JP5440787B2 - 光通信システムにおける通信装置およびその干渉計同期制御方法 - Google Patents
光通信システムにおける通信装置およびその干渉計同期制御方法 Download PDFInfo
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Description
本発明は送信側および受信側の双方に光学干渉計を有する光通信システムに係り、特に通信装置およびその干渉計遅延量同期を確立する制御方法に関する。
急激な成長を続けるインターネットは、便利である反面、その安全性に大きな不安を抱えており、通信の秘密保持のために暗号技術の必要性が高まっている。現在一般的に用いられている暗号方式は、ＤＥＳ(Data Encryption Standard)やTriple DESといった秘密鍵暗号と、ＲＳＡ(Rivest Shamir Adleman)や楕円曲線暗号の様な公開鍵暗号に分類される。しかしこれらは「計算の複雑性」を元にその安全性を保証する暗号通信方法であり、膨大な計算量や暗号解読アルゴリズムの出現によって解読されてしまう危険性を常に孕んでいる。こういった背景の下、量子暗号鍵配付 (ＱＫＤ) システムは、絶対に盗聴されない暗号鍵配付技術として注目されている。
ＱＫＤシステムでは、一般に通信媒体として光子を使用し、その偏光、位相等の量子状態に情報を載せて伝送を行う。伝送路の盗聴者は伝送中の光子をタッピングする等して情報を盗み見るが、ハイゼンベルク（Heisenberg）の不確定性原理により、１度観測されてしまった光子を完全に観測前の量子状態に戻すことは不可能となり、このことによって正規の受信者が検出する受信データの統計値に変化が生じる。この変化を検出することにより受信者は伝送路における盗聴者を検出することができる。
量子暗号鍵配付方法では、送信者と受信者(以下、それぞれＡｌｉｃｅ（アリス）とＢｏｂ（ボブ）と称する)で光学干渉計を組織し、各々の光子にＡｌｉｃｅおよびＢｏｂでそれぞれランダムに位相変調を施す。この変調位相深さの差によって０あるいは１の出力を得、その後、出力データを測定したときの条件の一部分をＡｌｉｃｅとＢｏｂで照合することによって最終的にＡｌｉｃｅ-Ｂｏｂ間で同一ビット列を共有することができる。
図１１に量子暗号鍵配付に使用される光干渉計の一例を示す。本例は、一方向型の光干渉計であり、ＡｌｉｃｅおよびＢｏｂの双方に１ビット遅延干渉計を設ける。この理由は、隣接ビット間に情報を載せると、盗聴者(以下、Ｅｖｅ（イブ）という。)がローカルオシレータを準備することにより暗号鍵配付の安全性劣化が懸念される為である。なお、１ビット遅延干渉計には、後述するように温度調整手段としての熱電冷却器（ＴＥＣ：Thermo-Electric Cooler）が設けられている。
Ａｌｉｃｅでは、パルス光源(ＬＤ)によって発生した光パルス列１００１(ΔＴ間隔)を、１ビット遅延干渉計を用いて遅延量Δtの２連パルス列１００２へと変換し、位相変調器Ｍｏｄ（ａ）によって各々のパルス対の間にφAの位相差を与える様に変調を施すことで送信２連パルス列１００３を得る。送信２連パルス列１００３が光伝送路を通してＢｏｂ側へ送信される。後述するＢＢ８４プロトコルと呼ばれる最も代表的な量子暗号鍵配付アルゴリズムでは、φAは０、π／２、π、３π／２の４値を採り、各パルス対に対してこの４値をランダムに割り当てる。この為、Ａｌｉｃｅ内には２系統の乱数源ＲＮＤ１およびＲＮＤ２と、これらの乱数を足し合わせるデジタル−アナログコンバータ（ＤＡＣ）を設ける。
Ｂｏｂでは、Ａｌｉｃｅから送られてきた光信号に対し、位相変調器Ｍｏｄ（ｂ）によって再びパルス対の間にφBの位相差を与える様に変調を施すことでＢｏｂ側の２連パルス列１００４を生成し、そのパルス対を遅延量Δtの１ビット遅延干渉計を用いて干渉させる。その干渉結果がポートport1あるいはport2にそれぞれパルス列１００５あるいは１００６として現れ、それぞれ光子検出器ＰＤにより電気信号に変換される。
Ｂｏｂ側の位相変調は０、π／２の２値で行い、この為の乱数源ＲＮＤ３を保有する。現状では、光子検出器の動作速度制限から、システムの繰り返し周波数(１／ΔＴ)は１ＧＨｚ程度までの高速化が実現されているものの、この動作速度に対応する１ビット遅延干渉計の遅延量は〜500ps (〜10cm) と非常に長く、安定した特性を得る為には干渉計の温度制御を０．０１Ｋ単位で行う必要がある。
次に、ＢＢ８４プロトコルと呼ばれる最も代表的な量子暗号鍵配送アルゴリズムについて簡単に説明する（非特許文献１）。
図１２はＢＢ８４プロトコルを概念的に示す説明図である。ここでは、送信側のＡｌｉｃｅ１０１１と受信側のＢｏｂ１０１３とが光伝送路１０１２で接続され、量子暗号通信を行うものとする。この方法では４通りの量子状態を利用し、Ａｌｉｃｅ１０１１が乱数源を２つ持ち、一方の乱数１で０あるいは１の暗号鍵データを表し、もう一方の乱数２で乱数１の情報をコーディングする方法を決定する。
具体的には、コヒーレントな２パルス間の位相差を利用して４状態のコーディングを行う量子暗号鍵配付方法において、位相０が暗号鍵“０”、位相πが暗号鍵“１”の組を表すコーディングセット（以下、「Ｘ基底」と称する。)と、位相π／２が暗号鍵“０”、位相３π／２が暗号鍵“１”を表すコーディングセット（以下、「Ｙ基底」と称する。）と、の２組の基底を乱数２で選択する。つまり１つの光子に対して、０、π／２、π、３π／２の４通りの変調をランダムに施してＢｏｂ１０１３へ送信する。
一方、Ｂｏｂ１０１３では基底に対応する乱数源（乱数３）を持ち、Ａｌｉｃｅ１０１１より送られてきた光子に対してデコードを行う。乱数３の値が“０”である場合、光子に対して位相０（Ｘ基底）の変調を、“１”である時には位相π／２（Ｙ基底）の変調を施す。ここで光学干渉計出力として得られた乱数を乱数４とする。
Ａｌｉｃｅ１０１１とＢｏｂ１０１３の両者が施した変調の基底が同一である場合（乱数２＝乱数３）には、乱数１の値をＢｏｂ１０１３は正しく検出することができ（乱数１＝乱数４）、異なる場合（乱数２≠乱数３）には乱数１の値に依らずＢｏｂ１０１３は乱数４として０／１の値をランダムに得る。
乱数１／２／３は共に１ビット毎に変化する乱数である為、基底が一致する確率と不一致である確率は共に５０％となる。ただし、後段の基底照合(Basis Reconciliation)によって基底が不一致となるビットを削除する為、Ａｌｉｃｅ１０１１とＢｏｂ１０１３は乱数１に対応する０／１ビット列を共有することができる。なお、量子暗号鍵配付では、基底不一致ビットを削除する前の乱数データを「生鍵」、基底不一致ビットを削除した後の乱数データを「シフト鍵」あるいは「選別鍵」と呼ぶ。
"Quantum Cryptography; Public Key distribution and Coin Tossing" IEEE Int. Conf. on Computers, Systems and Signal Processing, Bangalore, India, December 10-12, 1984, pp.175-179, Bennett, Brassard
図１１に例示した光通信システムでは、送信側の非対称光学干渉計（ここでは１ビット遅延干渉計）で分岐された２連光パルス間の位相差に乱数情報をエンコードし、受信側の非対称光学干渉計でこの２連光パルスを干渉させることで位相変調情報を読み取る。ここで、送受信器内の非対称光学干渉計の遅延量の差を厳密に一定量に維持するためには、精密な温度制御（０．０１Ｋ単位の温度制御）を行う必要があり、干渉結果をモニタしながら温度制御値へのフィードバックを行うことが必須となる。ここで、温度制御値に常にディザを掛ける等の手段で最適制御値を追従し続けることも可能であるが、ディザをかける分、完全に最適値に補償し続けることはできない。
図１３は干渉計の制御温度を変更した際に干渉計出力の２つのポートport1およびport2に出力される光強度の変化を示す波形図である。図１３において、ａ点が最も干渉消光比の確保されている温度制御点、ｂ点が最適点から少し温度がずれている点(＋Δt)、ｂ’点が最適点から少し温度がずれている点(−Δt)を示す。干渉点をモニタする為に、干渉消光比を測定することは可能であるが、干渉消光比をモニタするだけでは、制御温度が最適点（ａ点）から＋方向にずれているか（ｂ点）、−方向にずれているか（ｂ’点）を判断することはできない。したがって、干渉点を最適点（ａ点）に復旧する為には、制御温度を＋側および−側の両方向に変化させ、そのときの干渉結果の変化を測定することで最適点を探す、といったプロセスが必要となり、最適点をサーチする時間だけ復旧調整に時間がかかることになる。
