処理により、上記処理によって共有できたmビット(m>n)からnビットを選択するなどの処理が実行される。   Such data communication makes it possible to share secret information such as a secret key in a common key cryptosystem. For example, when n bits of the secret key are shared, after confirming that the bits subjected to the mutual notification processing described with reference to FIG. 15 coincide with each other, the common bit selection processing that has been mutually notified in advance is performed. Processing such as selecting n bits from m bits (m> n) that can be shared by the above processing is executed.

図12に示す量子暗号通信装置100Aによれば、量子暗号通信時には、送信者側端末30から通信路32に送出されるパルス光P1(信号光)の強度が小さくされると共に、通信情報に対応してパルス毎にランダムな位相変調が加えられているので、受信者側端末31のホモダイン検波出力(減算器53の出力)として小さなレベルで通信情報Scmが得られるため、これをレベル判別器54で区別して出力できる。   According to the quantum cryptography communication device 100A shown in FIG. 12, at the time of quantum cryptography communication, the intensity of the pulsed light P1 (signal light) transmitted from the sender side terminal 30 to the communication path 32 is reduced, and communication information is supported. Since random phase modulation is applied to each pulse, the communication information Scm is obtained at a small level as the homodyne detection output of the receiver side terminal 31 (output of the subtractor 53). Can be output separately.

また、付加情報送信時には、送信者側端末30から通信路32に送出されるパルス光P1(信号光)の強度が大きくされると共に、このパルス光P1の位相がランダムな位相変調に係る複数の基底を構成する位相のいずれにも直交しない位相とされているので(図7、図9参照)、受信者側端末31のホモダイン検波出力(減算器53の出力)として、受信者側端末31側の位相変調器46でランダムな位相変調がされたとしても、常に大きなレベルでフレーム同期信号FDを得ることができ、これをレベル判別器54で区別して出力できる。これにより、フレーム同期信号FDを受信側に確実に認知させることができる。   In addition, when transmitting additional information, the intensity of the pulsed light P1 (signal light) transmitted from the sender-side terminal 30 to the communication path 32 is increased, and the phase of the pulsed light P1 includes a plurality of phases related to random phase modulation. Since the phase is not orthogonal to any of the phases constituting the base (see FIGS. 7 and 9), the receiver side terminal 31 side is used as the homodyne detection output of the receiver side terminal 31 (output of the subtractor 53). Even if random phase modulation is performed by the phase modulator 46, the frame synchronization signal FD can always be obtained at a large level, and this can be distinguished and output by the level discriminator 54. Thereby, the frame synchronization signal FD can be surely recognized by the receiving side.

また、図12に示す量子暗号通信装置100Aによれば、量子暗号通信で送信される通信情報のあるまとまり(単位)に関連して、例えば各フレームの先頭で、フレーム同期信号を送信するものであり、各フレームの同期を良好にとることができる。   Further, according to the quantum cryptography communication device 100A shown in FIG. 12, a frame synchronization signal is transmitted at the head of each frame, for example, in relation to a certain unit (unit) of communication information transmitted by quantum cryptography communication. Yes, each frame can be well synchronized.

また、図12に示す量子暗号通信装置100Aによれば、付加情報送信時に、送信者側端末30における位相変調器39でパルス光P1(信号光)の位相を1,0のビット列からなる情報の各ビット値に応じて変化させることができ、あるいは送信者側端末30における可変減衰器37でパルス光P1(信号光)の光量レベルを1,0のビット列からなる情報の各ビット値に応じて変化させることができ、フレーム同期信号情報に各フレームの通信情報の種類等の情報を持たせることができる。   Further, according to the quantum cryptography communication device 100A shown in FIG. 12, at the time of transmitting additional information, the phase modulator 39 in the sender-side terminal 30 causes the phase of the pulsed light P1 (signal light) to be made up of information consisting of bit strings of 1 and 0. It can be changed according to each bit value, or the light amount level of the pulsed light P1 (signal light) is changed according to each bit value of information consisting of a bit string of 1, 0 by the variable attenuator 37 in the sender side terminal 30. The frame synchronization signal information can have information such as the type of communication information of each frame.

次に、この発明の第2の実施の形態を説明する。図16は、第2の実施の形態として量子暗号通信装置100Bの構成を示している。 この量子暗号通信装置100Aは、第1の通信端末としての送信者側端末1と、第2の通信端末としての受信者側端末2と、これら送信者側端末1および受信者側端末2を結ぶ通信路3とを備えている。   Next explained is the second embodiment of the invention. FIG. 16 shows the configuration of the quantum cryptography communication device 100B as the second embodiment. The quantum cryptography communication device 100A connects a sender side terminal 1 as a first communication terminal, a receiver side terminal 2 as a second communication terminal, and the sender side terminal 1 and the receiver side terminal 2. And a communication path 3.

この量子暗号通信装置100Bも、上述した量子暗号通信装置100Aと同様に、通信路3を介して、送信者側端末1から受信者側端末2に向けて、量子暗号通信時には通信情報としての秘密情報(例えば共通鍵暗号方式において使用される共有秘密鍵など)を送信し、付加情報送信時には付加情報としてのフレーム同期信号を送信する。このフレーム同期信号は、量子暗号通信で送信される通信情報のあるまとまり(単位)をフレームとするとき、各フレームに関連して、例えば各フレームの先頭で送信される。このフレーム同期信号により各フレームの同期をとることが可能となる。   Similarly to the above-described quantum cryptography communication device 100A, this quantum cryptography communication device 100B also sends a secret as communication information during quantum cryptography communication from the sender side terminal 1 to the receiver side terminal 2 via the communication path 3. Information (for example, a shared secret key used in a common key cryptosystem) is transmitted, and a frame synchronization signal as additional information is transmitted when additional information is transmitted. This frame synchronization signal is transmitted at the head of each frame, for example, in association with each frame when a certain unit (unit) of communication information transmitted by quantum cryptography communication is used as a frame. Each frame can be synchronized by this frame synchronization signal.

送信者側端末1は、ビームスプリッタ19、遅延器20、位相変調器21、可変減衰器22、ファラデーミラー24、検出器26およびコントローラ28を有している。また、受信者側端末2は、レーザ光源4、サーキュレータ5、分岐比が1対1のビームスプリッタ6、位相変調器7、遅延器8、ビームスプリッタ9、偏光ビームスプリッタ10、検出器12、ホモダイン検波器15、レベル判別器16およびコントローラ17を有している。   The transmitter terminal 1 includes a beam splitter 19, a delay device 20, a phase modulator 21, a variable attenuator 22, a Faraday mirror 24, a detector 26, and a controller 28. The receiver side terminal 2 includes a laser light source 4, a circulator 5, a beam splitter 6 having a branching ratio of 1: 1, a phase modulator 7, a delay unit 8, a beam splitter 9, a polarization beam splitter 10, a detector 12, a homodyne. It has a detector 15, a level discriminator 16 and a controller 17.

通信路3として、光ファイバあるいは自由空間を用いることができる。自由空間を通信路3とするときは、望遠鏡を使用して通信路3における光ビームの径を大きくすることにより、光の回折の影響を小さくすることができる。   As the communication path 3, an optical fiber or a free space can be used. When the free space is the communication path 3, the influence of light diffraction can be reduced by using a telescope to increase the diameter of the light beam in the communication path 3.

以下、量子暗号を適用した通信処理の動作シーケンスに従って、各構成部における処理の詳細を説明する。   Hereinafter, details of processing in each component will be described in accordance with an operation sequence of communication processing to which quantum cryptography is applied.

受信者側端末2のレーザ光源4で発生するパルス光が、通信路3を介して送信者側端末1へ送信され、そのパルス光が再度、通信路3を介して受信者側端末2へ戻ってくるという順番で動作するので、その順番に従って説明する。   Pulse light generated by the laser light source 4 of the receiver side terminal 2 is transmitted to the transmitter side terminal 1 via the communication path 3, and the pulse light returns to the receiver side terminal 2 via the communication path 3 again. Since it operates in the order of coming, it explains according to the order.

受信者側端末2のサーキュレータ5は、レーザ光源4からの光がビームスプリッタ6へ出力され、ビームスプリッタ6から戻ってきた光がホモダイン検波器15へ出力されるように光路制御を実行する。   The circulator 5 of the receiver-side terminal 2 performs optical path control so that the light from the laser light source 4 is output to the beam splitter 6 and the light returned from the beam splitter 6 is output to the homodyne detector 15.

受信者側端末2のレーザ光源4から発生したパルス光は、サーキュレータ5を介してビームスプリッタ6に入力されると、ビームスプリッタ6において、信号光であるパルス光P1および参照光であるパルス光P2に分離される。   When the pulsed light generated from the laser light source 4 of the receiver side terminal 2 is input to the beam splitter 6 through the circulator 5, the pulsed light P1 that is signal light and the pulsed light P2 that is reference light are transmitted to the beam splitter 6 by the beam splitter 6. Separated.

ビームスプリッタ6から位相変調器7、遅延器8、ビームスプリッタ9を経て偏光ビームスプリッタ10に進むパルス光をP1とする。また、ビームスプリッタ6から直接偏光ビームスプリッタ10に進むパルス光をP2とする。図では、受信者側端末2から送信者側端末1へ向かうパルス光P1,P2を実線矢印で示し、送信者側端末1から受信者側端末2へ戻るパルス光P1,P2を点線矢印で示している。   The pulsed light traveling from the beam splitter 6 to the polarization beam splitter 10 through the phase modulator 7, the delay unit 8, and the beam splitter 9 is denoted by P1. Also, let P2 be the pulsed light that travels directly from the beam splitter 6 to the polarization beam splitter 10. In the figure, pulsed lights P1 and P2 heading from the receiver-side terminal 2 to the sender-side terminal 1 are indicated by solid line arrows, and pulsed lights P1 and P2 returning from the sender-side terminal 1 to the receiver-side terminal 2 are indicated by dotted-line arrows. ing.

