JP5032105B2 - Quantum information communication apparatus, method and program - Google Patents

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本発明は、多者間で量子情報中継を利用して長距離の量子情報通信を行う量子情報通信装置、方法およびプログラムに関する。   The present invention relates to a quantum information communication apparatus, method, and program for performing long-distance quantum information communication using quantum information relay between multiple parties.

強力な暗号プリミティブとして提案されている量子鍵配送において、安全性を保証するためには、送信する信号の強度を十分に小さくしておく必要がある。信号強度が微弱であることには高い安全性を確保することができる一方、短い通信距離で量子状態が減衰するという問題がある。また、量子状態としての信号は、正確な観測基底を知らない場合には、複製できないという特徴も有しているため、一度、信号を読み取って新たに信号を生成することによって、信号の減衰を回復することができず、量子状態としての信号を増幅することは非常に困難となっている。このため、量子情報中継の技術が提案されている。   In the quantum key distribution proposed as a strong cryptographic primitive, it is necessary to sufficiently reduce the strength of a signal to be transmitted in order to guarantee security. The weak signal intensity can ensure high safety, but has a problem that the quantum state is attenuated at a short communication distance. In addition, since the signal as a quantum state has a feature that it cannot be replicated if the exact observation base is not known, the signal is attenuated by reading the signal once and generating a new signal. It cannot be recovered and it is very difficult to amplify the signal as a quantum state. For this reason, a quantum information relay technique has been proposed.

量子情報中継は、量子状態としての信号を遠隔地まで高い忠実度で送信する技術であり、エンタングルメントスワッピング(ES:entanglement Swapping)によって互いにもつれ合った光子対であるEPR対の長さを伸張し、エンタングルメント純粋化プロトコル(EPP:Entanglement Purification Protocol)によって忠実度を回復するという2つの操作を繰り返すことによって、EPR対の長さを徐々に伸張していきつつ、忠実度を確保する技術である。ここで、忠実度とは、減衰後の量子状態が減衰前の量子状態にどの程度近いかを示す指標である。   Quantum information relay is a technology that transmits a signal as a quantum state to a remote place with high fidelity, and extends the length of an EPR pair that is a photon pair entangled with each other by entanglement swapping (ES). This is a technology to ensure fidelity while gradually extending the length of the EPR pair by repeating two operations of restoring fidelity by the Entanglement Purification Protocol (EPP). . Here, the fidelity is an index indicating how close the quantum state after attenuation is to the quantum state before attenuation.

より具体的には、量子情報中継プロトコルは以下の手順で進行する。まず、各中継地点において、EPR対を発生させて、EPR対の一方の光子を隣接する中継地点に送信する。これにより、隣り合った中継地点の間でEPR対が共有される。この後、ESによりEPR対をつなぎ合わせる。隣接する地点間でのEPR対の共有やES操作の際に忠実度が低下するが、このように低下した忠実度をEPPにより向上させる。そして、送信者と受信者との間でEPR対が共有されるまでES及びEPPを繰り返し実行する。このようにしてEPR対は送信者と受信者との間で共有され、量子状態としての信号を遠隔地まで高い忠実度で送信することができる(例えば、非特許文献1参照)。   More specifically, the quantum information relay protocol proceeds in the following procedure. First, an EPR pair is generated at each relay point, and one photon of the EPR pair is transmitted to an adjacent relay point. Thereby, an EPR pair is shared between adjacent relay points. Thereafter, the EPR pair is connected by ES. The fidelity is lowered when the EPR pair is shared between the adjacent points and the ES operation is performed. The fidelity thus lowered is improved by the EPP. Then, ES and EPP are repeatedly executed until the EPR pair is shared between the sender and the receiver. Thus, the EPR pair is shared between the sender and the receiver, and a signal as a quantum state can be transmitted to a remote place with high fidelity (for example, refer to Non-Patent Document 1).

H.J. Briegel et.al. Quantum repeaters:The role of imperfect local operations in quantum communication.Phys.Rev.Lett.,Vol.81,No.26,pp.5932, 1998.H.J. Briegel et.al.Quantum repeaters: The role of imperfect local operations in quantum communication.Phys.Rev.Lett., Vol.81, No.26, pp.5932, 1998.

しかしながら、このような量子情報中継を利用した量子通信技術では、次のような問題点がある。   However, the quantum communication technology using such quantum information relay has the following problems.

多数のノードが接続されたネットワークシステムにおいて、全てのノードが古典通信ネットワークで接続され、古典通信経路が形成されている場合でも、一部のノード間では、量子通信ネットワークが構築されておらず、量子通信経路が形成されていない場合がある。このため、量子通信経路による経路と古典通信経路による経路とが異なる場合がある。   In a network system in which a large number of nodes are connected, even if all nodes are connected by a classical communication network and a classical communication path is formed, a quantum communication network is not constructed between some nodes, A quantum communication path may not be formed. For this reason, the path | route by a quantum communication path | route may differ from the path | route by a classical communication path | route.

このため、量子中継器を有するノードにおいては、ノード間の古典通信経路による経路を登録した古典通信経路テーブルと、ノード間の量子通信経路による経路を登録した量子通信経路テーブルとを別個に保持している。そして、送信ノードから受信ノードまで量子情報を通信する場合、古典通信経路テーブルを利用した古典通信経路による経路探索と量子通信経路テーブルを利用した量子通信経路による経路探索との両方を行っている。   For this reason, in a node having a quantum repeater, a classical communication route table in which a route by a classical communication route between nodes is registered and a quantum communication route table in which a route by a quantum communication route between nodes is separately maintained are maintained. ing. When quantum information is communicated from the transmission node to the reception node, both the route search using the classical communication route using the classical communication route table and the route search using the quantum communication route using the quantum communication route table are performed.

このような2つの経路探索は、ノードの量子情報通信装置における負荷を増大するものとなっている。   Such two route searches increase the load on the quantum information communication device of the node.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、量子情報通信において、経路探索の負荷を軽減することができる量子情報通信装置、方法およびプログラムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a quantum information communication apparatus, method, and program capable of reducing the load of route search in quantum information communication.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、量子通信ネットワークと古典通信ネットワークとに接続された量子情報通信装置であって、前記量子通信ネットワークに接続されたノード間の量子通信による経路を示す量子通信経路を登録した量子通信経路テーブルと、前記古典通信ネットワークに接続されたノード間の古典通信による経路を示す古典通信経路と当該古典通信経路のノード間の前記量子通信経路の相関関係とを対応付けた古典通信経路テーブルとを記憶する記憶手段と、送信ノードのネットワークアドレスと受信ノードのネットワークアドレスとに基づいて、前記古典通信経路テーブルから前記送信ノードと前記受信ノードとの間に存在する所定のノード間の前記古典通信経路を検索し、検索された前記古典通信経路に対応する前記相関関係に基づいて前記所定のノード間の前記量子通信経路を決定する経路決定手段と、検索された前記古典通信経路または決定された前記量子通信経路に従って、光子の量子情報通信を行う通信手段と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明は、上記量子情報通信装置で実行される方法およびプログラムである。
In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a quantum information communication device connected to a quantum communication network and a classical communication network, wherein a quantum information communication between nodes connected to the quantum communication network is performed. A quantum communication path table in which a quantum communication path indicating a path by communication is registered; a classical communication path indicating a path by classical communication between nodes connected to the classical communication network; and the quantum communication path between nodes of the classical communication path Storage means for storing the correlation of the classical communication path table, and based on the network address of the transmission node and the network address of the reception node, the transmission node and the reception node from the classical communication path table, The classical communication path between the predetermined nodes existing between Route determination means for determining the quantum communication path between the predetermined nodes based on the correlation corresponding to a path, and the quantum information communication of photons according to the searched classical communication path or the determined quantum communication path And a communication means for performing the above.
The present invention also relates to a method and a program executed by the quantum information communication device.

本発明によれば、量子情報通信において、経路探索の負荷を軽減することができるという効果を奏する。また、本発明によれば、通信経路の状況に応じて最適な経路探索を行うことができるという効果を奏する。   According to the present invention, it is possible to reduce the load of route search in quantum information communication. Further, according to the present invention, there is an effect that an optimum route search can be performed according to the state of the communication route.

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる量子情報通信装置、方法およびプログラムの最良な実施の形態を詳細に説明する。   Exemplary embodiments of a quantum information communication device, method, and program according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings.

(実施の形態1)
実施の形態1は、本発明にかかる量子情報通信装置、方法およびプログラムを、送信ノードから受信ノードまでの古典通信経路または量子通信経路に設けられ、量子鍵配送等、送信ノードから受信ノードへの光子の量子情報通信の際に、もつれ合った光子対であるEPR対を他のノードと共有し、EPR対の各光子間の距離を伸張する量子中継を行う量子情報中継装置に適用したものである。
(Embodiment 1)
In the first embodiment, the quantum information communication apparatus, method and program according to the present invention are provided in a classical communication path or a quantum communication path from a transmission node to a reception node, such as quantum key distribution, from the transmission node to the reception node. In quantum information communication of photons, an EPR pair, which is an entangled photon pair, is shared with other nodes and applied to a quantum information relay apparatus that performs quantum relay to extend the distance between each photon of the EPR pair. is there.

図1は、実施の形態1にかかる量子情報通信システムのネットワーク構成を示すブロック図である。図1に示すように、実施の形態1にかかる量子情報通信システムは、複数の量子情報中継装置100が光ファーバー140で接続された構成となっている。かかる光ファイバー140によって構成されるネットワークは、古典通信経路と量子通信経路の双方で構成されている。   FIG. 1 is a block diagram of a network configuration of the quantum information communication system according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the quantum information communication system according to the first embodiment has a configuration in which a plurality of quantum information relay devices 100 are connected by an optical fiber 140. The network constituted by the optical fiber 140 is constituted by both a classical communication path and a quantum communication path.

量子情報中継装置100は、送信ノードから受信ノードまでの量子通信経路に設けられ、送信ノードから受信ノードへの光子の量子情報通信を中継するものである。ここで、本実施の形態では、量子情報中継装置100自体が送信ノードおよび受信ノードとなる構成となっている。また、量子通信経路は、量子情報中継装置100が存在する経路である。   The quantum information relay device 100 is provided in a quantum communication path from a transmission node to a reception node, and relays quantum information communication of photons from the transmission node to the reception node. Here, in the present embodiment, the quantum information relay device 100 itself is configured to be a transmission node and a reception node. The quantum communication path is a path where the quantum information relay device 100 exists.

量子情報中継装置100は、図1に示すように、制御用古典計算機110と中継器120とを備えている。制御用古典計算機110は、CPUやメモリ、キーボード、マウス、ハードディスクドライブ装置(HDD)等を備えた通常のコンピュータの構成となっている。   The quantum information relay apparatus 100 includes a control classical computer 110 and a repeater 120 as shown in FIG. The control classical computer 110 has a configuration of a normal computer including a CPU, a memory, a keyboard, a mouse, a hard disk drive (HDD), and the like.

図2は、実施の形態1にかかる制御用古典計算機110と中継器120の機能的構成を示すブロック図である。   FIG. 2 is a block diagram of a functional configuration of the control classical computer 110 and the repeater 120 according to the first embodiment.

まず、制御用古典計算機110について説明する。制御用古典計算機110は、図2に示すように、古典経路検索部136と、量子経路決定部132と、通信部135と、古典通信経路テーブル133と、量子通信経路テーブル134とを主に備えている。   First, the control classical computer 110 will be described. As illustrated in FIG. 2, the control classical computer 110 mainly includes a classical path search unit 136, a quantum path determination unit 132, a communication unit 135, a classical communication path table 133, and a quantum communication path table 134. ing.

古典通信経路テーブル133は、古典通信ネットワークに接続された各ノード間の古典通信による最短経路を示す古典通信経路と古典通信経路の各ノード間の量子通信経路の相関関係とを対応付けたテーブルである。ここで、本実施の形態において、相関関係として、古典通信経路と同一経路の量子通信経路の存在の有無を示す量子通信経路存在フラグをノードのIPアドレスに対応づけて保持している。量子通信経路存在フラグは、「1」の場合に、古典通信経路と同一経路の前記量子通信経路が存在する旨を示し、「0」の場合に、古典通信経路と同一経路の量子通信経路が存在しない旨を示す。   The classical communication path table 133 is a table in which the classical communication path indicating the shortest path by classical communication between the nodes connected to the classical communication network is correlated with the correlation of the quantum communication path between the nodes of the classical communication path. is there. Here, in the present embodiment, as a correlation, a quantum communication path presence flag indicating whether or not there is a quantum communication path that is the same path as the classical communication path is held in association with the IP address of the node. When the quantum communication path presence flag is “1”, it indicates that the quantum communication path of the same path as the classical communication path exists, and when it is “0”, the quantum communication path of the same path as the classical communication path is present. Indicates that it does not exist.

量子通信経路テーブル134は、量子通信ネットワークに接続されたノード間の量子通信による最短経路を示す量子通信経路をノードのIPアドレスごとに登録したテーブルである。古典通信経路テーブル133と量子通信経路テーブル134は、ハードディスクドライブ装置(HDD)やメモリ等の記憶媒体に格納されている。   The quantum communication path table 134 is a table in which a quantum communication path indicating the shortest path by quantum communication between nodes connected to the quantum communication network is registered for each IP address of the node. The classical communication path table 133 and the quantum communication path table 134 are stored in a storage medium such as a hard disk drive (HDD) or a memory.

ここで、送信ノードおよび受信ノードのIPアドレスのデータ形式について説明する。図3−1は、送信ノードおよび受信ノードのIPアドレスのデータ形式の一例を示すデータ構造図である。図3−1に示すように、IPアドレスは複数のセグメントから構成されている。   Here, the data format of the IP addresses of the transmission node and the reception node will be described. FIG. 3A is a data structure diagram illustrating an example of a data format of IP addresses of a transmission node and a reception node. As shown in FIG. 3A, the IP address is composed of a plurality of segments.

このセグメントは、ネットワーク内の集合の階層を示すものである。例えば、IPアドレスのn個のセグメントのうち、最初のm1個を第1階層の指定に用い、次のm2個を第2階層の決定に用いるように構成することができる。同様にして第i階層の決定にはm1+…+m(i−1)+1個目のセグメントからm1+…+mi個目のセグメントまでを用いるように構成することができる。   This segment indicates the set hierarchy in the network. For example, among the n segments of the IP address, the first m1 can be used for specifying the first layer, and the next m2 can be used for determining the second layer. Similarly, the determination of the i-th layer can be configured to use from the m1 +... + M (i-1) +1 segment to the m1 +.

図3−2は、IPアドレスが2個のセグメントから構成される場合の例を示す模式図である。図3−2の例では、上位のセグメントから順に、第1階層である「組織」、第2階層である「当事者」の各階層で使用されるように構成される。   FIG. 3B is a schematic diagram illustrating an example in the case where the IP address includes two segments. The example in FIG. 3B is configured to be used in each hierarchy of “organization” as the first hierarchy and “party” as the second hierarchy in order from the upper segment.

本実施の形態では、一例として、図3−2に示す2個のセグメントから構成されるIPアドレスを用いるものとする。また、本実施の形態では、組織のネットワークとして「アルファ社」、「ベータ社」の各ネットワークが接続されており、各ネットワーク内に当事者のノードが接続され、ノード間の一部で量子通信経路と古典通信経路とが一致しない場合を例にあげて説明する。   In the present embodiment, as an example, an IP address composed of two segments shown in FIG. 3-2 is used. In the present embodiment, “Alpha company” and “Beta company” networks are connected as organizational networks, and the parties' nodes are connected in each network. A case where the classical communication path and the classical communication path do not match will be described as an example.

図4は、「アルファ社」、「ベータ社」のネットワーク構成および量子通信経路と古典通信経路の一例を示す模式図である。図4では、実線が量子通信経路を示し、点線が古典通信経路を示している。各量子通信経路および各古典通信経路には、経路を識別するための経路番号を付して示している。隣接ノード間の経路は、図4に示すように、01〜18までの経路番号をとるが、複数のノードに跨いだ経路として、経路19〜33が設けられている。このような経路の経路番号は、次のように定義される。   FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a network configuration of “Alpha Company” and “Beta Company” and examples of quantum communication paths and classical communication paths. In FIG. 4, the solid line indicates the quantum communication path, and the dotted line indicates the classical communication path. Each quantum communication path and each classical communication path are shown with a path number for identifying the path. As shown in FIG. 4, routes between adjacent nodes have route numbers from 01 to 18, but routes 19 to 33 are provided as routes straddling a plurality of nodes. The route number of such a route is defined as follows.