そこで本発明の目的は、光学干渉計を有する光通信システムにおける干渉計の遅延量同期確立に要する時間を短縮することができる通信装置およびその干渉計同期制御方法を提供することにある。
本発明による通信装置は、光信号を位相変調して情報を伝送する光通信システムにおける通信装置であって、送信元から順次到達した光信号を入力し、前記光信号の位相差に応じた干渉出力光を光検出手段へ出力する非対称干渉手段と、前記光検出手段の検出信号から位相ずれ判定用信号を分離する分離手段と、前記位相ずれ判定用信号に基づいて前記非対称干渉手段の遅延量を調整する遅延調整手段と、を有し、前記位相ずれ判定用信号は、前記光検出手段の検出信号のうち検出信号値の誤り率が所定の基準値５０％となるべき信号部分であり、前記遅延調整手段が、前記位相ずれ判定用信号の前記信号部分で測定された前記誤り率と前記所定の基準値との比較結果に基づいて前記干渉手段の遅延量を調整することを特徴とする。
本発明による干渉計同期制御方法は、光信号を位相変調して情報を伝送する光通信システムにおける通信装置の干渉計同期制御方法であって、非対称干渉計が送信元から順次到達した光信号を入力して前記光信号の位相差に応じた干渉出力光を光検出手段へ出力し、分離手段が前記光検出手段の検出信号から、前記光検出手段の検出信号のうち検出信号値の誤り率が所定の基準値５０％となるべき信号部分である位相ずれ判定用信号を分離し、遅延調整手段が前記位相ずれ判定用信号の前記信号部分で測定された前記誤り率と前記所定の基準値との比較結果に基づいて前記干渉計の遅延量を調整する、ことを特徴とする。
本発明によれば、光学干渉計を有する光通信システムにおける干渉計の遅延量同期確立に要する時間を短縮することができる。
以下、量子暗号鍵配付に用いられる一方向型干渉計を一例として、本発明の実施形態による干渉計同期制御方法および装置について詳細に説明する。
１．第１実施形態
本実施形態によれば、基底照合処理で検出された基底不一致ビットに対して誤り率測定を行い、その測定結果を元に光学干渉計の遅延量を調整する。
本実施形態によれば、基底照合処理で検出された基底不一致ビットに対して誤り率測定を行い、その測定結果を元に光学干渉計の遅延量を調整する。
１．１）構成
図１において、送信側の通信装置であるＡｌｉｃｅ１０と受信側の通信装置であるＢｏｂ２０とは光伝送路３０によって接続されている。
図１において、送信側の通信装置であるＡｌｉｃｅ１０と受信側の通信装置であるＢｏｂ２０とは光伝送路３０によって接続されている。
Ａｌｉｃｅ１０は、光子パルスの生成を行うレーザダイオード（ＬＤ）１０１と、光子パルスを時間分離して２連パルスを出力する非対称光学干渉計１０２と、非対称光学干渉計１０２の遅延量を調整するための温度調整器１０３（ここでは熱電冷却器ＴＥＣ）と、２つに時間分離した光子パルスに所定の位相差を加える位相変調器１０４と、レーザダイオード１０１を駆動するためのクロック源１０５と、位相変調器１０４へ乱数を供給する乱数源１０６とを有する。なお、光伝送路３０へ送出する時に光子パルスの強度を１光子／パルス以下に減衰させる光減衰器を設けてもよい。以下、非対称光学干渉計として２入力２出力非対称マッハツェンダ（Mach-Zehnder）干渉計を用いるので、非対称光学干渉計を「マッハツェンダ干渉計と」記す。
さらに、本実施形態では、信号処理を行うプロセッサ１０７を有し、図示しないメモリに格納されたプログラムを実行することにより、後述するように、Ｂｏｂ２０と協働して暗号鍵生成プロセスおよび干渉計同期制御プロセスを実行する。
Ｂｏｂ２０は、Ａｌｉｃｅ１０から光伝送路３０を通して送られた２連光子パルスに再度位相差を与える位相変調器２０１と、２連光子パルスを合波するマッハツェンダ干渉計２０２と、マッハツェンダ干渉計２０２の遅延量を調整するための温度調整器２０３（ここでは熱電冷却器ＴＥＣ）と、マッハツェンダ干渉計２０２の２つの出力ポートport1およびport2にそれぞれ光学的に接続された２つのゲートモード光子検出器２０４および２０５と、移動変調器２０１へ乱数を供給する乱数源２０６と、を有する。
なお、温度調整器（１０３、２０３）は非対称光学干渉計の遅延量調整を行う手段の一例であり、これに限定されるものではない。また、本実施形態では、信号処理を行うプロセッサを有し、図示しないメモリに格納されたプログラムを実行することにより、後述するように、Ａｌｉｃｅ１０と協働して暗号鍵生成プロセスおよび干渉計同期制御プロセスを実行する。
１．２）動作
Ａｌｉｃｅ１０において、クロック源１０５から６２５ＭＨｚのクロックを入力することで、レーザダイオード１０１はクロックに同期した光パルスを生成する。光パルスは、マッハツェンダ干渉計１０２によって時間分離され２連光パルスに変換される。その後、位相変調器１０４は、２連光パルスの一方の光位相を乱数源１０６からの乱数に従って変調することで、２連光パルスの相対位相差（φA）を０、π／２、πおよび３π／２の４通りにランダムに変化させ光伝送路３０へと送り出す。２連光パルスは光伝送路３０を通してＢｏｂ２０へ到達する。
Ａｌｉｃｅ１０において、クロック源１０５から６２５ＭＨｚのクロックを入力することで、レーザダイオード１０１はクロックに同期した光パルスを生成する。光パルスは、マッハツェンダ干渉計１０２によって時間分離され２連光パルスに変換される。その後、位相変調器１０４は、２連光パルスの一方の光位相を乱数源１０６からの乱数に従って変調することで、２連光パルスの相対位相差（φA）を０、π／２、πおよび３π／２の４通りにランダムに変化させ光伝送路３０へと送り出す。２連光パルスは光伝送路３０を通してＢｏｂ２０へ到達する。
Ｂｏｂ２０の位相変調器２０１は、到達した２連光パルスの一方の光位相を変調する。ここでの位相変調は、２連光パルスの相対位相差(φB)が０、π／２となるようにランダムに変調を行う。この２連光パルスはマッハツェンダ干渉計２０２を通ることで合波し、ポートport1およびport2にそれぞれ接続された光子検出器２０４、２０５がＡｌｉｃｅ１０とＢｏｂ２０とでそれぞれ施された変調位相に従った干渉結果を検出する。
次に、Ａｌｉｃｅ１０のプロセッサ１０７とＢｏｂ２０のプロセッサ２０７とで実行され暗号鍵生成プロセスおよび干渉計同期制御プロセスについて説明する。なお、Ａｌｉｃｅ１０のプロセッサ１０７とＢｏｂ２０のプロセッサ２０７とは、図示しない通常光通信手段により互いに情報をやりとりすることが可能である。
Ａｌｉｃｅ１０のプロセッサ１０７では、フレーム同期処理Ｓ１１０１、基底照合処理Ｓ１１０２、誤り率推定処理Ｓ１１０３、誤り訂正処理Ｓ１１０４、秘匿性増強処理Ｓ１１０５および遅延調整処理Ｓ１１０６がそれぞれ実行される。同様に、Ｂｏｂ２０のプロセッサ２０では、フレーム同期処理Ｓ２１０１、基底照合処理Ｓ２１０２、誤り率推定処理Ｓ２１０３、誤り訂正処理Ｓ２１０４および秘匿性増強処理Ｓ２１０５がそれぞれ実行される。
まず、フレーム同期処理Ｓ１１０１およびＳ２１０１では、Ａｌｉｃｅ−Ｂｏｂ間でビット位置の同期が取れるように、すなわちビット対応の正しい認識が成立するようにフレーム同期を確立する。特に、パルスあたりの光子数が１個以下の光パルスを用いて２連光パルスをＡｌｉｃｅ１０からＢｏｂ２０へ送信する場合、光伝送路３０で消失するビットが多く、Ａｌｉｃｅ−Ｂｏｂ間でのビット対応の誤認識が生じやすい。この誤認識によって誤り率が劣化し、暗号鍵の生成が行えなくなる。言い換えれば、鍵生成フローにおいてビット位置の同期確立は大前提であり、同期が確立していないと最終鍵は生成できない。そこで、Ａｌｉｃｅ−Ｂｏｂ間で情報を共有するためには、どのビットが正しく検出され、どのビットが検出されなかったかを双方で特定できなければならない。