ビームスプリッタ6から偏光ビームスプリッタ10へ進む2つの経路は偏波保存ファイバで各部品間を接続し、パルス光P1とパルス光P2が偏光ビームスプリッタ10で合流し、通信路3に送出されるときには、パルス光P1とパルス光P2は互いに直交する直線偏光となる。   When the two paths from the beam splitter 6 to the polarizing beam splitter 10 are connected to each other by a polarization-maintaining fiber, the pulsed light P1 and the pulsed light P2 are merged by the polarizing beam splitter 10 and sent to the communication path 3. The pulsed light P1 and the pulsed light P2 are linearly polarized light orthogonal to each other.

ただし、遅延器8により、パルス光P1はパルス光P2よりも遅れて通信路3に入力される。パルス光P1とパルス光P2の時間差は、レーザ光源4のパルス光のコヒーレンス時間よりも十分長くなければならず、また、受信者側端末2の位相変調器7と、送信者側端末1の位相変調器21および可変減衰器22の応答時間よりも長くなるように選ぶ。   However, the pulsed light P1 is input to the communication path 3 later than the pulsed light P2 by the delay unit 8. The time difference between the pulsed light P1 and the pulsed light P2 must be sufficiently longer than the coherence time of the pulsed light of the laser light source 4, and the phase modulator 7 of the receiver side terminal 2 and the phase of the transmitter side terminal 1 The response time of the modulator 21 and the variable attenuator 22 is selected to be longer.

送信者側端末1では、受信者側端末2から通信路3を経由してパルス光P1、P2を受信する。送信者側端末1では、通信路3からのパルス光P1,P2をビームスプリッタ19に入力する。ビームスプリッタ19は、大部分の光を遅延器20側に出力し、一部の光のみを検出器26側に出力するように入力光の分岐処理を行なう。   The sender terminal 1 receives the pulsed lights P1 and P2 from the receiver terminal 2 via the communication path 3. In the sender-side terminal 1, the pulsed lights P <b> 1 and P <b> 2 from the communication path 3 are input to the beam splitter 19. The beam splitter 19 performs a branching process of the input light so that most of the light is output to the delay device 20 side and only a part of the light is output to the detector 26 side.

ビームスプリッタ19の分岐比は、検出器26がパルス光P2の到着をモニターできる強度となる範囲でなるべく多くの光が遅延器20側に進むように設定する。例えば、遅延器20側と検出器26側との分岐比は9対1に設定される。   The branching ratio of the beam splitter 19 is set so that as much light as possible travels to the delay device 20 within a range where the detector 26 can monitor the arrival of the pulsed light P2. For example, the branching ratio between the delay device 20 side and the detector 26 side is set to 9: 1.

検出器26は、パルス光P2の到着をモニターするために用いる。検出器26としては、例えばフォトダイオードもしくはアバランシェフォトダイオードと、これに増幅器を組み合わせた構成を適用できる。フォトダイオードとアバランシェフォトダイオードには、パルス光の波長が可視域もしくは近赤外の場合にはSiを、波長が1.3μm〜1.6μmの場合にはGeもしくはInGaAsを用いることができる。なお、詳細説明は省略するが、受信者側端末2の検出器12も、検出器26と同様に構成される。   The detector 26 is used for monitoring the arrival of the pulsed light P2. As the detector 26, for example, a configuration in which a photodiode or an avalanche photodiode and an amplifier are combined with this can be applied. For the photodiode and the avalanche photodiode, Si can be used when the wavelength of the pulsed light is in the visible range or near infrared, and Ge or InGaAs can be used when the wavelength is 1.3 μm to 1.6 μm. Although not described in detail, the detector 12 of the receiver side terminal 2 is configured in the same manner as the detector 26.

検出器26の検出出力は、コントローラ28に供給される。図16においては、位相変調器21が可変減衰器22より通信路3側に設置された例を示しているが、可変減衰器22を位相変調器21より通信路3側に設置する構成であってもよい。   The detection output of the detector 26 is supplied to the controller 28. FIG. 16 shows an example in which the phase modulator 21 is installed on the communication path 3 side from the variable attenuator 22. However, the variable attenuator 22 is installed on the communication path 3 side from the phase modulator 21. May be.

コントローラ28は、位相変調器21と可変減衰器22を制御する。この場合、パルス光P2(参照光)に対しては、可変減衰器22の透過率が高くなるようにし、位相変調器21は作用させない。   The controller 28 controls the phase modulator 21 and the variable attenuator 22. In this case, the transmittance of the variable attenuator 22 is increased with respect to the pulsed light P2 (reference light), and the phase modulator 21 is not operated.

また、位相変調器21および可変減衰器22は、パルス光P1(信号光)に対しては、上述した量子暗号通信装置100Aの送信者側端末30における位相変調器39および可変減衰器37と同様に、以下の動作をする。   Moreover, the phase modulator 21 and the variable attenuator 22 are the same as the phase modulator 39 and the variable attenuator 37 in the transmitter side terminal 30 of the quantum cryptography communication apparatus 100A described above for the pulsed light P1 (signal light). The following operations are performed.

すなわち、位相変調器21は、パルス光P1の位相を調整する。この位相変調器21は、コントローラ28の制御により、量子暗号通信時には、パルス光P1に、パルス毎に複数の基底、本実施の形態では2つの基底(図1に示すx,p参照)を構成する0度(0ラジアン)、90度(π/2ラジアン)、180度(πラジアン)、270度(3π/2ラジアン)の位相から選択された所定の位相となるランダムな位相変調を加える。このように本実施の形態における量子暗号通信は、4つの量子状態を用いるものである。   That is, the phase modulator 21 adjusts the phase of the pulsed light P1. Under the control of the controller 28, the phase modulator 21 forms a plurality of bases for each pulse, and two bases in this embodiment (see x and p shown in FIG. 1) in the pulsed light P1 during quantum cryptography communication. Random phase modulation is applied to obtain a predetermined phase selected from the phases of 0 degrees (0 radians), 90 degrees (π / 2 radians), 180 degrees (π radians), and 270 degrees (3π / 2 radians). As described above, the quantum cryptography communication according to the present embodiment uses four quantum states.

また、位相変調器21は、コントローラ28の制御により、付加情報送信時には、パルス光P1の位相が、上述した2つの基底を構成する位相(0度、90度、180度、270度)のいずれにも直交しない位相となる位相変調を加える。例えば、パルス光P1は、図7にフレーム同域信号で示すように、45度の位相とされる。これにより、後述するように、受信者側端末2でパルス光P1またはパルス光P2にパルス毎に上述した2つの基底を構成する位相から選択された所定の位相となるランダムな位相変調を加えている場合に、その基底の変化に拘わらずに、付加情報送信時におけるホモダイン検波の出力を大きなレベルで得ることが可能となる。   In addition, the phase modulator 21 controls the controller 28 so that the phase of the pulsed light P1 is any of the phases (0 degrees, 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees) constituting the above-described two bases when additional information is transmitted. Also, phase modulation is applied so that the phases are not orthogonal. For example, the pulsed light P1 has a phase of 45 degrees as shown by the frame region signal in FIG. As a result, as will be described later, the receiver-side terminal 2 adds a random phase modulation having a predetermined phase selected from the phases constituting the two bases described above for each pulse to the pulsed light P1 or the pulsed light P2. In this case, the output of homodyne detection at the time of transmitting additional information can be obtained at a large level regardless of the change in the basis.

なお、詳細説明は省略するが、上記した量子暗号通信装置100Aと同様にして、フレーム同期信号に、各フレームの通信情報の種類等の情報を持たせることができる。   Although not described in detail, the frame synchronization signal can be provided with information such as the type of communication information of each frame in the same manner as the quantum cryptography communication device 100A described above.

コントローラ28は、検出器26の検出出力に基づいて、パルス光P2(参照光)の到着を知ることができ、位相変調器21におけるパルス光P1(信号光)に対する位相変調の処理開始タイミングを制御する。これにより、位相変調器21においては、パルス光P1(信号光)を構成する各パルスに対して正しいタイミングで位相変調の処理を行うことができる。   The controller 28 can know the arrival of the pulsed light P2 (reference light) based on the detection output of the detector 26, and controls the phase modulation processing start timing for the pulsed light P1 (signal light) in the phase modulator 21. To do. As a result, the phase modulator 21 can perform phase modulation processing at the correct timing for each pulse constituting the pulsed light P1 (signal light).

可変減衰器22は、パルス光P1の光量を調整する。この可変減衰器22は、コントローラ28の制御により、量子暗号通信時には、パルス光P1の光量を減衰させて、送信者側端末1から通信路3に送出されるパルス光P1のパルスあたりの平均光子数が1個程度となるようにする。また、この可変減衰器22は、コントローラ28の制御により、付加情報送信時には、パルス光P1の光量を減衰させないか、あるいはその減衰の程度を小さくし、送信者側端末1から通信路3に送出されるパルス光P1の強度を強くする。   The variable attenuator 22 adjusts the light amount of the pulsed light P1. The variable attenuator 22 attenuates the light amount of the pulsed light P1 during quantum cryptography communication under the control of the controller 28, and averages photons per pulse of the pulsed light P1 transmitted from the sender terminal 1 to the communication path 3. The number should be about one. Further, the variable attenuator 22 does not attenuate the light amount of the pulsed light P <b> 1 or reduces the amount of attenuation when the additional information is transmitted under the control of the controller 28, and sends it to the communication path 3 from the sender side terminal 1. The intensity of the pulsed light P1 is increased.

ここで、量子暗号通信時におけるパルス光P1の調整光量を第1の光量とし、付加情報送信時におけるパルス光P1の調整光量を第2の光量とするとき、第2の光量は第1の光量より大きくなる。これにより、後述するように、付加情報送信時における受信者側端末2のホモダイン検波の出力を、量子暗号通信時に比べて大きなレベルで得ることができ、受信者側端末2でフレーム同期信号が送られてきたことを確実に認知可能となる。   Here, when the adjustment light quantity of the pulsed light P1 at the time of quantum cryptography communication is the first light quantity and the adjustment light quantity of the pulsed light P1 at the time of additional information transmission is the second light quantity, the second light quantity is the first light quantity. Become bigger. As a result, as will be described later, the homodyne detection output of the receiver-side terminal 2 at the time of transmitting additional information can be obtained at a level higher than that at the time of quantum cryptography communication. It will be possible to reliably recognize what has been done.