経路19=01−02
経路20=03−04
経路21=05−06
経路22=07−08
経路23=09−10
経路24=11−12
経路25=13−14
経路26=15−16
経路27=19−20
経路28=21−22
経路29=23−24
経路30=25−26
経路31=28−29
経路32=27−28−29−30
経路33=17−31−18
ここで、「n−m」は、経路nと経路mからなる経路を示している。
Path 19 = 01-02
Path 20 = 03-04
Path 21 = 05-06
Path 22 = 07-08
Path 23 = 09-10
Path 24 = 11-12
Path 25 = 13-14
Path 26 = 15-16
Path 27 = 19-20
Path 28 = 21-22
Path 29 = 23-24
Path 30 = 25-26
Path 31 = 28-29
Path 32 = 27-28-29-30
Route 33 = 17-31-18
Here, “n−m” indicates a route including the route n and the route m.

アルファ社のネットワークは、組織の階層のアドレスとして「001」が割り当てられており、図4に示すように、アルファ社のネットワークを管理するセンタノードEの量子情報中継装置と、各ノードA,B,C,D,T,U等の量子情報中継装置が接続されている。ここで、センタノードEのIPアドレスは「001.001」、ノードAのIPアドレスは「001.002」、ノードDのIPアドレスは「001.003」である。また、図4に示すように、ノードA−T,T−F,F−U,U−E間等では、量子通信経路と古典通信経路とが一致しているが、A−E、A−B,B−C,E−D、C−D間では古典通信経路のみ存在している。従って、ノードAからノードEまでの経路としては、古典通信経路と量子通信経路が異なることになる。   The network of Alpha company is assigned “001” as the address of the organization hierarchy, and as shown in FIG. 4, the quantum information relay device of the center node E that manages the network of Alpha company, and each of the nodes A and B , C, D, T, U, and other quantum information relay devices are connected. Here, the IP address of the center node E is “001.001”, the IP address of the node A is “001.002”, and the IP address of the node D is “001.003”. Further, as shown in FIG. 4, the quantum communication path and the classical communication path coincide with each other between the nodes AT, TF, FU, UE, etc., but AE, A- Only classical communication paths exist between B, BC, ED, and CD. Therefore, as the path from the node A to the node E, the classical communication path and the quantum communication path are different.

すなわち、ノードAからノードEまでの古典通信経路は、経路17であるが、量子通信経路は、経路27(=19−20=01−02−03−04)となる。   That is, the classical communication path from the node A to the node E is the path 17, but the quantum communication path is the path 27 (= 19−20 = 01−02−03−04).

ベータ社のネットワークは、組織の階層のアドレスとして「002」が割り当てられており、図4に示すように、ベータ社のネットワークを管理するセンタノードHの量子情報中継装置と、各ノードG,I,J,K,L,V,W等の量子情報中継装置が接続されている。ここで、センタノードHのIPアドレスは「002.001」、ノードGのIPアドレスは「002.002」、ノードIのIPアドレスは「002.003」である。また、図4に示すように、ノードH−W,W−L,G−V,G−L間等では、量子通信経路と古典通信経路とが一致しているが、G−H,H−I,I−J,J−K,K−G間では古典通信経路のみ存在している。   The beta company network is assigned “002” as the organizational hierarchy address, and as shown in FIG. 4, the quantum information relay device of the center node H that manages the beta company network, and the nodes G and I. , J, K, L, V, W and other quantum information relay devices are connected. Here, the IP address of the center node H is “002.001”, the IP address of the node G is “002.002”, and the IP address of the node I is “002.003”. As shown in FIG. 4, the quantum communication path and the classical communication path coincide with each other between the nodes HW, WL, GV, and GL, but the GH and H- Only the classical communication path exists between I, IJ, JK, and KG.

そして、このアルファ社のネットワークとベータ社のネットワークは、量子通信経路と古典通信経路の双方で接続されており、センタノードE−H間に、ノードM,N,O,P,Q,R,Sの量子情報中継装置が接続されている。   The Alpha company network and the Beta company network are connected by both the quantum communication path and the classical communication path, and the nodes M, N, O, P, Q, R, S quantum information relay devices are connected.

センタノードE,Hの量子情報中継装置100は、IPアドレスの第1階層である組織の経路を決定するため、第1階層の古典通信経路テーブル133と第1階層の量子通信経路テーブル134を保持している。   The quantum information relay device 100 of the center nodes E and H holds a first layer classical communication route table 133 and a first layer quantum communication route table 134 in order to determine the route of the organization that is the first layer of the IP address. is doing.

図5は、センタノードE,Hが保持する第1階層(組織)の古典通信経路テーブルの一例を示す説明図であり、図6は、センタノードE,Hが保持する第1階層(組織)の量子通信経路テーブルの一例を示す説明図である。   FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a first layer (organization) classical communication path table held by the center nodes E and H, and FIG. 6 shows a first hierarchy (organization) held by the center nodes E and H. It is explanatory drawing which shows an example of the quantum communication path | route table of.

第1階層の古典通信経路テーブル133は、送信者アドレスとして送信ノードのIPアドレスの第1階層のアドレスと、受信者アドレスとして受信ノードのIPアドレスの第1階層のアドレスと、両アドレスのノード間の古典通信経路の経路番号と、量子通信経路存在フラグとを対応付けている。量子通信経路存在フラグは、送信者アドレスと受信者アドレスのノード間の古典通信経路と同一経路、すなわち同一の経路番号の経路が量子通信経路として存在するか否かを示すフラグである。   The first layer classical communication path table 133 includes a first layer address of the IP address of the transmitting node as a sender address, a first layer address of the IP address of the receiving node as a receiver address, and between the nodes of both addresses. Are associated with the quantum communication path presence flag. The quantum communication path existence flag is a flag indicating whether or not the same path as the classical communication path between the nodes of the sender address and the receiver address, that is, the path having the same path number exists as a quantum communication path.

第1階層の量子通信経路テーブル134は、送信者アドレスとして送信ノードのIPアドレスの第1階層のアドレスと、受信者アドレスとして受信ノードのIPアドレスの第1階層のアドレスと、両アドレスのノード間の量子通信経路の経路番号とを対応付けている。   The first-layer quantum communication path table 134 includes the first-layer address of the IP address of the transmitting node as the sender address, the first-layer address of the IP address of the receiving node as the receiver address, and the nodes between the two addresses. Are associated with the path numbers of the quantum communication paths.

ここで、図6の量子通信経路テーブル134において、送信者アドレス(第1階層)「001」、受信者アドレス(第1階層)「002」の量子通信経路は「31」となっており、図5の古典通信経路テーブル133において、送信者アドレス(第1階層)「001」、受信者アドレス(第1階層)「002」の量子通信経路は「31」となっている。すなわち、送信者アドレス(第1階層)「001」、受信者アドレス(第1階層)「002」のノード間の古典通信経路と量子通信経路は同一経路となっている。このため、古典通信経路テーブル133において、送信者アドレス「001」、受信者アドレス「002」に対応する量子通信経路存在フラグは「1」となっている。   Here, in the quantum communication path table 134 of FIG. 6, the quantum communication path of the sender address (first layer) “001” and the receiver address (first layer) “002” is “31”. In the classical communication path table 133 of FIG. 5, the quantum communication path of the sender address (first layer) “001” and the receiver address (first layer) “002” is “31”. That is, the classical communication path and the quantum communication path between the nodes of the sender address (first layer) “001” and the receiver address (first layer) “002” are the same route. Therefore, in the classical communication path table 133, the quantum communication path presence flag corresponding to the sender address “001” and the receiver address “002” is “1”.

これを図4のネットワーク構成と照らし合わせてみると、送信者アドレス(第1階層)「001」と受信者アドレス(第1階層)「002」のノード間は、アルファ社のセンタノードEからベータ社のセンタノードHである。ノードEとノードH間の経路は、E−M,M−N,N−O,O−P,P−Q,Q−R,R−S,S−Hであり、これらの全ての経路において古典通信経路と量子通信経路が存在し、それぞれ経路は「05−06−07−08−09−10−11−12」である。上述の経路19〜33の定義を参照すると、次式のようになり、ノードEとノードH間の古典通信経路および量子通信経路は「31」となる。   When this is compared with the network configuration of FIG. 4, the node between the sender address (first layer) “001” and the receiver address (first layer) “002” is in beta from the center node E of Alpha. The company's center node H. The paths between the node E and the node H are EM, MN, NO, OP, PQ, QR, RS, and SH, and in all these paths There are a classical communication path and a quantum communication path, each of which is “05-06-07-08-09-10-11-12”. Referring to the definitions of the paths 19 to 33 described above, the following equation is obtained, and the classical communication path and the quantum communication path between the node E and the node H are “31”.

05−06−07−08−09−10−11−12=21−22−23−24
=28−29=31
05-06-06-07-08-09-10-11-12 = 21-22-23-24
= 28-29 = 31

従って、図5の古典通信経路テーブル133には、送信者アドレス「001」、受信者アドレス「002」に対応する量子通信経路として「31」、量子通信経路存在フラグ「1」が登録されている。また、図6の量子通信経路テーブル134には、送信者アドレス「001」、受信者アドレス「002」に対応する量子通信経路として「31」が登録されている。   Therefore, in the classical communication path table 133 of FIG. 5, “31” and the quantum communication path presence flag “1” are registered as the quantum communication path corresponding to the sender address “001” and the receiver address “002”. . In the quantum communication path table 134 of FIG. 6, “31” is registered as a quantum communication path corresponding to the sender address “001” and the receiver address “002”.

また、アルファ社のネットワーク内の各ノード(ノードA,B,C,D,F,T,U,センタノードE)の量子情報中継装置100は、IPアドレスの第1階層「001」下で第2階層である当事者の経路を決定するため、第2階層の古典通信経路テーブル133と第2階層の量子通信経路テーブル134を保持している。   Further, the quantum information relay apparatus 100 of each node (nodes A, B, C, D, F, T, U, and center node E) in the Alpha company network is the first under the first layer “001” of the IP address. In order to determine the path of the party that is in the second hierarchy, the classical communication path table 133 in the second hierarchy and the quantum communication path table 134 in the second hierarchy are held.

図7は、アルファ社のネットワーク内の各ノードが保持する第2階層(当事者)の古典通信経路テーブルの一例を示す説明図であり、図8は、アルファ社のネットワーク内の各ノードが保持する第2階層(当事者)の量子通信経路テーブルの一例を示す説明図である。   FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of the second layer (party) classical communication path table held by each node in the Alpha company network, and FIG. 8 shows each node in the Alpha company network. It is explanatory drawing which shows an example of the quantum communication path | route table of a 2nd hierarchy (party).

第2階層の古典通信経路テーブル133は、当事者アドレスとしてIPアドレスの第2階層のアドレスと、センタノードEと当事者アドレスのノードの間の古典通信経路の経路番号と、量子通信経路存在フラグとを対応付けている。量子通信経路存在フラグは、センタノードEと当事者アドレスのノードの間の古典通信経路と同一経路が量子通信経路として存在するか否かを示すフラグである。   The second-class classical communication path table 133 includes the second-layer address of the IP address as the party address, the path number of the classical communication path between the center node E and the node of the party address, and the quantum communication path presence flag. Corresponds. The quantum communication path presence flag is a flag indicating whether or not the same path as the classical communication path between the center node E and the party address node exists as a quantum communication path.

第2階層の量子通信経路テーブル134は、当事者アドレスとしてIPアドレスの第2階層のアドレスと、センタノードEと当事者アドレスのノードの間の量子通信経路の経路番号とを対応付けている。   The second-layer quantum communication path table 134 associates the second-layer address of the IP address as the party address with the path number of the quantum communication path between the center node E and the party address node.

ここで、図8の量子通信経路テーブル134において、当事者アドレス「003」(第2階層)とセンタノードE「001」(第2階層)のノードの間の量子通信経路は「63」である。また、図7の古典通信経路テーブル133において、当事者アドレス「003」(第2階層)とセンタノードE「001」(第2階層)のノード間の量子通信経路も「63」であり、古典通信経路と量子通信経路は同一経路となっている。このため、古典通信経路テーブル133において、当事者アドレス「003」に対応する量子通信経路存在フラグは「1」となっている。   Here, in the quantum communication path table 134 of FIG. 8, the quantum communication path between the party address “003” (second layer) and the node of the center node E “001” (second layer) is “63”. Further, in the classical communication path table 133 of FIG. 7, the quantum communication path between the nodes of the party address “003” (second layer) and the center node E “001” (second layer) is also “63”. The route and the quantum communication route are the same route. For this reason, in the classical communication path table 133, the quantum communication path presence flag corresponding to the party address “003” is “1”.

一方、図8の量子通信経路テーブル134において、当事者アドレス「002」(第2階層)とセンタノードE「001」(第2階層)のノードの間の量子通信経路は「27」である。また、図7の古典通信経路テーブル133において、当事者アドレス「002」(第2階層)とセンタノードE「001」(第2階層)のノード間の量子通信経路は「17」であり、量子通信経路と古典通信経路は異なる経路となっている。このため、古典通信経路テーブル133において、当事者アドレス「002」に対応する量子通信経路存在フラグは「0」となっている。   On the other hand, in the quantum communication path table 134 of FIG. 8, the quantum communication path between the party address “002” (second layer) and the node of the center node E “001” (second layer) is “27”. Further, in the classical communication path table 133 of FIG. 7, the quantum communication path between the nodes of the party address “002” (second layer) and the center node E “001” (second layer) is “17”. The route and the classical communication route are different. For this reason, in the classical communication path table 133, the quantum communication path existence flag corresponding to the party address “002” is “0”.

図4のネットワーク構成と照らし合わせてみると、当事者アドレス(第2階層)「002」とセンタノードE(第2階層)「001」のノード間は、ノードAからノードEである。ノードAとセンタノードE間における最短の古典通信経路はA−Eであり、経路「17」に相当する。   Compared with the network configuration of FIG. 4, a node A to a node E are between the nodes of the party address (second layer) “002” and the center node E (second layer) “001”. The shortest classical communication path between the node A and the center node E is A-E, which corresponds to the path “17”.

一方、A−E間には量子通信経路は存在せず、ノードAとセンタノードE間における最短の量子通信経路はA−T,T−F,F−U,U−Eであり、経路「01−02−03−04」である。上述の経路19〜33の定義を参照すると、次式のようになり、ノードAとセンタノードE間の量子通信経路は「27」となる。   On the other hand, there is no quantum communication path between A and E, and the shortest quantum communication paths between the node A and the center node E are AT, TF, FU, and UE. 01-02-03-04 ". Referring to the definitions of the paths 19 to 33 described above, the following equation is obtained, and the quantum communication path between the node A and the center node E is “27”.

01−02−03−04=19−20=27
従って、図7の古典通信経路テーブル133には、当事者アドレス「002」に対応する古典通信経路として「17」、量子通信経路存在フラグ「0」が登録されている。また、図8の量子通信経路テーブル134には、当事者アドレス「002」に対応する量子通信経路として「27」が登録されている。
01-02-03-04 = 19-20 = 27
Accordingly, in the classical communication path table 133 of FIG. 7, “17” and the quantum communication path existence flag “0” are registered as the classical communication path corresponding to the party address “002”. In the quantum communication path table 134 of FIG. 8, “27” is registered as the quantum communication path corresponding to the party address “002”.

また、ベータ社のネットワーク内の各ノード(G,I,J,K,L,V,W,センタノードH)の量子情報中継装置100は、IPアドレスの第1階層「002」下で第2階層である当事者の経路を決定するため、第2階層の古典通信経路テーブル133と第2階層の量子通信経路テーブル134を保持している。   Further, the quantum information relay device 100 of each node (G, I, J, K, L, V, W, center node H) in the beta company network is the second under the first layer “002” of the IP address. In order to determine the path of a party that is a hierarchy, a second-layer classical communication path table 133 and a second-layer quantum communication path table 134 are held.

図9は、ベータ社のネットワーク内の各ノードが保持する第2階層(当事者)の古典通信経路テーブルの一例を示す説明図であり、図10は、ベータ社のネットワーク内の各ノードが保持する第2階層(当事者)の量子通信経路テーブルの一例を示す説明図である。   FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of a second layer (party) classical communication path table held by each node in the beta company network, and FIG. 10 is held by each node in the beta company network. It is explanatory drawing which shows an example of the quantum communication path | route table of a 2nd hierarchy (party).

