WO2005112335A1 - 量子暗号通信装置 - Google Patents

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WO2005112335A1
WO2005112335A1 PCT/JP2004/007001 JP2004007001W WO2005112335A1 WO 2005112335 A1 WO2005112335 A1 WO 2005112335A1 JP 2004007001 W JP2004007001 W JP 2004007001W WO 2005112335 A1 WO2005112335 A1 WO 2005112335A1
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WO
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quantum
pulse
photon
polarization
beam splitter
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Application number
PCT/JP2004/007001
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English (en)
French (fr)
Inventor
Tsuyoshi Nishioka
Toshio Hasegawa
Hirokazu Ishizuka
Original Assignee
Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
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Publication date
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Priority to PCT/JP2004/007001 priority patent/WO2005112335A1/ja
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Publication of WO2005112335A1 publication Critical patent/WO2005112335A1/ja

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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/70—Photonic quantum communication
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/08—Key distribution or management, e.g. generation, sharing or updating, of cryptographic keys or passwords
    • H04L9/0816—Key establishment, i.e. cryptographic processes or cryptographic protocols whereby a shared secret becomes available to two or more parties, for subsequent use
    • H04L9/0852—Quantum cryptography
    • H04L9/0858—Details about key distillation or coding, e.g. reconciliation, error correction, privacy amplification, polarisation coding or phase coding

Definitions

  • the present invention relates to a quantum cryptography communication apparatus in which quantum is modulated by secret information on a sender side and then transmitted, and quantum information received on a receiver side is demodulated and shared by the receiver side in quantum cryptography of a phase modulation method. Things.
  • Quantum cryptographic communication is a communication method in which a sender modulates quantum, generally speaking, a photon with secret information and then transmits it, and the receiver demodulates the received quantum to share secret information.
  • the security of the secret information carried on the quantum is guaranteed by the uncertainty principle of quantum mechanics.
  • quantum since quantum is fragile and not all information can be transmitted reliably, random information is used as secret information.
  • the random number information transmitted between the sender and the receiver is used as a secret key for encrypted communication after data processing such as error correction and enhancement of confidentiality. This is specifically called quantum key distribution.
  • the phase modulation method is a modulation method suitably used in quantum cryptography based on optical fiber communication.
  • the relative phase information can be demodulated by observing the interference phenomenon that occurs when the signal light pulse and the reference light pulse are combined.
  • the phase modulation type quantum signal communication device has a loop-shaped optical path called an asymmetric Mach-Zehnder interferometer for generating a dual photon pulse on the transmitting device side, and combines the dual photon pulse on the receiving device side. It is common to have an asymmetric Matsuhatsu-Donda interferometer of the same size for interfering waves and waves.
  • the quantum signal communication device having such a configuration the following two fluctuation effects have a nonnegligible effect.
  • One is the birefringent polarization fluctuation of the communication channel, and the other is the two asymmetric Mach- This is the optical path length fluctuation that occurs between the interferometers. Due to these two fluctuations, the quantum signal communication device having the above-described configuration required constant adjustment of polarization, polarization, and optical path length.
  • the quantum cryptography communication device called the plug-and-play system reciprocates a double photon pulse from the quantum receiver to the quantum transmitter and from the quantum transmitter to the quantum receiver, and non-reciprocally regenerates each optical pulse in the quantum transmitter.
  • one example of an optical system that constitutes a quantum transmission device is not an optical system specializing in quantum signal.
  • An optical system using a mirror is also possible (for example, see Patent Document 2).
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-28992 / 98 (paragraph 0033, FIG. 1)
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-241104 (paragraph 0012, FIG. ), Fig. 5 (b))
  • Patent Document 3 US 6, 188, 7688 B1 (FIGS. 2, 4 and 6)
  • Non-patent Document 1 G. Ribordy, et. Al. "Automated” Plug & Play “Quantum Key Distribution "Electronics Letters 34, (22), pp. 2116-2117, 1998
  • a conventional plug-and-play quantum cryptographic communication device forms a system that is stable against fluctuations as photon pulses reciprocate on the same optical path. However, for this purpose, the photon pulse must pass through the phase modulator in the quantum receiver twice in the forward path and the return path.
  • the repetition frequency of the light source is increased, and when the photon pulse starts to oscillate with a period shorter than the time required for the photon pulse to reciprocate in the optical path, one cycle
  • the timing at which the forward photon pulse passes through the phase modulator and the timing at which the return photon pulse pass through the phase modulator are close to each other.
  • the phase modulation is applied only to the return photon pulse, the phase change occurs.
  • phase modulation is applied to outgoing photon pulses that do not need to be adjusted.
  • the present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is possible to prevent a phase modulation from being applied to an outgoing photon pulse and to freely select a repetition frequency of a light source in order to increase a communication speed.
  • An object is to obtain an encryption communication device. Disclosure of the invention
  • a quantum cryptographic communication device includes: a quantum communication channel for transmitting quantum; a quantum transmission device installed on a transmission side of the quantum transmission line; and a quantum communication device installed on a reception side of the quantum transmission line.
  • a quantum cryptographic communication device comprising: a receiving device; and a control signal communication path for coupling the quantum transmitting device and the quantum receiving device to mutually communicate a control signal including a synchronization signal, wherein the quantum receiving device includes: A light source serving as a quantum source, and a time difference between a signal light pulse and a reference light pulse generated from photon pulses emitted from the light source. And a loop-shaped optical path having multiplexing interference means for multiplexing and interfering with each other.
  • the quantum transmission path is provided at a connection port with the quantum communication path.
  • Equipment and front A detour optical path having a phase modulator for phase-modulating only the received reference light pulse after reciprocating with the quantum receiver, and a photon detector for observing interference light via the loop light path
  • the quantum transmitter includes a polarization rotation unit that non-reciprocally rotates a polarization plane of a dual photon pulse that has arrived from the quantum receiver via the quantum communication path, at a right angle, and the polarization A phase modulator that modulates the phase of the signal light pulse that has passed through the rotating means and returns the signal light pulse to the quantum receiver again through the quantum communication path; and reduces the signal light pulse to a state in which no more than two photons are included in the pulse.
  • a dimming means is provided at a connection port with the quantum communication path.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a quantum cryptographic communication device according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 2A is a configuration diagram of an asymmetric Mach-Zehnder interferometer and a bypass optical path for a phase modulator shown in FIG. 1,
  • FIG. 2B is a modified configuration diagram of the bypass optical path for the phase modulator of FIG. 2A
  • FIG. 2C is a modified configuration diagram of the asymmetrical Matsuhazunda interferometer of FIG. 2A
  • FIG. 2D is a modified configuration diagram of the asymmetrical Matsuhatsuda interferometer of FIG. 2A.
  • FIG. 3A is a configuration diagram of an optical system of the quantum transmission device shown in FIG. 1,
  • FIG. 3B is a modified configuration diagram of the optical system of the quantum transmission device shown in FIG. 1,
  • FIG. 3C is a modified configuration diagram of the optical system of the quantum transmission device shown in FIG. 1,
  • FIG. 3D is a modified configuration diagram of the optical system of the quantum transmission device shown in FIG. 1,
  • FIG. 3E is a modified configuration diagram of the optical system of the quantum transmission device shown in FIG. 1,
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a quantum communication operation according to the first embodiment of the present invention shown in FIG.
  • FIG. 5 is a configuration diagram illustrating a quantum cryptographic communication device according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 6A is a configuration diagram of an optical system of the quantum reception device illustrated in FIG.
  • FIG. 6B is a modified configuration diagram of the optical system of the quantum receiver shown in FIG. 5,
  • FIG. 6C is a modified configuration diagram of the optical system of the quantum receiver shown in FIG. 5,
  • FIG. 6D is a modified configuration diagram of the optical system of the quantum receiver shown in FIG. 5,
  • FIG. 6E is a modified configuration diagram of the optical system of the quantum receiver shown in FIG. 5,
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating the quantum communication operation according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a quantum cryptographic communication device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the quantum cryptographic communication device shown in FIG. 1 interconnects a transmitting quantum transmitting device 100, a receiving quantum receiving device 200, a quantum transmitting device 100 and a quantum receiving device 200.
  • An optical fiber communication channel 1 serving as a quantum transmission channel for the communication, a public communication channel 2 and a control signal communication channel 3 are configured.
  • the quantum transmitter 100 and the quantum receiver 200 are composed of an optical fiber communication channel 1 for transmitting photons acting as quantum, and a public communication channel represented by LAN and the Internet.
  • the optical fiber communication channel 1 transmits a quantum signal including a quantum cryptogram
  • the control signal communication channel 3 transmits a control signal for synchronizing the quantum transmitting device 100 and the quantum receiving device 200 with a start-stop operation.
  • the control signal communication path 3 specifically, an optical fiber communication path 1 or a public communication path 2 may be used.
  • the quantum transmission device 100 has a configuration similar to the optical system described in Patent Document 2 described above, and includes an attenuator 14 having one end connected to the optical fiber communication path 1, and an attenuator 14.
  • a polarization beam splitter 15 connected to the optical path at the other end, a Faraday rotator 16 and a phase modulator 17 individually connected to the two optical paths of the polarization beam splitter 15 and a phase modulator
  • a transmission-side data processing means 22 connected to the transmission-side control means 20 and outputting a first random number.
  • the polarization beam splitter 15, the Faraday rotator 16 and the phase modulator 17 constitute an optical path loop in both rotation directions for a photon pulse for quantum communication, and the quantum transmission device 100
  • the photon pulse introduced from the apparatus 200 is introduced into the Faraday rotator 16 via the optical fiber communication channel 1 and the attenuator 14, and the polarization rotation for non-reciprocally rotating the polarization plane at a right angle is performed.
  • the attenuator 14 forms a dimming means for dimming the signal light pulse to a state where two or more photons are not included in the pulse.