フレーム同期を確立する方法は、たとえば特許文献１−３に開示されている。特許文献１あるいは２に開示された方法は、Ａｌｉｃｅ−Ｂｏｂ間の乱数を１ビットずつシフトして誤り率が最小となるビット位置を検出する。また、特許文献３に開示された方法は、送信側の通信装置が送信データを固定長のフレームごとに分割し、各フレームの固定位置にフレームパタンを設けて送信し、受信側の通信装置が受信データのフレームパタンの位置をシフトさせながら照合用データを送信側へ送信し、送信側と受信側で照合用データの誤り率が最小となるようにフレーム同期を決定する。
フレーム同期が確立すると、続いて、基底照合処理Ｓ１１０２およびＳ２１０２において、プロセッサ１０７とプロセッサ２０７とが基底照合用データおよびその照合結果をやりとりすることで基底照合を行う（図１２参照）。Ａｌｉｃｅ１０とＢｏｂ２０の両者が施した変調の基底が同一である場合には、Ｂｏｂ２０は正しく送信ビットを検出することができ、基底が異なる場合にはＢｏｂ２０は検出ビットの値をランダムに得る。
基底照合処理Ｓ１１０２およびＳ２１０２により、Ａｌｉｃｅ/Ｂｏｂで施した基底変調が一致した基底一致ビットの誤り率と不一致であった基底不一致ビットとが分離されると、誤り率推定処理Ｓ１１０３では、基底一致ビットの誤り率と基底不一致ビットの誤り率とがそれぞれ推定され、基底一致ビットの情報だけが誤り訂正処理Ｓ１１０４へ渡される。誤り訂正処理Ｓ１１０４では、Ｂｏｂ２０の誤り訂正処理Ｓ２１０４との間で誤り訂正が実行され、誤り訂正されたビット情報が秘匿性増強処理Ｓ１１０５へ渡される。秘匿性増強処理Ｓ１１０５では、Ｂｏｂ２０の秘匿性増強処理Ｓ２１０５との間で秘匿性増強処理が実行され、Ａｌｉｃｅ１０とＢｏｂ２０との間で最終的な暗号鍵が共有される。
本実施形態によれば、誤り率推定処理Ｓ１１０３が基底不一致ビットの誤り率情報を遅延調整処理Ｓ１１０６へ渡し、以下に述べるように、マッハツェンダ干渉計１０２の遅延調整が行われ干渉計同期制御が実行される。なお、ここではＡｌｉｃｅ１０において遅延調整が行われる場合を例示するが、Ｂｏｂ２０において同様の遅延調整が行われてもよい。
１．３）非対称干渉計の遅延調整
Ａｌｉｃｅ１０のマッハツェンダ干渉計１０２の遅延量とＢｏｂ２０のマッハツェンダ干渉計２０２の遅延量とが意図した所定値に制御されている場合について説明する。すなわち、マッハツェンダ干渉計１０２および２０２の遅延量をそれぞれΔｌAおよびΔｌBとし、ΔｌAとΔｌBとの差Δｌがレーザダイオード１０１からの出力光の半波長の整数倍となっているものとする。
Ａｌｉｃｅ１０のマッハツェンダ干渉計１０２の遅延量とＢｏｂ２０のマッハツェンダ干渉計２０２の遅延量とが意図した所定値に制御されている場合について説明する。すなわち、マッハツェンダ干渉計１０２および２０２の遅延量をそれぞれΔｌAおよびΔｌBとし、ΔｌAとΔｌBとの差Δｌがレーザダイオード１０１からの出力光の半波長の整数倍となっているものとする。
この場合、Ａｌｉｃｅ/Ｂｏｂで施した基底変調が一致しているビット(Δφ＝０、π)に関しては、図２における干渉曲線のａ点、ｂ点に示すように干渉消光比が最大となる。これに対して、基底変調が不一致であったビット(Δφ＝π／２、３π／２)は、図２における干渉曲線のｃ点(Δφ＝π／２)およびｄ点(Δφ＝３π／２)に相当し、干渉計出力は５０：５０で両ポートport1、port2に均等に出力され、Ａｌｉｃｅで施したデータ変調に関係なくＡｌｉｃｅ-Ｂｏｂ間で共有した鍵の誤り率は５０％となる。
次に、Ａｌｉｃｅ１０のマッハツェンダ干渉計１０２の遅延量とＢｏｂ２０のマッハツェンダ干渉計２０２の遅延量とが意図した所定値から変位している場合について説明する。すなわち、ΔｌAとΔｌBとの差Δｌ’がレーザダイオード１０１からの出力光の半波長の整数倍からずれているものとする。
この場合、図３に示すように、Ａｌｉｃｅ/Ｂｏｂで施した基底変調が一致しているビット(Δφ＝０、π)に関しては、図３における干渉曲線のａ’点、ｂ’点に示すように干渉点が干渉曲線の極点からずれる。これに対して、基底変調が不一致であったビット(Δφ＝π／２、３π／２に関しては、Δφ＝π／２(図３のｃ’点)であった光パルスはポートport2への出力が大きくなり、Δφ＝３π／２(図３のｄ’点)であった光パルスはポートport1への出力が大きくなる。
一例をあげると、ΔlとΔl’が光信号の波長の１／２０だけずれている場合、位相のずれは１８°となり、Δφ＝π／２(ｃ’点)であったパルスは約６５：３５の割合で、Δφ＝３π／２(ｄ’点)であったパルスは約３５：６５の割合で、それぞれポートport1とポートport2に出力される。従って、これらの基底不一致であったパルスの誤り率は６５％となる。この誤り率は本来の５０％から大きくずれている為、このずれをモニタすることで光学干渉計の遅延量調整を行うことができる。
このように、基底不一致ビットの干渉結果をモニタすることで、干渉曲線の極点ではなく極点から±90°ずれた干渉点をモニタすることとなり、干渉計遅延量の小さな変化を検知することができ、かつ、変化の方向も決定することが出来る。したがって、非対称光学干渉計の遅延量制御をディザをかけることなく精度良く行うことができ、かつ、干渉計遅延量がずれた場合の最適干渉点への復旧を短時間に行うことができる。以下、遅延調整処理Ｓ１１０６の一例を図４を参照しながら説明する。
図４において、プロセッサ１０７は定期的に基底不一致ビットの誤り率ｅ０を計算し（ステップＳ４０１）、基底不一致ビット誤り率ｅ０が５０％±ｅthの範囲を逸脱しているか否かを判定する（ステップＳ４０２）。基底不一致ビット誤り率ｅ０が５０％±ｅthの範囲を逸脱していれば（ステップＳ４０２：ｙｅｓ）、さらに基底不一致ビット誤り率ｅ０が５０％を超えているか否かを判定する（ステップＳ４０３）。ｅ０＞５０％であれば（ステップＳ４０３：ｙｅｓ）、プロセッサ１０７は、マッハツェンダ干渉計１０２の温度をプラス方向にΔｔだけ上昇させるように制御する（ステップＳ４０４）。基底不一致ビット誤り率ｅ０が５０％以下であれば（ステップＳ４０３：ｎｏ）、プロセッサ１０７は、マッハツェンダ干渉計１０２の温度をマイナス方向にΔｔだけ減少させるように制御する（ステップＳ４０５）。
１．４）効果
本実施形態によれば次の効果が得られる。
本実施形態によれば次の効果が得られる。
一方向型量子暗号システムを構成する際に必要となる非対称光学干渉計の遅延量制御を精度良く行える。その理由は、一般的な誤り率推定では基底一致ビットの誤り率(QBER)を測定するが、QBERは干渉曲線の極点をモニタしている為に干渉計遅延量のずれが検知しにくい。これに対して、本実施形態によれば、基底不一致ビットの誤り率を測定することで干渉計遅延量のずれをより確実に検知することができ、干渉計の遅延量調整に利用できる。具体定期には、上述した例で示したように、基底一致ビットの誤り率は、干渉計遅延量の位相ずれが１８°である場合にも０％→２．５％の変化であり光子検出器等で発生するノイズに紛れやすく検出しにくいのに対し、基底不一致ビットの誤り率は同じ位相ずれ量（１８°）であっても、５０％→６５％と大きく変化する。
また、干渉計遅延量がずれた場合の最適干渉点への復旧が短時間で行える、という利点も有する。この理由は、一般的な誤り率推定では基底一致ビットの誤り率(QBER)を測定するが、QBERは干渉曲線の極点をモニタしている為に干渉計遅延量のずれ方向を検知出来ない。これに対して、本実施形態によれば、基底不一致ビットの誤り率を測定することで干渉計遅延量のずれ方向を確実に検知し、復旧の際に行う遅延量制御の方向を決定することができる。具体的には、干渉計遅延量の位相ずれが±１８°である場合に、ずれの方向に関わらず基底一致ビットの誤り率は０％→２．５％と変化するのに対し、基底不一致ビットの誤り率は、＋１８°の位相ずれ量の場合には５０％→６５％と変化し、−１８°の位相ずれ量の場合には５０％→３５％と変化する。
なお、非対称干渉計としてマッハツェンダ干渉計を例示したが、Michelson干渉計等の別構成の干渉計を利用しても構わない。さらに、本実施例では誤り率推定処理において計算される誤り率を元に干渉計遅延量の制御を行ったが、特許文献１および２に開示されている様に、フレーム同期処理においても同様の誤り率計算を行うので、フレーム同期処理において計算した誤り率を元に干渉計遅延量調整を行うこともできる。
２．第２実施形態