第2階層の古典通信経路テーブル133は、当事者アドレスとしてIPアドレスの第2階層のアドレスと、センタノードHと当事者アドレスのノードの間の古典通信経路の経路番号と、量子通信経路存在フラグとを対応付けている。量子通信経路存在フラグは、センタノードHと当事者アドレスのノードの間の古典通信経路と同一経路が量子通信経路として存在するか否かを示すフラグである。   The second-layer classical communication path table 133 includes the second-layer address of the IP address as the party address, the path number of the classical communication path between the center node H and the node of the party address, and the quantum communication path presence flag. Corresponds. The quantum communication path presence flag is a flag indicating whether or not the same path as the classical communication path between the center node H and the party address node exists as a quantum communication path.

第2階層の量子通信経路テーブル134は、当事者アドレスとしてIPアドレスの第2階層のアドレスと、センタノードHと当事者アドレスのノードの間の量子通信経路の経路番号とを対応付けている。図9,10の当事者アドレス「002」、「003」の例では、量子通信経路と古典通信経路が同一経路でないため、量子通信経路存在フラグがすべて「0」となっている。   The second-layer quantum communication path table 134 associates the second-layer address of the IP address as the party address with the path number of the quantum communication path between the center node H and the party address node. In the example of the party addresses “002” and “003” in FIGS. 9 and 10, the quantum communication path and the classical communication path are not the same path, and therefore the quantum communication path presence flags are all “0”.

このように、ネットワーク内部の各ノード間には、古典通信経路と同一経路の量子通信経路が存在しない場合がある。このため、古典通信経路と同一経路の量子通信経路が存在しない場合を考慮すると、古典通信経路の探索と量子通信経路の探索の両方を実行する必要がある。   Thus, there may be no quantum communication path that is the same as the classical communication path between the nodes in the network. For this reason, considering the case where there is no quantum communication path that is the same as the classical communication path, it is necessary to execute both the search for the classical communication path and the search for the quantum communication path.

しかしながら、古典通信経路と同一経路の量子通信経路が存在する場合には、古典通信経路の探索のみを実行し、量子通信経路については探索を実行せず、探索された古典通信経路を量子通信経路として決定すれば、経路探索処理の負荷を軽減することができる。   However, if there is a quantum communication path that is identical to the classical communication path, only the classical communication path search is performed, the quantum communication path is not searched, and the searched classical communication path is replaced with the quantum communication path. As a result, the load of the route search process can be reduced.

そこで、本実施の形態では、古典通信経路テーブル133に同一経路の量子通信経路が存在するか否かを示す量子通信経路存在フラグを設けている。そして、量子経路決定部132により、かかるフラグを参照して、古典経路検索部136により検索された古典通信経路と同一経路の量子通信経路が存在する場合(量子通信経路存在フラグ=「1」の場合)には、量子通信経路の検索を行わずに、古典経路検索部136により検索された古典通信経路を量子通信経路と決定し、経路探索処理の負荷を軽減している。   Therefore, in the present embodiment, a quantum communication path presence flag indicating whether or not there is a quantum communication path of the same path is provided in the classical communication path table 133. Then, when there is a quantum communication path that is the same as the classic communication path searched by the classic path search unit 136 with reference to the flag by the quantum path determination unit 132 (quantum communication path existence flag = “1”) In this case, the classical communication route searched by the classical route search unit 136 is determined as the quantum communication route without searching for the quantum communication route, and the load of route search processing is reduced.

図2に戻り、通信部135は、送信ノードのIPアドレス、受信ノードのIPアドレス、古典通信経路や量子通信経路を他のノードに送信したり、他のノードから受信する処理部である。   Returning to FIG. 2, the communication unit 135 is a processing unit that transmits the IP address of the transmission node, the IP address of the reception node, the classical communication path, and the quantum communication path to other nodes, and receives from other nodes.

古典経路検索部136は、利用者により指定された送信ノードのIPアドレスと受信ノードのIPアドレスから、古典通信経路テーブル133から送信ノードと受信ノードとの間に存在する所定のノード間の古典通信経路を検索する処理部である。   The classical path search unit 136 uses the IP address of the transmitting node and the IP address of the receiving node specified by the user to perform classical communication between predetermined nodes existing between the transmitting node and the receiving node from the classical communication path table 133. A processing unit for searching for a route.

具体的には、古典経路検索部136は、指定された送信ノードのIPアドレスと受信ノードのIPアドレスの第1階層から第n階層の一部のアドレスをキーにして、古典通信経路テーブル133から送信ノードと受信ノードとの間に存在する所定のノード間の古典通信経路を検索し、検索された古典通信経路を所定のノード間の古典通信経路として決定する。   Specifically, the classic route search unit 136 uses the addresses of the first to nth layers of the IP address of the designated transmission node and the IP address of the reception node as keys to search from the classic communication route table 133. A classical communication path between predetermined nodes existing between the transmitting node and the receiving node is searched, and the searched classical communication path is determined as a classical communication path between the predetermined nodes.

IPアドレスが図3に示す2階層のデータ構造で、図4に示すネットワーク構成の例において、アルファ社のネットワーク内のノードからベータ社のネットワーク内のノードへ量子情報送信を行う場合を考える。この場合、アルファ社の各ノードの量子情報中継装置100では、自分が送信ノードとなる場合に、自分のIPアドレスの第2階層(当事者)のアドレスからセンタノードEの第2階層のアドレスまでの古典通信経路を決定する必要がある。このため、古典経路検索部136によって、自己の送信者アドレスの第2階層のアドレスをキーにして図7に示す古典通信経路テーブル133から古典通信経路を検索する。また、送信ノードの量子情報中継装置100の通信部135は、送信者アドレスと受信者アドレスをセンタノードEに送信する。   Consider a case in which quantum information is transmitted from a node in the alpha company network to a node in the beta company network in the example of the network configuration shown in FIG. In this case, in the quantum information relay device 100 of each node of Alpha, when it is a transmission node, from the second layer (party) address of its own IP address to the second layer address of the center node E It is necessary to determine the classical communication path. For this reason, the classic route search unit 136 searches for the classic communication route from the classic communication route table 133 shown in FIG. 7 by using the address of the second layer of its own sender address as a key. In addition, the communication unit 135 of the quantum information relay device 100 of the transmission node transmits the sender address and the receiver address to the center node E.

なお、ベータ社のネットワーク内のノードからアルファ社のネットワーク内のノードへ送信を行う場合には、ベータ社のネットワークの送信ノードとなる量子情報中継装置100において、図9に示す古典通信経路テーブル133を参照して自己のノードからセンタノードHまでの第2階層の古典通信経路の検索が古典経路検索部136によって同様に行われる。   When transmission is performed from a node in the Beta company network to a node in the Alpha company network, the classical communication path table 133 shown in FIG. 9 is used in the quantum information relay device 100 serving as the transmission node of the Beta company network. The classic route search unit 136 similarly searches for the second-layer classic communication route from the self node to the center node H with reference to FIG.

また、アルファ社のネットワーク内のノードからベータ社のネットワーク内のノードへ送信を行う場合、センタノードEの量子情報中継装置100は、送信者アドレスの第1階層のアドレスから受信者アドレスの第1階層のアドレスまでの経路決定を行う必要がある。このため、センタノードEの量子情報中継装置100では、古典経路検索部136によって、アルファ社のネットワーク内の送信ノードから受信した送信者アドレス(IPアドレス)と宛先である受信ノードの受信アドレス(IPアドレス)の第1階層の各アドレスをキーにして、図5に示す古典通信経路テーブル133から古典通信経路を検索する。また、センタノードEの量子情報中継装置100の通信部135は、受信者アドレスをセンタノードHに送信する。   Further, when transmission is performed from a node in the Alpha company network to a node in the Beta company network, the quantum information relay device 100 of the center node E uses the first address of the receiver address from the address of the first layer of the sender address. It is necessary to determine the route to the address of the hierarchy. For this reason, in the quantum information relay device 100 of the center node E, the sender address (IP address) received from the sending node in the Alpha company network and the receiving address (IP) of the receiving node as the destination by the classical route search unit 136. The classical communication path is searched from the classical communication path table 133 shown in FIG. 5 using each address in the first layer of (address) as a key. Further, the communication unit 135 of the quantum information relay device 100 of the center node E transmits the recipient address to the center node H.

なお、ベータ社のネットワーク内のノードからアルファ社のネットワーク内のノードへ送信を行う場合には、ベータ社のネットワークのセンタノードHとなる量子情報中継装置100において、古典経路検索部136によって、図5に示す古典通信経路テーブル133を参照して自己のノードからセンタノードEまでの第1階層の古典通信経路の検索が同様に行われる。   When transmission is performed from a node in the beta company network to a node in the alpha company network, the quantum information relay device 100 serving as the center node H of the beta company network uses the classical path search unit 136 to perform the transmission. The classical communication path search from the first node to the center node E is similarly performed with reference to the classical communication path table 133 shown in FIG.

また、アルファ社のネットワーク内のノードからベータ社のネットワーク内のノードへ送信を行う場合、ベータ社のセンタノードHの量子情報中継装置100では、センタノードHから受信者アドレスのノードまでの第2階層(当事者)の経路決定を行う必要がある。このため、ベータ社のセンタノードHの量子情報中継装置100では、古典経路検索部136によって、センタノードEから受信した受信者アドレスの第2階層のアドレスをキーにして図9に示す古典通信経路テーブル133から受信者アドレスのノードまでの古典通信経路を検索する。   Further, when transmission is performed from a node in the Alpha company network to a node in the Beta company network, the quantum information relay apparatus 100 of the Beta company center node H performs a second process from the center node H to the recipient address node. It is necessary to determine the route of the hierarchy (party). For this reason, in the quantum information relay apparatus 100 of the center node H of Beta company, the classical communication path shown in FIG. 9 by the classical path search unit 136 using the address of the second layer of the recipient address received from the center node E as a key. The classical communication path from the table 133 to the node of the recipient address is searched.

なお、ベータ社のネットワーク内のノードからアルファ社のネットワーク内のノードへ送信を行う場合には、アルファ社のネットワークのセンタノードEとなる量子情報中継装置100において、古典経路検索部136によって、図7に示す古典通信経路テーブル133を参照してセンタノードEから受信者ノードまでの第2階層の古典通信経路の検索が同様に行われる。   When transmission is performed from a node in the Beta company network to a node in the Alpha company network, in the quantum information relay device 100 that is the center node E of the Alpha company network, the classical path search unit 136 Referring to the classical communication path table 133 shown in FIG. 7, the second-layer classical communication path from the center node E to the receiver node is similarly searched.

量子経路決定部132は、古典経路検索部136によって検索された古典通信経路に対応する相関関係に基づいて所定のノード間の量子通信経路を決定する処理部である。具体的には、量子経路決定部132は、古典経路検索部136によって検索された古典通信経路に対応する量子通信経路存在フラグが古典通信経路と同一経路の量子通信経路が存在する旨を示す「1」である場合には、量子通信経路の検索を行わずに、検索された古典通信経路を前定のノード間の量子通信経路として決定する。   The quantum path determination unit 132 is a processing unit that determines a quantum communication path between predetermined nodes based on the correlation corresponding to the classic communication path searched by the classic path search unit 136. Specifically, the quantum path determination unit 132 indicates that there is a quantum communication path whose quantum communication path existence flag corresponding to the classical communication path searched by the classical path search unit 136 is the same as the classical communication path. In the case of “1”, the searched classical communication path is determined as the quantum communication path between the predetermined nodes without searching for the quantum communication path.

一方、量子経路決定部132は、古典経路検索部136によって検索された古典通信経路に対応する量子通信経路存在フラグが古典通信経路と同一経路である量子通信経路が存在しない旨を示す「0」である場合には、量子通信経路テーブル134から、所定のノード間の量子通信経路を検索し、検索された量子通信経路を所定のノード間の量子通信経路として決定する。   On the other hand, the quantum path determination unit 132 indicates “0” indicating that there is no quantum communication path whose quantum communication path presence flag corresponding to the classical communication path searched by the classical path search unit 136 is the same as the classical communication path. If it is, the quantum communication path between the predetermined nodes is searched from the quantum communication path table 134, and the searched quantum communication path is determined as the quantum communication path between the predetermined nodes.

IPアドレスが図3に示す2階層のデータ構造で、図4に示すネットワーク構成の例において、アルファ社のネットワーク内のノードからベータ社のネットワーク内のノードへ量子情報送信を行う場合、アルファ社の各ノードの量子情報中継装置100では、自分が送信ノードとなる場合に、自分のIPアドレスの第2階層(当事者)のアドレスからセンタノードEの第2階層のアドレスまでの量子通信経路を決定する必要がある。このため、アルファ社の各ノードの量子情報中継装置100では、量子経路決定部132によって、古典通信経路テーブル133の検索された古典通信経路に対応する量子通信経路存在フラグを調べ、フラグの値によって検索された古典通信経路を量子通信経路として決定したり、自己の送信者アドレスをキーにして図8に示す量子通信経路テーブル134から量子通信経路を検索する。   In the example of the network configuration shown in FIG. 4 where the IP address is the two-layer data structure shown in FIG. 4, when quantum information is transmitted from a node in the alpha company network to a node in the beta company network, The quantum information relay device 100 of each node determines a quantum communication path from the address of the second layer (party) of its own IP address to the address of the second layer of the center node E when it is a transmission node. There is a need. Therefore, in the quantum information relay device 100 of each node of Alpha, the quantum path determination unit 132 checks the quantum communication path existence flag corresponding to the searched classical communication path in the classical communication path table 133, and determines the value of the flag. The searched classical communication path is determined as a quantum communication path, or the quantum communication path is searched from the quantum communication path table 134 shown in FIG.

なお、ベータ社のネットワーク内のノードからアルファ社のネットワーク内のノードへ送信を行う場合には、ベータ社のネットワークの送信ノードとなる量子情報中継装置100において、量子経路決定部132によって、図9に示す古典通信経路テーブル133と図10に示す量子通信経路テーブル133を参照して自己のノードからセンタノードHまでの第2階層の量子通信経路の決定が同様に行われる。   In addition, when transmission is performed from a node in the beta company network to a node in the alpha company network, the quantum path determination unit 132 in the quantum information relay device 100 serving as the transmission node of the beta company network performs FIG. Referring to the classical communication path table 133 and the quantum communication path table 133 shown in FIG. 10, the determination of the second-layer quantum communication path from its own node to the center node H is similarly performed.

また、アルファ社のネットワーク内のノードからベータ社のネットワーク内のノードへ送信を行う場合、センタノードEの量子情報中継装置100は、送信者アドレスの第1階層のアドレスから受信者アドレスの第1階層のアドレスまでの経路決定を行う必要がある。このため、センタノードEの量子情報中継装置100では、量子経路決定部132によって、古典通信経路テーブル133の検索された古典通信経路に対応する量子通信経路存在フラグを調べ、フラグの値によって検索された古典通信経路を量子通信経路として決定したり、アルファ社のネットワーク内の送信ノードから受信した送信者アドレスと宛先である受信ノードの受信アドレスの第1階層の各アドレスをキーにして、図6に示す量子通信経路テーブル134から量子通信経路を検索する。   Further, when transmission is performed from a node in the Alpha company network to a node in the Beta company network, the quantum information relay device 100 of the center node E uses the first address of the receiver address from the address of the first layer of the sender address. It is necessary to determine the route to the address of the hierarchy. For this reason, in the quantum information relay device 100 of the center node E, the quantum path determination unit 132 checks the quantum communication path existence flag corresponding to the searched classical communication path in the classical communication path table 133, and searches for the flag based on the flag value. The classical communication path is determined as the quantum communication path, or the sender address received from the sending node in the Alpha network and the address of the first layer of the receiving address of the receiving node as the destination are used as keys. The quantum communication path is searched from the quantum communication path table 134 shown in FIG.

なお、ベータ社のネットワーク内のノードからアルファ社のネットワーク内のノードへ送信を行う場合には、ベータ社のネットワークのセンタノードHとなる量子情報中継装置100において、量子経路決定部132によって、図5に示す古典通信経路テーブル133と図6に示す量子通信経路テーブル133を参照して自己のノードからセンタノードEまでの第1階層の量子通信経路の決定が同様に行われる。   When transmission is performed from a node in the Beta company network to a node in the Alpha company network, the quantum path determination unit 132 in the quantum information relay device 100 serving as the center node H of the Beta company network Referring to the classical communication path table 133 shown in FIG. 5 and the quantum communication path table 133 shown in FIG. 6, the determination of the first layer quantum communication path from its own node to the center node E is similarly performed.