  • the quantum receiver 200 includes a photon generator 4 as a light source for generating a photon serving as a quantum source, a polarizer 5 having one end connected to an output optical path of the photon generator 4, and a polarizer 5.
  • Asymmetric Mach-Zehnder interferometer consisting of beam splitters 7, 8 and mirrors 1, 9, 10; a photon detector 18 connected to the remaining output port of beam splitter 7 of asymmetric Mach-Zehnder interferometer;
  • the P modulator output port is connected to the P modulator 13 connected to the optical output port and the P
  • the polarization beam splitter 12 is connected and the multiplexed optical input port is connected to the optical fiber communication path 1.Then, it takes in the detection signals of the photon detectors 18 and 19 and the phase modulator 13
  • the receiving side control means 21 for controlling the photon detectors 18 and 19 and the photon generator 4, and the receiving side connected to the receiving side control means 21 for outputting a second random number and inputting a photon detection signal And data processing means 23.
  • the polarization beam splitter 12 in the quantum receiver 200 is connected to an attenuator 14 in the quantum transmitter 100 via an optical fiber communication path 1, and the receiving side control means 21 is a control signal communication path.
  • the receiving side data processing means 23 is connected to the transmitting side data processing means 22 via the public communication path 2.
  • the asymmetric Mach-Zehnder interferometer composed of the beam splitters 7, 8 and the mirrors 9, 10 converts the photon pulse generated from the photon generator 4 into the time difference between the signal light pulse and the reference light pulse.
  • a loop-shaped optical path is formed to separate continuous photon pulses.
  • the beam splitter 7 is used as a multiplexing interfering means for generating multiplexing and interference between a signal light pulse, which is a backward quantum, and a reference light pulse. Function.
  • the polarization beam splitters 11 and 12 separate the two orthogonal polarization modes, and P-polarized photons are transmitted from the quantum receiver 200 to the quantum transmitter 100.
  • the optical path that short-circuits the polarization beam splitters 11 and 12 is selected when transmitting to the S-polarized beam splitter, and the phase modulation is performed when the S-polarized photons are transmitted from the quantum transmitter 100 to the quantum receiver 200.
  • the optical path through the device 13 is selected.
  • the receiving-side control means 21 performs a synchronous start-stop operation with the transmitting-side control means 20 in the quantum transmitting apparatus 100 through mutual communication of control signals via the control signal communication path 3.
  • the photon generator 4 in the quantum receiver 200 generates a photon pulse with a uniform polarization plane in accordance with the synchronization signal output from the receiving side control means 21.
  • the photon pulse generated from the photon generator 4 is converted into the P-polarized light of the polarization beam splitter 6.
  • the polarization plane is adjusted by the polarizer 5 installed so that only the corresponding polarization plane passes, the light enters the asymmetric Mach-Zehnder interferometer.
  • the photon pulse that enters the asymmetric Mach-Zehnder interferometer is separated into a reference light pulse having a coherent time difference with a uniform polarization plane and a dual-photon pulse called a signal light pulse, and is guided to the polarization beam splitter 11. I will
  • the preceding first photon pulse (reference light pulse) of the dual photon pulse is a photon pulse that has proceeded directly from the beam splitter 7 to the beam splitter 8, and the other subsequent second photon pulse (
  • the signal light pulse is a photon pulse reflected by the beam splitter 7 and passing through the mirrors 9 and 10.
  • the two-photon pulse guided to the polarizing beam splitter 11 passes through the polarizing beam splitters 11 and 12 in which the polarization plane is set in the same order as the polarizing beam splitter 6, and has a phase modulator 13
  • the light is guided to the optical fiber communication path 1 without being guided to the bypass optical path.
  • Fig. 2A shows an example of the configuration of the asymmetric Mach-Zehnder interferometer shown in Fig. 1.
  • the beam splitters 7 and 8 and the mirrors 9 and 10 are used to construct a 1 ⁇ 2 ( 1 input 2 output or 2 input 1 output)
  • An example of the configuration using two equations for the polarizing beam splitters 1 1 and 1 2 was shown.
  • reference numeral 31 denotes a circuit controller.
  • the double-photon pulse guided from the quantum receiver 200 to the optical fiber communication path 1 is introduced into the quantum transmitter 100, and is polarized by the Faraday rotator 16 in the quantum transmitter 100. Is nonreciprocally rotated at a right angle, and the signal light pulse undergoes phase modulation by the phase modulator 17, and then returns to the quantum receiver 200 again.
  • FIG. 3A is a configuration example of the optical system of the quantum transmitter shown in FIG. A configuration example using a polarization beam splitter 15, a Faraday rotator 16, and a phase modulator 17 was shown.
  • FIG. 3B two 1 ⁇ 2 polarization beam splitters 3 2, 3 3, a configuration example using two phase modulators 34, 35 and a Faraday mirror 36, and as shown in FIG.
  • FIG. 3C two 1 ⁇ 2 polarization beam splitters 37, '38, Configuration example using a phase modulator 39 and a Faraday mirror 40, and a configuration example using a 2x2 polarization beam splitter 41, a phase modulator 42 and a Faraday mirror 43 as shown in Fig.3D
  • FIG. 3E there is a configuration example using a polarization-independent phase modulator 44 and a Faraday mirror 45, and is not limited to one configuration example.
  • the double photon pulse returned to the quantum receiver 200 is completely reflected by the polarization beam splitter 12 and guided to a bypass optical path in which the phase modulator 13 is arranged.
  • the reason is that if the light incident at one end of the optical fiber communication path 1 is non-reciprocally orthogonally rotated at the other end and reflected by the plane of polarization, the light returns along the optical path in the middle. This is because, even if birefringent fluctuations exist, the beam returns with the plane of polarization rotated at a right angle from the point of incidence.
  • the double photon pulse reflected by the polarization beam splitter 12 enters the phase modulator 13.
  • the phase modulator 13 applies phase modulation to only the reference light pulse in accordance with the second random number output from the receiving data processing means 23 under the control of the receiving control means 21 .
  • the dual photon pulse that has passed through the phase modulator 13 is completely reflected by the polarization beam splitter 11 and guided to the asymmetric Mach-Zeng interferometer.
  • the asymmetric Mach-Zehnder interferometer converts the preceding reference light pulse to a reference light double photon pulse having a time difference, that is, a preceding light pulse of the reference light that is orthogonal from the beam splitter 8 to the beam splitter 7,
  • the reference light beam passing through 0 and 9 is divided into succeeding photon pulses, and the succeeding signal light pulse is similarly divided into two signal light pulses having a time difference, that is, the signal light traveling from beam splitter 8 to beam splitter 7 directly.
  • each time difference of each double photon pulse is automatically exactly the same. Therefore, the succeeding photon pulse of the reference light and the preceding photon pulse of the signal light reach the beam splitter 7 at the same time and cause interference.
  • the photon pulse that caused the interference is guided exclusively to one port connected to one of the pair of photon detectors 18 and 19, and ignites the other photon detector.
  • the photon pulse guided to the port connected to the photon detector 19 is completely reflected by the polarization beam splitter 6 and guided to the photon detector 19.
  • the receiving side control means 21 converts which of the photon detectors 18 and 19 fired into bit information and transmits the bit information to the receiving side data processing means 23.
  • the receiving-side data processing means 23 exchanges a part of the information with the quantum transmitting apparatus 100 using the public communication path 2 from the second random number and the bit information transmitted by the quantum information, Share random information with guaranteed confidentiality.
  • the double-photon pulse introduced from the quantum receiver 200 to the quantum transmitter 100 through the optical fiber channel 1 is transmitted to the optical fiber channel when the pulse reaches the quantum transmitter 100.
  • the plane of polarization is completely random due to the birefringent fluctuations of 1.
  • the two-photon pulse introduced into the quantum transmitter 100 is attenuated by the attenuator 14 and then intersected by the polarization beam splitter 15 in two polarization modes (P-polarized light and S-polarized light). ).
  • the two-pulse photon pulse (S-polarized light) traveling clockwise is reflected by the polarization beam splitter 15, passes through the phase modulator 17, After the polarization plane is non-reciprocally rotated by the Faraday rotator 16 at a right angle, the beam returns to the polarization beam splitter 15.
  • the twin-photon pulse (P-polarized light) traveling counterclockwise passes through the polarization beam splitter 15 and is non-reciprocally by the Faraday rotator 16 After the polarization plane is rotated at a right angle and passed through the phase modulator 17, it returns to the polarization beam splitter 15.
  • phase modulator 17 converts only the signal light pulse of the two-photon pulse according to the first random number output by the transmission-side control means 22. Phase modulation independent of the clockwise or counterclockwise direction of travel Phase modulation is applied when passing through the device 17.
  • the four photon pulses returned to the polarizing beam splitter 15 have the same optical path length until they merge, regardless of whether they are clockwise or counterclockwise.Therefore, they become double photon pulses again and are introduced into the attenuator 14. Is done.
  • the magnitude of the attenuation of the photon level intensity of the attenuator 14 is adjusted so that the number of photons of the signal light pulse does not exceed “1”.
  • the double-photon pulse that has been introduced again into the optical fiber communication path 1 and returned to the quantum receiver 200 is completely reflected by the polarization beam splitter 12 as described above, and the phase modulator 1 After passing through a detour optical path having a 3, the light is reflected by the polarization beam splitter 11 and guided to the port where the photon detectors 18 and 19 are installed. Which of 18 and 19 fired is converted into bit information and transmitted to the receiving-side data processing means 23.
  • the transmission-side data processing means 22 and the reception-side data processing means 23 pass through the quantum transmission path (optical fiber communication path 1).
  • the confidentiality information is shared using the information transmitted while maintaining confidentiality and the information transmitted through the public communication channel 2. In other words, random information whose confidentiality is guaranteed while exchanging a part of information using the public communication channel 2 from the first and second random numbers and the bit information transmitted by quantum communication To share.