上述した第１実施形態では、基底不一致ビットの誤り率を測定することで干渉計遅延量のずれを検知し、干渉計の遅延調整を行ったが、次に述べるように、基底不一致ビットの誤り率を測定する代わりに、基底不一致ビットの検出数(検出レート)を測定することで同様に干渉計遅延量の調整を行うことができる。
上述した第１実施形態では、基底不一致ビットの誤り率を測定することで干渉計遅延量のずれを検知し、干渉計の遅延調整を行ったが、次に述べるように、基底不一致ビットの誤り率を測定する代わりに、基底不一致ビットの検出数(検出レート)を測定することで同様に干渉計遅延量の調整を行うことができる。
２．１）構成
図５に示すように、基本的には図１に示す機能的構成と同様であるが、基底照合処理Ｓ１１０２が基底不一致ビット検出数を遅延調整処理Ｓ１１１０へ渡し、遅延調整処理Ｓ１１１０が基底不一致ビット検出数に基づいて次のように遅延調整を実行する点が異なっている。したがって、第１実施形態と同様の機能的構成部分には同一の参照番号を付して説明は省略する。
図５に示すように、基本的には図１に示す機能的構成と同様であるが、基底照合処理Ｓ１１０２が基底不一致ビット検出数を遅延調整処理Ｓ１１１０へ渡し、遅延調整処理Ｓ１１１０が基底不一致ビット検出数に基づいて次のように遅延調整を実行する点が異なっている。したがって、第１実施形態と同様の機能的構成部分には同一の参照番号を付して説明は省略する。
２．２）非対称干渉計の遅延調整
Ａｌｉｃｅ１０のマッハツェンダ干渉計１０２の遅延量とＢｏｂ２０のマッハツェンダ干渉計２０２の遅延量とが意図した所定値に制御されている場合について説明する。すなわち、マッハツェンダ干渉計１０２および２０２の遅延量をそれぞれΔｌAおよびΔｌBとし、ΔｌAとΔｌBとの差Δｌがレーザダイオード１０１からの出力光の半波長の整数倍となっているものとする。
Ａｌｉｃｅ１０のマッハツェンダ干渉計１０２の遅延量とＢｏｂ２０のマッハツェンダ干渉計２０２の遅延量とが意図した所定値に制御されている場合について説明する。すなわち、マッハツェンダ干渉計１０２および２０２の遅延量をそれぞれΔｌAおよびΔｌBとし、ΔｌAとΔｌBとの差Δｌがレーザダイオード１０１からの出力光の半波長の整数倍となっているものとする。
この場合、Ａｌｉｃｅ/Ｂｏｂで施した基底変調が一致しているビット(Δφ＝０、π)に関しては、図２における干渉曲線のａ点、ｂ点に示すように干渉消光比が最大となる。これに対して、基底変調が不一致であったビット(Δφ＝π／２、３π／２)は、図２における干渉曲線のｃ点(Δφ＝π／２)およびｄ点(Δφ＝３π／２)に相当し、干渉計出力は５０：５０で両ポートport1、port2に均等に出力され、両ポートにおける検出数は同数となる。
次に、Ａｌｉｃｅ１０のマッハツェンダ干渉計１０２の遅延量とＢｏｂ２０のマッハツェンダ干渉計２０２の遅延量とが意図した所定値から変位している場合について説明する。すなわち、ΔｌAとΔｌBとの差Δｌ’がレーザダイオード１０１からの出力光の半波長の整数倍からずれているものとする。
この場合、図３に示すように、Ａｌｉｃｅ/Ｂｏｂで施した基底変調が一致しているビット(Δφ＝０、π)に関しては、図３における干渉曲線のａ’点、ｂ’点に示すように干渉点が干渉曲線の極点からずれる。これに対して、基底変調が不一致であったビット(Δφ＝π／２、３π／２に関しては、Δφ＝π／２(図３のｃ’点)であった光パルスはポートport2への出力が大きくなり、Δφ＝３π／２(図３のｄ’点)であった光パルスはポートport1への出力が大きくなる。
一例をあげると、ΔlとΔl’が光信号の波長の１／２０だけずれている場合、位相のずれは１８°となり、Δφ＝π／２(ｃ’点)であったパルスは約６５：３５の割合で、Δφ＝３π／２(ｄ’点)であったパルスは約３５：６５の割合で、それぞれポートport1とポートport2に出力される。従って、Δφ＝π／２(ｃ’点)であったパルスの検出数はポート1 port1では約３０％増加し、ポートport2では約３０％減少する。この検出数の増減をモニタすることで光学干渉計の遅延量調整を行うことができる。以下、遅延調整処理Ｓ１１１０の一例を図６を参照しながら説明する。
図６において、プロセッサ１０７は定期的にΔφ＝π／２(ｃ’点)であったパルスの単位時間あたりの検出数を各ポートで測定する（ステップＳ５０１）。ここでは、ポートport1の検出数をＣ１、ポートport2での検出数をＣ２とする。
続いて、プロセッサ１０７は、ポートport1の検出数Ｃ１がＣ２±Ｃthの範囲を逸脱しているか否かを判定する（ステップＳ５０２）。Ｃ１がＣ２±Ｃthの範囲を逸脱していれば（ステップＳ５０２：ｙｅｓ）、さらにＣ１＞Ｃ２であるか否かを判定する（ステップＳ５０３）。Ｃ１＞Ｃ２であれば（ステップＳ５０３：ｙｅｓ）、プロセッサ１０７は、マッハツェンダ干渉計１０２の温度をプラス方向にΔｔだけ上昇させるように制御する（ステップＳ５０４）。Ｃ１がＣ２以下であれば（ステップＳ５０３：ｎｏ）、プロセッサ１０７は、マッハツェンダ干渉計１０２の温度をマイナス方向にΔｔだけ減少させるように制御する（ステップＳ５０５）。
２．３）効果
上述した第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、一方向型量子暗号システムを構成する際に必要となる非対称光学干渉計の遅延量制御を精度良く行うことができ、さらに干渉計遅延量がずれた場合の最適干渉点への復旧を短時間で行うことができる、という効果を奏する。
上述した第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、一方向型量子暗号システムを構成する際に必要となる非対称光学干渉計の遅延量制御を精度良く行うことができ、さらに干渉計遅延量がずれた場合の最適干渉点への復旧を短時間で行うことができる、という効果を奏する。
なお、第２実施形態では、基底不一致ビットの検出数(検出レート)を測定して干渉計遅延量の調整を行う処理をＡｌｉｃｅ側で行う場合を説明したが、これをＢｏｂ側で行っても構わない。また、非対称干渉計としてマッハツェンダ干渉計を例示したが、Michelson干渉計等の別構成の干渉計を利用しても構わない。さらに、本実施例ではΔφ＝π／２であったビットの検出数を測定したが、Δφ＝３π／２であったビットの検出数を測定しても良い。また、各ポートの検出数の多寡を比較して干渉計遅延量の制御を行ったが、各ポートの検出数の変化をモニタして干渉計遅延量の調整を行うこともできる。
３．第３実施形態
本発明は、一般の光通信においてＤＱＰＳＫ(Differential Quadrature Phase Shift Keying)信号を用いた伝送システムに適用することもできる。以下、本発明の第３実施形態として、ＤＱＰＳＫ信号を用いた光伝送システムに適用した場合について説明する。
本発明は、一般の光通信においてＤＱＰＳＫ(Differential Quadrature Phase Shift Keying)信号を用いた伝送システムに適用することもできる。以下、本発明の第３実施形態として、ＤＱＰＳＫ信号を用いた光伝送システムに適用した場合について説明する。
３．１）構成
図７において、送信器７０は受信器８０と光伝送路９０により接続されている。送信器７０は、レーザダイオード７０１とレーザダイオード７０１から出力された連続光に４値の位相変調を施すＱＰＳＫ変調器７０２とを有する。受信器８０は、受信した信号を２分岐する光カプラ８０１と、光カプラ８０１で分岐された各々の経路に設けられた非対称光学干渉計８０２および８０３と、非対称光学干渉計８０２および８０３の遅延量調整をそれぞれ行う温度調整器８０４および８０５と、光学干渉計８０２および８０３の出力ポートにそれぞれ接続された平衡光検出器８０６および８０７と、平衡光検出器８０６および８０７からの検出信号の多値識別を行う多値識別回路８０８および８０９と、信号処理を行うプロセッサ８１０とを有する。非対称光学干渉計８０２および８０３は、信号の１シンボル時間の遅延量に加え、各々０およびπ／２の位相差を有する。