また、アルファ社のネットワーク内のノードからベータ社のネットワーク内のノードへ送信を行う場合、ベータ社のセンタノードHの量子情報中継装置100では、センタノードHから受信者アドレスのノードまでの第2階層(当事者)の量子通信経路の決定を行う必要がある。このため、ベータ社のセンタノードHの量子情報中継装置100では、量子経路決定部132によって、古典通信経路テーブル133の検索された古典通信経路に対応する量子通信経路存在フラグを調べ、フラグの値によって検索された古典通信経路を量子通信経路として決定したり、センタノードEから受信した受信者アドレスの第2階層のアドレスをキーにして図10に示す量子通信経路テーブル134から量子通信経路を検索する。   Further, when transmission is performed from a node in the Alpha company network to a node in the Beta company network, the quantum information relay apparatus 100 of the Beta company center node H performs a second process from the center node H to the recipient address node. It is necessary to determine the quantum communication path of the hierarchy (party). Therefore, in the quantum information relay apparatus 100 of the center node H of Beta, the quantum path determination unit 132 checks the quantum communication path existence flag corresponding to the searched classical communication path in the classical communication path table 133, and determines the flag value. 10 is determined as the quantum communication route, or the quantum communication route is searched from the quantum communication route table 134 shown in FIG. 10 using the address of the second layer of the recipient address received from the center node E as a key. To do.

なお、ベータ社のネットワーク内のノードからアルファ社のネットワーク内のノードへ送信を行う場合には、アルファ社のネットワークのセンタノードEとなる量子情報中継装置100において、量子経路決定部132によって、図5に示す古典通信経路テーブル133と図6に示す量子通信経路テーブル133を参照してセンタノードEから受信者ノードまでの第2階層の量子通信経路の決定が同様に行われる。   When transmission is performed from a node in the Beta company network to a node in the Alpha company network, the quantum path determination unit 132 in the quantum information relay device 100 serving as the center node E of the Alpha company network Referring to the classical communication path table 133 shown in FIG. 5 and the quantum communication path table 133 shown in FIG. 6, the determination of the second-layer quantum communication path from the center node E to the receiver node is similarly performed.

次に、図2に戻り、中継器120について説明する。中継器120は、図2に示すように、EPR対生成ユニット121と、光子入力ユニット122と、光子−固体EIT間変換ユニットと、光子−固体EIT量子計算機124と、光子送信ユニット126とを主に備えている。   Next, returning to FIG. 2, the repeater 120 will be described. 2, the repeater 120 mainly includes an EPR pair generation unit 121, a photon input unit 122, a photon-solid EIT conversion unit, a photon-solid EIT quantum calculator 124, and a photon transmission unit 126. In preparation.

EPR対生成ユニット121は、EPR対を生成するものであり、光子対を発生するデバイスを用いることができる。ここで、EPR対とは、もつれあった光子対である。2つの光子のもつれ合いの度合いが最も大きいのは2光子がベル状態の場合である。ベル状態とは、次の(1)〜(4)式で表される4つの状態である。なお、ベル状態を基底として2光子に対して行う観測をベル合同測定という。   The EPR pair generation unit 121 generates an EPR pair, and a device that generates a photon pair can be used. Here, the EPR pair is a tangled photon pair. The degree of entanglement between two photons is greatest when the two photons are in the bell state. The bell state is four states represented by the following equations (1) to (4). Note that the observation performed on two photons with the bell state as a base is called bell joint measurement.

Figure 0005032105
Figure 0005032105

ここで、|0>は光子の偏光が0度の状態であり、|1>は光子の偏光が90度の状態である。また、(1/√2)(|0>+|1>)は光子の偏光が45度の状態であり、(1/√2)(|0>−|1>)は光子の偏光が135度の状態である。   Here, | 0> is a state where the polarization of the photon is 0 degree, and | 1> is a state where the polarization of the photon is 90 degrees. Further, (1 / √2) (| 0> + | 1>) is a state in which the photon polarization is 45 degrees, and (1 / √2) (| 0> − | 1>) is a photon polarization of 135. It is a state of degrees.

光子対を発生するデバイスの詳細については、技術文献「R.M. Stevenson, R.J. Young, P. Atkinson, K. Cooper, D.A. Ritchie, and A.J. Shields. A semiconductor wource of triggered entangled photon pairs. Nature, Vol. 439, pp. 179−182, 2006.」に記載されている。   For details of devices that generate photon pairs, see the technical literature `` RM Stevenson, RJ Young, P. Atkinson, K. Cooper, DA Ritchie, and AJ Shields.A semiconductor wource of triggered entangled photon pairs. Nature, Vol. 439, pp. 179-182, 2006. ”.

光子送信ユニット126(通信手段)は、生成されたEPR対の一方の光子を隣接するノードの量子情報中継装置100に送信するものである。   The photon transmission unit 126 (communication means) transmits one photon of the generated EPR pair to the quantum information relay device 100 of the adjacent node.

光子入力ユニット122は、EPR対の一方の光子を隣接するノードの量子情報中継装置100から受信するものである。   The photon input unit 122 receives one photon of the EPR pair from the quantum information relay device 100 of an adjacent node.

光子−固体EIT間変換ユニット123は、受信した光子の量子状態および生成したEPR対の光子の量子状態を、原子核スピンの量子状態、具体的には、酸化物結晶(Y2SiO5)中に分散させた希土類イオン(Pr3+)の核スピンの量子状態に置き換えて、光子−固体EIT量子計算機124に出力するものである。 The photon-solid EIT conversion unit 123 converts the quantum state of the received photon and the quantum state of the generated EPR pair photon into the quantum state of the nuclear spin, specifically, the oxide crystal (Y 2 SiO 5 ). It is replaced with the quantum state of nuclear spin of dispersed rare earth ions (Pr 3+ ) and output to the photon-solid EIT quantum computer 124.

光子−固体EIT量子計算機124は、原子核スピンの量子状態で置換された光子の量子状態に対して、固体EIT(Electromagneticlly indused transparency:電磁波誘起透明化)現象を使用して、量子計算を行う計算機である。ここで、固体EIT現象とは、3つのエネルギー準位に2つの光を作用させることで誘起される現象である。作用させる光の片方、あるいは両方に対し、もともと不透明であるはずの物質が、透明になり、その際、3つのエネルギー準位のうち2つが量子力学的な重ね合わせの状態になる現象である。光子−固体EIT量子計算機の詳細については、技術文献「K. Ichimura. A simple frequency-domain quantum computer with ions in a crystal coupled to acavity mode. Optics communications,196,pp.119-125, 2001.」および「H. Goto and K. Ichimura. Multiqubit controlled unitary gate by adiabatic passage with an optical cavity. Phys. Rev. A, Vol. 70, p. 012305, 2004.」に記載されている。   The photon-solid EIT quantum computer 124 is a computer that performs a quantum calculation using a solid EIT (Electromagnetically Indused Transparency) phenomenon for a quantum state of a photon substituted with a quantum state of a nuclear spin. is there. Here, the solid EIT phenomenon is a phenomenon induced by applying two lights to three energy levels. This is a phenomenon in which a substance that should be opaque to one or both of the light beams to be applied becomes transparent, and two of the three energy levels are in a quantum mechanical superposition state. For details of the photon-solid EIT quantum computer, see the technical literature “K. Ichimura. A simple frequency-domain quantum computer with ions in a crystal coupled to acavity mode. Optics communications, 196, pp. 119-125, 2001.” "H. Goto and K. Ichimura. Multiqubit controlled unitary gate by adiabatic passage with an optical cavity. Phys. Rev. A, Vol. 70, p. 012305, 2004."

本実施の形態では、光子−固体EIT量子計算機124は、エンタングルメント交換処理やエンタングルメント純粋化プロトコル処理を行っている。光子−固体EIT量子計算機124は、図2に示すように、制御部301と、エンタングルメント交換実行部302(以下、「ES実行部302」という)と、エンタングルメント純粋化プロトコル実行部303(以下、「EPP実行部303」という)と、量子メモリ125とを主に備えている。   In the present embodiment, the photon-solid EIT quantum computer 124 performs entanglement exchange processing and entanglement purification protocol processing. As shown in FIG. 2, the photon-solid EIT quantum computer 124 includes a control unit 301, an entanglement exchange execution unit 302 (hereinafter referred to as “ES execution unit 302”), and an entanglement purification protocol execution unit 303 (hereinafter referred to as “entanglement purification protocol execution unit 302”). , “EPP execution unit 303”) and a quantum memory 125.

ES実行部302は、隣接するノードの量子情報中継装置との間で、EPR対を共有するエンタングルメント交換処理(以下、「ES処理」という)を実行するものである。ES処理は、複数のEPR対について、対のパートナーの光子(粒子)を交換する処理である。   The ES execution unit 302 executes an entanglement exchange process (hereinafter referred to as “ES process”) that shares an EPR pair with the quantum information relay apparatus of an adjacent node. The ES process is a process of exchanging photons (particles) of a pair partner for a plurality of EPR pairs.

EPP実行部303は、エンタングルメント交換処理によって共有したEPR対の共有先のノードの量子情報中継装置との間で、EPR対の忠実度を回復するためのエンタングルメント純粋化プロトコル処理(以下、「EPP処理」)を実行するものである。EPP処理は、忠実度の低い複数のEPR対から忠実度の高いEPR対を生成するプロトコルである。ES処理とEPP処理は、量子情報中継の処理で実行される。   The EPP execution unit 303 performs an entanglement purification protocol process (hereinafter, “recovery of EPR pair fidelity”) with the quantum information relay device of the EPR pair sharing destination node shared by the entanglement exchange process. EPP process ") is executed. The EPP process is a protocol for generating an EPR pair with high fidelity from a plurality of EPR pairs with low fidelity. The ES process and the EPP process are executed by a quantum information relay process.

量子メモリ125は、キュービットで構成され、EPR対の一方の光子を隣接ノードと共有する際に、光子を一時的に保存する記憶媒体である。   The quantum memory 125 is composed of qubits, and is a storage medium that temporarily stores photons when one photon of an EPR pair is shared with an adjacent node.

ここで、エンタングルメント純粋化プロトコルには種種のバリエーションがあり、詳細については、技術文献「C.H. Bennett et.al. Purification of noisy entanglement and faithful teleportation via noisy entanglement.Phys.Rev.Lett.,Vol.76,No.5,pp.722, 1996.」、「R. Matsumoto. Conversion of a general quantum stabilizer code to an entanglement distillation protocol. uant-ph/0209091, 2002.」、「P.W. Shor and J. Preskill. Simple proof of security of the bb84 quantum key distribution protocol. e-print,quant-ph/0003004, 2000.」に記載されている。   Here, there are various variations in the entanglement purification protocol.For details, refer to the technical document `` CH Bennett et.al.Purification of noisy entanglement and faithful teleportation via noisy entanglement.Phys.Rev.Lett., Vol.76. , No.5, pp.722, 1996. ”,“ R. Matsumoto. Conversion of a general quantum stabilizer code to an entanglement distillation protocol.uant-ph / 0209091, 2002. ”,“ PW Shor and J. Preskill. proof of security of the bb84 quantum key distribution protocol. e-print, quant-ph / 0003004, 2000.

制御部301は、送信者から受信者までの経路が決定された後、送信ノードから受信ノードまでの経路中の自己のノードの位置により、センタノードの量子情報中継装置100によって決定された役割(ES処理やEPP処理の実行の際の古典通信経路、ES処理やEPP処理の実行回数、ES処理やEPP処理の実行タイミング等)に従って、ES処理およびEPP処理の制御を行うものである。   After the route from the sender to the receiver is determined, the control unit 301 determines the role determined by the quantum information relay device 100 of the center node according to the position of its own node in the route from the transmission node to the reception node ( The ES process and the EPP process are controlled according to the classical communication path when the ES process and the EPP process are executed, the number of times the ES process and the EPP process are executed, the execution timing of the ES process and the EPP process, and the like.

ここで、一般化量子中継プロトコルについて説明する。一般化量子中継プロトコルは、量子状態配送ステップとEPR対の長さの伸長ステップからなっている。量子状態配送ステップは、もつれ合った光子対を短距離で共有するステップである。EPR対の長さの伸長ステップは、長さの短い粒子対の長さを伸長するステップであって、量子状態の通信路による伝送は行わずに、古典情報の通信路による伝送のみを行うものである。   Here, the generalized quantum relay protocol will be described. The generalized quantum relay protocol consists of a quantum state distribution step and an EPR pair length extension step. The quantum state delivery step is a step of sharing entangled photon pairs at a short distance. The step of extending the length of the EPR pair is a step of extending the length of the particle pair having a short length, and only the transmission of the classical information channel is performed without the transmission of the quantum state channel. It is.

本実施の形態では、さらに、一般化量子中継を構成する量子状態配送ステップ及びEPR対の長さの伸長ステップの中で、EPR対の長さの伸長ステップを複数の段階に分けたときに、最終段階において使用される古典通信経路がそれ以前の段階において使用される古典通信経路のうちのいずれか1つ以上と異なるように経路選択を行っている。かかる経路選択については、後述するEPP処理およびES処理において詳細に説明する。   In the present embodiment, when the EPR pair length extension step is further divided into a plurality of stages in the quantum state distribution step and the EPR pair length extension step constituting the generalized quantum relay, Path selection is performed so that the classical communication path used in the final stage is different from any one or more of the classical communication paths used in the previous stage. Such route selection will be described in detail in EPP processing and ES processing described later.

また、ES処理およびEPP処理を利用した量子情報中継の処理について説明する。Lを1回のES処理で同時に連結する光子対の個数とする。このとき、N=Lnとする。送信者Aと受信者Bとを結ぶ光ファイバーには、N−1個の量子情報中継装置C1、C2、・・・CN-1が接続されているものとする。かかる量子情報中継装置100には、光子を保存しておくための量子メモリ125と、1キュービット演算量子回路と2キュービット演算量子回路が設置されているものとする。 Also, quantum information relay processing using ES processing and EPP processing will be described. Let L be the number of photon pairs that are simultaneously connected in one ES process. At this time, the N = L n. It is assumed that N−1 quantum information relay apparatuses C 1 , C 2 ,... C N-1 are connected to the optical fiber connecting the sender A and the receiver B. It is assumed that the quantum information relay device 100 is provided with a quantum memory 125 for storing photons, a 1-qubit operation quantum circuit, and a 2-qubit operation quantum circuit.

まず、隣接するノードの量子情報中継装置100間でEPR対を共有する。具体的には、各量子情報中継装置100でEPR対を生成し、EPR対の一方の光子を隣接するノードの2つの量子情報中継装置100の中で受信者Bの方向にある量子情報中継装置100に対して送信する。   First, an EPR pair is shared between the quantum information relay apparatuses 100 of adjacent nodes. Specifically, each quantum information relay device 100 generates an EPR pair, and one photon of the EPR pair is in the direction of the receiver B among the two quantum information relay devices 100 of adjacent nodes. 100 is transmitted.

そして、第1段階のES処理として、L個のEPR対を以下のように連結する。   Then, as the first stage ES process, L EPR pairs are connected as follows.

量子情報中継装置CL、C2L、・・・CN-Lを除く全ての量子情報中継装置100でES処理を行い、EPR対を連結する。その結果、長さLのペアがN/L個生成され、A&CL、CL&C2L・・・間で共有される。 All quantum information relay apparatuses 100 except for the quantum information relay apparatuses C L , C 2L ,... C NL perform ES processing to connect the EPR pairs. As a result, N / L pairs of length L are generated and shared among A & C L , C L & C 2L .

このES処理の操作によりEPR対の忠実度が低下するが、この値がEPP処理によって回復可能な忠実度の下限よりも大きければEPP処理を実行することにより忠実度を回復させることができる。このため、第1段階のEPP処理を行って、忠実度を回復する。   Although the fidelity of the EPR pair is reduced by this ES processing operation, if this value is larger than the lower limit of the fidelity recoverable by the EPP processing, the fidelity can be restored by executing the EPP processing. Therefore, the fidelity is restored by performing the first-stage EPP process.

次に、第2段階のES処理として、生成された長さL倍のEPR対をさらにL個連結する。   Next, as a second stage ES process, L generated EPR pairs having a length L times are further connected.

kL(k=1,2,・・・)を満たす量子情報中継装置100であって、量子情報中継装置CL2、C2L2、・・・CN-L2を除く全ての量子情報中継装置100でES処理によって、EPR対を連結する。その結果、長さL2のEPR対がN/L2個生成され、A&CL2、CL&C2L2・・・間で共有される。次いで、第2段階のEPP処理を実行してEPR対の忠実度を回復する。 C kL (k = 1,2, ··· ) a quantum repeater apparatus 100 satisfying, quantum repeater apparatus C L2, C 2L2, all quantum repeater apparatus except ··· C N-L2 100 The EPR pair is connected by ES processing. As a result, EPR pairs in length L 2 is generated two N / L, are shared between A & C L2, C L & C 2L2 ···. Next, the second stage EPP process is executed to restore the fidelity of the EPR pair.