  • the processing steps of the quantum communication unit related to the photon pulse (quantum cryptography) of the quantum cryptographic communication device include a photon generation step S1, an optical pulse separation / merging step S2, and a phase modulator 13
  • the photon generator 4 in the quantum receiver 200 generates a photon pulse under the control of the receiving side control means 21.
  • the generated photon pulse only the photon pulse corresponding to the P-polarized light of the polarizing beam splitter 6 passes through the polarizer 5.
  • the photon pulse whose polarization plane has been aligned with the P-polarized light passes through the polarization beam splitter 6 (photon generation step S 1).
  • the photon pulse may be generated such that the number of photons per pulse follows a Poisson distribution, such as a laser pulse, or may be generated as a single photon per pulse using a single photon source. Good.
  • the photon pulse transmitted through the polarization beam splitter 6 is guided to an asymmetric Matsuhatsuda interferometer composed of the beam splitters 7, 8 and mirrors 9, 10.
  • the photon pulse guided to the asymmetric Mach-Zehnder interferometer is separated into two optical paths with different optical path lengths in the asymmetric Mach-Zehnder interferometer, and then re-merged and output, resulting in a time difference corresponding to the optical path length. It becomes a double photon pulse with (light pulse separation 'confluence step S 2).
  • the polarization plane is maintained.
  • the dual photon pulse output from the asymmetric Mach-Zehnder interferometer is composed of a preceding reference light pulse and a succeeding signal light pulse, and the polarization plane of each photon pulse is relative to the polarization beam splitters 11 and 12. Since the planes of polarization are aligned so as to be P-polarized light, an optical path that passes through the polarization beam splitters 11 and 12 is selected (optical path selection step S3).
  • the double photon pulse transmitted through the polarizing beam splitter 12 is guided to the optical fiber communication path 1 and transmitted as it is to the quantum transmitter 100 (photon supply (forward path) step S 4). At this time, the polarization plane of the double photon pulse is completely random due to the birefringent fluctuation of the optical fiber communication path 1.
  • the double-photon pulse guided to the quantum transmitter 100 is transmitted through the attenuator 14, so that the number of photons per pulse is attenuated.
  • the dual photon pulse introduced into the quantum transmitter 100 has a random In the polarization beam splitter 15, the photon pulse circulating clockwise and the photon pulse circulating counterclockwise are separated, and then merged in the polarization beam splitter 15 again to return to a dual photon pulse .
  • the counterclockwise photon pulse of the dual photon pulse passes through the Faraday rotator 16 and the phase modulator 17 in order, and passes through the Faraday rotator 16.
  • the plane of polarization is rotated non-reciprocally at right angles (No.
  • the counterclockwise photon pulse passes through the Faraday rotator 16 and is introduced into the phase modulator 17, and when passing through the phase modulator 17, the photon hits the signal light pulse Only the pulse undergoes phase modulation (first transmitting side phase modulation step S7).
  • the magnitude of the phase modulation at this time is controlled by the transmission-side control means 20, and is controlled via the control signal communication path 3 in accordance with the first random number output from the transmission-side data processing means 22.
  • phase modulation it is determined by applying phase modulation while adjusting the synchronization timing.
  • a clockwise photon pulse among the dual photon pulses introduced to the quantum transmitter 100 passes through the phase modulator 17 and the Faraday rotator 16 in the optical path loop in this order. Therefore, after first passing through the second transmitting-side phase modulation step S6a, the second Faraday rotation step S7a is executed.
  • the non-reciprocal rotation of the plane of polarization by the Faraday rotator (non-reciprocal element) 16 means that the direction of rotation does not depend on the traveling direction of the photon pulse.
  • phase modulator 17 in the optical path loop in order to selectively phase-modulate only the signal light pulse for both the counterclockwise and clockwise photon pulses, the polarizing beam splitter 1-5, Faraday rotator
  • the optical path length of the optical path loop including the 16 and the phase modulator 17 should be set sufficiently shorter than the distance corresponding to the time difference between the incident double photon pulses, and can be easily realized. .
  • the photon pulse that has returned to the dual photon pulse via the polarizing beam splitter 15 passes through the attenuator 14 again. At this time, the photon level intensity per pulse is attenuated until the number of photons in the signal light pulse does not exceed “1 j”, and is then introduced into the optical fiber communication channel 1 (second attenuation step S 8 ).
  • the double photon pulse that re-enters the optical fiber communication path 1 returns to the quantum receiver 200. At this time, the polarization state of the double photon pulse is changed to the optical fiber communication path.
  • the fluctuation of the birefringence of 1 causes random fluctuations again.
  • the polarization plane of the double-photon pulse that re-enters the optical fiber communication path 1 changes the Faraday rotator 1 in the quantum transmitter 100 Due to the non-reciprocal rotation at 6 due to 6, the polarization fluctuations received on the forward path of the optical fiber communication path 1 and the polarization fluctuations received on the return path act so as to cancel each other out.
  • the polarization plane of the double photon pulse is changed from the polarization beam splitter 12 to the quantum transmitter 10 Compared with the outbound trip toward 0, it is rotating exactly at a right angle (photon transmission (return trip), step S9).
  • the double photon pulse that has reached the quantum receiver 200 is guided to the polarization beam splitter 12 by the polarization plane corresponding to the S-polarized light with respect to the polarization beam splitter 12 whose polarization plane is rotated at a right angle.
  • the light is completely reflected by the polarization beam splitter 12 and guided to a detour optical path having the phase modulator 13.
  • the magnitude of the phase modulation is determined in accordance with the second random number output from the receiving-side data processing means 23 under the control of 21.
  • the two-photon pulse After passing through the phase modulator 13, the two-photon pulse is completely reflected by the polarization beam splitter 11, and passes through the asymmetric Mach-Zehnder interferometer, which has been passed on the outbound path constituted by the beam splitters 8 and 7 and the mirrors 10 and 9. Will be led again.
  • the double photon pulse re-introduced to the asymmetric Mach-Zehnder interferometer is split into two light paths having different optical path lengths as described above, and then split into four photon pulses until re-merging.
  • the reference light pulse is a reference light that goes from the beam splitter 8 directly to the beam splitter 7 and a reference light pulse that passes through the mirrors 10 and 9 Photon pulse and separated into It is.
  • the signal light pulse is separated into a signal light preceding photon pulse that goes from the beam splitter 8 directly to the beam splitter 7 and a signal light succeeding photon pulse that passes through the mirrors 10 and 9.
  • the four photon pulses merge again at the beam splitter 7, but a time difference occurs due to a difference in optical path length.
  • the combined photon pulse of the reference light succeeding photon pulse and the signal light preceding photon pulse will be exclusively guided to one of the photon detectors 18 or 19 .
  • Whether the combined photon pulse is guided to one of the photon detectors 18 and 19 depends on the phase modulation received by the signal light pulse in the first transmission-side phase modulation step S7 and the reception-side phase modulation step S10. It is determined stably by the phase difference from the phase modulation received by the reference light pulse. However, when the phase difference is “0” or “ ⁇ ”, the photon detector to which the combined photon pulse is guided is determined.
  • the photon detectors 18 and 19 respectively include the reference light preceding photon pulse, the merged photon pulse (reference light succeeding photon pulse and signal light preceding photon pulse), and the signal light succeeding photon pulse, respectively. Be guided.
  • one of the photon detectors 18 and 19 can be fired only when the combined photon pulse is guided.
  • any of the photon detectors 18 and 19 may be fired, but only the firing at the timing when the combined photon pulse is led can be made effective by the receiving side control means 21.
  • the receiving-side control means 21 determines the quantum communication bit information of “0” or “1” by igniting one of the photon detectors 18 and 19, and determines the quantum communication bit information. Is sent to the receiving-side data processing means 23 (photon detection step S 12). The above is the operation flow per photon pulse of the quantum communication unit.
  • the above-described quantum communication operation is repeatedly performed a predetermined number of times, and thereafter, the transmitting-side data processing means 22 and the receiving-side data processing means 23 exchange information with each other using the public communication path 2, From the first and second random numbers and the quantum communication bit information, random information whose confidentiality is guaranteed is shared.
  • the photon pulse output from the asymmetric Mach-Zehnder interferometer and introduced again into the same asymmetric Mach-Zehnder interferometer is arbitrarily duplicated in the optical fiber communication path 1. Even if random polarization fluctuations occur due to refraction fluctuations, non-reciprocal right-angle polarization occurs at the transmitting end of the optical fiber channel 1 (the Faraday rotator 16 in the quantum transmitter 100). By rotating and reciprocating the wavefront, random polarization fluctuations are canceled out.
  • the photon pulse re-introduced into the asymmetric Mach-Zehnder interferometer does not require any polarization independence because the polarization plane is automatically adjusted completely, and has polarization dependence. Even if it does, there is no need to adjust the polarization plane of the photon pulse.
  • the photon pulse automatically selects an optical path without the phase modulator 13.
  • Embodiment 2 On the return path from the optical fiber communication path 1 to the photon detectors 18 and 19, Since the pulse automatically selects a certain optical path of the phase modulator 13, the flow of the photon pulse is limited to one direction in the phase modulator 13, and improper phase modulation is performed on the photon pulse. There is no risk of being applied, and the repetition frequency of photon pulse generation can be freely selected.
  • Embodiment 2
  • Embodiment 1 described above since the polarization planes of the dual photon pulses are aligned, a detour optical path in which the phase modulator 13 is arranged only by the polarization beam splitters 11 and 12 is realized.
  • a detour optical path in which the phase modulator 13 is arranged only by the polarization beam splitters 11 and 12 is realized.
  • a polarization beam splitter and a polarization modulator are used. The case where a detour optical path in which a phase modulator is arranged is realized will be described.