なお、送信者側端末1から通信路3に送出されるパルス光P2(参照光)のパルスあたりの平均光子数は、受信者側端末2側のホモダイン検波におけるS/N比が最適になるように選ばれる。典型的なパルス光P2の強度はパルスあたりの平均光子数が10個程度である。このとき、送信者側端末1側の可変減衰器22のパルス光P1とパルス光P2に対する相対的な透過率の典型的な比は、10−6:1程度となる。
受信者側端末2から通信路3を介して送信者側端末1に入力したパルス光P1とパルス光P2は送信者側端末1のファラデーミラー24で反射され、受信者側端末2に戻される。したがって、パルス光P1とパルス光P2は送信者側端末1の位相変調器21と可変減衰器22とを、往復で2回通ることになる。
The average number of photons per pulse of the pulsed light P2 (reference light) transmitted from the sender-side terminal 1 to the communication path 3 is such that the S / N ratio in homodyne detection on the receiver-side terminal 2 side is optimized. Chosen. The typical intensity of the pulsed light P2 is about 10 6 average photons per pulse. At this time, a typical ratio of the relative transmittances of the variable attenuator 22 on the transmitter side terminal 1 side to the pulsed light P1 and the pulsed light P2 is about 10 −6 : 1.
The pulsed light P1 and the pulsed light P2 input from the receiver side terminal 2 to the transmitter side terminal 1 via the communication path 3 are reflected by the Faraday mirror 24 of the sender side terminal 1 and returned to the receiver side terminal 2. Therefore, the pulsed light P1 and the pulsed light P2 pass through the phase modulator 21 and the variable attenuator 22 of the sender terminal 1 twice in a reciprocating manner.

送信者側端末1から通信路3を介して受信者側端末2に入力されたパルス光P1,P2は、偏光ビームスプリッタ10により分岐される。この場合、パルス光P1は直接ビームスプリッタ6へ入力される短い経路へ出力され、パルス光P2はビームスプリッタ9、遅延器8および位相変調器7を通る長い経路へ出力される。図では、パルス光P1(信号光)、パルス光P2(参照光)をそれぞれ点線矢印で示している。   The pulsed lights P1 and P2 input from the sender terminal 1 to the receiver terminal 2 via the communication path 3 are branched by the polarization beam splitter 10. In this case, the pulsed light P 1 is output to a short path that is directly input to the beam splitter 6, and the pulsed light P 2 is output to a long path that passes through the beam splitter 9, the delay unit 8, and the phase modulator 7. In the figure, the pulsed light P1 (signal light) and the pulsed light P2 (reference light) are indicated by dotted arrows.

パルス光P1とパルス光P2は、送信者側端末1に設置されたファラデーミラー24によって反射された光であるので、受信者側端末2の偏光ビームスプリッタ10へ戻ってきたパルス光P1とパルス光P2は、受信者側端末2から出力されたパルス光P1とパルス光P2に対してそれぞれ90度偏光面が回転した直線偏光になっている。   Since the pulsed light P1 and the pulsed light P2 are light reflected by the Faraday mirror 24 installed in the sender side terminal 1, the pulsed light P1 and the pulsed light returned to the polarization beam splitter 10 of the receiver side terminal 2 are used. P2 is linearly polarized light with the plane of polarization rotated by 90 degrees with respect to the pulsed light P1 and the pulsed light P2 output from the receiver side terminal 2, respectively.

この偏光に起因して、受信者側端末2に入力されたパルス光P1は、偏光ビームスプリッタ10により、直接ビームスプリッタ6へ入力される短い経路へ出力され、パルス光P2は、ビームスプリッタ9、遅延器8、位相変調器7を通る長い経路へ出力される。すなわち、受信者側端末2の偏光ビームスプリッタ10とビームスプリッタ6の間の経路は、受信者側端末2から送信者側端末1へ向かう際のパルス光P1,P2と、逆に送信者側端末1から受信者側端末2へ戻ったパルス光P1,P2とで入れ替わることになる。   Due to this polarization, the pulsed light P1 input to the receiver side terminal 2 is output to the short path directly input to the beam splitter 6 by the polarization beam splitter 10, and the pulsed light P2 is output to the beam splitter 9, The signal is output to a long path passing through the delay unit 8 and the phase modulator 7. That is, the path between the polarization beam splitter 10 and the beam splitter 6 of the receiver side terminal 2 is the pulse light P1, P2 when traveling from the receiver side terminal 2 to the transmitter side terminal 1, and conversely, the sender side terminal. The pulse lights P1 and P2 returned from 1 to the receiver side terminal 2 are switched.

偏光ビームスプリッタ10により分岐されたパルス光P2(参照光)は、ビームスプリッタ9により、遅延器8へ進むパルス光と検出器12へ進むパルス光に分かれる。ビームスプリッタ9の典型的な分岐比は9対1とされ、大部分のパルス光が遅延器8側に進むように設定される。 The pulsed light P <b> 2 (reference light) branched by the polarization beam splitter 10 is divided into a pulsed light traveling to the delay unit 8 and a pulsed light traveling to the detector 12 by the beam splitter 9. A typical branching ratio of the beam splitter 9 is 9 to 1, and is set so that most of the pulsed light travels toward the delay device 8.

受信者側端末2の検出器12の構成は、送信者側端末1の検出器26と同様で、ビームスプリッタ9の分岐比に関しても、パルス光P2の到着が検出できる範囲でなるべく多くの光が遅延器8側に出力されるように設定する。   The configuration of the detector 12 of the receiver-side terminal 2 is the same as that of the detector 26 of the transmitter-side terminal 1, and as much light as possible is within the range where the arrival of the pulsed light P2 can be detected with respect to the branching ratio of the beam splitter 9 as well. The output is set to the delay unit 8 side.

検出器12の出力はコントローラ17に供給される。コントローラ17は位相変調器7の動作を制御する。コントローラ17は、検出器12の検出出力に基づいて、パルス光P2(参照光)の到着を知ることができ、位相変調器7におけるパルス光P2(参照光)に対する位相変調の処理開始タイミングを制御する。これにより、位相変調器7においては、パルス光P2(参照光)を構成する各パルスに対して正しいタイミングで位相変調の処理が行われる。   The output of the detector 12 is supplied to the controller 17. The controller 17 controls the operation of the phase modulator 7. The controller 17 can know the arrival of the pulsed light P2 (reference light) based on the detection output of the detector 12, and controls the phase modulation processing start timing for the pulsed light P2 (reference light) in the phase modulator 7. To do. Thereby, in the phase modulator 7, the phase modulation process is performed at the correct timing for each pulse constituting the pulsed light P2 (reference light).

この位相変調器7は、コントローラ17の制御により、量子暗号通信時および付加情報送信時には、パルス光P2に、パルス毎に上述した2つの基底を構成する0度、90度の位相から選択された所定の位相となるランダムな位相変調を加える。なお、この位相変調器7をパルス光P1(信号光)の経路に配置して、パルス光P2の代わりに、パルス光P1に同様のランダムな位相変調を加えるようにしてもよい。   The phase modulator 7 is selected from the phases of 0 degree and 90 degrees constituting the two bases described above for each pulse for the pulsed light P2 under the control of the controller 17 during the quantum cryptography communication and the additional information transmission. Random phase modulation with a predetermined phase is applied. The phase modulator 7 may be disposed in the path of the pulsed light P1 (signal light), and the same random phase modulation may be applied to the pulsed light P1 instead of the pulsed light P2.

往路、すなわち受信者側端末2から送信者側端末1へ向かう際には、長い経路(ビームスプリッタ6→位相変調器7→遅延器8→ビームスプリッタ9→偏光ビームスプリッタ10)を通ったパルス光P1は、復路では短い経路(偏光ビームスプリッタ10→ビームスプリッタ6)を通る。一方、往路では短い経路(ビームスプリッタ6→偏光ビームスプリッタ10)を通ったパルス光P2は、復路では長い経路(偏光ビームスプリッタ10→ビームスプリッタ9→遅延器8→位相変調器7→ビームスプリッタ6)を通る。このように、パルス光P1,P2は、受信者側端末2と送信者側端末1との間の往復において全く等距離の経路を経由することになり、パルス光P1(信号光)とパルス光P2(参照光)は同時にビームスプリッタ6に到着する。   When traveling from the receiver side terminal 2 to the transmitter side terminal 1, the pulsed light passes through a long path (beam splitter 6 → phase modulator 7 → delay unit 8 → beam splitter 9 → polarizing beam splitter 10). P1 passes through a short path (polarization beam splitter 10 → beam splitter 6) in the return path. On the other hand, the pulsed light P2 that has passed through a short path (beam splitter 6 → polarization beam splitter 10) in the forward path is a long path (polarization beam splitter 10 → beam splitter 9 → delay unit 8 → phase modulator 7 → beam splitter 6) in the return path. ) In this way, the pulsed lights P1 and P2 pass through a completely equidistant path in the round trip between the receiver side terminal 2 and the sender side terminal 1, and the pulsed light P1 (signal light) and the pulsed light are transmitted. P2 (reference light) arrives at the beam splitter 6 at the same time.

ビームスプリッタ6の2つの出力は、片方は直接、もう片方はサーキュレータ5を通って、ホモダイン検波器15へ入力されて、ホモダイン検波が行われる。そして、ホモダイン検波出力はレベル判別器16に供給される。このレベル判別器16は、ホモダイン検波出力をレベル判別して、量子暗号通信時に送られてくる通信情報Scmおよび付加情報送信時に遅れてくるフレーム同期信号FDを区別して出力する。   The two outputs of the beam splitter 6 are input directly to the homodyne detector 15 through the circulator 5 on the other side and subjected to homodyne detection. The homodyne detection output is supplied to the level discriminator 16. This level discriminator 16 discriminates the level of the homodyne detection output and discriminates and outputs the communication information Scm transmitted at the time of quantum cryptography communication and the frame synchronization signal FD delayed at the time of additional information transmission.