このようにして、ES処理とEPP処理を交互にn段階繰り返すことによって、送信ノードAと受信ノードB間で忠実度の高いEPR対が共有される。このため、距離が増加しても共有されるEPR対の忠実度を一定に保つことができる。図11は、N=4の場合におけるES処理およびEPP処理によるEPR対の状態を示している。ここで、図11および以降に示す図12〜16の各図において、実線で結線されている2つの光子は、互いにもつれあっていることを示している。   In this way, the EPR pair with high fidelity is shared between the transmitting node A and the receiving node B by alternately repeating the ES process and the EPP process in n stages. For this reason, even if the distance increases, the fidelity of the shared EPR pair can be kept constant. FIG. 11 shows the state of the EPR pair by ES processing and EPP processing when N = 4. Here, in FIG. 11 and each of FIGS. 12 to 16 shown below, it is shown that two photons connected by a solid line are entangled with each other.

ここで、ES処理について詳述する。図12は、ES処理を説明するための模式図である。図12に示すように、例えば、光子1と光子2からなるEPR対及び光子3と光子4からなるEPR対にES処理を施すことによって、光子1と光子4からなるEPR対及び光子2と光子3からなるEPR対に変換される。ここで、送信者Aと受信者Bとの間に2つの量子情報中継装置C1,C2が存在する場合を考えると、A−C1間で共有されているEPR対とC1−B間で共有されているEPR対とを結び付けるES処理は以下のように実行される。   Here, the ES process will be described in detail. FIG. 12 is a schematic diagram for explaining the ES processing. As shown in FIG. 12, for example, the EPR pair consisting of photon 1 and photon 2 and the EPR pair consisting of photon 3 and photon 4 are subjected to ES processing, whereby the EPR pair consisting of photon 1 and photon 4 and photon 2 and photon Is converted to an EPR pair consisting of three. Here, considering the case where two quantum information relay apparatuses C1 and C2 exist between the sender A and the receiver B, the EPR pair shared between A-C1 and C1-B are shared. The ES process for linking a pair of EPRs is performed as follows.

まず、AとC1で共有されているもつれ合った光子対のうちC1にある光子、及びC1とBで共有されているEPR対のうちC1にある光子に対してベル合同測定を行う。次に、ベル合同測定の結果を、光子送信ユニット126を介して古典通信を用いてA及びBに送信する。そして、A及びBで測定結果に対応する演算を施す。   First, the bell congruent measurement is performed on the photon at C1 among the entangled photon pairs shared by A and C1 and the photon at C1 among the EPR pairs shared by C1 and B. Next, the result of the bell joint measurement is transmitted to A and B using the classical communication via the photon transmission unit 126. Then, the calculation corresponding to the measurement result is performed by A and B.

次に、EPP処理の詳細について説明する。例えば、送信者Aと受信者Bとの間で共有されているEPR対に対してEPP処理を行う場合を考える。図13は、EPP処理を説明するための模式図である。ここで、図13に示すように、送信者Aと受信者Bとの間で2対のEPR対が共有されているとする。   Next, details of the EPP process will be described. For example, consider a case where EPP processing is performed on an EPR pair shared between the sender A and the receiver B. FIG. 13 is a schematic diagram for explaining the EPP process. Here, it is assumed that two pairs of EPR are shared between the sender A and the receiver B as shown in FIG.

A、Bともに、自己の2光子にランダムバイラテラル変換を施す。そして、A、B間で共有されている2対のEPR対に関して、Aにある2つの粒子に制御NOT(CNOT)を施すとともに、Bにおいても2つの粒子にも制御NOT(CNOT)を施す。そして、A及びBでの制御NOT(CNOT)の標的となったキュービットを観測し、Aでの観測結果を古典通信経路によってBに送信する。そして、BはAの観測結果と自己の観測結果とを比較しこれに対応した操作を施す。これによってEPP処理が実行され、EPR対の忠実度が回復することになる。   Both A and B perform random bilateral transformation on their two photons. Then, regarding two EPR pairs shared between A and B, control NOT (CNOT) is applied to the two particles in A, and control NOT (CNOT) is also applied to the two particles in B. Then, the qubit that is the target of the control NOT (CNOT) in A and B is observed, and the observation result in A is transmitted to B through the classical communication path. Then, B compares the observation result of A with its own observation result and performs an operation corresponding to this. As a result, the EPP process is executed, and the fidelity of the EPR pair is restored.

本実施の形態では、上述したES処理およびEPP処理を実行している。図14〜16は、実施の形態1にかかる量子情報中継装置100において、EPR対生成からEPP処理までの光子の状態を示す説明図である。図14は、EPR対生成からEPR対の一方の光子を隣接する量子情報中継装置100に送信する前までの光子の状態を示し、図15は、光子が送信されることによって、EPR対が2つの量子情報中継装置100で共有された状態を示している。また、図16は、共有されたEPR対に対してES処理を実行した状態を示している。図14〜16に示すように、共有されたEPR対の2つ光子は、光子−固体EIT量子計算機124の量子メモリ125に保持され、光子−固体EIT量子計算機124によって(ES実行部302、EPP実行部303)、ES処理、EPP処理が実行される。   In the present embodiment, the above-described ES process and EPP process are executed. 14-16 is explanatory drawing which shows the state of the photon from an EPR pair production | generation to an EPP process in the quantum information relay apparatus 100 concerning Embodiment 1. FIG. FIG. 14 shows a state of photons from generation of an EPR pair to transmission of one photon of the EPR pair to the adjacent quantum information relay device 100, and FIG. 15 shows that two EPR pairs are obtained by transmitting a photon. A state shared by two quantum information relay apparatuses 100 is shown. FIG. 16 shows a state in which the ES process is executed on the shared EPR pair. As shown in FIGS. 14 to 16, the two photons of the shared EPR pair are held in the quantum memory 125 of the photon-solid EIT quantum computer 124, and the photon-solid EIT quantum computer 124 (ES execution unit 302, EPP The execution unit 303), ES processing, and EPP processing are executed.

実施の形態1では、さらに、EPP実行部303は、最後に実行されたES処理で使用した古典通信経路、最後に実行されたES処理以前のEPP処理で使用した古典通信経路のうちいずれか1つ以上と異なる古典通信経路を選択して最後のEPP処理を実行している。また、ES実行部302は、前段階で実行したES処理で使用し、かつ前段階で実行したEPP処理で使用した古典通信経路のうちいずれか1つ以上と異なる古典通信経路を選択して最後のES処理を実行している。   In the first embodiment, the EPP execution unit 303 further selects one of the classical communication path used in the ES process executed last and the classical communication path used in the EPP process before the ES process executed last. The last EPP process is executed by selecting a classical communication path different from one or more. In addition, the ES execution unit 302 selects a classic communication path that is different from any one or more of the classic communication paths used in the ES process executed in the previous stage and used in the EPP process executed in the previous stage. ES processing is executed.

また、ES実行部302では、以前に実行されたES処理で使用された古典通信経路、および以前に実行されたEPP処理で使用された古典通信経路のうちのいずれかと異なる古典通信経路を選択してES交換処理を実行する。   In addition, the ES execution unit 302 selects a classical communication path that is different from any one of the classical communication path used in the ES process executed previously and the classical communication path used in the EPP process executed previously. The ES exchange process is executed.

ネットワークを管理するセンタノードでは、経路中の量子情報中継装置100のノードの位置からどの古典通信経路を選択してES処理、ESS処理を実行すべきか、ES処理やEPP処理の実行回数、ES処理やEPP処理の実行タイミング等の役割を決定し、決定した役割を各量子情報中継装置100に送信している。   In the center node that manages the network, which classical communication path should be selected from the position of the node of the quantum information relay device 100 in the path to execute the ES process or the ESS process, the number of times the ES process or the EPP process is executed, the ES process And the role such as the execution timing of the EPP process are determined, and the determined role is transmitted to each quantum information relay device 100.

制御部301は、受信した役割に基づいて、ES処理部302、EPP処理部303を制御して、ES処理、EPP処理の実行制御を行う。   Based on the received role, the control unit 301 controls the ES processing unit 302 and the EPP processing unit 303 to perform execution control of the ES processing and the EPP processing.

具体的には、隣接する送信ノード側の量子情報中継装置100と共有するEPR対に対して第1段階のES処理を実行し、ES処理を実行したノードの送信ノード側の隣接ノードと受信ノード側の量子情報中継装置100で第1段階のEPP処理を行う。その後、EPP処理を実行した受信ノード側の量子情報中継装置100において第2段階のES処理を行い、さらに、第1段階のEPP処理を行ったノードで第2段階のEPP処理を行う際、第1段階のES処理およびEPP処理と第2段階のES処理で使用した古典通信経路とは異なる古典通信経路の量子情報中継装置100との間でEPP処理を行う。   Specifically, the first stage ES processing is executed for the EPR pair shared with the quantum information relay apparatus 100 on the adjacent transmitting node side, and the adjacent node and receiving node on the transmitting node side of the node that has performed the ES processing The first-stage EPP process is performed by the quantum information relay device 100 on the side. Thereafter, the second-stage ES process is performed in the quantum information relay apparatus 100 on the receiving node side that has performed the EPP process, and the second-stage EPP process is performed in the node that has performed the first-stage EPP process. EPP processing is performed between the quantum information relay device 100 in a classical communication path different from the classical communication path used in the first stage ES processing and EPP processing and the second stage ES processing.

次に、このように構成された実施の形態1にかかる複数の量子情報中継装置100による量子情報通信処理について説明する。ここで、図4に示すネットワーク構成において、アルファ社のネットワーク内の送信ノードAからベータ社のネットワーク内の受信ノードGに量子情報を送信する場合を例にあげて説明する。   Next, quantum information communication processing by the plurality of quantum information relay devices 100 according to the first embodiment configured as described above will be described. Here, in the network configuration shown in FIG. 4, a case where quantum information is transmitted from the transmission node A in the alpha company network to the reception node G in the beta company network will be described as an example.

図17は、実施の形態1における量子情報通信処理の流れを示すシーケンス図である。まず、送信ノードAの量子情報中継装置100は、自己のIPアドレス(送信者アドレス)の第2階層(当事者)のアドレスから第2階層の経路決定処理を行い(ステップS1)、送信ノードAから自己のネットワークのセンタノードEまでの第2階層の古典通信経路および量子通信経路を決定する。なお、かかる第2階層の経路決定処理については後述する。   FIG. 17 is a sequence diagram showing a flow of quantum information communication processing in the first embodiment. First, the quantum information relay device 100 of the transmission node A performs a route determination process of the second layer from the address of the second layer (party) of its own IP address (sender address) (step S1). The classical communication path and the quantum communication path of the second hierarchy to the center node E of the own network are determined. The second layer route determination process will be described later.

そして、送信ノードAは、自己のIPアドレス(送信者アドレス)とともに、送信宛先である受信ノードGのIPアドレス(受信者アドレス)を、決定された古典通信経路または量子通信経路でセンタノードEに送信する(ステップS2)。   Then, the sending node A sends the IP address (receiver address) of the receiving node G that is the sending destination together with its own IP address (sender address) to the center node E through the determined classical communication path or quantum communication path. Transmit (step S2).

センタノードEの量子情報中継装置100は、宛先である受信ノードGのIPアドレス(受信者アドレス)を受信すると、送信ノードAのIPアドレスの第1階層のアドレスと受信ノードGのIPアドレスの第1階層のアドレスとに基づき第1階層(組織)の経路決定処理を行って、ベータ社のネットワークのセンタノードHまでの古典通信経路と量子通信経路を決定する(ステップS3)。なお、かかる第1階層の経路決定処理については後述する。   When the quantum information relay device 100 of the center node E receives the IP address (recipient address) of the destination receiving node G, the first layer address of the transmitting node A and the IP address of the receiving node G Based on the address of the first layer, the route determination process of the first layer (organization) is performed to determine the classical communication route and the quantum communication route to the center node H of the beta company network (step S3). The first layer route determination process will be described later.

そして、センタノードEは、受信ノードGのIPアドレス(宛先)を、ベータ社のセンタノードHの量子情報中継装置100に決定された古典通信経路または量子通信経路で送信する(ステップS4)。   Then, the center node E transmits the IP address (destination) of the receiving node G to the quantum information relay device 100 of the center node H of Beta company through the determined classical communication path or quantum communication path (step S4).

ベータ社のセンタノードHの量子情報中継装置100は、受信ノードGの宛先(IPアドレス)を受信すると、受信ノードGのIPアドレスの第2階層(当事者)のアドレスに基づき第2階層の経路決定処理を行って(ステップS5)、センタノードHから受信者ノードGまでの古典通信経路と量子通信経路を決定する。そして、決定された古典通信経路と量子通信経路をセンタノードEに送信する(ステップS6)。   When receiving the destination (IP address) of the receiving node G, the quantum information relay device 100 of the center node H of Beta company determines the route of the second layer based on the address of the second layer (party) of the IP address of the receiving node G. Processing is performed (step S5), and a classical communication path and a quantum communication path from the center node H to the receiver node G are determined. Then, the determined classical communication path and quantum communication path are transmitted to the center node E (step S6).

次に、センタノードHでは、ベータ社のネットワーク内で、センタノードHから受信ノードGまでの決定された古典通信経路と量子通信経路に存在する量子情報中継装置100(中継地点)の個数を算出する(ステップS7b)。そして、その個数と量子通信経路および古典通信経路と各量子情報中継装置100の位置から、各量子情報中継装置100の量子情報中継処理におけるES処理やEPP処理をどの古典通信経路で実行するか、ES処理やEPP処理の実行回数、ES処理やEPP処理の実行タイミング等の役割を決定し(ステップS8b)、決定した役割を各量子情報中継装置100に送信する(ステップS9b)。   Next, in the center node H, the number of quantum information relay devices 100 (relay points) existing in the determined classical communication path and quantum communication path from the center node H to the receiving node G in the Beta company network is calculated. (Step S7b). Then, from which number, quantum communication path, classical communication path, and position of each quantum information relay device 100, which classical communication route performs ES processing and EPP processing in quantum information relay processing of each quantum information relay device 100, Roles such as the number of execution times of ES processing and EPP processing, execution timing of ES processing and EPP processing, etc. are determined (step S8b), and the determined roles are transmitted to each quantum information relay device 100 (step S9b).

一方、センタノードHから古典通信経路と量子通信経路を受信したセンタノードEでも、同様に、アルファ社のネットワーク内で、送信ノードAからセンタノードEまでの決定された古典通信経路と量子通信経路に存在する量子情報中継装置100(中継地点)の個数を算出する(ステップS7a)。そして、その個数と量子通信経路および古典通信経路と各量子情報中継装置100の位置から、各量子情報中継装置100の量子情報中継処理における上記役割を決定し(ステップS8a)、決定した役割を各量子情報中継装置100に送信する(ステップS9a)。   On the other hand, in the center node E that has received the classical communication path and the quantum communication path from the center node H, similarly, the determined classical communication path and quantum communication path from the transmission node A to the center node E in the alpha company network. The number of quantum information relay devices 100 (relay points) existing in the network is calculated (step S7a). Then, from the number, the quantum communication path, the classical communication path, and the position of each quantum information relay device 100, the above-described role in the quantum information relay processing of each quantum information relay device 100 is determined (step S8a). It transmits to the quantum information relay apparatus 100 (step S9a).

そして、アルファ社、ベータ社の各ネットワークおよびセンタノードEからセンタノードHの間で、量子情報中継処理が行われ、送信ノードAから受信ノードGまでの量子鍵配送などの光子の送信が行われる(ステップS10)。かかる量子情報中継処理については後述する。   Then, quantum information relay processing is performed between the networks of Alpha and Beta, and between center node E and center node H, and photons such as quantum key distribution from transmission node A to reception node G are transmitted. (Step S10). Such quantum information relay processing will be described later.