  • FIG. 5 is a configuration diagram showing a quantum cryptographic communication device according to Embodiment 2 of the present invention in which the polarization modulator 9 is provided in the quantum receiving device 200.
  • the quantum transmitter 100 has a configuration similar to the optical system described in Patent Document 3, and includes an attenuator 14 having one end connected to the optical fiber communication path 1, and an attenuator 14.
  • Polarization beam splitter 15 connected to the optical path at the other end of the polarization beam splitter 16, polarization beam splitter 46 connected to the P polarization output port of polarization beam splitter 15, and multiplexed light input to polarization beam splitter 46
  • a Faraday mirror 47 connected to the port, a phase modulator 17 with both ends connected to the S-polarized output ports of the polarization beam splitters 15 and 46, and a transmitter control for controlling the phase modulator 17 Means 20 and transmission-side data processing means 22 connected to the transmission-side control means 20 and outputting a first random number.
  • the polarization beam splitters 15 and 46, the Faraday mirror 47 and the phase modulator 17 form an optical path loop in both rotation directions for a photon pulse for quantum communication.
  • the quantum transmitting device 100 introduces the photon pulse introduced from the quantum receiving device 200 into the Faraday mirror 147 via the optical fiber communication path 1 and the attenuator 14, and non-reciprocally biases it. After rotating and reflecting the wavefront, the wavefront is again reflected toward the quantum receiver 200 via the attenuator 14 and the optical fiber communication path 1.
  • the quantum receiver 200 includes a photon generator 4, a circulator 48 connected to an output optical path of the photon generator 4, and a polarized beam having a P-polarized light output port connected to the other end of the circuit modulator 48.
  • the phase modulator 13 connected to the s-polarized output port of the polarizing beam splitter 11 and the P-polarized output port connected to the P-polarized output port of the polarizing beam splitter 11 and the other end of the phase modulator 13 Are connected to the S-polarized light output port, and the multiplexed light input port is connected to the polarization beam splitter 12 connected to the optical fiber communication line 1, and captures the detection signals of the photon detectors 18 and 19, and
  • the polarization beam splitter 12 in the quantum receiver 200 is connected to the attenuators 1 and 4 in the quantum transmitter 100 via the optical fiber communication path 1, and the receiving-side control means 21
  • the transmission-side control means 20 is connected via the path 3
  • the reception-side data processing means 23 is connected to the transmission-side data processing means 22 via the public communication path 2.
  • the dual-photon pulse is output from the polarization beam splitter 50 to the polarization modulator 51, but the preceding reference light pulse has a polarization plane of ⁇ polarization.
  • the subsequent signal light pulse has an S-polarized polarization plane. For this reason, only the signal light pulse passing through the polarization modulator 51 rotates the plane of polarization at a right angle, and when transmitting from the quantum receiver 200 to the quantum transmitter 100, the dual photon pulse is ⁇
  • the polarization plane is aligned with the polarized light, and transmitted through the polarization beam splitters 11 and 12.
  • the S-polarized double photon pulse returns from the quantum transmitter 100 to the quantum receiver 200, an optical path that is reflected by the polarization beam splitter 12 and passes through the phase modulator 13 is selected. .
  • the dual photon pulse that has passed through the phase modulator 13 is reflected by the polarization beam splitter 11 and passes through the polarization modulator 51.
  • the polarization is modulated.
  • the device 51 rotates the plane of polarization of only the signal light pulse at a right angle to make the plane of polarization of P-polarized light.
  • the reference light pulse is completely reflected by the polarizing beam splitter 50 and passes through the loop-shaped optical path, and then goes to the half-wave plate 49, where the signal light pulse passes through the polarizing beam splitter 50 and passes through the half-wave plate. You will go straight to 49.
  • the receiving-side control means 21 performs a synchronous start-stop operation with the transmitting-side control means 20 in the quantum transmitting apparatus 100 through mutual communication of control signals via the control signal communication path 3.
  • the photon generator 4 in the quantum receiver 200 generates a photon pulse with a uniform polarization plane in accordance with the synchronization signal output from the receiving side control means 21.
  • the photon pulse generated from the photon generator 4 enters the polarization beam splitter 6 via the circulator 48. It is assumed that the polarization plane of the photon pulse is aligned with the P polarization of the polarization beam splitter 6.
  • the photon pulse passes through the polarizing beam splitter 6 and is guided to the half-wave plate 49. After the polarization plane is rotated 45 degrees by the half-wave plate 49, the light enters the polarization beam splitter 50. Since the polarization plane of the photon pulse is tilted by 45 degrees, it is split into two photon pulses: a reference light pulse that is P-polarized light and a signal light pulse that is S-polarized. After passing through the loop optical path, the signal light pulse is output from the multiplexed light output port connected to the polarization modulator 51 of the polarization beam splitter 50, and is composed of a preceding reference light pulse and a succeeding signal light pulse. The continuous photon pulse is guided to the polarization modulator 51.
  • the S-polarized signal light pulse has its polarization plane rotated at a right angle by the polarization modulator 51 and becomes P-polarized light.
  • the dual photon pulse guided to the polarization beam splitter 11 After passing through the polarization modulator 51, the dual photon pulse guided to the polarization beam splitter 11 passes through the polarization beam splitters 11 and 12 in this order, and passes through the phase modulator 13 It is guided to the optical fiber communication path 1 without being guided to the detour optical path.
  • FIG. 6A is a configuration example of an optical system for separating and outputting a single photon pulse into a double photon pulse in the quantum receiver 200 shown in FIG. 5, and includes a 1 ⁇ 2 polarization beam splitter. 6, a half-wave plate 49, a 2 ⁇ 2 polarization beam splitter 50, and a loop-shaped optical path.
  • a detour optical path for a phase modulator a polarization modulator 51 and a 1 ⁇ 2 type
  • An example of a configuration using two polarization beam splitters 11 and 12 was shown.As shown in Fig.
  • FIG. 6B two 1x2 type polarization beam splitters 52 and 53 were used.
  • FIG. 6C an example of the configuration of a photon pulse separation ⁇ output optical system, and an example of the configuration of a detour optical path using one set of 2x2 polarizing beam splitters 54, as shown in Fig. 6D , Beam splitter 55, polarization controller 56, mirrors 57, 58, and dual photon pulse using a polarization beam splitter 59
  • the separation / output optical system there is also a configuration example of the separation / output optical system, and it is not limited to one specific configuration example.
  • the double-photon pulse guided from the quantum receiver 200 to the optical fiber communication path 1 is introduced into the quantum transmitter 100, and the polarization plane is changed by the Faraday mirror 47 in the quantum transmitter 100.
  • the signal light pulse is non-reciprocally rotated and reflected at a right angle, and the signal light pulse undergoes phase modulation by the phase modulator 17, and then returns to the quantum receiver 200 again.
  • FIG. 5 as an example of the optical system configuration of the quantum transmitter 100, an attenuator 14, polarization beam splitters 15 and 46, a Faraday mirror 47, and a phase modulator 17 are shown.
  • the configuration example used is shown, similar to the first embodiment, the configuration examples as shown in FIGS. 3A to 3E exist, and are not limited to a specific one configuration example. .
  • the double photon pulse returned to the quantum receiver 200 is completely reflected by the polarization beam splitter 12 and guided to the optical path in which the phase modulator 13 is disposed.
  • the reason is that the light incident at one end of the optical fiber communication path 1 is reflected non-reciprocally at right angle by the rotation of the polarization plane at the other end, and is reflected back. Even if there is any birefringent fluctuation, the plane of polarization rotates at right angles from the point of incidence This is because they return in a state where they have been made.
  • the double photon pulse reflected by the polarization beam splitter 12 enters the phase modulator 13.
  • the phase modulator 1-3 under the control of the receiving control unit 2 1, in accordance with the second random number the receiving data processing unit 2 3 is output, multiplying the phase modulation only to the reference optical pulse .
  • the dual photon pulse that has passed through the phase modulator 13 is completely reflected by the polarization beam splitter 11 and guided to the polarization modulator 51.
  • the two-photon pulse passes through the polarization modulator 51, only the signal light pulse rotates the plane of polarization at a right angle, changing from S-polarized light to P-polarized light.
  • the dual photon pulse that has passed through the polarization modulator 51 is introduced into the polarization beam splitter 50.
  • the reference light pulse which is the S-polarized light
  • the signal light pulse that is P-polarized light passes through the polarizing beam splitter 50 and is guided to the half-wave plate 49.
  • the reference light pulse and the signal light pulse are transmitted through the same loop light path as when the signal light pulse passed on the outward path from the quantum receiver 200 to the quantum transmitter 100.
  • the time difference between is completely negated, resulting in the merging and interference of one photon pulse.
  • the photon pulse that caused the interference has a polarization plane that is exclusively one of two orthogonal polarization planes.
  • the photon pulse induced by the half-wave plate 49 causing the interference is guided by the half-wave plate 49 to the polarization beam splitter 6 after the polarization plane is rotated by 135 degrees.
  • the photon pulse guided to the polarization beam splitter 6 is guided exclusively to one port connected to one of the pair of photon detectors 18 and 19, and the other photon detector is ignited. I do.
  • the photon pulse guided to the port connected to the photon detector 19 is guided to the photon detector 19 by the circulator 48.
  • the receiving side control means 21 converts which of the photon detectors 18 and 19 fired into bit information and transmits the bit information to the receiving side data processing means 23.
  • the receiving-side data processing means 23 transmits the second random number and the bit information transmitted by the quantum information. Using the public communication channel 2, random information with guaranteed confidentiality is shared while exchanging a part of the information with the quantum transmitting apparatus 100 using the public communication channel 2.
  • the double-photon pulse introduced from the quantum receiver 200 to the quantum transmitter 100 through the optical fiber channel 1 is transmitted to the optical fiber channel when the pulse reaches the quantum transmitter 100.