図７において、送信器７０は受信器８０と光伝送路９０により接続されている。送信器７０は、レーザダイオード７０１とレーザダイオード７０１から出力された連続光に４値の位相変調を施すＱＰＳＫ変調器７０２とを有する。受信器８０は、受信した信号を２分岐する光カプラ８０１と、光カプラ８０１で分岐された各々の経路に設けられた非対称光学干渉計８０２および８０３と、非対称光学干渉計８０２および８０３の遅延量調整をそれぞれ行う温度調整器８０４および８０５と、光学干渉計８０２および８０３の出力ポートにそれぞれ接続された平衡光検出器８０６および８０７と、平衡光検出器８０６および８０７からの検出信号の多値識別を行う多値識別回路８０８および８０９と、信号処理を行うプロセッサ８１０とを有する。非対称光学干渉計８０２および８０３は、信号の１シンボル時間の遅延量に加え、各々０およびπ／２の位相差を有する。
３．２）動作
まず、送信器７０において、レーザダイオード７０１が連続光を出力し、ＱＰＳＫ変調器７０２が連続光に４値の位相変調を施し光伝送路９０へと送り出す。その際、定期的に固定パタンを挿入し、受信器８０も事前にこの固定パタンを知っているものとする。
まず、送信器７０において、レーザダイオード７０１が連続光を出力し、ＱＰＳＫ変調器７０２が連続光に４値の位相変調を施し光伝送路９０へと送り出す。その際、定期的に固定パタンを挿入し、受信器８０も事前にこの固定パタンを知っているものとする。
受信器８０では、到達した光信号を光カプラ８０１によって２分岐し、片方を非対称光学干渉計８０２によって干渉させ、平衡光検出器８０６によって検出し、多値識別回路８０８によって信号レベルを識別する。また、２分岐した他方の光信号を非対称光学干渉計８０３によって干渉させ、平衡光検出器８０７によって検出し、多値識別回路８０９によって信号レベルを識別する。
ここで、特許文献４に開示された光学干渉計では２つの非対称光学干渉計の位相要素が＋π/4と−π/4であるのに対し、本実施形態では０と＋π／２となっている。従って、本実施形態によれば、非対称光学干渉計８０２および８０３の遅延量が所望の値に制御されている場合には、平衡光検出器８０６および８０７によって検出した後の信号レベルは、図８に示すように、３値となる。
図８に示すように、多値識別回路８０８は３つの閾値レベルＬ０、Ｌ１、Ｌ２を保持し、平衡光検出器８０６からの検出信号Ｓ０を閾値レベルと比較することで検出信号を判定し、後述するように確定判定信号と仮判定信号とに分けてプロセッサ８０１へ出力する。同様に、多値識別回路８０９は３つの閾値レベルＬ０、Ｌ１、Ｌ２を保持し、平衡光検出器８０７からの検出信号Ｓ１を閾値レベルと比較することで検出信号を判定し、後述するように確定判定信号と仮判定信号とに分けてプロセッサ８０１へ出力する。これらの判定信号を入力すると、プロセッサ８０１は固定パタンを利用して温度調整器８０４および８０５により非対称光学干渉計８０２および８０３の遅延調整を行う。
以下、本実施形態による遅延調整プロセスについて、図８および図９を参照しながら詳細に説明する。図９において、まず、ｎ番目のシンボルと（ｎ＋１）番目のシンボルとを干渉させた結果である検出信号レベルＳ０／Ｓ１（以下、単にＳと記す。）を入力すると（ステップＳ９０１）、多値識別回路８０８は、その検出信号レベルＳが閾値レベルＬ０以上であるか否かを判定する（ステップＳ９０２）。Ｓ≧Ｌ０であれば（ステップＳ９０２：ＹＥＳ）、ｎ番目のシンボルと（ｎ＋１）番目のシンボルの位相差Δφが０と判定する（ステップＳ９０３）。同様に、多値識別回路８０９もその検出信号レベルＳが閾値レベルＬ０以上であるか否かを判定し（ステップＳ９０２）、Ｓ≧Ｌ０であれば（ステップＳ９０２：ＹＥＳ）、ｎ番目のシンボルと（ｎ＋１）番目のシンボルの位相差Δφがπ／２と判定する（ステップＳ９０３）。
Ｓ＜Ｌ０であれば（ステップＳ９０２：ＮＯ）、多値識別回路８０８は検出信号レベルＳが閾値レベルＬ２より小さいか否かを判定する（ステップＳ９０４）。Ｓ＜Ｌ２であれば（ステップＳ９０４：ＹＥＳ）、ｎ番目のシンボルと（ｎ＋１）番目のシンボルの位相差Δφがπと判定する（ステップＳ９０５）。同様に、多値識別回路８０９もその検出信号レベルＳが閾値レベルＬ２より小さいか否かを判定し（ステップＳ９０４）、Ｓ＜Ｌ２であれば（ステップＳ９０４：ＹＥＳ）、ｎ番目のシンボルと（ｎ＋１）番目のシンボルの位相差Δφが３π／２と判定する（ステップＳ９０４：ＮＯ）。
Ｓ≧Ｌ２であれば（ステップＳ９０４：ＮＯ）、多値識別回路８０８は検出信号レベルＳが閾値レベルＬ１以上Ｌ０未満であるか否かを判定する（ステップＳ９０６）。Ｌ１≦Ｓ＜Ｌ０であれば、ｎ番目のシンボルと（ｎ＋１）番目のシンボルの位相差Δφがπ／２と仮判定する（ステップＳ９０７）。同様に、多値識別回路８０９もその検出信号レベルＳが閾値レベルＬ１以上Ｌ０未満であるか否かを判定する（ステップＳ９０６）。Ｌ１≦Ｓ＜Ｌ０であれば、ｎ番目のシンボルと（ｎ＋１）番目のシンボルの位相差Δφが０と仮判定する（ステップＳ９０７）。
他方、検出信号レベルＳが閾値レベルＬ２以上Ｌ１未満であれば（ステップ９０６：ＮＯ）、ｎ番目のシンボルと（ｎ＋１）番目のシンボルの位相差Δφが３π／２と仮判定する（ステップＳ９０８）。同様に、多値識別回路８０９もその検出信号レベルＳが閾値レベルＬ２以上Ｌ１未満であれば（ステップＳ９０６：ＮＯ）、ｎ番目のシンボルと（ｎ＋１）番目のシンボルの位相差Δφがπと仮判定する（ステップＳ９０８）。これらの仮判定結果は、誤り率計算を行い遅延量制御に利用するが、主信号としては用いない。
こうして位相差Δφが仮判定されると、プロセッサ８１０は、当該仮判定の対象となったｎ番目のシンボルと（ｎ＋１）番目のシンボルとが定期的に挿入された所定の固定パタンに対応するシンボルであるか否かを判定する（ステップＳ９０９）。固定パタンに対応すれば（ステップＳ９０９：ＹＥＳ）、プロセッサ８１０は仮判定結果と固定パタンとの間の誤り率を計算し（ステップＳ９１０）、算出された誤り率に基づいて温度調整器８０４および８０５を制御し、非対称光学干渉計８０２および８０３の遅延量調整をそれぞれ行う（ステップＳ９１１）。
非対称光学干渉計８０２の遅延量が所望の値に制御されている場合、Δφがπ／２でも３π／２でも検出信号レベルは原理的には閾値レベルＬ１となり、ランダムなノイズによってΔφの仮判定結果がπ／２か３π／２かに定まるので誤り率は５０％となる。同様に、非対称光学干渉計８０３の遅延量が所望の値に制御されている場合、Δφが０でもπでも検出信号レベルは原理的には閾値レベルＬ１となり、ランダムなノイズによってΔφの仮判定結果が０かπかに定まるので誤り率は５０％となる。
これに対して、非対称光学干渉計８０２の遅延量が所望値０から少しずれて＋Δφ0であったとする。この場合、Δφがπ／２であったｎ番目のシンボルと（ｎ＋１）番目のシンボルの検出信号レベルは閾値Ｌ１から下側にずれ、Δφが３π／２であったｎ番目のシンボルと（ｎ＋１）番目のシンボルの検出信号レベルは閾値Ｌ１から上側にずれる。この為、誤り率は５０％より小さくなる。ただし、データである０、１と変調位相の定義付けによっては、誤り率が５０％より大きくなるが、ここでは簡単の為に、非対称光学干渉計８０２の遅延量が所望値０から少しずれて＋Δφ0である場合に誤り率が５０％より小さくなるように位相が定義づけられているものとする。逆に、非対称光学干渉計８０２の遅延量が所望値０から少しずれて−Δφ0となれば、誤り率は５０％より大きくなる。この誤り率の計算結果を元に、プロセッサ８１０は非対称光学干渉計８０２の遅延量調整を行う。非対称光学干渉計８０３に関しても同様に、誤り率の計算結果を元に遅延量調整を行う。
３．３）効果
上述した第３実施形態によれば、非対称光学干渉計の遅延量制御を精度良く行うことができる。その理由は、干渉計の位相ずれに対して、最も変化の大きい点をモニタして遅延量調整を行っている為である。また、遅延量調整を行う際の調整方向も一意に決定することが出来る。
上述した第３実施形態によれば、非対称光学干渉計の遅延量制御を精度良く行うことができる。その理由は、干渉計の位相ずれに対して、最も変化の大きい点をモニタして遅延量調整を行っている為である。また、遅延量調整を行う際の調整方向も一意に決定することが出来る。
なお、本実施形態では、ＤＱＰＳＫ信号の場合を例示したが、干渉計の遅延量を制御する代わりに、局発光の位相制御を行うことで受信器内の局発光との干渉を行う通常のＱＰＳＫ伝送システムにも適用可能である。
４．第４実施形態
図１に示す第１実施形態によるシステムでは、Ａｌｉｃｅ側において基底不一致ビットの誤り率を測定し、Ａｌｉｃｅ側の非対称マッハツェンダ干渉計の遅延量を調整する構成を例示したが、同じ機能を図１０に示すようにＢｏｂ側に設けても構わない。