次に、ステップS3における第1階層(組織)の経路決定処理について説明する。図18は、第1階層の経路決定処理の手順を示すフローチャートである。まず、量子情報中継装置100(センタノード)では、古典経路検索部136によって、送信者アドレス(送信ノードのIPアドレス)の第1階層のアドレスと、送信ノードから受信した受信者アドレス(受信ノードのIPアドレス)の第1階層のアドレスとをキーにして、図5に示す古典通信経路テーブル133からセンタノード間(E−H間)の古典通信経路を検索する(ステップS11)。   Next, the route determination process of the first hierarchy (organization) in step S3 will be described. FIG. 18 is a flowchart showing the procedure of the route determination process of the first layer. First, in the quantum information relay device 100 (center node), the classical path search unit 136 uses the first layer address of the sender address (the IP address of the sending node) and the receiver address (the receiving node's address) received from the sending node. The classical communication path between the center nodes (between E and H) is searched from the classical communication path table 133 shown in FIG. 5 using the first layer address of (IP address) as a key (step S11).

次に、量子経路決定部132によって、古典通信経路テーブル133において、検索された古典通信経路に対応する量子通信経路存在フラグの内容を取得し(ステップS12)、取得した量子通信経路存在フラグの値が「1」であるか否か、すなわち、検索された古典通信経路と同一の量子通信経路が存在するか否かを判断する(ステップS13)。   Next, the quantum path determination unit 132 acquires the content of the quantum communication path presence flag corresponding to the searched classic communication path in the classic communication path table 133 (step S12), and the value of the acquired quantum communication path presence flag Is “1”, that is, whether there is a quantum communication path identical to the searched classical communication path (step S13).

その結果、量子通信経路存在フラグの値が「1」である場合、すなわち、検索された古典通信経路と同一の量子通信経路が存在する場合には(ステップS13:Yes)、量子通信経路テーブル134を検索せずに、古典経路検索部136で決定された古典通信経路を量子通信経路として決定する(ステップS14)。例えば、図5において、古典経路検索部136で古典通信経路が「31」と決定された場合には、量子通信経路を同一経路の「31」と決定する。   As a result, when the value of the quantum communication path presence flag is “1”, that is, when the same quantum communication path as the searched classical communication path exists (step S13: Yes), the quantum communication path table 134 The classical communication path determined by the classical path search unit 136 is determined as a quantum communication path without searching for (step S14). For example, in FIG. 5, when the classical communication route is determined as “31” by the classical route search unit 136, the quantum communication route is determined as “31” of the same route.

一方、ステップS13において、量子通信経路存在フラグの値が「1」でない場合(「0」の場合)、すなわち、検索された古典通信経路と同一の量子通信経路が存在しない場合には(ステップS13:No)、量子経路決定部132によって、送信者アドレス(送信ノードのIPアドレス)の第1階層のアドレスと、送信ノードから受信した受信者アドレス(受信ノードのIPアドレス)の第1階層のアドレスとをキーにして、図6に示す量子通信経路テーブル134からセンタノード間(E−H間)の量子通信経路を検索する(ステップS15)。そして、検索された量子通信経路を、センタノード間(E−H間)の量子通信経路として決定する(ステップS16)。このようにして、第1階層の経路決定処理が行われることになる。   On the other hand, when the value of the quantum communication path presence flag is not “1” (in the case of “0”) in step S13, that is, when the same quantum communication path as the searched classical communication path does not exist (step S13). : No), by the quantum path determination unit 132, the address of the first layer of the sender address (IP address of the transmission node) and the address of the first layer of the receiver address (IP address of the reception node) received from the transmission node Using these as keys, a quantum communication path between center nodes (between E and H) is searched from the quantum communication path table 134 shown in FIG. 6 (step S15). Then, the searched quantum communication path is determined as a quantum communication path between center nodes (between E and H) (step S16). In this way, the route determination process of the first hierarchy is performed.

次に、ステップS2およびS5における第2階層(当事者)の経路決定処理について説明する。図19は、第2階層の経路決定処理の手順を示すフローチャートである。まず、アルファ社およびベータ社のネットワーク内のノードの量子情報中継装置100では、古典経路検索部136によって、IPアドレスの第2階層のアドレスをキーにして、図7または8に示す古典通信経路テーブル133からノード間の古典通信経路を検索する(ステップS21)。   Next, the route determination process of the second hierarchy (party) in steps S2 and S5 will be described. FIG. 19 is a flowchart showing the procedure of the route determination process of the second hierarchy. First, in the quantum information relay apparatus 100 of the nodes in the networks of Alpha and Beta, the classical communication path table shown in FIG. 7 or 8 is used by the classical path search unit 136 using the second layer address of the IP address as a key. A classical communication path between nodes is searched from 133 (step S21).

キーとする第2階層のアドレスは、以下のように選定される。すなわち、送信ノードで第2階層の経路決定を行う場合には(ステップS2の場合)、送信ノードのIPアドレスの第2階層のアドレスをキーとする。これにより、送信ノードから送信ノードが属するネットワークのセンタノードまでの第2階層の古典通信経路が検索される。例えば、図4の例で、送信ノードAから受信ノードGに送信する場合において、送信ノードAは、自己のIPアドレスの第2階層のアドレスをキーに古典通信経路テーブル133を検索する。   The second-layer address used as a key is selected as follows. In other words, when the second-level route is determined by the transmission node (in the case of step S2), the second-layer address of the IP address of the transmission node is used as a key. As a result, the second-layer classical communication path from the transmitting node to the center node of the network to which the transmitting node belongs is searched. For example, in the example of FIG. 4, when transmitting from the transmitting node A to the receiving node G, the transmitting node A searches the classical communication path table 133 using the address of the second layer of its own IP address as a key.

また、受信ノードが属するネットワークのセンタノードで第2階層の経路決定を行う場合(ステップS5の場合)、受信ノードのIPアドレスの第2階層のアドレスをキーとする。これにより、センタノードから受信ノードまでの第2階層の古典通信経路が検索される。例えば、図4の例で、送信ノードAから受信ノードGに送信する場合において、ベータ社のセンタノードHは、受信ノードGのIPアドレスの第2階層のアドレスをキーに古典通信経路テーブル133を検索する。   Further, when the route of the second layer is determined at the center node of the network to which the receiving node belongs (in the case of step S5), the second layer address of the IP address of the receiving node is used as a key. Thereby, the classical communication path of the second hierarchy from the center node to the receiving node is searched. For example, in the example of FIG. 4, when transmitting from the transmission node A to the reception node G, the center node H of Beta company uses the second-layer address of the IP address of the reception node G as a key and uses the classical communication path table 133 as a key. Search for.

次に、量子経路決定部132によって、古典通信経路テーブル133において、検索された古典通信経路に対応する量子通信経路存在フラグの内容を取得し(ステップS22)、取得した量子通信経路存在フラグの値が「1」であるか否か、すなわち、検索された古典通信経路と同一の量子通信経路が存在するか否かを判断する(ステップS23)。   Next, the quantum path determination unit 132 acquires the content of the quantum communication path presence flag corresponding to the searched classical communication path in the classical communication path table 133 (step S22), and the value of the acquired quantum communication path presence flag Is “1”, that is, whether there is a quantum communication path identical to the searched classical communication path (step S23).

その結果、量子通信経路存在フラグの値が「1」である場合、すなわち、検索された古典通信経路と同一の量子通信経路が存在する場合には(ステップS23:Yes)、量子通信経路テーブル134を検索せずに、古典経路検索部136で決定された古典通信経路を量子通信経路として決定する(ステップS24)。   As a result, when the value of the quantum communication path presence flag is “1”, that is, when the same quantum communication path as the searched classical communication path exists (step S23: Yes), the quantum communication path table 134 The classical communication path determined by the classical path search unit 136 is determined as a quantum communication path without searching for (step S24).

一方、ステップS23において、量子通信経路存在フラグの値が「1」でない場合(「0」の場合)、すなわち、検索された古典通信経路と同一の量子通信経路が存在しない場合には(ステップS23:No)、量子経路決定部132によって、IPアドレスの第2階層のアドレスをキーにして、図8または10に示す量子通信経路テーブル134からノード間の量子通信経路を検索する(ステップS25)。そして、検索された量子通信経路を、センタノード間(E−H間)の量子通信経路として決定する(ステップS16)。このようにして、第2階層の経路決定処理が行われることになる。   On the other hand, if the value of the quantum communication path presence flag is not “1” (in the case of “0”) in step S23, that is, if the same quantum communication path as the searched classical communication path does not exist (step S23). : No), the quantum path determination unit 132 searches for a quantum communication path between nodes from the quantum communication path table 134 shown in FIG. 8 or 10 by using the address of the second layer of the IP address as a key (step S25). Then, the searched quantum communication path is determined as a quantum communication path between center nodes (between E and H) (step S16). In this way, the route determination process of the second hierarchy is performed.

ここで、キーとする第2階層のアドレスは、上述した古典通信経路の経路決定の場合と同様に選定される。   Here, the second-layer address as a key is selected in the same manner as in the case of determining the route of the classical communication route described above.

このように、第1階層および第2階層の経路決定処理において、古典通信経路と同一経路の量子通信経路が存在する場合には、量子通信経路の検索を行わずに、古典通信経路を量子通信経路として決定するので、経路探索処理の負荷を軽減することができる。   In this way, in the route determination processing of the first layer and the second layer, when there is a quantum communication route that is the same route as the classical communication route, the classical communication route is not subjected to the quantum communication search without performing the quantum communication route search. Since the route is determined, the load of the route search process can be reduced.

次に、ステップS10における量子情報中継処理について説明する。ここでは、アルファ社のネットワークにおいて、送信ノードAからセンタノードEまでの量子情報中継処理を例にあげて説明する。センタノードEからセンタノードH、センタノードHから受信ノードGまでの量子情報中継処理についても同様に行われる。   Next, the quantum information relay process in step S10 will be described. Here, the quantum information relay processing from the transmission node A to the center node E in the Alpha company network will be described as an example. The quantum information relay process from the center node E to the center node H and from the center node H to the receiving node G is performed in the same manner.

なお、図4に示すように、送信ノードAからセンタノードEまでの量子通信経路は、A−T,T−F,F−U,U−Eであり、古典通信経路はA−Eである。   As shown in FIG. 4, the quantum communication paths from the transmission node A to the center node E are AT, TF, FU, and UE, and the classical communication path is AE. .

図20は、実施の形態1の各量子情報中継装置100における量子情報通信処理の手順を示すフローチャートである。   FIG. 20 is a flowchart illustrating a procedure of quantum information communication processing in each quantum information relay device 100 of the first embodiment.

まず、量子情報中継装置A,T,F,U、EにおいてEPR対を生成する(ステップS31〜S35)。次に、量子情報中継装置A,T,F,Uで生成したEPR対の一方の光子を、隣接する量子情報中継装置に送信する(ステップS36〜S39)。これにより、A−T間、T−F間、F−U間、U−E間でEPR対がそれぞれ共有されることになる。   First, an EPR pair is generated in the quantum information relay devices A, T, F, U, and E (steps S31 to S35). Next, one photon of the EPR pair generated by the quantum information relay device A, T, F, U is transmitted to the adjacent quantum information relay device (steps S36 to S39). As a result, the EPR pairs are shared between AT, TF, FU, and UE.

そして、量子情報中継装置T,Uにおいて、第1段階のES処理を実行する(ステップS40,S41)。これによって、A−F間およびF−E間でEPR対が共有される。   Then, the first stage ES process is executed in the quantum information relay apparatuses T and U (steps S40 and S41). As a result, the EPR pair is shared between A-F and FE.

次に、量子情報中継装置A,Fにおいて、第1段階のEPP処理をA−F間で実行し、量子情報中継装置F,Eにおいて、第1段階のEPP処理をF−E間で実行する(ステップS42〜S44)。これによりA−F間およびF−E間で、EPR対の忠実度が回復される。   Next, in the quantum information relay apparatuses A and F, the first-stage EPP process is executed between A and F, and in the quantum information relay apparatuses F and E, the first-stage EPP process is executed between FE. (Steps S42 to S44). This restores the fidelity of the EPR pair between A-F and FE.

次に、量子情報中継装置Fにおいて、第2段階のES処理を実行する(ステップS45)。これによって、量子情報中継装置A−E間でEPR対が共有される。   Next, in the quantum information relay apparatus F, the second-stage ES process is executed (step S45). As a result, the EPR pair is shared between the quantum information relay devices AE.

ここで、使用される古典通信経路については次のようになる。図4に示すように、第1段階のES処理では、経路A−T−F及び経路F−U−Eを古典通信経路として使用している。第1段階のEPP処理でも経路A−T−Fと経路F−U−Eを使用している。また、第2段階のES処理では、経路A−T−F及び経路F−U−Eを使用している。   Here, the classical communication path used is as follows. As shown in FIG. 4, in the first-stage ES processing, the path AT-F and the path F-U-E are used as classical communication paths. In the first-stage EPP processing, the route A-T-F and the route F-E-E are used. Further, in the second stage ES processing, the path AT-F and the path F-U-E are used.

次に、量子情報中継装置A,Eにおいて、第2段階のEPP処理をA−E間で実行する(ステップS46,S47)。これによって、A−E間でEPR対の忠実度が回復される。すなわち、第2段階のEPP処理では、第1段階のES処理及びEPP処理で使用される古典通信経路および第2段階のES処理で使用する古典通信経路とは、異なる古典通信経路A−Eを使用している。これにより、AからEまで通信する際には、量子情報中継装置Fを経由せずに、短距離のA−E間の古典通信経路で直接通信することができ、かつEPR対の忠実度の減衰も防止されることになる。   Next, in the quantum information relay devices A and E, the second-stage EPP process is executed between A and E (steps S46 and S47). This restores the fidelity of the EPR pair between A and E. That is, in the second-stage EPP process, the classical communication path A-E different from the classical communication path used in the first-stage ES process and the EPP process and the classical communication path used in the second-stage ES process are different. I use it. Thereby, when communicating from A to E, it is possible to communicate directly through the short-range A-E classical communication path without going through the quantum information relay device F, and the fidelity of the EPR pair. Attenuation is also prevented.

このように実施の形態1にかかる量子情報通信システムでは、経路決定処理において、古典通信経路と同一経路の量子通信経路が存在する場合には、量子通信経路の検索を行わずに、古典通信経路を量子通信経路として決定するので、経路探索処理の負荷を軽減することができる。
また、実施の形態1にかかる量子情報通信システムでは、経路決定処理において、古典通信経路と同一経路の量子通信経路が存在しない場合に、量子通信経路の検索を行っているので、通信経路の状況に応じて最適な経路探索を行うことができる。
As described above, in the quantum information communication system according to the first embodiment, in the route determination process, when there is a quantum communication route that is the same as the classical communication route, the classical communication route is not searched without performing the quantum communication route search. Is determined as the quantum communication path, the load of the path search process can be reduced.
In the quantum information communication system according to the first embodiment, in the route determination process, when a quantum communication route that is the same route as the classical communication route does not exist, the quantum communication route is searched. The optimum route search can be performed according to the situation.

(実施の形態2)
実施の形態1にかかる量子情報中継装置100では、経路決定をネットワーク内の送信ノードおよびセンタノードとなる量子情報中継装置100で実行していたが、この実施の形態2では、経路決定をネットワーク管理装置で実行する。
(Embodiment 2)
In the quantum information relay device 100 according to the first embodiment, the route determination is performed by the quantum information relay device 100 serving as the transmission node and the center node in the network. In the second embodiment, the route determination is performed by the network management. Run on the device.

図21は、実施の形態2にかかる量子情報通信システムのネットワーク構成を示すブロック図である。図21に示すように、実施の形態2にかかる量子情報通信システムは、複数の量子情報中継装置2100とネットワーク管理装置2130とが光ファーバー140で接続された構成となっている。   FIG. 21 is a block diagram of a network configuration of the quantum information communication system according to the second embodiment. As illustrated in FIG. 21, the quantum information communication system according to the second embodiment has a configuration in which a plurality of quantum information relay apparatuses 2100 and a network management apparatus 2130 are connected by an optical fiber 140.

図22は、ネットワーク管理装置2130の機能的構成を示すブロック図である。本実施の形態にかかるネットワーク管理装置2130は、図22に示すように、通信部2131と、古典経路検索部2133と、量子経路決定部2132と、古典通信経路テーブル133と、量子通信経路テーブル134とを主に備えている。   FIG. 22 is a block diagram illustrating a functional configuration of the network management device 2130. As shown in FIG. 22, the network management apparatus 2130 according to the present embodiment includes a communication unit 2131, a classical path search unit 2133, a quantum path determination unit 2132, a classical communication path table 133, and a quantum communication path table 134. And mainly.

ここで、古典通信経路テーブル133と量子通信経路テーブル134は、実施の形態1の各テーブルと同様であり、HDDやメモリ等の記憶媒体に格納されている。   Here, the classical communication path table 133 and the quantum communication path table 134 are the same as the tables of the first embodiment, and are stored in a storage medium such as an HDD or a memory.