  • the plane of polarization is completely random due to the birefringent fluctuations of 1.
  • the dual-photon pulse introduced into the quantum transmitter 100 is attenuated by the attenuator 14, and is then polarized by the polarization beam splitter 15 into two orthogonal polarization modes (P-polarized light and S-polarized light). (Polarized light).
  • the two-pulse photon pulse (S-polarized light) traveling clockwise is reflected by the polarization beam splitter 15, passes through the phase modulator 17, The light is reflected by the polarizing beam splitter 46 and guided to the Faraday mirror 47. After the polarization plane is rotated and reflected non-reciprocally by the Faraday mirror 47, the light passes through the polarization beam splitter 46 and returns to the polarization beam splitter 15.
  • the dual-photon pulse (P-polarized light) traveling counterclockwise passes through the polarization beam splitters 15 and 46, and is not reflected by the Faraday mirror 47.
  • the polarization plane is reciprocally rotated and reflected at a right angle, is reflected by the polarization beam splitter 46, passes through the phase modulator 17, and returns to the polarization beam splitter 15.
  • the phase modulator 17 converts only the signal light pulse of the two-photon pulse according to the first random number output by the transmission-side control means 22.
  • phase modulation is performed when passing through the phase modulator 17 without depending on the traveling direction of clockwise or counterclockwise.
  • the four photon pulses returned to the polarizing beam splitter 15 have the same optical path length until they separate and join, regardless of whether they are clockwise or counterclockwise.Therefore, they become a dual photon pulse again and are introduced into the attenuator 14. Is done.
  • the magnitude of the attenuation of the photon level intensity of the attenuator 14 is determined by the intensity at which the number of photons of the signal light pulse does not exceed “1”. It has been adjusted to be.
  • the double-photon pulse that has been introduced again into the optical fiber communication path 1 and returned to the quantum receiver 200 is completely reflected by the polarization beam splitter 12 as described above, and the phase modulator 1 After passing through the detour optical path with 3, the light is reflected by the polarization beam splitter 11 and guided to the port where the photon detectors 18 and 19 are installed. Which of 8 and 19 fired is converted into bit information and transmitted to the receiving data processing means 23.
  • the transmission-side data processing means 22 and the reception-side data processing means 23 are concealed via the quantum transmission path (optical fiber communication path 1).
  • the confidentiality information is shared using the information transmitted while maintaining the confidentiality and the information transmitted via the public communication channel 2. In other words, random information whose confidentiality is guaranteed while exchanging a part of information using the public communication channel 2 from the first and second random numbers and the bit information transmitted by quantum communication To share.
  • the processing steps of the quantum communication unit related to the photon pulse (quantum cryptography) of the quantum cryptographic communication device include a photon generation step S1, an optical pulse separation / merging step S2, and a polarization plane of the signal light pulse.
  • Step S 10 receiving-side phase modulation step S 11, second polarization rotation step S 12 for rotating the polarization plane of the signal light pulse again, photon separation / convergence / interference step S 1 3 and a photon detection step S 14.
  • the photon generator 4 in the quantum receiver 200 is controlled by the receiver-side control means 21. Generates a photon pulse.
  • the generated photon pulse is guided to a polarization beam splitter 6 by a circuit writer 48.
  • the polarization plane of the photon pulse is aligned with the P-polarized light (photon generation step S 1).
  • the photon pulse may be generated such that the number of photons per pulse follows a Poisson distribution, such as a laser pulse, or may be generated as a single photon per pulse using a single photon source.
  • the photon pulse guided to the polarizing beam splitter 6 passes through the polarizing beam splitter 6, is guided to the half-wave plate 49, and rotates the plane of polarization by 45 degrees.
  • the photon pulse whose polarization plane is rotated by 45 degrees is guided to the polarization beam splitter 50, and is separated into a reference light pulse of P polarization and a signal light pulse of S polarization.
  • the signal light pulse merges with the reference light pulse and is output as a double-photon pulse toward the polarization modulator 51 (light pulse separation / merging step S 2).
  • the two-photon pulse guided to the polarization modulator 51 is turned into a two-photon pulse with a uniform polarization plane by rotating the polarization plane of the signal light pulse at a right angle (first polarization rotation step S 3 ).
  • the dual photon pulse output from the polarization modulator 51 is polarized so that the polarization plane of both the reference light pulse and the signal light pulse is P-polarized with respect to the polarization beam splitters 11 and 12. Since the wavefronts are aligned, the polarizing beam splitters 1 1 and 1
  • optical path transmitting through 2 is selected (optical path selection step S 4).
  • the double photon pulse transmitted through the polarization beam splitter 12 is guided to the optical fiber communication path 1 and transmitted as it is to the quantum transmitter 100 (photon supply (forward path) step S5). At this time, the polarization plane of the double photon pulse is completely random due to the birefringent fluctuation of the optical fiber communication path 1.
  • the dual photon pulse guided to the quantum transmitter 100 is guided to the polarizing beam splitter 15 after the number of photons per pulse is attenuated by passing through the attenuator 14 (the first attenuator). Step S6).
  • the dual photon pulse introduced into the quantum transmitter 100 has two polarization planes, so that the polarization beam splitter 15 has a photon pulse circulating clockwise and a photon pulse circulating counterclockwise. After splitting into two beams, they are joined again by the polarizing beam splitter 46 and return to a double-photon pulse. That is, the counterclockwise photon pulse of the dual photon pulse passes through the polarization beam splitter 46, the Faraday mirror 47, the polarization beam splitter 46, and the phase modulator 17 in the optical path loop in order. When passing through the Faraday mirror 47, the plane of polarization is non-reciprocally rotated and reflected at right angles (first Faraday rotation reflection step S7).
  • the counterclockwise photon pulse is reflected by the Faraday mirror 47, and then introduced into the phase modulator 17.
  • the phase modulator 17 When passing through the phase modulator 17, only the photon pulse corresponding to the signal light pulse is emitted. Undergoes phase modulation (first transmission-side phase modulation step S 8).
  • the magnitude of the phase modulation at this time is controlled by the transmission-side control means 20, and is controlled via the control signal communication path 3 in accordance with the first random number output from the transmission-side data processing means 22.
  • a clockwise photon pulse passes through the phase modulator 17 and the Faraday mirror 47 in the optical path loop in this order.
  • a second Faraday rotation reflection step S8a is performed.
  • the non-reciprocal rotation of the polarization plane by the Faraday mirror (non-reciprocal element) 47 means that the direction of rotation does not depend on the traveling direction of the photon pulse.
  • phase modulator 17 in the optical path loop in order to selectively phase-modulate only the signal light pulse for both the counterclockwise and clockwise photon pulses, Makes the optical path length of the optical path loop including the polarizing beam splitters 15 and 46, the Faraday mirror 47 and the phase modulator 17 sufficiently shorter than the distance corresponding to the time difference between the incident double photon pulses. It can be easily set by setting it.
  • the photon pulse that has returned to the dual photon pulse via the polarizing beam splitter 15 passes through the attenuator 14 again. At this time, the number of photons in the signal light pulse is “1
  • the double photon pulse that re-enters the optical fiber communication path 1 returns to the quantum receiver 200.
  • the polarization state of the double photon pulse is Due to the birefringent fluctuations of the optical communication channel 1, the optical transmission line receives random fluctuations again, and the polarization plane of the double-photon pulse re-entering the optical fiber communication channel 1 changes within the quantum transmitter 100.
  • the Faraday mirror 47 of the optical fiber is rotated non-reciprocally at a right angle, so that the polarization fluctuation received on the outward path of the optical fiber communication path 1 and the polarization fluctuation received on the return path exactly cancel each other. Act on.
  • the polarization plane of the double photon pulse is changed from the polarization beam splitter 12 to the quantum transmitter 10 It is rotating at a right angle more accurately than on the outbound trip toward 0 (photon transmission (return) step S10).
  • the double-photon pulse that has reached the quantum receiver 200 has a polarization plane whose polarization plane is rotated at a right angle and a polarization plane corresponding to S-polarized light with respect to the polarization beam splitter 12.
  • phase modulation step S 11 Since the light is guided to the polarization beam splitter 12, it is completely reflected by the polarization beam splitter 12, and is guided to a detour optical path including the phase modulator 13.
  • phase modulation step S 11 On the receiving side.
  • the magnitude of the phase modulation is determined.
  • the dual photon pulse After passing through the phase modulator 13, the dual photon pulse is completely reflected by the polarization beam splitter 11 and guided to the polarization modulator 51.
  • the dual photon pulse introduced into the polarization modulator 51 passes through the polarization modulator 51.
  • the polarization plane of only the signal light pulse is rotated at a right angle, and the polarization is changed from S-polarized light to P-polarized light.
  • the reference light pulse In the dual photon pulse guided from the polarization modulator 51 to the polarization beam splitter 50, the reference light pulse is completely reflected by the polarization beam splitter 50, and passes through the loop optical path.
  • the signal light pulse passes through the polarizing beam splitter 50. Therefore, when output from the polarizing beam splitter 50, the reference light pulse and the signal light pulse are simultaneously output and merge to form one photon pulse. Interference occurs when the reference light pulse and the signal light pulse merge. As a result of interference, the plane of polarization is exclusively two orthogonal polarizations One of the faces.
  • the photon pulse that caused the interference is guided to the half-wave plate 49, and the polarization plane is rotated by one hundred and fifty-five degrees.
  • the photon pulse that caused the interference with the polarization plane rotated by one hundred and fifty-five degrees is guided to the polarization beam splitter 6 and output to one of the ports of the photon detectors 18 and 19 (photon Separation 'merging' interference step S13).
  • the photon pulse that caused the interference will be exclusively directed to one of the photon detectors 18 or 19.