量子暗号通信時には、上述したように送信者側端末1から通信路3に送出されるパルス光P1(信号光)の強度が小さくされると共に、通信情報に対応してパルス毎にランダムな位相変調が加えられているので、ホモダイン検波出力として、小さなレベルで通信情報Scmが得られ、これがレベル判別器16から出力される。   At the time of quantum cryptography communication, the intensity of the pulsed light P1 (signal light) transmitted from the sender terminal 1 to the communication path 3 is reduced as described above, and random phase modulation is performed for each pulse corresponding to the communication information. Therefore, communication information Scm is obtained at a small level as a homodyne detection output, and this is output from the level discriminator 16.

一方、付加情報送信時には、上述したように送信者側端末1から通信路3に送出されるパルス光P1(信号光)の強度が大きくされると共に、このパルス光P1の位相がランダムな位相変調に係る複数の基底を構成する位相のいずれにも直交しない位相とされているので、ホモダイン検波出力として、受信者側端末2で上述したようにパルス光P2(参照光)にランダムな位相変調が加えられているとしても、常に大きなレベルでフレーム同期信号FDが得られ、これがレベル判別器16から出力される。   On the other hand, when transmitting additional information, the intensity of the pulsed light P1 (signal light) transmitted from the sender-side terminal 1 to the communication path 3 is increased as described above, and the phase of the pulsed light P1 is random phase modulated. Since the phase is not orthogonal to any of the phases constituting the plurality of bases according to the above, random phase modulation is applied to the pulsed light P2 (reference light) as described above at the receiver side terminal 2 as the homodyne detection output. Even if added, the frame synchronization signal FD is always obtained at a large level, and this is output from the level discriminator 16.

図16に示す量子暗号通信装置100Bにおける送信者側端末1と受信者側端末2との間の通信による秘密情報の共有シーケンスは、上述の図12に示す量子暗号通信装置100Bにおけるものと同様であるので(図13〜図15参照)、その説明は省略する。   The secret information sharing sequence by communication between the sender-side terminal 1 and the receiver-side terminal 2 in the quantum cryptography communication device 100B shown in FIG. 16 is the same as that in the quantum cryptography communication device 100B shown in FIG. Since there is (see FIGS. 13 to 15), the description thereof is omitted.

図16に示す量子暗号通信装置100Bによれば、上述した図12に示す量子暗号通信装置100Aと同様に、付加情報送信時には、送信者側端末1から通信路3に送出されるパルス光P1(信号光)の強度が大きくされると共に、このパルス光P1の位相がランダムな位相変調に係る複数の基底を構成する位相のいずれにも直交しない位相とされているので(図7、図9参照)、受信者側端末2のホモダイン検波出力として、受信者側端末2側の位相変調器7でランダムな位相変調がされたとしても、常に大きなレベルでフレーム同期信号FDを得ることができ、フレーム同期信号FDを受信側に確実に認知させることができる。   According to the quantum cryptography communication device 100B illustrated in FIG. 16, similarly to the quantum cryptography communication device 100A illustrated in FIG. 12 described above, when transmitting additional information, the pulse light P1 ( The intensity of the signal light) is increased, and the phase of the pulsed light P1 is not orthogonal to any of the phases constituting a plurality of bases related to random phase modulation (see FIGS. 7 and 9). ) As a homodyne detection output of the receiver side terminal 2, the frame synchronization signal FD can always be obtained at a large level even when random phase modulation is performed by the phase modulator 7 on the receiver side terminal 2 side. The receiving side can reliably recognize the synchronization signal FD.

なお、上述実施の形態においては、付加情報送信時に、送信者側端末30,1側で、パルス光P1(信号光)の位相が、上述した複数の基底を構成する位相のいずれにも直交しない位相となる位相変調を加えて通信路に送出し、受信者側端末31,2側で、ホモダイン検波出力としてフレーム同期信号を得るものを示したが、以下のようにしてフレーム同期信号を送信するようにしてもよい。   In the above-described embodiment, at the time of transmitting additional information, the phase of the pulsed light P1 (signal light) is not orthogonal to any of the phases constituting the plurality of bases described above on the sender-side terminals 30 and 1 side. The phase modulation which becomes the phase is added and transmitted to the communication path, and the receiver side terminals 31 and 2 side obtain the frame synchronization signal as the homodyne detection output, but the frame synchronization signal is transmitted as follows You may do it.

すなわち、付加情報送信時に、送信者側端末30,1側で、パルス光P1(信号光)に、上述した複数の基底のうち特定の基底を構成する位相となる位相変調を加えて通信路に送出し、受信者側端末31,2側で、パルス光P1(信号光)またはパルス光P2(参照光)に、上述した特定の基底を構成する位相となる位相変調を加えて、ホモダイン検波出力として付加情報を得るものである。   That is, at the time of transmitting additional information, the transmitter side terminals 30 and 1 add pulse modulation P1 (signal light) to the communication path by adding phase modulation that is a phase constituting a specific base among the plurality of bases described above. At the receiver side terminals 31 and 2, homodyne detection output is performed by adding phase modulation to the pulse light P 1 (signal light) or pulse light P 2 (reference light) to the phase constituting the specific base described above. As a result, additional information is obtained.

この場合、受信者側端末31,2側では、パルス光P1(信号光)またはパルス光P2(参照光)にランダムな位相変調を加えている状態で、付加情報送信時となってホモダイン検波出力として大きなレベルの信号が出力され始めるとき、位相変調器46,7で上述した特定の基底を構成する位相となる位相変調を加える状態とし、さらに付加情報の送信が終了したとき再びランダムな位相変調を加える状態に戻せばよい。   In this case, the receiver-side terminals 31 and 2 receive homodyne detection output when additional information is transmitted in a state where random phase modulation is applied to the pulsed light P1 (signal light) or the pulsed light P2 (reference light). When a large level signal starts to be output, the phase modulators 46 and 7 apply the phase modulation that becomes the phase constituting the specific base described above, and when the transmission of the additional information is completed, the random phase modulation is performed again. Return to the state of adding

この発明は、連続変量の量子暗号通信を行う際に、送信者側端末から受信者側端末にフレーム同期信号等の付加情報を良好に送信できるものであり、秘密鍵暗号方式における秘密鍵等の秘密情報を交換する量子暗号通信装置等に適用できる。   The present invention is capable of satisfactorily transmitting additional information such as a frame synchronization signal from a sender-side terminal to a receiver-side terminal when performing continuous variable quantum cryptography communication, such as a secret key in a secret key cryptosystem. The present invention can be applied to a quantum cryptography communication device that exchanges secret information.

信号光の位相状態に情報を載せた連続変量の量子暗号における平均光子数1の信号光を、直交位相振幅座標x、p上で表した図である。It is the figure which represented the signal light of the average number of photons 1 in the continuous variable quantum cryptography which put information on the phase state of signal light on quadrature phase amplitude coordinates x and p. 参照光と信号光をホモダイン検波することで信号光の位相状態を抽出した場合に、受信基底が送信基底と合っていた場合における、信号のヒストグラムを示す図である。It is a figure which shows the histogram of a signal in case the receiving base corresponds with the transmission base, when the phase state of signal light is extracted by carrying out homodyne detection of reference light and signal light. 参照光と信号光をホモダイン検波することで信号光の位相状態を抽出した場合に、送信側と受信側の基底が異なっていた場合における、信号のヒストグラムを示す図である。It is a figure which shows the histogram of a signal when the bases of a transmission side and a receiving side differ when the phase state of signal light is extracted by carrying out homodyne detection of reference light and signal light. 送信側から送られるフレーム同期信号の信号レベルおよび位相状態の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the signal level and phase state of the frame synchronization signal sent from the transmission side. フレーム同期信号の位相がx軸上にある場合における、受信側のホモダイン検波で得られる信号のヒストグラムを示す図である。It is a figure which shows the histogram of the signal obtained by the homodyne detection of a receiving side in case the phase of a frame synchronizing signal exists on an x-axis. フレーム同期信号の位相がx軸上にある場合、受信側の基底がpである場合における、受信側のホモダイン検波で得られる信号のヒストグラムを示す図である。It is a figure which shows the histogram of the signal obtained by the homodyne detection of a receiving side in case the phase of a receiving side is p when the phase of a frame synchronizing signal exists on an x-axis. フレーム同期信号の位相を、x,Pのいずれの基底にも一致させない状態を示す図である。It is a figure which shows the state which does not make the phase of a frame synchronizing signal correspond to any base of x and P. フレーム同期信号の信号光のレベルを大きくすると共に、その位相を、x,pのいずれの基底にも一致させない状態とした場合における、受信側のホモダイン検波で得られる信号のヒストグラムを示す図である。It is a figure which shows the histogram of the signal obtained by the homodyne detection of a receiving side in the case where the level of the signal light of a frame synchronizing signal is enlarged and the phase is made not to coincide with any base of x and p. . フレーム同期信号に情報を載せるために、互いに直交するx軸およびp軸で囲まれた、隣り合わない象限、例えば第1象限および第3象限にフレーム同期信号をおいた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which put the frame-synchronization signal in the quadrant which is not adjacent to each other, for example, the 1st quadrant and the 3rd quadrant surrounded by the mutually orthogonal x-axis and p-axis in order to put information on the frame synchronization signal. 第1象限および第3象限にフレーム同期信号をおいた状態における、受信側のホモダイン検波で得られる信号のヒストグラムを示す図である。It is a figure which shows the histogram of the signal obtained by the homodyne detection of the receiving side in the state which put the frame-synchronization signal in the 1st quadrant and the 3rd quadrant. フレーム同期信号を隣り合った象限においた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which put the frame-synchronization signal in the adjacent quadrant. この発明の第1の実施の形態としての量子暗号通信装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the quantum cryptography communication apparatus as 1st Embodiment of this invention. 情報通信処理の説明を行うための図(1/3)である。It is a figure (1/3) for demonstrating an information communication process. 情報通信処理の説明を行うための図(2/3)である。It is a figure (2/3) for demonstrating an information communication process. 情報通信処理の説明を行うための図(3/3)である。It is a figure (3/3) for demonstrating an information communication process. この発明の第2の実施の形態としての量子暗号通信装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the quantum cryptography communication apparatus as 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1,30・・・送信者側端末、2,31・・・受信者側端末、3,32・・・通信路、4,33・・・レーザ光源、5・・・サーキュレータ、6,9,19,34,43,49・・・ビームスプリッタ、7,21,39,46・・・位相変調器、8,20・・・遅延器、10,41,42・・・偏光ビームスプリッタ、12,26,44・・・検出器、15・・・ホモダイン検出器、16,54・・・レベル判別器、17,28,38,45・・・コントローラ、22,37・・・可変減衰器、24・・・ファラデーミラー、35,40,48・・・反射鏡、36,47・・・半波長板、51,52・・・フォトダイオード、53・・・減算器、100A,100B・・・量子暗号通信装置   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,30 ... Transmitter side terminal, 2,31 ... Receiver side terminal, 3,32 ... Communication path, 4,33 ... Laser light source, 5 ... Circulator, 6, 9, 19, 34, 43, 49 ... beam splitter, 7, 21, 39, 46 ... phase modulator, 8, 20 ... delay device, 10, 41, 42 ... polarization beam splitter, 12, 26, 44 ... detector, 15 ... homodyne detector, 16, 54 ... level discriminator, 17, 28, 38, 45 ... controller, 22, 37 ... variable attenuator, 24 ... Faraday mirror, 35, 40, 48 ... Reflector, 36, 47 ... Half-wave plate, 51, 52 ... Photodiode, 53 ... Subtractor, 100A, 100B ... Quantum Cryptographic communication device