通信部2131は、送信ノードとなる量子情報中継装置100から送信ノードのIPアドレス(送信者アドレス)および受信ノードのIPアドレス(受信者アドレス)を含む経路決定要求メッセージを受信し、古典経路検索部2133により決定された古典通信経路および量子経路決定部2132により決定された量子通信経路を含む経路メッセージを生成し、生成された経路メッセージを、決定された古典通信経路および量子通信経路中に存在する全てのノードの量子情報中継装置2100に送信する処理部である。   The communication unit 2131 receives a route determination request message including the IP address (sender address) of the transmission node and the IP address (recipient address) of the reception node from the quantum information relay device 100 serving as the transmission node, and the classical route search unit A path message including the classical communication path determined by 2133 and the quantum communication path determined by the quantum path determination unit 2132 is generated, and the generated path message exists in the determined classical communication path and quantum communication path. This is a processing unit that transmits to the quantum information relay device 2100 of all nodes.

古典経路検索部2133は、経路決定要求メッセージに含まれる送信ノードのIPアドレスと受信ノードのIPアドレスから、古典通信経路テーブル133から送信ノードと受信ノードとの間に存在する所定のノード間の古典通信経路を検索する処理部である。   The classical route search unit 2133 uses the IP address of the sending node and the IP address of the receiving node included in the route determination request message, from the classical communication route table 133, to the classical node between the predetermined nodes existing between the sending node and the receiving node. It is a processing unit that searches for a communication path.

具体的には、古典経路検索部2133は、送信ノードのIPアドレスと受信ノードのIPアドレスの第1階層から第n階層の一部のアドレスをキーにして、古典通信経路テーブル133から送信ノードと受信ノードとの間に存在する所定のノード間の古典通信経路を検索し、検索された古典通信経路を所定のノード間の古典通信経路として決定する。   Specifically, the classical route search unit 2133 uses the IP address of the sending node and the IP address of the receiving node as a part of addresses from the first layer to the n-th layer as keys, and from the classical communication route table 133 to the sending node. A classical communication path between predetermined nodes existing between the receiving nodes is searched, and the searched classical communication path is determined as a classical communication path between the predetermined nodes.

本実施の形態にかかるネットワーク管理装置2130の古典経路検索部2133は、IPアドレスの全ての階層についての古典通信経路を決定する。
量子経路決定部2132は、古典経路検索部2133によって検索された古典通信経路に対応する相関関係に基づいて所定のノード間の量子通信経路を決定する処理部である。具体的には、量子経路決定部2132は、古典経路検索部136によって検索された古典通信経路に対応する量子通信経路存在フラグが古典通信経路と同一経路の量子通信経路が存在する旨を示す「1」である場合には、量子通信経路の検索を行わずに、検索された古典通信経路を前定のノード間の量子通信経路として決定する。
The classical route search unit 2133 of the network management device 2130 according to the present embodiment determines the classical communication route for all layers of the IP address.
The quantum path determination unit 2132 is a processing unit that determines a quantum communication path between predetermined nodes based on the correlation corresponding to the classic communication path searched by the classic path search unit 2133. Specifically, the quantum path determination unit 2132 indicates that there is a quantum communication path whose quantum communication path existence flag corresponding to the classical communication path searched by the classical path search unit 136 is the same as the classical communication path. In the case of “1”, the searched classical communication path is determined as the quantum communication path between the predetermined nodes without searching for the quantum communication path.

一方、量子経路決定部2132は、古典経路検索部2133によって検索された古典通信経路に対応する量子通信経路存在フラグが古典通信経路と同一経路である量子通信経路が存在しない旨を示す「0」である場合には、量子通信経路テーブル134から、所定のノード間の量子通信経路を検索し、検索された量子通信経路を所定のノード間の量子通信経路として決定する。   On the other hand, the quantum path determination unit 2132 indicates that there is no quantum communication path whose quantum communication path existence flag corresponding to the classic communication path searched by the classic path search unit 2133 is the same as the classic communication path. If it is, the quantum communication path between the predetermined nodes is searched from the quantum communication path table 134, and the searched quantum communication path is determined as the quantum communication path between the predetermined nodes.

本実施の形態にかかるネットワーク管理装置2130の量子経路決定部2132は、IPアドレスの全ての階層についての古典通信経路を決定する。   The quantum path determination unit 2132 of the network management apparatus 2130 according to the present embodiment determines the classical communication path for all layers of the IP address.

ネットワーク管理装置2130は、経路中の量子情報中継装置100のノードの位置からどの古典通信経路を選択してES処理、ESS処理を実行すべきか、ES処理やEPP処理の実行回数、ES処理やEPP処理の実行タイミング等の役割を決定し、決定した役割を通信部2131によって各量子情報中継装置100を送信している。   The network management apparatus 2130 selects which classical communication path should be selected from the node position of the quantum information relay apparatus 100 in the path to execute the ES process or the ESS process, the number of times the ES process or the EPP process is executed, the ES process or the EPP Roles such as processing execution timing are determined, and the determined role is transmitted to each quantum information relay device 100 by the communication unit 2131.

本実施の形態のネットワーク管理装置2130は、CPUなどの制御装置と、ROM(Read Only Memory)やRAMなどの記憶装置と、HDD、CDドライブ装置などの外部記憶装置と、ディスプレイ装置などの表示装置と、キーボードやマウスなどの入力装置と、ネットワークボード等の通信装置を備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成となっている。   The network management device 2130 of this embodiment includes a control device such as a CPU, a storage device such as a ROM (Read Only Memory) and a RAM, an external storage device such as an HDD and a CD drive device, and a display device such as a display device. And an input device such as a keyboard and a mouse, and a communication device such as a network board, and has a hardware configuration using a normal computer.

次に、実施の形態2にかかる量子情報中継装置2100について説明する。図23は、実施の形態2にかかる量子情報中継装置2100の機能的構成を示すブロック図である。実施の形態2にかかる量子情報中継装置2100は、図23に示すように、制御用古典計算機2110と中継器120とを備えている。制御用古典計算機2110は、CPUやメモリ等を備えた通常のコンピュータの構成となっている。中継器120の機能的構成は、実施の形態1と同様である。   Next, the quantum information relay device 2100 according to the second embodiment will be described. FIG. 23 is a block diagram of a functional configuration of the quantum information relay apparatus 2100 according to the second embodiment. The quantum information relay apparatus 2100 according to the second embodiment includes a control classical computer 2110 and a repeater 120 as shown in FIG. The control classical computer 2110 has a configuration of a normal computer including a CPU and a memory. The functional configuration of repeater 120 is the same as that in the first embodiment.

制御用古典計算機2110は、通信部135を主に備えている。なお、本実施の形態では、古典通信経路および量子通信経路の決定は、ネットワーク管理装置2130によって行われるため、実施の形態1の量子情報中継装置100のように古典経路検索部、量子経路決定部は設けられていない。   The control classical computer 2110 mainly includes a communication unit 135. In the present embodiment, since the classical communication path and the quantum communication path are determined by the network management device 2130, the classical route search unit and the quantum route determination unit as in the quantum information relay device 100 of the first embodiment. Is not provided.

通信部135は、実施の形態1と同様に、送信ノードのIPアドレス、受信ノードのIPアドレス、古典通信経路や量子通信経路を他のノードに送信したり、他のノードから受信する処理部である。   As in the first embodiment, the communication unit 135 is a processing unit that transmits the IP address of the transmission node, the IP address of the reception node, the classical communication path and the quantum communication path to other nodes, and receives from other nodes. is there.

また、通信部135は、自己の量子情報中継装置100が送信ノードとなる場合に、送信ノードのIPアドレスと受信ノードのIPアドレスを含み、受信ノードまでの経路決定要求メッセージをネットワーク管理装置2130に送信し、かかる要求に対する応答として、ネットワーク管理装置2130から決定された古典通信経路および量子通信経路を含む経路メッセージを受信する。   In addition, when the quantum information relay device 100 is a transmission node, the communication unit 135 includes a route determination request message to the network management device 2130 including the IP address of the transmission node and the IP address of the reception node. As a response to the request, a route message including the classical communication route and the quantum communication route determined from the network management device 2130 is received.

次に、このように構成された実施の形態2にかかる複数の量子情報中継装置100による量子情報通信処理について説明する。ここで、図4に示すネットワーク構成において、アルファ社のネットワーク内の送信ノードAからベータ社のネットワーク内の受信ノードGに量子情報を送信する場合を例にあげて説明する。   Next, quantum information communication processing by the plurality of quantum information relay devices 100 according to the second embodiment configured as described above will be described. Here, in the network configuration shown in FIG. 4, a case where quantum information is transmitted from the transmission node A in the alpha company network to the reception node G in the beta company network will be described as an example.

図24は、実施の形態2における量子情報通信処理の流れを示すシーケンス図である。まず、送信ノードAの量子情報中継装置2100は、自己のIPアドレス(送信者アドレス)とともに、送信宛先である受信ノードGのIPアドレス(受信者アドレス)を自己のネットワーク(アルファ社のネットワーク)のネットワーク管理装置2130に送信する(ステップS51)。   FIG. 24 is a sequence diagram showing a flow of quantum information communication processing in the second embodiment. First, the quantum information relay apparatus 2100 of the transmission node A sends the IP address (recipient address) of the reception node G as a transmission destination together with its own IP address (sender address) to its own network (alpha company network). The data is transmitted to the network management device 2130 (step S51).

受信ノードGのIPアドレスを受信したネットワーク管理装置2130は、送信ノードAのIPアドレスの第1階層(組織)のアドレスおよび受信ノードGのIPアドレスの第1階層のアドレスから、第1階層の経路決定処理を行い(ステップS52)、センタノードEから送信先のネットワーク(ベータ社のネットワーク)のセンタノードHまでの第1階層の古典通信経路および量子通信経路を決定する。   The network management device 2130 that has received the IP address of the receiving node G uses the first layer path from the first layer (organization) address of the IP address of the transmitting node A and the first layer address of the IP address of the receiving node G. A determination process is performed (step S52), and the first-layer classical communication path and quantum communication path from the center node E to the center node H of the destination network (Beta company network) are determined.

そして、アルファ社のネットワーク管理装置2130は、送信宛先である受信ノードGのIPアドレス(受信者アドレス)を、送信先のネットワーク(ベータ社のネットワーク)のネットワーク管理装置2130に送信する(ステップS53)。   Then, the network management apparatus 2130 of Alpha company transmits the IP address (recipient address) of the receiving node G that is the transmission destination to the network management apparatus 2130 of the network of the transmission destination (Beta company network) (step S53). .

そして、アルファ社のネットワーク管理装置2130では、送信ノードAのIPアドレス(送信者アドレス)の第2階層(当事者)のアドレスから第2階層の経路決定処理を行い(ステップS54)、送信ノードAから自己のネットワークのセンタノードEまでの第2階層の古典通信経路および量子通信経路を決定する。   Then, the alpha network management device 2130 performs route determination processing of the second hierarchy from the address of the second hierarchy (party) of the IP address (sender address) of the transmission node A (step S54). The classical communication path and the quantum communication path of the second hierarchy to the center node E of the own network are determined.

一方、送信先のネットワーク(ベータ社のネットワーク)のネットワーク管理装置2130は、受信ノードGのIPアドレスを受信すると、受信ノードGのIPアドレスの第2階層(当事者)のアドレスに基づき第2階層の経路決定処理を行って(ステップS55)、センタノードHから受信者ノードGまでの古典通信経路と量子通信経路を決定する。そして、決定された古典通信経路と量子通信経路を、アルファ社のネットワーク管理装置2130に送信する(ステップS56)。   On the other hand, when receiving the IP address of the receiving node G, the network management device 2130 of the destination network (Beta company network), based on the address of the second layer (party) of the IP address of the receiving node G, A route determination process is performed (step S55), and a classical communication route and a quantum communication route from the center node H to the receiver node G are determined. Then, the determined classical communication path and quantum communication path are transmitted to the network management apparatus 2130 of Alpha (step S56).

なお、ステップS52の第1階層の経路決定処理、およびステップS54、S55の第2階層の経路決定処理は、実施の形態1の各経路決定処理と同様に行われる。   Note that the first layer route determination process in step S52 and the second layer route determination process in steps S54 and S55 are performed in the same manner as each route determination process in the first embodiment.

アルファ社のネットワーク管理装置2130は、受信した古典通信経路と量子通信経路、およびステップS52および54で決定した古典通信経路と量子通信経路を、送信ノードAに送信する(ステップS57)。   Alpha network management apparatus 2130 transmits the received classical communication path and quantum communication path, and the classical communication path and quantum communication path determined in steps S52 and S54 to transmitting node A (step S57).

そして、アルファ社のネットワーク管理装置2130は、アルファ社のネットワーク内で、送信ノードAからセンタノードEまでの決定された古典通信経路と量子通信経路に存在する量子情報中継装置2100(中継地点)の個数を算出する(ステップS58a)。そして、その個数と量子通信経路および古典通信経路と各量子情報中継装置2100の位置から、各量子情報中継装置2100の量子情報中継処理におけるES処理やEPP処理をどの古典通信経路で実行するか、ES処理やEPP処理の実行回数、ES処理やEPP処理の実行タイミング等の役割を決定し(ステップS59a)、決定した役割を自己のネットワーク内の各量子情報中継装置2100に送信する(ステップS60a)。   Then, the alpha network management device 2130 includes the quantum information relay device 2100 (relay point) existing in the determined classical communication path and quantum communication path from the transmission node A to the center node E in the alpha company network. The number is calculated (step S58a). Then, from which number, quantum communication path, classical communication path, and position of each quantum information relay device 2100, which classical communication route performs ES processing and EPP processing in quantum information relay processing of each quantum information relay device 2100, Roles such as the number of executions of ES processing and EPP processing, execution timing of ES processing and EPP processing, etc. are determined (step S59a), and the determined roles are transmitted to each quantum information relay device 2100 in its own network (step S60a). .

一方、ベータ社のネットワーク管理装置2130においても同様に、センタノードHから受信ノードGまでの決定された古典通信経路と量子通信経路に存在する量子情報中継装置2100(中継地点)の個数の算出(ステップS58b)、各量子情報中継装置2100の量子情報中継処理における上記役割の決定(ステップS59b)、決定した役割の自己のネットワーク内の各量子情報中継装置2100への送信(ステップS60b)の各処理が実行される。   On the other hand, in the network management apparatus 2130 of Beta, similarly, the number of quantum information relay apparatuses 2100 (relay points) existing in the determined classical communication path and quantum communication path from the center node H to the receiving node G is calculated ( Step S58b), determination of the above-mentioned role in the quantum information relay processing of each quantum information relay device 2100 (Step S59b), and processing of transmission to each quantum information relay device 2100 in the network of the determined role (Step S60b) Is executed.

そして、アルファ社、ベータ社の各ネットワークおよびセンタノードEからセンタノードHの間で、量子情報中継処理が行われ、送信ノードAから受信ノードGまでの量子鍵配送などの光子の送信が行われる(ステップS61)。かかる量子情報中継処理については実施の形態1と同様に行われる。   Then, quantum information relay processing is performed between the networks of Alpha and Beta, and between center node E and center node H, and photons such as quantum key distribution from transmission node A to reception node G are transmitted. (Step S61). Such quantum information relay processing is performed in the same manner as in the first embodiment.

このように実施の形態2にかかる量子情報通信システムでは、ネットワーク管理装置2130によって、古典通信経路の検索および量子通信経路の決定が行われるので、各ノードの量子情報中継装置2100における経路探索の負担がなくなり、量子情報通信の処理効率を向上させることができる。   As described above, in the quantum information communication system according to the second embodiment, the network management device 2130 searches for the classical communication route and determines the quantum communication route, so that the route search burden in the quantum information relay device 2100 of each node is determined. Thus, the processing efficiency of quantum information communication can be improved.

なお、実施の形態2では、ネットワーク管理装置2310を通常のコンピュータとして各ノードの量子情報中継装置2100とは異なる構成として説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、センタノードの量子情報中継装置2100にネットワーク管理装置としての機能を有するように構成してもよい。   In the second embodiment, the network management apparatus 2310 is described as a normal computer and is configured differently from the quantum information relay apparatus 2100 of each node. However, the present invention is not limited to this. For example, the quantum information of the center node The relay apparatus 2100 may be configured to have a function as a network management apparatus.