  • the photon pulse guided to the optical path where the photon detector 19 is located is guided to the photon detector 19 by the calculator 48.
  • Whether the photon pulse that caused the interference is guided to one of the photon detectors 18 and 19 depends on the phase modulation received by the signal light pulse in the first transmission-side phase modulation step S8 and the reception-side phase modulation step. It is determined stochastically by the phase difference between the reference light pulse and the received phase modulation in S11. However, when the phase difference is “0” or “ ⁇ ”, the photon detector to which the photon pulse causing the interference is guided is determined.
  • the receiving-side control means 21 determines the quantum communication bit information of “0” or “1” based on the fact that one of the photon detectors 18 and 19 has been fired, and determines this quantum communication bit information.
  • the data is sent to the receiving-side data processing means 23 (photon detection step S14).
  • the above is the operation flow per photon pulse of the quantum communication unit.
  • the above-described quantum communication operation is repeatedly performed a predetermined number of times, and thereafter, the transmitting-side data processing means 22 and the receiving-side data processing means 23 exchange information with each other using the public communication path 2, From the first and second random numbers and the quantum communication bit information, random information whose confidentiality is guaranteed is shared.
  • the photon pulse output from the quantum receiver 200 and re-introduced to the quantum receiver 200 is randomly generated due to an arbitrary birefringent fluctuation of the optical fiber communication channel 1. Even if a large amount of polarization fluctuation occurs, the polarization plane rotates non-reciprocally at right angles at the transmitting end of the optical fiber communication path 1 (the Faraday mirror 47 in the quantum transmitter 100). As a result, random polarization fluctuations are canceled out.
  • the photon pulse re-introduced into the quantum receiver 200 automatically changes its polarization plane. Since they are perfectly arranged, there is no requirement for polarization independence, and even if they have polarization dependence, there is no need to adjust the polarization plane of photon pulses. Also, since the same optical system was used for separating the photon pulses into two-photon pulses on the outward path and the same optical system used for converging and interfering the two-photon pulses on the return path, The optical path length difference does not need to be adjusted at all, and the optical path length fluctuation is automatically compensated, so that a stable interference system can be configured.
  • the photon pulse automatically selects an optical path without the phase modulator 13 and on the return path from the optical fiber communication path 1 to the photon detectors 18 and 19, Since the photon pulse automatically selects a certain optical path of the phase modulator 13, the flow of the photon pulse in the phase modulator 13 is limited to one direction, and the phase No risk of modulation, photon pulse It is possible to freely select the repetition frequency of the raw photon pulse.

Abstract

往路光子パルスに位相変調がかかることを防ぎ、光源の繰り返し周波数を自由に選択できる量子暗号通信装置を得ることを目的とし、量子受信装置は、光源と、光源の光子パルスから時間差２連光子パルスを発生すると共に、逆進する量子である信号光パルスと参照光パルスとを合波、干渉させるための合波干渉手段を有するループ状光路と、受信される参照光パルスのみに対して位相変調をかける位相変調器を有する迂回光路と、ループ状光路を介した干渉光を観測する光子検出器を含み、量子送信装置は、２連光子パルスの偏波面を非相反的に直角に回転させる偏波回転手段と、偏波回転手段を通過した信号光パルスに位相変調をかけて再び量子受信装置に戻す位相変調器と、減光手段とを含む。

Description

量子暗号通信装置 技術分野
この発明は、 位相変調方式の量子暗号において、 送信者側で量子を秘密情報で 変調した後伝送し、 受信者側で受信した量子を復調することで秘密情報を共有す る量子暗号通信装置に関するものである。
明
背景技術
量子暗号通信とは、 送信者側が量子、 一般書的には光子を秘密情報で変調した後 伝送し、 受信者側が受信した量子を復調することで秘密情報を共有する通信方式 である。 量子に載せられた秘密情報は量子力学の不確定性原理により安全性が保 証されている。 但し、 量子は壊れやすく、 全ての情報を確実に伝送できるわけで はないため、 秘密情報としては乱数情報を用いている。 送受信者間で伝送される 乱数情報は、 誤り訂正や守秘性を高める等のデータ処理を行った後、 暗号通信用 の秘密鍵として用いられる。 これを特に量子鍵配布と呼んでいる。
ところで、 位相変調方式は、 光ファイバ通信をベースにした量子暗号において 好適に用いられる変調方式である。 これは、 信号光パルスと参照光パルスという 時間差 2連光子パルスの相対位相情報が光ファィバ伝送中に比較的よく保存され るためである。 相対位相情報は、 信号光パルスと参照光パルスとを合波した際に 生じる干渉現象を観測することで復調できる。 このため、 位相変調方式の量子喑 号通信装置では、 送信装置側に 2連光子パルスを発生させるための非対称マッハ ツエンダ干渉計と呼ばれるループ状光路を持ち、 受信装置側に 2連光子パルスを 合波、 干渉させるための同じ大きさの非対称マツハツヱンダ干渉計を持つ構成が 一般的である。
しかしながら、 このような構成の量子喑号通信装置においては、 以下の 2つの 揺らぎの効果が無視できない影響を及ぼしている。 1つは、 通信路の持つ複屈折 性の偏波揺らぎであり、 もう 1つは、 送受信装置が持つ 2つの非対称マッハツエ ンダ干渉計の間に生じる光路長揺らぎである。 この 2つの揺らぎのため、 上記構 成の量子喑号通信装置では絶え問なレ、偏波および光路長の調整が必要であった。 これに対して、 デファク ト化が進行している。 プラグ &プレイ方式と呼ばれる 量子暗号通信装置は、 量子受信装置から量子送信装置へ、 量子送信装置から量子 受信装置へと 2連光子パルスを往復させ、 量子送信装置内で非相反的に各光パル スの偏波面を直角に回転させた後反射することで、 量子伝送路上で被る偏波揺ら ぎを往路と復路とで相殺し、 偏波揺らぎの自動補償を実現している。 また、 量子 受信装置内で信号光と参照光という時間差のある 2連光子パルスを発生させるた めのループ状光路と 2連光子パルスを合波、 干渉させるためのループ状光路とを 同一にすることで、 光路長揺らぎの補償された安定な合波、 干渉を実現していた (例えば、 特許文献 1及び 3、 非特許文献 1参照） 。
なお、 上記のようなプラグ &プレイ方式の量子喑号通信装置において、 特に量 子送信装置を構成する光学系の 1構成例として、 量子喑号に特化した光学系では ないが、 偏波回転ミラーを用いた光学系の構成も可能である （例えば、 特許文献 2参照） 。
特許文献 1 ：特開 2 00 2— 28 9 2 9 8号公報 （段落 00 3 3、 図 1 ) 特許文献 2 ：特開平 5— 24 1 1 04号公報 （段落 00 1 2、 図 4 (a) 、 図 5 (b) )
特許文献 3 : US 6， 1 8 8， 7 6 8 B 1 (図 2, 図 4及び第 6頁） 非特許文献 1 ： G. Ribordy, et. al. "Automated "Plug & Play" Quantum K ey Distribution" Electronics Letters 34, (22) , pp. 2116-2117, 1998 従来のプラグ &プレイ方式の量子暗号通信装置は、 光子パルスが同一光路上を 往復することで揺らぎに対して安定な系を構成しているが、 このために、 光子パ ルスが量子受信装置内の位相変調器を往路と復路とで 2回通過しなければならな レ、。 通信速度を高速にするために光源の繰り返し周波数を上げていき、 光子パル スが光路を往復するのにかかる時間よりも短い周期で光子パルスが発振されるよ うになると、 1周期の中での往路光子パルスが位相変調器を通過するタイミング と復路光子パルスが位相変調器を通過するタイミングが接近し、 選択した繰り返 し周波数によっては復路光子パルスのみに位相変調をかけるつもりでも、 位相変 調不要な往路光子パルスにも位相変調がかかってしまうという問題点があった。 この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、 往路光子パ ルスに位相変調がかかることを防ぎ、 通信速度高速化のために光源の繰り返し周 波数を自由に選択できる量子暗号通信装置を得ることを目的とする。 発明の開示
この発明に係る量子暗号通信装置は、 量子を伝送するための量子通信路と、 前 記量子伝送路の送信側に設置された量子送信装置と、 前記量子伝送路の受信側に 設置された量子受信装置と、 前記量子送信装置と前記量子受信装置を結合して同 期信号を含む制御信号を相互通信するための制御信号通信路とを備えた量子暗号 通信装置であって、 前記量子受信装置は、 量子源となる光源と、 前記光源から出 た光子パルスから信号光パルスと参照光パルスとの時間差 2連光子パルスを発生 すると共に、 逆進する量子である信号光パルスと参照光パルスとを合波、 干渉さ せるための合波干渉手段を有するループ状光路と、 前記量子通信路との接続口に 設けられて、 前記時間差 2連光子パルスが前記量子通信路を介して前記量子送信 装置と前記量子受信装置との間を往復した後、 受信される前記参照光パルスのみ に対して位相変調をかける位相変調器を有する迂回光路と、 前記ループ状光路を 介した干渉光を観測する光子検出器とを含み、 前記量子送信装置は、 前記量子受 信装置から前記量子通信路を介して到達した 2連光子パルスの偏波面を非相反的 に直角に回転させる偏波回転手段と、 前記偏波回転手段を通過した信号光パルス に位相変調をかけて再び量子通信路を通って前記量子受信装置に戻す位相変調器 と、 信号光パルスをパルス中に光子が 2個以上含まない状態まで減光する減光手 段とを含むことを特徴とする。 図面の簡単な説明
図 1は、 この発明の実施の形態 1に係る量子暗号通信装置を示す構成図、 図 2 Aは、 図 1に示す非対称マッハツエンダ干渉計と位相変調器用迂回光路の 構成図、
図 2 Bは、 図 2 Aの位相変調器用迂回光路の変形構成図、 図 2 Cは、 図 2 Aの非対称マツハツヱンダ干渉計の変形構成図、 図 2 Dは、 図 2 Aの非対称マツハツ-ンダ干渉計の変形構成図、
図 3 Aは、 図 1に示す量子送信装置の光学系の構成図、
図 3 Bは、 図 1に示す量子送信装置の光学系の変形構成図、
図 3 Cは、 図 1に示す量子送信装置の光学系の変形構成図、
図 3 Dは、 図 1に示す量子送信装置の光学系の変形構成図、
図 3 Eは、 図 1に示す量子送信装置の光学系の変形構成図、
図 4は、 図 1に示すこの発明の実施の形態 1による量子通信動作を説明するフ π一チヤ一卜、
図 5は、 この発明の実施の形態 2に係る量子暗号通信装置を示す構成図、 図 6 Aは、 図 5に示す量子受信装置の光学系の構成図、
図 6 Bは、 図 5に示す量子受信装置の光学系の変形構成図、
図 6 Cは、 図 5に示す量子受信装置の光学系の変形構成図、
図 6 Dは、 図 5に示す量子受信装置の光学系の変形構成図、
図 6 Eは、 図 5に示す量子受信装置の光学系の変形構成図、
図 7は、 図 5に示すこの発明の実施の形態 2による量子通信動作を説明するフ ローチャートである。 発明を実施するための最良の形態
実施の形態 1 .