Claims (18)

量子暗号に基づく通信処理を実行する量子暗号通信装置であって、
第1の通信端末と、第2の通信端末と、上記第1の通信端末および上記第2の通信端末を結ぶ通信路とを備え、
上記第1の通信端末は、
パルス光を発生する光源と、
上記光源から発生されるパルス光を信号光および参照光に分離する第1の光分離部と、
上記第1の光分離部で分離される上記信号光の光量を調整する可変減衰器と、
上記第1の光分離部で分離される上記信号光の位相を調整する第1の位相変調器と、
上記可変減衰器および上記第1の位相変調器の動作を制御する第1のコントローラと、
上記第1の光分離部で分離される参照光、および上記第1の光分離部で分離され、上記可変減衰器および上記第1の位相変調器を介された上記信号光を上記通信路に送出する光送出部とを有し、
上記第1のコントローラは、
量子暗号通信時には、上記信号光の光量が第1の光量となるように上記可変減衰器を制御すると共に、上記信号光に、パルス毎に複数の基底を構成する位相から選択された所定の位相となるランダムな位相変調を加えるように上記第1の位相変調器を制御し、
付加情報送信時には、上記信号光の光量が上記第1の光量より大きな第2の光量となるように上記可変減衰器を制御すると共に、上記信号光の位相が、上記複数の基底を構成する位相のいずれにも直交しない位相となるように上記第1の位相変調器を制御し、
上記第2の通信端末は、
上記通信路を介して上記第1の通信端末から送られてくる上記参照光を分離して取り出す第2の光分離部と、
上記第2の光分離部で分離される上記信号光および上記参照光に基づいてホモダイン検波を行うホモダイン検波器と、
上記第2の光分離部で分離されて上記ホモダイン検波器に供給される上記信号光または上記参照光の位相を調整する第2の位相変調器と、
上記第2の位相変調器の動作を制御する第2のコントローラと、
上記ホモダイン検波器の出力信号をレベル判別して、上記量子暗号通信時に送られてくる通信情報および上記付加情報送信時に送られてくる付加情報を区別して出力するレベル判別器とを有し、
上記第2のコントローラは、
上記量子暗号通信時および上記付加情報送信時には、上記信号光または上記参照光に、パルス毎に上記複数の基底を構成する位相から選択された所定の位相となるランダムな位相変調を加えるように上記第2の位相変調器を制御する
ことを特徴とする量子暗号通信装置。
A quantum cryptography communication device that executes communication processing based on quantum cryptography,
A first communication terminal; a second communication terminal; a communication path connecting the first communication terminal and the second communication terminal;
The first communication terminal is
A light source that generates pulsed light;
A first light separation unit that separates pulsed light generated from the light source into signal light and reference light;
A variable attenuator for adjusting the amount of the signal light separated by the first light separation unit;
A first phase modulator that adjusts the phase of the signal light separated by the first light separation unit;
A first controller for controlling operations of the variable attenuator and the first phase modulator;
The reference light separated by the first light separation unit and the signal light separated by the first light separation unit and passed through the variable attenuator and the first phase modulator are used as the communication path. An optical transmission unit for transmitting,
The first controller is
At the time of quantum cryptography communication, the variable attenuator is controlled so that the light amount of the signal light becomes the first light amount, and the signal light has a predetermined phase selected from phases constituting a plurality of bases for each pulse. Controlling the first phase modulator to apply a random phase modulation such that
At the time of transmitting additional information, the variable attenuator is controlled so that the light amount of the signal light becomes a second light amount larger than the first light amount, and the phase of the signal light constitutes a plurality of bases. Controlling the first phase modulator so that the phase is not orthogonal to any of the above,
The second communication terminal is
A second light separation unit that separates and extracts the reference light transmitted from the first communication terminal via the communication path;
A homodyne detector for performing homodyne detection based on the signal light and the reference light separated by the second light separation unit;
A second phase modulator that adjusts the phase of the signal light or the reference light separated by the second light separation unit and supplied to the homodyne detector;
A second controller for controlling the operation of the second phase modulator;
A level discriminator that discriminates and outputs the communication information sent during the quantum cryptography communication and the additional information sent during the additional information transmission by determining the level of the output signal of the homodyne detector;
The second controller is
At the time of the quantum cryptography communication and the additional information transmission, the signal light or the reference light is subjected to random phase modulation having a predetermined phase selected from the phases constituting the plurality of bases for each pulse. A quantum cryptography communication device that controls the second phase modulator.
上記量子暗号通信で送信される通信情報の単位をフレームとし、上記付加情報は、各フレームの送信に関連して送信される
ことを特徴とする請求項1に記載の量子暗号通信装置。
The quantum cryptography communication device according to claim 1, wherein a unit of communication information transmitted in the quantum cryptography communication is a frame, and the additional information is transmitted in association with transmission of each frame.
上記複数の基底を構成する位相のいずれにも直交しない位相として、該複数の基底を構成する位相が互いに直交する第1および第2の座標軸にあるとき、該第1および第2の座標軸で囲まれた第1象限および第3象限、あるいは第2象限および第4象限に存在する位相を用いる
ことを特徴とする請求項1に記載の量子暗号通信装置。
Surrounded by the first and second coordinate axes when the phases constituting the plurality of bases are on the first and second coordinate axes orthogonal to each other as a phase not orthogonal to any of the phases constituting the plurality of bases. 2. The quantum cryptography communication device according to claim 1, wherein phases existing in the first and third quadrants, or in the second and fourth quadrants are used.
上記第1のコントローラは、上記付加情報送信時に、上記信号光の光量が、付加情報に応じて振幅変調されるように上記可変減衰器を制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の量子暗号通信装置。
The quantum controller according to claim 1, wherein the first controller controls the variable attenuator so that the amount of the signal light is amplitude-modulated according to the additional information when the additional information is transmitted. Cryptographic communication device.
量子暗号に基づく通信処理を実行する量子暗号通信装置で使用される通信端末であって、
パルス光を発生する光源と、
上記光源から発生されるパルス光を信号光および参照光に分離する光分離部と、
上記光分離部で分離される上記信号光の光量を調整する可変減衰器と、
上記光分離部で分離される上記信号光の位相を調整する位相変調器と、
上記可変減衰器および上記位相変調器の動作を制御するコントローラと、
上記光分離部で分離される参照光、および上記光分離部で分離され、上記可変減衰器および上記第1の位相変調器を介された上記信号光を上記通信路に送出する光送出部とを有し、
上記コントローラは、
量子暗号通信時には、上記信号光の光量が第1の光量となるように上記可変減衰器を制御すると共に、上記信号光に、パルス毎に複数の基底を構成する位相から選択された所定の位相となるランダムな位相変調を加えるように上記位相変調器を制御し、
付加情報送信時には、上記信号光の光量が上記第1の光量より大きな第2の光量となるように上記可変減衰器を制御すると共に、上記信号光の位相が、上記複数の位相のいずれにも直交しない位相となるように上記位相変調器を制御する
ことを特徴とする通信端末。
A communication terminal used in a quantum cryptography communication device that executes communication processing based on quantum cryptography,
A light source that generates pulsed light;
A light separation unit that separates pulsed light generated from the light source into signal light and reference light;
A variable attenuator for adjusting the amount of the signal light separated by the light separation unit;
A phase modulator that adjusts the phase of the signal light separated by the light separation unit;
A controller for controlling the operation of the variable attenuator and the phase modulator;
A reference light separated by the light separation unit, and a light sending unit for sending the signal light separated by the light separation unit and passed through the variable attenuator and the first phase modulator to the communication path; Have
The above controller
At the time of quantum cryptography communication, the variable attenuator is controlled so that the light amount of the signal light becomes the first light amount, and the signal light has a predetermined phase selected from phases constituting a plurality of bases for each pulse. Control the phase modulator to add random phase modulation
At the time of transmitting additional information, the variable attenuator is controlled so that the light amount of the signal light becomes a second light amount larger than the first light amount, and the phase of the signal light is set to any of the plurality of phases. A communication terminal that controls the phase modulator so as to have a phase that is not orthogonal.
量子暗号に基づく通信処理を実行する量子暗号通信装置で使用される通信端末であって、
通信路を介して他の端末装置から送られてくる信号光および参照光を分離して取り出す光分離部と、
上記光分離部で分離される上記信号光および上記参照光に基づいてホモダイン検波を行うホモダイン検波器と、
上記光分離部で分離されて上記ホモダイン検波器に供給される上記信号光または上記参照光の位相を調整する位相変調器と、
上記位相変調器の動作を制御するコントローラと、
上記ホモダイン検波器の出力信号をレベル判別して、量子暗号通信時に送られてくる通信情報および付加情報送信時に送られてくる付加情報を区別して出力するレベル判別器とを有し、
上記コントローラは、
上記量子暗号通信時および上記付加情報送信時には、上記信号光または上記参照光に、パルス毎に複数の基底を構成する位相から選択された所定の位相となるランダムな位相変調を加えるように上記位相変調器を制御する
ことを特徴とする通信端末。
A communication terminal used in a quantum cryptography communication device that executes communication processing based on quantum cryptography,
A light separation unit that separates and extracts signal light and reference light transmitted from another terminal device via a communication path;
A homodyne detector for performing homodyne detection based on the signal light and the reference light separated by the light separation unit;
A phase modulator that adjusts the phase of the signal light or the reference light separated by the light separation unit and supplied to the homodyne detector;
A controller for controlling the operation of the phase modulator;
A level discriminator that discriminates and outputs the communication information sent during the quantum cryptography communication and the additional information sent during the additional information transmission by determining the level of the output signal of the homodyne detector,
The above controller
During the quantum cryptography communication and during the transmission of the additional information, the signal light or the reference light is subjected to random phase modulation having a predetermined phase selected from phases constituting a plurality of bases for each pulse. A communication terminal characterized by controlling a modulator.