図１に示す第１実施形態によるシステムでは、Ａｌｉｃｅ側において基底不一致ビットの誤り率を測定し、Ａｌｉｃｅ側の非対称マッハツェンダ干渉計の遅延量を調整する構成を例示したが、同じ機能を図１０に示すようにＢｏｂ側に設けても構わない。
図１０において、Ｂｏｂ２０のプロセッサ２０７が遅延調整処理Ｓ２１０６を実行し、温度調整器２０３の温度制御を実行する。このようにＢｏｂ側で遅延量を調整しても第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
同様に、図５に示す第２実施形態によるシステムについても、Ａｌｉｃｅ側において基底不一致ビットの検出数を測定し、Ａｌｉｃｅ側の非対称マッハツェンダ干渉計の遅延量を調整する構成を例示したが、同じ機能をＢｏｂ側に設けても構わない。
５．付記
上述した実施形態の一部あるいは全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、これらに限定されるものではない。
上述した実施形態の一部あるいは全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、これらに限定されるものではない。
（付記１）
光信号を位相変調して情報を伝送する光通信システムにおける通信装置であって、
送信元から順次到達した光信号を入力し、前記光信号の位相差に応じた干渉出力光を光検出手段へ出力する干渉手段と、
前記光検出手段の検出信号から位相ずれ判定用信号を分離する分離手段と、
前記位相ずれ判定用信号に基づいて前記干渉手段の遅延量を調整する遅延調整手段と、
を有することを特徴とする通信装置。
光信号を位相変調して情報を伝送する光通信システムにおける通信装置であって、
送信元から順次到達した光信号を入力し、前記光信号の位相差に応じた干渉出力光を光検出手段へ出力する干渉手段と、
前記光検出手段の検出信号から位相ずれ判定用信号を分離する分離手段と、
前記位相ずれ判定用信号に基づいて前記干渉手段の遅延量を調整する遅延調整手段と、
を有することを特徴とする通信装置。
（付記２）
前記遅延調整手段が、前記位相ずれ判定用信号の誤り率を測定し、前記誤り率と所定の基準値との比較に基づいて前記干渉手段の遅延量を調整することを特徴とする付記１に記載の通信装置。
前記遅延調整手段が、前記位相ずれ判定用信号の誤り率を測定し、前記誤り率と所定の基準値との比較に基づいて前記干渉手段の遅延量を調整することを特徴とする付記１に記載の通信装置。
（付記３）
前記所定の基準値は５０％であることを特徴とする付記２に記載の通信装置。
前記所定の基準値は５０％であることを特徴とする付記２に記載の通信装置。
（付記４）
前記位相ずれ判定用信号は、前記光検出手段の検出信号のうち、検出信号値の誤り率が５０％となる信号部分であることを特徴とする付記１−３のいずれか１項に記載の通信装置。
前記位相ずれ判定用信号は、前記光検出手段の検出信号のうち、検出信号値の誤り率が５０％となる信号部分であることを特徴とする付記１−３のいずれか１項に記載の通信装置。
（付記５）
前記光信号は送信元において４値の位相変調により変調され、前記位相ずれ判定用信号は、前記干渉手段において干渉させる際の２つの光信号の位相差がπ／２もしくは３π／２であり、前記光検出手段の検出信号の他の信号は前記干渉手段において干渉させる際の２つの光信号の位相差が０もしくはπであることを特徴とする付記１−４のいずれか１項に記載の通信装置。
前記光信号は送信元において４値の位相変調により変調され、前記位相ずれ判定用信号は、前記干渉手段において干渉させる際の２つの光信号の位相差がπ／２もしくは３π／２であり、前記光検出手段の検出信号の他の信号は前記干渉手段において干渉させる際の２つの光信号の位相差が０もしくはπであることを特徴とする付記１−４のいずれか１項に記載の通信装置。
（付記６）
前記干渉手段が第１干渉手段と第２干渉手段とからなり、前記第１干渉手段において干渉させる際の２つの光信号の位相差と、前記第２干渉手段において干渉させる際の２つの光信号の位相差がπ／２だけ異なることを特徴とする付記１−５のいずれか１項に記載の通信装置。
前記干渉手段が第１干渉手段と第２干渉手段とからなり、前記第１干渉手段において干渉させる際の２つの光信号の位相差と、前記第２干渉手段において干渉させる際の２つの光信号の位相差がπ／２だけ異なることを特徴とする付記１−５のいずれか１項に記載の通信装置。
（付記７）
前記送信元から順次到達した光信号はパルスあたりの光子数が１以下の光子パルス信号であって送信元においてデータ乱数と基底乱数により決定される位相変調により生成されたものであり、
前記送信元から順次到達した光信号を受信側基底乱数により位相変調して前記干渉手段へ出力する位相変調手段をさらに有し、
前記分離手段が前記位相変調手段から出力された光子パルスの検出ビットの一部分を送信元へ返すことで基底照合を行い、基底が不一致であったビット集合を前記位相ずれ判定用信号として用いることを特徴とする付記１−５のいずれか１項に記載の通信装置。
前記送信元から順次到達した光信号はパルスあたりの光子数が１以下の光子パルス信号であって送信元においてデータ乱数と基底乱数により決定される位相変調により生成されたものであり、
前記送信元から順次到達した光信号を受信側基底乱数により位相変調して前記干渉手段へ出力する位相変調手段をさらに有し、
前記分離手段が前記位相変調手段から出力された光子パルスの検出ビットの一部分を送信元へ返すことで基底照合を行い、基底が不一致であったビット集合を前記位相ずれ判定用信号として用いることを特徴とする付記１−５のいずれか１項に記載の通信装置。
（付記８）
光信号を位相変調して情報を伝送する光通信システムにおける通信装置の干渉計同期制御方法であって、
干渉計が送信元から順次到達した光信号を入力して前記光信号の位相差に応じた干渉出力光を光検出手段へ出力し、
分離手段が前記光検出手段の検出信号から位相ずれ判定用信号を分離し、
遅延調整手段が前記位相ずれ判定用信号に基づいて前記干渉計の遅延量を調整する、
ことを特徴とする干渉計同期制御方法。
光信号を位相変調して情報を伝送する光通信システムにおける通信装置の干渉計同期制御方法であって、
干渉計が送信元から順次到達した光信号を入力して前記光信号の位相差に応じた干渉出力光を光検出手段へ出力し、
分離手段が前記光検出手段の検出信号から位相ずれ判定用信号を分離し、
遅延調整手段が前記位相ずれ判定用信号に基づいて前記干渉計の遅延量を調整する、
ことを特徴とする干渉計同期制御方法。
（付記９）
前記遅延調整手段が、前記位相ずれ判定用信号の誤り率を測定し、前記誤り率と所定の基準値との比較に基づいて前記干渉計の遅延量を調整することを特徴とする付記８に記載の干渉計同期制御方法。
前記遅延調整手段が、前記位相ずれ判定用信号の誤り率を測定し、前記誤り率と所定の基準値との比較に基づいて前記干渉計の遅延量を調整することを特徴とする付記８に記載の干渉計同期制御方法。
（付記１０）
前記所定の基準値は５０％であることを特徴とする付記９に記載の干渉計同期制御方法。
(付記１１）
前記位相ずれ判定用信号は、前記光検出手段の検出信号のうち、検出信号値の誤り率が５０％となる信号部分であることを特徴とする付記８−１０のいずれか１項に記載の干渉計同期制御方法。
前記所定の基準値は５０％であることを特徴とする付記９に記載の干渉計同期制御方法。
(付記１１）
前記位相ずれ判定用信号は、前記光検出手段の検出信号のうち、検出信号値の誤り率が５０％となる信号部分であることを特徴とする付記８−１０のいずれか１項に記載の干渉計同期制御方法。
（付記１２）
前記光信号は送信元において４値の位相変調により変調され、前記位相ずれ判定用信号は、前記干渉計において干渉させる際の２つの光信号の位相差がπ／２もしくは３π／２であり、前記光検出手段の検出信号の他の信号は前記干渉計において干渉させる際の２つの光信号の位相差が０もしくはπであることを特徴とする付記８−１１のいずれか１項に記載の干渉計同期制御方法。
前記光信号は送信元において４値の位相変調により変調され、前記位相ずれ判定用信号は、前記干渉計において干渉させる際の２つの光信号の位相差がπ／２もしくは３π／２であり、前記光検出手段の検出信号の他の信号は前記干渉計において干渉させる際の２つの光信号の位相差が０もしくはπであることを特徴とする付記８−１１のいずれか１項に記載の干渉計同期制御方法。