図 1は、 この発明の実施の形態 1に係る量子暗号通信装置を示す構成図であり
、 光ファイバに基づく位相変調方式を用いた装置の全体構成を示している。 図 1に示す量子暗号通信装置は、 送信側の量子送信装置 1 0 0と、 受信側の量 子受信装置 2 0 0と、 量子送信装置 1 0 0および量子受信装置 2 0 0を相互接続 するための量子伝送路となる光ファイバ通信路 1と、 公開通信路 2および制御信 号通信路 3とにより構成されている。
量子送信装置 1 0 0および量子受信装置 2 0 0は、 量子として振舞う光子を伝 送する光ファイバ通信路 1と、 L A Nやインタ一ネットで代表される公開通信路
2と、 制御信号通信路 3とを介して相互に接続される。 光ファイバ通信路 1は、 量子暗号を含む量子信号を伝送し、 制御信号通信路 3 は、 量子送信装置 1 0 0および量子受信装置 2 0 0を同期 '調歩動作させるため の制御信号を伝送する。 また、 制御信号通信路 3としては、 具体的には、 光ファ ィバ通信路 1または公開通信路 2が用いられてもよい。
量子送信装置 1 0 0は、 前述した特許文献 2に記載された光学系と類似の構成 を有しており、 光ファイバ通信路 1に一端が接続されたアツテネータ 1 4と、 ァ ッテネータ 1 4の他端の光路に接続された偏光ビームスプリッタ 1 5と、 偏光ビ 一ムスプリッタ 1 5の 2つの光路に個別に接続されたファラディー回転子 1 6お よび位相変調器 1 7と、 位相変調器 1 7を制御する送信側制御手段 2 0と、 送信 側制御手段 2 0に接続されて第 1の乱数を出力する送信側データ処理手段 2 2と を備えている。
偏光ビームスプリッタ 1 5、 ファラディー回転子 1 6および位相変調器 1 7は 、 量子通信用の光子パルスに対する両回転方向の光路ループを構成しており、 量 子送信装置 1 0 0は、 量子受信装置 2 0 0から導入された光子パルスを、 光ファ ィバ通信路 1およびアツテネータ 1 4を介してファラディー回転子 1 6に導入し 、 非相反的に偏波面を直角に回転させる偏波回転手段としてのファラディー回転 子 （非相反素子） 1 6を通した後、 再度アツテネータ 1 4および光ファイバ通信 路 1を介して量子受信装置 2 0 0に向けて反射して戻すようになつている。 なお 、 アツテネータ 1 4は、 信号光パルスをパルス中に光子が 2個以上含まない状態 まで減光する減光手段をなす。
一方、 量子受信装置 2 0 0は、 量子源となる光子を発生する光源としての光子 発生器 4と、 光子発生器 4の出力光路に一端が接続された偏光子 5と、 偏光子 5 の他端に P偏光出力ポートが接続された偏光ビームスプリッタ 6と、 偏光ビーム スプリッタ 6の S偏光出力ポートに接続された光子検出器 1 9と、 偏光ビームス プリッタ 6の合波光入力ポートに配設されたビームスプリッタ 7、 8およびミラ 一 9、 1 0からなる非対称マッハツエンダ干渉計と、 非対称マッハツエンダ干渉 計のビームスプリッタ 7の残った出力ポートに接続された光子検出器 1 8と、 非 対称マッハツエンダ干渉計のビームスプリッタ 8の出力ポートに合波光入力ポー トが接続された偏光ビームスプリッタ 1 1と、 偏光ビームスプリッタ 1 1の S偏 光出力ポートに接続された位相変調器 1 3と、 偏光ビームスプリッタ 1 1の P偏 光出力ポートに P偏光出力ポートが接続され、 かつ、 位相変調器 1 3の他端が S 偏光出力ポートに接続され、 かつ、 合波光入力ポートが光ファイバ通信路 1に接 続された偏光ビームスプリッタ 1 2と、 光子検出器 1 8、 1 9の検出信号を取り 込み、 かつ、 位相変調器 1 3と光子検出器 1 8、 1 9と光子発生器 4を制御する 受信側制御手段 2 1と、 受信側制御手段 2 1に接続されて第 2の乱数を出力し、 光子検出信号を入力する受信側データ処理手段 2 3とを備えている。
量子受信装置 2 0 0内の偏光ビームスプリッタ 1 2は、 光ファイバ通信路 1を 介して量子送信装置 1 0 0内のァッテネータ 1 4に接続され、 受信側制御手段 2 1は、 制御信号通信路 3を介して送信側制御手段 2 0に接続され、 受信側データ 処理手段 2 3は、 公開通信路 2を介して送信側データ処理手段 2 2に接続されて いる。
量子受信装置 2 0 0内において、 ビームスプリッタ 7、 8およびミラー 9、 1 0からなる非対称マッハツエンダ干渉計は、 光子発生器 4から発生した光子パル スを信号光パルスと参照光パルスとの時間差 2連光子パルスに分離するループ状 光路を形成し、 ここで、 ビ一ムスプリッタ 7は、 逆進する量子である信号光パル スと参照光パルスとの合波、 干渉を引き起こす合波干渉手段として機能する。 また、 量子受信装置 2 0 0内において、 偏光ビームスプリッタ 1 1、 1 2は、 2つの直交する偏波モードを分離し、 P偏光した光子が量子受信装置 2 0 0から 量子送信装置 1 0 0へ伝送する際には、 偏光ビームスプリッタ 1 1、 1 2を短絡 する光路が選択され、 S偏光した光子が量子送信装置 1 0 0から量子受信装置 2 0 0へ伝送する際には、 位相変調器 1 3を経由する迁回光路が選択される。 次に、 図 1に示したこの発明の実施の形態 1に係る量子暗号通信装置の動作に ついて説明する。
受信側制御手段 2 1は、 制御信号通信路 3を介した制御信号の相互通信により 、 量子送信装置 1 0 0内の送信側制御手段 2 0と同期 '調歩動作する。
量子受信装置 2 0 0内の光子発生器 4は、 受信側制御手段 2 1が出力する同期 信号に応じて偏波面の揃った光子パルスを発生する。
光子発生器 4から発生した光子パルスは、 偏光ビームスプリッタ 6の P偏光に あたる偏波面のみが通過するように設置されている偏光子 5によって、 偏波面が 整えられた後、 非対称マッハツエンダ干渉計に入光する。 非対称マッハツ ンダ 干渉計に入光した光子パルスは、 偏波面の揃った可干渉な時間差を有する参照光 パルスと信号光パルスと呼ばれる 2連光子パルスに分離され、 偏光ビームスプリ ッタ 1 1に導かれる。
ここで、 2連光子パルスのうち先行する第 1の光子パルス （参照光パルス） は 、 ビームスプリッタ 7から直にビームスプリッタ 8へ進行した光子パルスであり 、 他方の後続する第 2の光子パルス （信号光パルス） はビームスプリッタ 7で反 射されてミラー 9、 1 0を通過する光子パルスである。 偏光ビームスプリッタ 1 1に導かれた 2連光子パルスは、 偏光ビームスプリッタ 6と同じに偏光面が設定 されている偏光ビームスプリッタ 1 1、 1 2をこの順に通過し、 位相変調器 1 3 のある迂回光路に導かれることなく、 光ファイバ通信路 1に導かれる。
なお、 図 1における非対称マッハツエンダ干渉計と位相変調器用迁回光路の構 成例としては種々採用できる。 図 2 Aは、 図 1に示す非対称マッハツエンダ干渉 計の構成例であり、 ビームスプリッタ 7、 8とミラー 9、 1 0とを用い、 位相変 調器用迁回光路の構成例として、 1 X 2 ( 1入力 2出力または 2入力 1出力） タ イブの偏光ビームスプリッタ 1 1、 1 2とで 2式を用いた構成例を示したが、 図 2 Bに示すように、 2 X 2 ( 2入力 2出力または 2入力 2出力） タイプの偏光ビ 一ムスプリッタ 2 4を 1式用いた迂回光路の構成例や、 図 2 Cに示すように、 力 プラ 2 5、 2 6と遅延ファイバ 2 7を用いた非対称マッハツエンダ干渉計の構成 例や、 図 2 Dに示すように、 カプラ 2 8とファラディーミラー 2 9、 3 0を用い た非対称マッハツエンダ干渉計の構成例も存在し、 特定の 1つの構成例に特化さ れるものではない。 なお、 図 2 Dにおいて、 3 1はサーキユレ一タを示す。 量子受信装置 2 0 0から光ファイバ通信路 1に導かれた 2連光子パルスは、 量 子送信装置 1 0 0に導入され、 量子送信装置 1 0 0内のファラディー回転子 1 6 により偏波面を非相反的に直角に回転させられ、 位相変調器 1 7により信号光パ ルスが位相変調を受けた後、 再び量子受信装置 2 0 0に帰還してくる。