第1の通信端末側で、光源から発生されるパルス光を信号光および参照光に分離し、該参照光を通信路に送出し、該信号光を、第1の光量に減衰させると共にパルス毎に複数の基底を構成する位相から選択された所定の位相となるランダムな位相変調を加えた後に上記通信路に送出し、第2の通信端末側で、上記通信路から上記信号光および上記参照光を分離して取り出し、該信号光または該参照光にパルス毎に上記複数の基底を構成する位相から選択された所定の位相となるランダムな位相変調を加えた後に該信号光および該参照光に基づいてホモダイン検波を行って通信情報を得る量子暗号通信装置における付加情報送信方法であって、
上記第1の通信端末側で、上記信号光を、上記第1の光量より大きな第2の光量とすると共に上記複数の基底を構成する位相のいずれにも直交しない位相として上記通信路に送出し、上記第2の通信端末側で、上記ホモダイン検波の出力として付加情報を得る
ことを特徴とする量子暗号通信装置における付加情報送信方法。
On the first communication terminal side, the pulse light generated from the light source is separated into signal light and reference light, the reference light is transmitted to the communication path, the signal light is attenuated to the first light amount, and for each pulse. And applying random phase modulation having a predetermined phase selected from phases constituting a plurality of bases to the communication path, and then sending the signal light and the reference from the communication path on the second communication terminal side The signal light and the reference light are obtained by separating and extracting the light, and applying random phase modulation having a predetermined phase selected from the phases constituting the plurality of bases for each pulse to the signal light or the reference light. An additional information transmission method in a quantum cryptography communication device that obtains communication information by performing homodyne detection based on
On the first communication terminal side, the signal light is sent to the communication path as a second light quantity larger than the first light quantity and as a phase not orthogonal to any of the phases constituting the plurality of bases. The additional information transmission method in the quantum cryptography communication device is characterized in that additional information is obtained as an output of the homodyne detection on the second communication terminal side.
量子暗号に基づく通信処理を実行する量子暗号通信装置であって、
第1の通信端末と、第2の通信端末と、上記第1の通信端末および上記第2の通信端末を結ぶ通信路とを備え、
上記第1の通信端末は、
パルス光を発生する光源と、
上記光源から発生されるパルス光を信号光および参照光に分離する第1の光分離部と、
上記第1の光分離部で分離される上記信号光の光量を調整する可変減衰器と、
上記第1の光分離部で分離される上記信号光の位相を調整する第1の位相変調器と、
上記可変減衰器および上記第1の位相変調器の動作を制御する第1のコントローラと、
上記第1の光分離部で分離される参照光、および上記第1の光分離部で分離され、上記可変減衰器および上記第1の位相変調器を介された上記信号光を上記通信路に送出する光送出部とを有し、
上記第1のコントローラは、
量子暗号通信時には、上記信号光の光量が第1の光量となるように上記可変減衰器を制御すると共に、上記信号光に、パルス毎に複数の基底を構成する位相から選択された所定の位相となるランダムな位相変調を加えるように上記第1の位相変調器を制御し、
付加情報送信時には、上記信号光の光量が上記第1の光量より大きな第2の光量となるように上記可変減衰器を制御すると共に、上記信号光に上記複数の基底のうち特定の基底を構成する位相となる位相変調を加えるように上記第1の位相変調器を制御し、
上記第2の通信端末は、
上記通信路を介して上記第1の通信端末から送られてくる上記参照光を分離して取り出す第2の光分離部と、
上記第2の光分離部で分離される上記信号光および上記参照光に基づいてホモダイン検波を行うホモダイン検波器と、
上記第2の光分離部で分離されて上記ホモダイン検波器に供給される上記信号光または上記参照光の位相を調整する第2の位相変調器と、
上記第2の位相変調器の動作を制御する第2のコントローラと、
上記ホモダイン検波器の出力信号をレベル判別して、上記量子暗号通信時に送られてくる通信情報および上記付加情報送信時に送られてくる付加情報を区別して出力するレベル判別器とを有し、
上記第2のコントローラは、
上記量子暗号通信時には、上記信号光または上記参照光に、パルス毎に上記複数の基底を構成する位相から選択された所定の位相となるランダムな位相変調を加えるように上記第2の位相変調器を制御し、
上記付加情報送信時には、上記信号光または上記参照光に、上記特定の基底を構成する位相となる位相変調を加えるように上記第2の位相変調器を制御する
ことを特徴とする量子暗号通信装置。
A quantum cryptography communication device that executes communication processing based on quantum cryptography,
A first communication terminal; a second communication terminal; a communication path connecting the first communication terminal and the second communication terminal;
The first communication terminal is
A light source that generates pulsed light;
A first light separation unit that separates pulsed light generated from the light source into signal light and reference light;
A variable attenuator for adjusting the amount of the signal light separated by the first light separation unit;
A first phase modulator that adjusts the phase of the signal light separated by the first light separation unit;
A first controller for controlling operations of the variable attenuator and the first phase modulator;
The reference light separated by the first light separation unit and the signal light separated by the first light separation unit and passed through the variable attenuator and the first phase modulator are used as the communication path. An optical transmission unit for transmitting,
The first controller is
At the time of quantum cryptography communication, the variable attenuator is controlled so that the light amount of the signal light becomes the first light amount, and the signal light has a predetermined phase selected from phases constituting a plurality of bases for each pulse. Controlling the first phase modulator to apply a random phase modulation such that
At the time of transmitting additional information, the variable attenuator is controlled so that the light amount of the signal light is a second light amount larger than the first light amount, and a specific base is configured among the plurality of bases in the signal light Controlling the first phase modulator so as to apply phase modulation to be a phase to be
The second communication terminal is
A second light separation unit that separates and extracts the reference light transmitted from the first communication terminal via the communication path;
A homodyne detector for performing homodyne detection based on the signal light and the reference light separated by the second light separation unit;
A second phase modulator that adjusts the phase of the signal light or the reference light separated by the second light separation unit and supplied to the homodyne detector;
A second controller for controlling the operation of the second phase modulator;
A level discriminator that discriminates and outputs the communication information sent during the quantum cryptography communication and the additional information sent during the additional information transmission by determining the level of the output signal of the homodyne detector;
The second controller is
At the time of the quantum cryptography communication, the second phase modulator so as to apply, to the signal light or the reference light, random phase modulation having a predetermined phase selected from phases constituting the plurality of bases for each pulse. Control
A quantum cryptography communication device that controls the second phase modulator to add phase modulation to the signal light or the reference light to a phase that constitutes the specific base when transmitting the additional information .
第1の通信端末側で、光源から発生されるパルス光を信号光および参照光に分離し、該参照光を通信路に送出し、該信号光を、第1の光量に減衰させると共にパルス毎に複数の基底を構成する位相から選択された所定の位相となるランダムな位相変調を加えて上記通信路に送出し、第2の通信端末側で、上記通信路から上記信号光および上記参照光を分離して取り出し、該信号光または該参照光にパルス毎に上記複数の基底を構成する位相から選択された所定の位相となるランダムな位相変調を加えた後に該信号光および該参照光に基づいてホモダイン検波を行って通信情報を得る量子暗号通信装置における付加情報送信方法であって、
上記第1の通信端末側で、上記信号光を、上記第1の光量より大きな第2の光量とすると共に上記複数の基底のうち特定の基底を構成する位相となる位相変調を加えて上記通信路に送出し、上記第2の通信端末側で、上記信号光または上記参照光に、上記特定の基底を構成する位相となる位相変調を加え、上記ホモダイン検波の出力として付加情報を得る
ことを特徴とする量子暗号通信装置における付加情報送信方法。
On the first communication terminal side, the pulse light generated from the light source is separated into signal light and reference light, the reference light is transmitted to the communication path, the signal light is attenuated to the first light amount, and for each pulse. Are added with random phase modulation having a predetermined phase selected from phases constituting a plurality of bases, and sent to the communication path, and on the second communication terminal side, the signal light and the reference light are transmitted from the communication path. The signal light and the reference light are subjected to random phase modulation having a predetermined phase selected from the phases constituting the plurality of bases for each pulse. An additional information transmission method in a quantum cryptography communication device that obtains communication information by performing homodyne detection based on:
On the first communication terminal side, the signal light is set to a second light amount larger than the first light amount, and the phase modulation that is a phase constituting a specific base among the plurality of bases is added and the communication is performed. The second communication terminal side adds phase modulation as a phase constituting the specific base to the signal light or the reference light, and obtains additional information as an output of the homodyne detection. A method for transmitting additional information in a quantum cryptography communication device.
量子暗号に基づく通信処理を実行する量子暗号通信装置であって、
第1の通信端末と、第2の通信端末と、上記第1の通信端末および上記第2の通信端末を結ぶ通信路とを備え、
上記第1の通信端末は、
上記通信路を介して上記第2の通信端末から送られてくる上記信号光および上記参照光を所定の光路を介して上記通信路に送出する第1の光送出部と、
上記所定の光路を通る上記信号光の光量を調整する可変減衰器と、
上記所定の光路を通る上記信号光の位相を調整する第1の位相変調器と、
上記可変減衰器および上記第1の位相変調器の動作を制御する第1のコントローラとを有し、
上記第1のコントローラは、
量子暗号通信時には、上記信号光の光量が第1の光量となるように上記可変減衰器を制御すると共に、上記信号光に、パルス毎に複数の基底を構成する位相から選択された所定の位相となるランダムな位相変調を加えるように上記第1の位相変調器を制御し、
付加情報送信時には、上記信号光の光量が上記第1の光量より大きな第2の光量となるように上記可変減衰器を制御すると共に、上記信号光の位相が、上記複数の基底を構成する位相のいずれにも直交しない位相となるように上記第1の位相変調器を制御し、
上記第2の通信端末は、
パルス光を発生する光源と、
上記光源から発生されるパルス光を信号光および参照光に分離する第1の光分離部と、
遅延器が挿入されている第1の光路と、
遅延器が挿入されていない第2の光路と、
上記第1の光分離部で分離され、上記第1の光路を通過した上記信号光、および上記第1の光分離部で分離され、上記第2の光路を通過した上記参照光を合成して、上記通信路に送出する第2の光送出部と、
上記通信路を介して上記第1の通信端末から送られてくる上記信号光および上記参照光を分離して取り出する第2の光分離部と、
上記第2の光分離部で分離される上記信号光および上記参照光に基づいてホモダイン検出を行うホモダイン検波器と、
上記第2の光分離部で分離されて上記ホモダイン検波器に供給される上記信号光または上記参照光の位相を調整する第2の位相変調器と、
上記第2の位相変調器の動作を制御する第2のコントローラと、
上記ホモダイン検波器の出力信号をレベル判別して、上記量子暗号通信時に送られてくる通信情報および上記付加情報送信時に送られてくる付加情報を区別して出力するレベル判別器とを有し、
上記第2のコントローラは、
上記量子暗号通信時および上記付加情報送信時には、上記信号光または上記参照光に、パルス毎に複数の基底を構成する位相から選択された所定の位相となるランダムな位相変調を加えるように上記第2の位相変調器を制御する
ことを特徴とする量子暗号通信装置。
A quantum cryptography communication device that executes communication processing based on quantum cryptography,