また、実施の形態1および2では、2階層のデータ構造のIPアドレスを用いて説明したが、3階層以上のデータ構造のIPアドレスを用いることもでき、この場合には、第3階層以上の経路決定は、第1階層、第2階層の経路決定処理と同様に行われることになる。   Further, in the first and second embodiments, the description has been given using the IP address of the data structure of the two layers, but the IP address of the data structure of the three layers or more can also be used. The route determination is performed in the same manner as the route determination processing of the first layer and the second layer.

また、本実施の形態では、図4に示すネットワーク構成の量子情報通信システムを例にあげて説明したが、これに限定されるものではなく、古典通信経路と量子通信経路の双方が存在するネットワークであればいずれにも適用することができる。   In the present embodiment, the quantum information communication system having the network configuration shown in FIG. 4 has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and a network in which both a classical communication path and a quantum communication path exist. Any of them can be applied.

実施の形態1および2の量子情報中継装置100,2100、ネットワーク管理装置2130で実行される量子情報通信プログラムは、ROM等に予め組み込まれて提供される。   The quantum information communication programs executed by the quantum information relay apparatuses 100 and 2100 and the network management apparatus 2130 according to the first and second embodiments are provided by being incorporated in advance in a ROM or the like.

実施の形態1および2の量子情報中継装置100,2100、ネットワーク管理装置2130で実行される量子情報通信プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでCD−ROM、フレキシブルディスク(FD)、CD−R、DVD(Digital Versatile Disk)等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。   The quantum information communication program executed by the quantum information relay apparatuses 100 and 2100 and the network management apparatus 2130 according to the first and second embodiments is an installable format or executable file, and is a CD-ROM or flexible disk (FD). , A CD-R, a DVD (Digital Versatile Disk), or the like may be provided by being recorded on a computer-readable recording medium.

さらに、実施の形態1および2の量子情報中継装置100,2100、ネットワーク管理装置2130で実行される量子情報通信プログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、実施の形態1および2の量子情報中継装置100,2100、ネットワーク管理装置2130で実行される量子情報通信プログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。   Further, the quantum information communication program executed by the quantum information relay apparatuses 100 and 2100 and the network management apparatus 2130 according to the first and second embodiments is stored on a computer connected to a network such as the Internet and downloaded via the network. You may comprise so that it may provide. Further, the quantum information communication program executed by the quantum information relay apparatuses 100 and 2100 and the network management apparatus 2130 of the first and second embodiments may be provided or distributed via a network such as the Internet.

実施の形態1および2の量子情報中継装置100,2100、ネットワーク管理装置2130で実行される量子情報通信プログラムは、上述した各部(古典経路検索部、量子経路決定部、通信部、ES実行部、EPP実行部、制御部)を含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはCPU(プロセッサ)が上記ROMから量子情報中継プログラムを読み出して実行することにより上記各部が主記憶装置上にロードされ、古典経路検索部、量子経路決定部、通信部、ES実行部、EPP実行部、制御部が主記憶装置上に生成されるようになっている。   The quantum information communication program executed by the quantum information relay apparatuses 100 and 2100 and the network management apparatus 2130 according to the first and second embodiments includes the above-described units (classical path search unit, quantum path determination unit, communication unit, ES execution unit, The module configuration includes an EPP execution unit and a control unit. As actual hardware, the CPU (processor) reads the quantum information relay program from the ROM and executes it, and the units are loaded onto the main memory. A classical path search unit, a quantum path determination unit, a communication unit, an ES execution unit, an EPP execution unit, and a control unit are generated on the main storage device.

なお、本発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施の形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。   It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above embodiments. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

実施の形態1にかかる量子情報通信システムのネットワーク構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a network configuration of a quantum information communication system according to a first exemplary embodiment. 実施の形態1にかかる制御用古典計算機と中継器の機能的構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram illustrating a functional configuration of a control classical computer and a repeater according to the first embodiment; IPアドレスのデータ形式の一例を示すデータ構造図である。It is a data structure figure which shows an example of the data format of an IP address. 2個のセグメントから構成されるIPアドレスのデータ構造図である。It is a data structure figure of the IP address comprised from two segments. 実施の形態1のネットワーク構成および量子通信経路と古典通信経路の一例を示す模式図である。3 is a schematic diagram illustrating an example of a network configuration, a quantum communication path, and a classical communication path according to Embodiment 1. FIG. 第1階層の古典通信経路テーブルの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the classical communication path | route table of a 1st hierarchy. 第1階層の量子通信経路テーブルの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the quantum communication path table of a 1st hierarchy. 第2階層の古典通信経路テーブルの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the classical communication path | route table of a 2nd hierarchy. 第2階層の量子通信経路テーブルの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the quantum communication path table of a 2nd hierarchy. 第2階層の古典通信経路テーブルの他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of the classical communication path table of a 2nd hierarchy. 第2階層の量子通信経路テーブルの他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of the quantum communication path table of a 2nd hierarchy. ES処理およびEPP処理によるEPR対の状態の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example of the state of the EPR pair by ES process and EPP process. ES処理を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating ES process. EPP処理を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating an EPP process. EPR対生成からEPP処理までの光子の状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state of the photon from an EPR pair production | generation to an EPP process. EPR対生成からEPP処理までの光子の状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state of the photon from an EPR pair production | generation to an EPP process. EPR対生成からEPP処理までの光子の状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state of the photon from an EPR pair production | generation to an EPP process. 実施の形態1における量子情報通信処理の流れを示すシーケンス図である。6 is a sequence diagram showing a flow of quantum information communication processing in Embodiment 1. FIG. 第1階層の経路決定処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the route determination process of a 1st hierarchy. 第2階層の経路決定処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the route determination process of a 2nd hierarchy. 実施の形態1の量子情報通信処理の手順を示すフローチャートである。3 is a flowchart illustrating a procedure of quantum information communication processing according to the first embodiment. 実施の形態2にかかる量子情報通信システムのネットワーク構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the network structure of the quantum information communication system concerning Embodiment 2. FIG. ネットワーク管理装置の機能的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the functional structure of a network management apparatus. 実施の形態2にかかる量子情報中継装置の機能的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the functional structure of the quantum information relay apparatus concerning Embodiment 2. FIG. 実施の形態2における量子情報通信処理の流れを示すシーケンス図である。FIG. 11 is a sequence diagram showing a flow of quantum information communication processing in the second embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

100,2100 量子情報中継装置
110,2110 制御用古典計算機
121 EPR対生成ユニット
122 光子入力ユニット
123 光子−固体EIT間変換ユニット
124 光子−固体EIT量子計算機
125 メモリ
126 光子送信ユニット
132,2132 量子経路決定部
133 古典通信経路テーブル
134 量子通信経路テーブル
135,2131 通信部
136,2133 古典経路検索部
140 光ファイバー
301 制御部
302 ES実行部
303 EPP実行部
100, 2100 Quantum information repeater 110, 2110 Control classical computer 121 EPR pair generation unit 122 Photon input unit 123 Photon-solid EIT conversion unit 124 Photon-solid EIT quantum computer 125 Memory 126 Photon transmission unit 132, 2132 Quantum path determination Unit 133 classical communication route table 134 quantum communication route table 135, 2131 communication unit 136, 2133 classical route search unit 140 optical fiber 301 control unit 302 ES execution unit 303 EPP execution unit

Claims (6)

量子通信ネットワークと古典通信ネットワークとに接続された量子情報通信装置であって、
前記量子通信ネットワークに接続されたノード間の量子通信による経路を示す量子通信経路を登録した量子通信経路テーブルと、前記古典通信ネットワークに接続されたノード間の古典通信による経路を示す古典通信経路と当該古典通信経路のノード間の前記量子通信経路の相関関係とを対応付けた古典通信経路テーブルとを記憶する記憶手段と、
送信ノードのネットワークアドレスと受信ノードのネットワークアドレスとに基づいて、前記古典通信経路テーブルから前記送信ノードと前記受信ノードとの間に存在する所定のノード間の前記古典通信経路を検索する古典経路検索手段と、
検索された前記古典通信経路に対応する前記相関関係に基づいて前記所定のノード間の前記量子通信経路を決定する量子経路決定手段と、
検索された前記古典通信経路または決定された前記量子通信経路に従って、光子の量子情報通信を行う通信手段と、
を備えたことを特徴とする量子情報通信装置。
A quantum information communication device connected to a quantum communication network and a classical communication network,
A quantum communication path table in which quantum communication paths indicating paths by quantum communication between nodes connected to the quantum communication network are registered; and a classical communication path indicating paths by classical communication between nodes connected to the classical communication network; Storage means for storing a classical communication path table that associates the correlation of the quantum communication paths between the nodes of the classical communication path;
Based on the network address of the sending node and the network address of the receiving node, the classical route search for retrieving the classical communication route between predetermined nodes existing between the sending node and the receiving node from the classical communication route table. Means,
Quantum path determining means for determining the quantum communication path between the predetermined nodes based on the correlation corresponding to the searched classical communication path;
Communication means for performing quantum information communication of photons according to the searched classical communication path or the determined quantum communication path;
A quantum information communication device comprising:
前記古典通信経路テーブルは、前記相関関係として、前記古典通信経路と同一経路の前記量子通信経路の存在の有無を示す存在情報を含み、
前記量子経路決定手段は、検索された前記古典通信経路に対応する前記存在情報が前記古典通信経路と同一経路の前記量子通信経路が存在する旨を示す場合には、前記検索された前記古典通信経路を前記所定のノード間の前記量子通信経路として決定すること
を特徴とする請求項1に記載の量子情報通信装置。
The classical communication path table includes presence information indicating presence / absence of the quantum communication path that is the same path as the classical communication path as the correlation,
The quantum path determining means, when the presence information corresponding to the searched classical communication path indicates that the quantum communication path of the same path as the classical communication path exists, the searched classical communication The quantum information communication device according to claim 1, wherein a route is determined as the quantum communication route between the predetermined nodes.
前記量子経路決定手段は、さらに、検索された前記古典通信経路に対応する前記存在情報が前記古典通信経路と同一経路である前記量子通信経路が存在しない旨を示す場合には、前記量子通信経路テーブルから、前記所定のノード間の前記量子通信経路を検索することを特徴とする請求項2に記載の量子情報通信装置。   The quantum path determining means further includes the quantum communication path when the presence information corresponding to the searched classical communication path indicates that the quantum communication path that is the same path as the classical communication path does not exist. The quantum information communication apparatus according to claim 2, wherein the quantum communication path between the predetermined nodes is searched from a table. 前記送信ノードから前記受信ノードへの光子の量子情報通信の際に、もつれ合った光子対であるEPR対を生成するEPR対生成手段と、
生成された前記EPR対の一方の光子を隣接するノードの前記量子情報通信装置に送信する光子送信手段と、
隣接するノードの前記量子情報通信装置との間で、前記EPR対を共有するエンタングルメント交換処理を実行するエンタングルメント交換実行手段と、
前記エンタングルメント交換処理によって共有した前記EPR対の共有先のノードの前記量子情報通信装置との間で、前記EPR対の忠実度を回復するための処理であるエンタングルメント純粋化プロトコル処理を実行するエンタングルメント純粋化プロトコル実行手段と、を備え、
前記通信手段は、さらに、前記EPR対を他のノードと共有し、前記EPR対の各光子間の距離を伸張する量子中継を行い、
前記エンタングルメント純粋化プロトコル実行手段は、前記エンタングルメント純粋化プロトコル処理のうち最後の前記エンタングルメント純粋化プロトコル処理を実行する場合に、最後に実行された前記エンタングルメント交換処理および当該エンタングルメント交換処理以前に実行された前記エンタングルメント交換処理で使用された古典通信経路、および以前に実行された前記エンタングルメント純粋化プロトコル処理で使用された古典通信経路のうちのいずれか1つ以上と異なる古典通信経路を選択することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の量子情報通信装置。
EPR pair generating means for generating an EPR pair that is an entangled photon pair in quantum information communication of photons from the transmitting node to the receiving node;
Photon transmission means for transmitting one photon of the generated EPR pair to the quantum information communication device of an adjacent node;
Entanglement exchange execution means for executing an entanglement exchange process for sharing the EPR pair with the quantum information communication device of an adjacent node;
An entanglement purification protocol process, which is a process for recovering the fidelity of the EPR pair, is executed with the quantum information communication apparatus of the node to which the EPR pair is shared by the entanglement exchange process. An entanglement purification protocol execution means,
The communication means further performs quantum relay for sharing the EPR pair with other nodes and extending the distance between the photons of the EPR pair,
The entanglement purification protocol execution means executes the entanglement purification process executed last and the entanglement exchange process executed when the last entanglement purification protocol process is executed. Classical communication that is different from any one or more of the classical communication path used in the previously executed entanglement exchange process and the classical communication path used in the previously executed entanglement purification protocol process The quantum information communication apparatus according to claim 1, wherein a route is selected.
量子通信ネットワークと古典通信ネットワークとに接続された量子情報通信装置で実行される量子情報通信方法であって、
前記量子情報通信装置は、前記量子通信ネットワークに接続されたノード間の量子通信による経路を示す量子通信経路を登録した量子通信経路テーブルと、前記古典通信ネットワークに接続されたノード間の古典通信による経路を示す古典通信経路と当該古典通信経路のノード間の前記量子通信経路の相関関係とを対応付けた古典通信経路テーブルとを記憶する記憶手段を備え、
送信ノードのネットワークアドレスと受信ノードのネットワークアドレスとに基づいて、前記古典通信経路テーブルから前記送信ノードと前記受信ノードとの間に存在する所定のノード間の前記古典通信経路を検索する古典経路検索ステップと、
検索された前記古典通信経路に対応する前記相関関係に基づいて前記所定のノード間の前記量子通信経路を決定する量子経路決定ステップと、
検索された前記古典通信経路または決定された前記量子通信経路に従って、光子の量子情報通信を行う通信ステップと、
を含むことを特徴とする量子情報通信方法。
A quantum information communication method executed by a quantum information communication device connected to a quantum communication network and a classical communication network,
The quantum information communication device includes a quantum communication path table in which a quantum communication path indicating a path by quantum communication between nodes connected to the quantum communication network is registered, and classical communication between nodes connected to the classical communication network. A storage means for storing a classical communication path indicating a path and a classical communication path table in which a correlation between the quantum communication paths between nodes of the classical communication path is associated;
Based on the network address of the sending node and the network address of the receiving node, the classical route search for retrieving the classical communication route between predetermined nodes existing between the sending node and the receiving node from the classical communication route table. Steps,
A quantum path determination step of determining the quantum communication path between the predetermined nodes based on the correlation corresponding to the searched classical communication path;
A communication step of performing quantum information communication of photons according to the searched classical communication path or the determined quantum communication path;
A quantum information communication method comprising:
量子通信ネットワークと古典通信ネットワークとに接続されたコンピュータで実行される量子情報通信プログラムであって、
前記コンピュータは、前記量子通信ネットワークに接続されたノード間の量子通信による経路を示す量子通信経路を登録した量子通信経路テーブルと、前記古典通信ネットワークに接続されたノード間の古典通信による経路を示す古典通信経路と当該古典通信経路のノード間の前記量子通信経路の相関関係とを対応付けた古典通信経路テーブルとを記憶する記憶手段を備え、
送信ノードのネットワークアドレスと受信ノードのネットワークアドレスとに基づいて、前記古典通信経路テーブルから前記送信ノードと前記受信ノードとの間に存在する所定のノード間の前記古典通信経路を検索する古典経路検索ステップと、
検索された前記古典通信経路に対応する前記相関関係に基づいて前記所定のノード間の前記量子通信経路を決定する量子経路決定ステップと、
検索された前記古典通信経路または決定された前記量子通信経路に従って、光子の量子情報通信を行う通信ステップと、
を前記コンピュータに実行させる量子情報通信プログラム。
A quantum information communication program executed by a computer connected to a quantum communication network and a classical communication network,
The computer shows a quantum communication route table in which a quantum communication route indicating a route by quantum communication between nodes connected to the quantum communication network is registered, and a route by classical communication between nodes connected to the classical communication network. A storage means for storing a classical communication path and a classical communication path table in which the correlation of the quantum communication path between nodes of the classical communication path is associated,
Based on the network address of the sending node and the network address of the receiving node, the classical route search for retrieving the classical communication route between predetermined nodes existing between the sending node and the receiving node from the classical communication route table. Steps,
A quantum path determination step of determining the quantum communication path between the predetermined nodes based on the correlation corresponding to the searched classical communication path;
A communication step of performing quantum information communication of photons according to the searched classical communication path or the determined quantum communication path;
A quantum information communication program for causing the computer to execute.
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