（付記１３）
前記干渉計が第１干渉計と第２干渉計とからなり、前記第１干渉計において干渉させる際の２つの光信号の位相差と、前記第２干渉計において干渉させる際の２つの光信号の位相差がπ／２だけ異なることを特徴とする付記８−１２のいずれか１項に記載の干渉計同期制御方法。
前記干渉計が第１干渉計と第２干渉計とからなり、前記第１干渉計において干渉させる際の２つの光信号の位相差と、前記第２干渉計において干渉させる際の２つの光信号の位相差がπ／２だけ異なることを特徴とする付記８−１２のいずれか１項に記載の干渉計同期制御方法。
（付記１４）
前記送信元から順次到達した光信号はパルスあたりの光子数が１以下の光子パルス信号であって送信元においてデータ乱数と基底乱数により決定される位相変調により生成されたものであり、
前記送信元から順次到達した光信号を受信側基底乱数により位相変調して前記干渉計へ出力する位相変調手段をさらに有し、
前記分離手段が前記位相変調手段から出力された光子パルスの検出ビットの一部分を送信元へ返すことで基底照合を行い、基底が不一致であったビット集合を前記位相ずれ判定用信号として用いることを特徴とする付記８−１２のいずれか１項に記載の干渉計同期制御方法。
前記送信元から順次到達した光信号はパルスあたりの光子数が１以下の光子パルス信号であって送信元においてデータ乱数と基底乱数により決定される位相変調により生成されたものであり、
前記送信元から順次到達した光信号を受信側基底乱数により位相変調して前記干渉計へ出力する位相変調手段をさらに有し、
前記分離手段が前記位相変調手段から出力された光子パルスの検出ビットの一部分を送信元へ返すことで基底照合を行い、基底が不一致であったビット集合を前記位相ずれ判定用信号として用いることを特徴とする付記８−１２のいずれか１項に記載の干渉計同期制御方法。
（付記１５）
光信号を位相変調して情報を第１通信装置から第２通信装置へ伝送する光通信システムであって、
前記第１通信装置が、光パルスを出力する光源と前記光パルスの位相を変調する第１位相変調手段とを有し、
前記第２通信装置が、
前記第１通信装置から順次到達した光パルスを入力し、前記光パルスの位相差に応じた干渉出力光を光検出手段へ出力する干渉手段と、
前記光検出手段の検出ビットから位相ずれ判定用ビットを分離する分離手段と、
前記位相ずれ判定用ビットに基づいて前記干渉手段の遅延量を調整する遅延調整手段と、
を有することを特徴とする光通信システム。
光信号を位相変調して情報を第１通信装置から第２通信装置へ伝送する光通信システムであって、
前記第１通信装置が、光パルスを出力する光源と前記光パルスの位相を変調する第１位相変調手段とを有し、
前記第２通信装置が、
前記第１通信装置から順次到達した光パルスを入力し、前記光パルスの位相差に応じた干渉出力光を光検出手段へ出力する干渉手段と、
前記光検出手段の検出ビットから位相ずれ判定用ビットを分離する分離手段と、
前記位相ずれ判定用ビットに基づいて前記干渉手段の遅延量を調整する遅延調整手段と、
を有することを特徴とする光通信システム。
（付記１６）
前記遅延調整手段が、前記位相ずれ判定用信号の誤り率を測定し、前記誤り率と所定の基準値との比較に基づいて前記干渉手段の遅延量を調整することを特徴とする付記１５に記載の光通信システム。
前記遅延調整手段が、前記位相ずれ判定用信号の誤り率を測定し、前記誤り率と所定の基準値との比較に基づいて前記干渉手段の遅延量を調整することを特徴とする付記１５に記載の光通信システム。
（付記１７）
前記所定の基準値は５０％であることを特徴とする付記１６に記載の光通信システム。
前記所定の基準値は５０％であることを特徴とする付記１６に記載の光通信システム。
（付記１８）
前記位相ずれ判定用信号は、前記光検出手段の検出信号のうち、検出信号値の誤り率が５０％となる信号部分であることを特徴とする付記１５−１７のいずれか１項に記載の光通信システム。
前記位相ずれ判定用信号は、前記光検出手段の検出信号のうち、検出信号値の誤り率が５０％となる信号部分であることを特徴とする付記１５−１７のいずれか１項に記載の光通信システム。
（付記１９）
前記光信号は送信元において４値の位相変調により変調され、前記位相ずれ判定用信号は、前記干渉手段において干渉させる際の２つの光信号の位相差がπ／２もしくは３π／２であり、前記光検出手段の検出信号の他の信号は前記干渉手段において干渉させる際の２つの光信号の位相差が０もしくはπであることを特徴とする付記１５−１８のいずれか１項に記載の光通信システム。
前記光信号は送信元において４値の位相変調により変調され、前記位相ずれ判定用信号は、前記干渉手段において干渉させる際の２つの光信号の位相差がπ／２もしくは３π／２であり、前記光検出手段の検出信号の他の信号は前記干渉手段において干渉させる際の２つの光信号の位相差が０もしくはπであることを特徴とする付記１５−１８のいずれか１項に記載の光通信システム。
（付記２０）
前記干渉手段が第１干渉手段と第２干渉手段とからなり、前記第１干渉手段において干渉させる際の２つの光信号の位相差と、前記第２干渉手段において干渉させる際の２つの光信号の位相差がπ／２だけ異なることを特徴とする付記１５−１９のいずれか１項に記載の光通信システム。
前記干渉手段が第１干渉手段と第２干渉手段とからなり、前記第１干渉手段において干渉させる際の２つの光信号の位相差と、前記第２干渉手段において干渉させる際の２つの光信号の位相差がπ／２だけ異なることを特徴とする付記１５−１９のいずれか１項に記載の光通信システム。
（付記２１）
前記送信元から順次到達した光信号はパルスあたりの光子数が１以下の光子パルス信号であって送信元においてデータ乱数と基底乱数により決定される位相変調により生成されたものであり、
前記送信元から順次到達した光信号を受信側基底乱数により位相変調して前記干渉手段へ出力する位相変調手段をさらに有し、
前記分離手段が前記位相変調手段から出力された光子パルスの検出ビットの一部分を送信元へ返すことで基底照合を行い、基底が不一致であったビット集合を前記位相ずれ判定用信号として用いることを特徴とする付記１５−１９のいずれか１項に記載の光通信システム。
前記送信元から順次到達した光信号はパルスあたりの光子数が１以下の光子パルス信号であって送信元においてデータ乱数と基底乱数により決定される位相変調により生成されたものであり、
前記送信元から順次到達した光信号を受信側基底乱数により位相変調して前記干渉手段へ出力する位相変調手段をさらに有し、
前記分離手段が前記位相変調手段から出力された光子パルスの検出ビットの一部分を送信元へ返すことで基底照合を行い、基底が不一致であったビット集合を前記位相ずれ判定用信号として用いることを特徴とする付記１５−１９のいずれか１項に記載の光通信システム。
（付記２２）
光信号を位相変調して情報を他の通信装置へ伝送し、他の通信装置との間で共有情報を生成する光通信システムにおける通信装置であって、
光源から順次光パルスを入力し、所定の時間間隔を有する光パルスを生成する干渉手段と、
前記干渉手段から出力した光パルスを位相変調する位相変調手段と、
前記他の通信装置において検出された検出ビットから位相ずれ判定用ビットを分離する分離手段と、
前記位相ずれ判定用ビットに基づいて前記干渉手段の遅延量を調整する遅延調整手段と、
を有することを特徴とする通信装置。
光信号を位相変調して情報を他の通信装置へ伝送し、他の通信装置との間で共有情報を生成する光通信システムにおける通信装置であって、
光源から順次光パルスを入力し、所定の時間間隔を有する光パルスを生成する干渉手段と、
前記干渉手段から出力した光パルスを位相変調する位相変調手段と、
前記他の通信装置において検出された検出ビットから位相ずれ判定用ビットを分離する分離手段と、
前記位相ずれ判定用ビットに基づいて前記干渉手段の遅延量を調整する遅延調整手段と、
を有することを特徴とする通信装置。
（付記２３）
光信号を位相変調して情報を伝送する光通信システムにおける通信装置の干渉計同期制御機能をプログラム制御プロセッサ上で実現するためのプログラムであって、
干渉計が送信元から順次到達した光信号を入力して前記光信号の位相差に応じた干渉出力光を光検出手段へ出力し、