A first communication terminal; a second communication terminal; a communication path connecting the first communication terminal and the second communication terminal;
The first communication terminal is
A first light sending section for sending the signal light and the reference light sent from the second communication terminal via the communication path to the communication path via a predetermined optical path;
A variable attenuator for adjusting the amount of the signal light passing through the predetermined optical path;
A first phase modulator for adjusting the phase of the signal light passing through the predetermined optical path;
A first controller for controlling the operation of the variable attenuator and the first phase modulator;
The first controller is
At the time of quantum cryptography communication, the variable attenuator is controlled so that the light amount of the signal light becomes the first light amount, and the signal light has a predetermined phase selected from phases constituting a plurality of bases for each pulse. Controlling the first phase modulator to apply a random phase modulation such that
At the time of transmitting additional information, the variable attenuator is controlled so that the light amount of the signal light becomes a second light amount larger than the first light amount, and the phase of the signal light constitutes a plurality of bases. Controlling the first phase modulator so that the phase is not orthogonal to any of the above,
The second communication terminal is
A light source that generates pulsed light;
A first light separation unit that separates pulsed light generated from the light source into signal light and reference light;
A first optical path in which a delay is inserted;
A second optical path in which no delay is inserted;
The signal light separated by the first light separation unit and passed through the first optical path is combined with the reference light separated by the first light separation unit and passed through the second optical path. A second light sending unit for sending to the communication path;
A second light separation unit that separates and extracts the signal light and the reference light transmitted from the first communication terminal via the communication path;
A homodyne detector for performing homodyne detection based on the signal light and the reference light separated by the second light separation unit;
A second phase modulator that adjusts the phase of the signal light or the reference light that is separated by the second light separation unit and supplied to the homodyne detector;
A second controller for controlling the operation of the second phase modulator;
A level discriminator that discriminates and outputs the communication information sent during the quantum cryptography communication and the additional information sent during the additional information transmission by determining the level of the output signal of the homodyne detector;
The second controller is
During the quantum cryptography communication and the additional information transmission, the signal light or the reference light is subjected to random phase modulation having a predetermined phase selected from phases constituting a plurality of bases for each pulse. 2. A quantum cryptography communication device characterized by controlling the phase modulator of 2.
上記量子暗号通信で送信される情報の単位をフレームとし、上記付加情報は、各フレームの送信に関連して送信される
ことを特徴とする請求項10に記載の量子暗号通信装置。
The quantum cryptography communication device according to claim 10, wherein a unit of information transmitted by the quantum cryptography communication is a frame, and the additional information is transmitted in association with transmission of each frame.
上記複数の基底を構成する位相のいずれにも直交しない位相として、該複数の基底を構成する位相が互いに直交する第1および第2の座標軸にあるとき、該第1および第2の座標軸で囲まれた第1象限および第3象限、あるいは第2象限および第4象限に存在する位相を用いる
ことを特徴とする請求項10に記載の量子暗号通信装置。
Surrounded by the first and second coordinate axes when the phases constituting the plurality of bases are on the first and second coordinate axes orthogonal to each other as a phase not orthogonal to any of the phases constituting the plurality of bases. The quantum cryptography communication device according to claim 10, wherein phases existing in the first and third quadrants, or the second and fourth quadrants are used.
上記第1のコントローラは、上記付加情報送信時に、上記信号光の光量が、付加情報に応じて振幅変調されるように上記可変減衰器を制御する
ことを特徴とする請求項10に記載の量子暗号通信装置。
11. The quantum according to claim 10, wherein the first controller controls the variable attenuator so that the amount of the signal light is amplitude-modulated according to the additional information when the additional information is transmitted. Cryptographic communication device.
量子暗号に基づく通信処理を実行する量子暗号通信装置で使用される通信端末であって、
通信路を介して他の通信端末から送られてくる信号光および参照光を所定の光路を介して上記通信路に送出する光送出部と、
上記所定の光路を通る上記信号光の光量を調整する可変減衰器と、
上記所定の光路を通る上記信号光の位相を調整する位相変調器と、
上記可変減衰器および上記位相変調器の動作を制御するコントローラとを有し、
上記コントローラは、
量子暗号通信時には、上記信号光の光量が第1の光量となるように上記可変減衰器を制御すると共に、上記信号光に、パルス毎に複数の基底を構成する位相から選択された所定の位相となるランダムな位相変調を加えるように上記位相変調器を制御し、
付加情報送信時には、上記信号光の光量が上記第1の光量より大きな第2の光量となるように上記可変減衰器を制御すると共に、上記信号光の位相が、上記複数の基底を構成する位相のいずれにも直交しない位相となるように上記位相変調器を制御する
ことを特徴とする通信端末。
A communication terminal used in a quantum cryptography communication device that executes communication processing based on quantum cryptography,
A light transmission unit for transmitting signal light and reference light transmitted from another communication terminal via a communication path to the communication path via a predetermined optical path;
A variable attenuator for adjusting the amount of the signal light passing through the predetermined optical path;
A phase modulator for adjusting the phase of the signal light passing through the predetermined optical path;
A controller for controlling the operation of the variable attenuator and the phase modulator,
The above controller
At the time of quantum cryptography communication, the variable attenuator is controlled so that the light amount of the signal light becomes the first light amount, and the signal light has a predetermined phase selected from phases constituting a plurality of bases for each pulse. Control the phase modulator to add random phase modulation
At the time of transmitting additional information, the variable attenuator is controlled so that the light amount of the signal light becomes a second light amount larger than the first light amount, and the phase of the signal light constitutes a plurality of bases. A communication terminal characterized by controlling the phase modulator so that the phase is not orthogonal to any of the above.
量子暗号に基づく通信処理を実行する量子暗号通信装置で使用される通信端末であって、
パルス光を発生する光源と、
上記光源から発生されるパルス光を信号光および参照光に分離する第1の光分離部と、
遅延器が挿入されている第1の光路と、
遅延器が挿入されていない第2の光路と、
上記第1の光分離部で分離され、上記第1の光路を通過した上記信号光、および上記第1の光分離部で分離され、上記第2の光路を通過した上記参照光を合成して、上記通信路に送出する光送出部と、
上記通信路を介して他の通信端末から送られてくる上記信号光および上記参照光を分離して取り出する第2の光分離部と、
上記第2の光分離部で分離される上記信号光および上記参照光に基づいてホモダイン検出を行うホモダイン検波器と、
上記第2の光分離部で分離されて上記ホモダイン検波器に供給される上記信号光または上記参照光の位相を調整する位相変調器と、
上記第2の位相変調器の動作を制御するコントローラと、
上記ホモダイン検波器の出力信号をレベル判別して、上記量子暗号通信時に送られてくる通信情報および上記付加情報送信時に送られてくる付加情報を区別して出力するレベル判別器とを有し、
上記コントローラは、
上記量子暗号通信時および上記付加情報送信時には、上記信号光または上記参照光に、パルス毎に複数の基底を構成する位相から選択された所定の位相となるランダムな位相変調を加えるように上記位相変調器を制御する
ことを特徴とする通信端末。
A communication terminal used in a quantum cryptography communication device that executes communication processing based on quantum cryptography,
A light source that generates pulsed light;
A first light separation unit that separates pulsed light generated from the light source into signal light and reference light;
A first optical path in which a delay is inserted;
A second optical path in which no delay is inserted;
The signal light separated by the first light separation unit and passed through the first optical path is combined with the reference light separated by the first light separation unit and passed through the second optical path. , An optical transmission unit for transmitting to the communication path;
A second light separation unit that separates and extracts the signal light and the reference light transmitted from another communication terminal via the communication path;
A homodyne detector for performing homodyne detection based on the signal light and the reference light separated by the second light separation unit;
A phase modulator that adjusts the phase of the signal light or the reference light separated by the second light separation unit and supplied to the homodyne detector;
A controller for controlling the operation of the second phase modulator;
A level discriminator that discriminates and outputs the communication information sent during the quantum cryptography communication and the additional information sent during the additional information transmission by determining the level of the output signal of the homodyne detector;
The above controller
During the quantum cryptography communication and during the transmission of the additional information, the signal light or the reference light is subjected to random phase modulation having a predetermined phase selected from phases constituting a plurality of bases for each pulse. A communication terminal characterized by controlling a modulator.
第2の通信端末側で、光源から発生されるパルス光を信号光および参照光に分離し、該参照光を遅延器が挿入されていない第2の光路を通して通信路に送出し、該信号光を遅延器が挿入されている第1の光路を通して上記通信路に送出し、第1の通信端末側で、通信路を介して送られてくる上記信号光および上記参照光を所定の光路を通して上記通信路に送出する際、該信号光の光量を第1の光量に減衰させると共に該信号光にパルス毎に複数の基底を構成する位相から選択された所定の位相となるランダムな位相変調を加え、上記第2の通信端末側で、上記通信路を介して送られてくる上記信号光および上記参照光を分離して取り出し、該信号光または該参照光にパルス毎に上記複数の基底を構成する位相から選択された所定の位相となるランダムな位相変調を加えた後に該信号光および該参照光に基づいてホモダイン検波を行って通信情報を得る量子暗号通信装置における付加情報送信方法であって、