分離手段が前記光検出手段の検出信号から位相ずれ判定用信号を分離し、
遅延調整手段が前記位相ずれ判定用信号に基づいて前記干渉計の遅延量を調整する、
ことを特徴とするプログラム。
光信号を位相変調して情報を伝送する光通信システムにおける通信装置の干渉計同期制御機能をプログラム制御プロセッサ上で実現するためのプログラムであって、
干渉計が送信元から順次到達した光信号を入力して前記光信号の位相差に応じた干渉出力光を光検出手段へ出力し、
分離手段が前記光検出手段の検出信号から位相ずれ判定用信号を分離し、
遅延調整手段が前記位相ずれ判定用信号に基づいて前記干渉計の遅延量を調整する、
ことを特徴とするプログラム。
本発明は位相変調を利用した光干渉通信システムに利用可能であり、たとえば量子暗号鍵配付システムに適用することができる。
１０ Ａｌｉｃｅ（送信側通信装置）
２０ Ｂｏｂ（受信側通信装置）
３０ 光伝送路
７０ 送信器
８０ 受信器
９０ 光伝送路
１０１ レーザダイオード
１０２ 非対称マッハツェンダ干渉計
１０３ 温度調整器
１０４ 位相変調器
１０５ クロック源
１０６ 乱数源
１０７ プロセッサ
２０１ 位相変調器
２０２ 非対称マッハツェンダ干渉計
２０３ 温度調整器
２０４、２０５ 光検出器
２０６ 乱数源
２０７ プロセッサ
７０ 送信器
８０ 受信器
９０ 光伝送路
７０１ レーザダイオード
７０２ ＱＰＳＫ変調器
８０１ 光カプラ
８０２、８０３ 非対称マッハツェンダ干渉計
８０４、８０５ 温度調整器
８０６、８０７ 平衡光検出器
８０８、８０９ 多値識別器
８１０ プロセッサ
２０ Ｂｏｂ（受信側通信装置）
３０ 光伝送路
７０ 送信器
８０ 受信器
９０ 光伝送路
１０１ レーザダイオード
１０２ 非対称マッハツェンダ干渉計
１０３ 温度調整器
１０４ 位相変調器
１０５ クロック源
１０６ 乱数源
１０７ プロセッサ
２０１ 位相変調器
２０２ 非対称マッハツェンダ干渉計
２０３ 温度調整器
２０４、２０５ 光検出器
２０６ 乱数源
２０７ プロセッサ
７０ 送信器
８０ 受信器
９０ 光伝送路
７０１ レーザダイオード
７０２ ＱＰＳＫ変調器
８０１ 光カプラ
８０２、８０３ 非対称マッハツェンダ干渉計
８０４、８０５ 温度調整器
８０６、８０７ 平衡光検出器
８０８、８０９ 多値識別器
８１０ プロセッサ
Claims (8)
- 光信号を位相変調して情報を伝送する光通信システムにおける通信装置であって、
送信元から順次到達した光信号を入力し、前記光信号の位相差に応じた干渉出力光を光検出手段へ出力する干渉手段と、
前記光検出手段の検出信号から位相ずれ判定用信号を分離する分離手段と、
前記位相ずれ判定用信号に基づいて前記干渉手段の遅延量を調整する遅延調整手段と、
を有し、
前記位相ずれ判定用信号は、前記光検出手段の検出信号のうち検出信号値の誤り率が所定の基準値５０％となるべき信号部分であり、
前記遅延調整手段が、前記位相ずれ判定用信号の前記信号部分で測定された前記誤り率と前記所定の基準値との比較結果に基づいて前記干渉手段の遅延量を調整することを特徴とする通信装置。 - 前記光通信システムが量子暗号鍵配付システムであり、量子暗号鍵配付プロセスにおける基底照合処理において検出された基底不一致ビットの集合を前記位相ずれ判定用信号として用いることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
- 光信号を位相変調して情報を伝送する光通信システムにおける通信装置の干渉計同期制御方法であって、
干渉計が送信元から順次到達した光信号を入力して前記光信号の位相差に応じた干渉出力光を光検出手段へ出力し、
分離手段が前記光検出手段の検出信号から、前記光検出手段の検出信号のうち検出信号値の誤り率が所定の基準値５０％となるべき信号部分である位相ずれ判定用信号を分離し、
遅延調整手段が前記位相ずれ判定用信号の前記信号部分で測定された前記誤り率と前記所定の基準値との比較結果に基づいて前記干渉計の遅延量を調整する、
ことを特徴とする干渉計同期制御方法。 - 前記光通信システムが量子暗号鍵配付システムであり、量子暗号鍵配付プロセスにおける基底照合処理において検出された基底不一致ビットの集合を前記位相ずれ判定用信号として用いることを特徴とする請求項３に記載の干渉計同期制御方法。
- 光信号を位相変調して情報を第１通信装置から第２通信装置へ伝送する光通信システムであって、
前記第１通信装置が、光パルスを出力する光源と前記光パルスの位相を変調する第１位相変調手段とを有し、
前記第２通信装置が、
前記第１通信装置から順次到達した光パルスを入力し、前記光パルスの位相差に応じた干渉出力光を光検出手段へ出力する干渉手段と、
前記光検出手段の検出ビットから位相ずれ判定用ビットを分離する分離手段と、
前記位相ずれ判定用ビットに基づいて前記干渉手段の遅延量を調整する遅延調整手段と、
を有し、
前記位相ずれ判定用信号は、前記光検出手段の検出信号のうち検出信号値の誤り率が所定の基準値５０％となるべき信号部分であり、
前記遅延調整手段が、前記位相ずれ判定用信号の前記信号部分で測定された前記誤り率と前記所定の基準値との比較結果に基づいて前記干渉手段の遅延量を調整することを特徴とする光通信システム。 - 前記光通信システムが量子暗号鍵配付システムであり、量子暗号鍵配付プロセスにおける基底照合処理において検出された基底不一致ビットの集合を前記位相ずれ判定用信号として用いることを特徴とする請求項５に記載の光通信システム。
- 光信号を位相変調して情報を他の通信装置へ伝送し、他の通信装置との間で共有情報を生成する光通信システムにおける通信装置であって、
光源から順次光パルスを入力し、所定の時間間隔を有する光パルスを生成する干渉手段と、
前記干渉手段から出力した光パルスを位相変調する位相変調手段と、
前記他の通信装置において検出された検出ビットから位相ずれ判定用ビットを分離する分離手段と、
前記位相ずれ判定用ビットに基づいて前記干渉手段の遅延量を調整する遅延調整手段と、
を有し、
前記位相ずれ判定用信号は、光検出手段の検出信号のうち検出信号値の誤り率が所定の基準値５０％となるべき信号部分であり、
前記遅延調整手段が、前記位相ずれ判定用信号の前記信号部分で測定された前記誤り率と前記所定の基準値との比較結果に基づいて前記干渉手段の遅延量を調整することを特徴とする通信装置。 - 前記光通信システムが量子暗号鍵配付システムであり、量子暗号鍵配付プロセスにおける基底照合処理において検出された基底不一致ビットの集合を前記位相ずれ判定用信号として用いることを特徴とする請求項７に記載の通信装置。
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| JP2010048538A JP5440787B2 (ja) | 2010-03-05 | 2010-03-05 | 光通信システムにおける通信装置およびその干渉計同期制御方法 |
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| JP2010048538A JP5440787B2 (ja) | 2010-03-05 | 2010-03-05 | 光通信システムにおける通信装置およびその干渉計同期制御方法 |
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| JP2010048538A Active JP5440787B2 (ja) | 2010-03-05 | 2010-03-05 | 光通信システムにおける通信装置およびその干渉計同期制御方法 |
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| JP5338665B2 (ja) * | 2007-07-13 | 2013-11-13 | 日本電気株式会社 | 量子暗号鍵配付システム |
| JP5347644B2 (ja) * | 2009-03-27 | 2013-11-20 | 日本電気株式会社 | 光通信システム及び方法、送信機及び受信機、量子暗号鍵配付システム及び方法 |
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