上記第1の通信端末側で、上記信号光を、上記第1の光量より大きな第2の光量とすると共に上記複数の基底を構成する位相のいずれにも直交しない位相として上記通信路に送出し、上記第2の通信端末側で、上記ホモダイン検波の出力として付加情報を得る
ことを特徴とする量子暗号通信装置における付加情報送信方法。
On the second communication terminal side, the pulsed light generated from the light source is separated into signal light and reference light, and the reference light is sent to the communication path through the second optical path in which no delay device is inserted. Is transmitted to the communication path through the first optical path in which the delay device is inserted, and the signal light and the reference light transmitted via the communication path are transmitted through the predetermined optical path on the first communication terminal side. When transmitting to the communication path, the light amount of the signal light is attenuated to a first light amount, and random phase modulation is applied to the signal light so as to have a predetermined phase selected from phases constituting a plurality of bases for each pulse. The second communication terminal side separates and extracts the signal light and the reference light transmitted via the communication path, and configures the plurality of bases for each pulse of the signal light or the reference light It becomes the predetermined phase selected from the phase to be After addition of random phase modulation or additional information transmission method in a quantum cryptography communication apparatus for obtaining communication information by performing a homodyne detection based signal light and the reference light,
On the first communication terminal side, the signal light is sent to the communication path as a second light quantity larger than the first light quantity and as a phase not orthogonal to any of the phases constituting the plurality of bases. The additional information transmission method in the quantum cryptography communication device is characterized in that additional information is obtained as an output of the homodyne detection on the second communication terminal side.
量子暗号に基づく通信処理を実行する量子暗号通信装置であって、
第1の通信端末と、第2の通信端末と、上記第1の通信端末および上記第2の通信端末を結ぶ通信路とを備え、
上記第1の通信端末は、
上記通信路を介して上記第2の通信端末から送られてくる上記信号光および上記参照光を所定の光路を介して上記通信路に送出する第1の光送出部と、
上記所定の光路を通る上記信号光の光量を調整する可変減衰器と、
上記所定の光路を通る上記信号光の位相を調整する第1の位相変調器と、
上記可変減衰器および上記第1の位相変調器の動作を制御する第1のコントローラとを有し、
上記第1のコントローラは、
量子暗号通信時には、上記信号光の光量が第1の光量となるように上記可変減衰器を制御すると共に、上記信号光に、パルス毎に複数の基底を構成する位相から選択された所定の位相となるランダムな位相変調を加えるように上記第1の位相変調器を制御し、
付加情報送信時には、上記信号光の光量が上記第1の光量より大きな第2の光量となるように上記可変減衰器を制御すると共に、上記信号光に上記複数の基底のうち特定の基底を構成する位相となる位相変調を加えるように上記第1の位相変調器を制御し、
上記第2の通信端末は、
パルス光を発生する光源と、
上記光源から発生されるパルス光を信号光および参照光に分離する第1の光分離部と、
遅延器が挿入されている第1の光路と、
遅延器が挿入されていない第2の光路と、
上記第1の光分離部で分離され、上記第1の光路を通過した上記信号光、および上記第1の光分離部で分離され、上記第2の光路を通過した上記参照光を合成して、上記通信路に送出する第2の光送出部と、
上記通信路を介して上記第1の通信端末から送られてくる上記信号光および上記参照光を分離して取り出する第2の光分離部と、
上記第2の光分離部で分離される上記信号光および上記参照光に基づいてホモダイン検出を行うホモダイン検波器と、
上記第2の光分離部で分離されて上記ホモダイン検波器に供給される上記信号光または上記参照光の位相を調整する第2の位相変調器と、
上記第2の位相変調器の動作を制御する第2のコントローラと、
上記ホモダイン検波器の出力信号をレベル判別して、上記量子暗号通信時に送られてくる通信情報および上記付加情報送信時に送られてくる付加情報を区別して出力するレベル判別器とを有し、
上記第2のコントローラは、
上記量子暗号通信時には、上記信号光または上記参照光に、パルス毎に複数の基底を構成する位相から選択された所定の位相となるランダムな位相変調を加えるように上記第2の位相変調器を制御し、
上記付加情報送信時には、上記信号光または上記参照光に、上記特定の基底を構成する位相となる位相変調を加えるように上記第2の位相変調器を制御する
ことを特徴とする量子暗号通信装置。
A quantum cryptography communication device that executes communication processing based on quantum cryptography,
A first communication terminal; a second communication terminal; a communication path connecting the first communication terminal and the second communication terminal;
The first communication terminal is
A first light sending section for sending the signal light and the reference light sent from the second communication terminal via the communication path to the communication path via a predetermined optical path;
A variable attenuator for adjusting the amount of the signal light passing through the predetermined optical path;
A first phase modulator for adjusting the phase of the signal light passing through the predetermined optical path;
A first controller for controlling the operation of the variable attenuator and the first phase modulator;
The first controller is
At the time of quantum cryptography communication, the variable attenuator is controlled so that the light amount of the signal light becomes the first light amount, and the signal light has a predetermined phase selected from phases constituting a plurality of bases for each pulse. Controlling the first phase modulator to apply a random phase modulation such that
At the time of transmitting additional information, the variable attenuator is controlled so that the light amount of the signal light is a second light amount larger than the first light amount, and a specific base is configured among the plurality of bases in the signal light Controlling the first phase modulator so as to apply phase modulation to be a phase to be
The second communication terminal is
A light source that generates pulsed light;
A first light separation unit that separates pulsed light generated from the light source into signal light and reference light;
A first optical path in which a delay is inserted;
A second optical path in which no delay is inserted;
The signal light separated by the first light separation unit and passed through the first optical path is combined with the reference light separated by the first light separation unit and passed through the second optical path. A second light sending unit for sending to the communication path;
A second light separation unit that separates and extracts the signal light and the reference light transmitted from the first communication terminal via the communication path;
A homodyne detector for performing homodyne detection based on the signal light and the reference light separated by the second light separation unit;
A second phase modulator that adjusts the phase of the signal light or the reference light separated by the second light separation unit and supplied to the homodyne detector;
A second controller for controlling the operation of the second phase modulator;
A level discriminator that discriminates and outputs the communication information sent during the quantum cryptography communication and the additional information sent during the additional information transmission by determining the level of the output signal of the homodyne detector;
The second controller is
At the time of the quantum cryptography communication, the second phase modulator is added to the signal light or the reference light so as to apply random phase modulation having a predetermined phase selected from phases constituting a plurality of bases for each pulse. Control
A quantum cryptography communication device that controls the second phase modulator to add phase modulation to the signal light or the reference light to a phase that constitutes the specific base when transmitting the additional information .
第2の通信端末側で、光源から発生されるパルス光を信号光および参照光に分離し、該参照光を遅延器が挿入されていない第2の光路を通して通信路に送出し、該信号光を遅延器が挿入されている第1の光路を通して上記通信路に送出し、第1の通信端末側で、通信路を介して送られてくる上記信号光および上記参照光を所定の光路を通して上記通信路に送出する際、該信号光の光量を第1の光量に減衰させると共に該信号光にパルス毎に複数の基底を構成する位相から選択された所定の位相となるランダムな位相変調を加え、上記第2の通信端末側で、上記通信路を介して送られてくる上記信号光および上記参照光を分離して取り出し、該信号光または該参照光にパルス毎に上記複数の基底を構成する位相から選択された所定の位相となるランダムな位相変調を加えた後に該信号光および該参照光に基づいてホモダイン検波を行って通信情報を得る量子暗号通信装置における付加情報送信方法であって、
上記第1の通信端末側で、上記信号光を、上記第1の光量より大きな第2の光量とすると共に上記複数の基底のうち特定の基底を構成する位相となる位相変調を加えて上記通信路に送出し、上記第2の通信端末側で、信号光または参照光に、上記特定の基底を構成する位相となる位相変調を加え、ホモダイン検波の出力として付加情報を得る
ことを特徴とする量子暗号通信装置における付加情報送信方法。
On the second communication terminal side, the pulsed light generated from the light source is separated into signal light and reference light, and the reference light is sent to the communication path through the second optical path in which no delay device is inserted. Is transmitted to the communication path through the first optical path in which the delay device is inserted, and the signal light and the reference light transmitted via the communication path are transmitted through the predetermined optical path on the first communication terminal side. When transmitting to the communication path, the light amount of the signal light is attenuated to a first light amount, and random phase modulation is applied to the signal light so as to have a predetermined phase selected from phases constituting a plurality of bases for each pulse. The second communication terminal side separates and extracts the signal light and the reference light transmitted via the communication path, and configures the plurality of bases for each pulse of the signal light or the reference light It becomes the predetermined phase selected from the phase to be After addition of random phase modulation or additional information transmission method in a quantum cryptography communication apparatus for obtaining communication information by performing a homodyne detection based signal light and the reference light,
On the first communication terminal side, the signal light is set to a second light amount larger than the first light amount, and the phase modulation that is a phase constituting a specific base among the plurality of bases is added and the communication is performed. And the second communication terminal side adds phase modulation to the signal light or the reference light to the phase constituting the specific base, and obtains additional information as an output of homodyne detection. A method for transmitting additional information in a quantum cryptography communication device.
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