なお、 図 1における量子送信装置の光学系の構成例としては種々採用できる。 図 3 Aは、 図 1に示す量子送信装置の光学系の構成例であり、 アツテネータ 1 4 と偏光ビームスプリッタ 1 5とファラディー回転子 1 6と位相変調器 1 7を用い た構成例を示したが、 図 3 Bに示すように、 2個の 1 X 2偏光ビームスプリッタ 3 2 , 3 3、 2個の位相変調器 3 4， 3 5およびファラディーミラー 3 6を用い た構成例や、 図 3 Cに示すように、 2個の 1 X 2偏光ビームスプリッタ 3 7 ,' 3 8、 位相変調器 3 9およびファラディーミラー 4 0を用いた構成例や、 図 3 Dに 示すように、 2 X 2偏光ビームスプリッタ 4 1、 位相変調器 4 2およびファラデ ィーミラー 4 3を用いた構成例や、 図 3 Eに示すように、 偏波無依存の位相変調 器 4 4およびファラディーミラー 4 5を用いた構成例も存在し、 1つの構成例に 特化されるものではない。
量子受信装置 2 0 0に帰還した 2連光子パルスは、 偏光ビームスプリッタ 1 2 で完全に反射されて、 位相変調器 1 3が配置された迂回光路に導かれる。 なぜな らば、 光ファイバ通信路 1の一方の端点で入射された光が他方の端点で非相反的 に直角に偏波面の回転を受けて反射して帰還する場合に、 途中の光路でいかなる 複屈折性の揺らぎが存在したとしても、 入射した時点から直角に偏波面が回転し た状態で帰還するからである。
偏光ビームスプリッタ 1 2で反射された 2連光子パルスは、 位相変調器 1 3に 入光する。 このとき、 位相変調器 1 3は、 受信側制御手段 2 1の制御下で、 受信 側データ処理手段 2 3が出力した第 2の乱数に応じて、 参照光パルスのみに対し て位相変調をかける。
位相変調器 1 3を通過した 2連光子パルスは、 偏光ビームスプリッタ 1 1で完 全に反射されて非対称マッハツェング干渉計へと導かれる。 このとき、 非対称マ ッハツエンダ干渉計は、 先行する参照光パルスを時間差の有する参照光 2連光子 パルス、 すなわち、 ビームスプリッタ 8からビ一ムスプリッタ 7に直行する参照 光の先行光子パルスと、 ミラー 1 0、 9を通過する参照光の後続光子パルスに分 割し、 同様に後続する信号光パルスを、 時間差の有する信号光 2連光子パルス、 すなわち、 ビームスプリッタ 8からビームスプリッタ 7に直行する信号光の先行 光子パルスと、 ミラ一 1 0、 9を通過する信号光の後続光子パルスに分割する。 ここで、 非対称マッハツエンダ干渉計で往路、 復路ともに同じ光路を用いてい るので、 各 2連光子パルスの各時間差は自動的に全く同じとなる。 従って、 参照光の後続光子パルスと信号光の先行光子パルスは同時にビームス プリッタ 7に到達して干渉を引き起こすことになる。 干渉を引き起こした光子パ ルスは、 排他的に 1対の光子検出器 1 8、 1 9のいずれかに接続する一方のポー トに導かれ、 一方の光子検出器を発火する。 なお、 光子検出器 1 9に接続するポ 一卜に導かれた光子パルスは、 偏光ビームスプリッタ 6により完全に反射されて 、 光子検出器 1 9に導かれることになる。
受信側制御手段 2 1は、 光子検出器 1 8、 1 9のいずれが発火したかをビット 情報に変換し、 受信側データ処理手段 2 3に伝送する。 受信側データ処理手段 2 3は、 第 2の乱数と、 量子情報で伝送されたビット情報とから、 公開通信路 2を 用いて、 量子送信装置 1 0 0と情報の一部を交換しつつ、 秘匿性が保証されたラ ンダムな情報を共有する。
次に、 量子送信装置 1 0 0に注目しながら、 具体的な動作について説明する。 量子受信装置 2 0 0から光ファイバ通信路 1を通過して量子送信装置 1 0 0に 導入された 2連光子パルスは、 量子送信装置 1 0 0に到達した時点では、 光ファ ィバ通信路 1の有する複屈折性の揺らぎにより偏波面が完全にランダムな状態に なっている。 この状態で、 量子送信装置 1 0 0に導入された 2連光子パルスは、 アツテネータ 1 4で減衰された後、 偏光ビームスプリッタ 1 5によりそれぞれ直 交する 2つの偏波モード （P偏光と S偏光） に分離される。
このようにして、 4つに分離された光子パルスのうち、 時計回りに進行する 2 連光子パルス （S偏光） は、 偏光ビームスプリッタ 1 5で反射され、 位相変調器 1 7を通過した後、 ファラディー回転子 1 6で非相反的に偏波面を直角に回転さ せられた後、 偏光ビームスプリッタ 1 5に戻る。
また、 4つに分離された光子パルスのうち、 反時計回りに進行する 2連光子パ ルス （P偏光） は、 偏光ビームスプリッタ 1 5を通過し、 ファラディー回転子 1 6で非相反的に偏波面を直角に回転させられて、 位相変調器 1 7を通過した後、 偏光ビームスプリッタ 1 5に戻る。
このとき、 位相変調器 1 7は、 送信側制御手段 2 0の制御下で、 送信側制御手 段 2 2が出力した第 1の乱数に応じて、 2連光子パルスのうち信号光パルスのみ に対して、 日き計回りまたは反時計回りの進行方向に依存することなく、 位相変調 器 1 7を通過する際に位相変調をかけている。
偏光ビームスプリッタ 1 5に戻った 4つの光子パルスは分離合流するまでの光 路長が、 時計回りまたは反時計回りに依存せずに等しいので、 再び 2連光子パル スとなり、 アツテネータ 1 4に導入される。
ここで、 アツテネータ 1 4の光子レベル強度の減衰の大きさは、 信号光パルス の光子数が 「1」 を越えない強度となるように調整されている。
このようにして、 再び光ファイバ通信路 1に導入されて量子受信装置 2 0 0に 帰還した 2連光子パルスは、 前述したとおり、 偏光ビームスプリッタ 1 2により 完全に反射されて、 位相変調器 1 3のある迂回光路を通った後、 偏光ビームスプ リツタ 1 1で反射されて、 光子検出器 1 8、 1 9の設置されたポー卜に導かれる 以下、 受信側制御手段 2 1は、 光子検出器 1 8、 1 9のいずれが発火したかを ビッ ト情報に変換して受信側データ処理手段 2 3に伝送する。
上記の 1パルス当たりの量子通信を、 あらかじめ定めた回数だけ繰り返した後 、 送信側デ一タ処理手段 2 2および受信側データ処理手段 2 3は、 量子伝送路 （ 光ファイバ通信路 1 ) を介して秘匿性を保って伝送された情報と、 公開通信路 2 を介して伝送された情報とを用いて秘匿性情報を共有する。 すなわち、 第 1およ び第 2の乱数と、 量子通信で伝送されたビット情報とから、 公開通信路 2を用い て、 情報の一部を交換しつつ、 秘匿性が保証されたランダムな情報を共有する。 次に、 図 4に示すフローチャートを参照しながら、 図 1に示したこの発明の実 施の形態 1による量子通信動作について、 さらに具体的に説明する。
図 4において、 量子暗号通信装置の光子パルス （量子暗号） に関連した量子通 信部の処理ステップは、 光子発生ステップ S 1と、 光パルス分離 ·合流ステップ S 2と、 位相変調器 1 3を経由しない光路を選択する光路選択ステップ S 3と、 量子受信装置 2 0 0から量子送信装置 1 0 0への量子通信用の光子供給 （往路） ステップ S 4と、 送信側での第 1アツテネートステップ S 5と、 第 1ファラディ 一回転ステップ S 6と、 第 1送信側位相変調ステップ S 7と、 第 2受信側位相変 調ステップ S 6 aと、 第 2ファラディー回転ステップ S 7 aと、 第 2アツテネ一 トステップ S 8と、 量子送信装置 1 0 0から量子受信装置 2 0 0への量子通信用 の光子伝送 （復路） ステップ S 9と、 受信側位相変調ステップ S 1 0と、 光子分 離 ·合流 ·干渉ステップ S 1 1と、 光子検出ステップ S 1 2とを含む。
まず、 量子受信装置 2 0 0内の光子発生器 4は、 受信側制御手段 2 1の制御下 で光子パルスを発生する。 発生した光子パルスは、 偏光子 5により偏光ビームス プリッタ 6の P偏光に相当する光子パルスのみが通過する。 P偏光に偏波面が揃 えられた光子パルスは、 偏光ビームスプリッタ 6を透過する （光子発生ステップ S 1 ) 。 なお、 光子パルスは、 例えばレーザ一パルスのように、 パルス当たりの 光子数がポアソン分布に従うように発生されてもよく、 単一光子源を用いて、 パ ルス当たり単一光子として発生されてもよい。
偏光ビームスプリッタ 6を透過した光子パルスは、 ビームスプリッタ 7、 8お よびミラ一 9、 1 0により構成される非対称マツハツヱンダ干渉計に導かれる。 非対称マッハッェンダ干渉計に導かれた光子パルスは、 この非対称マッハツエン ダ干渉計内において光路長の異なる 2つの光路に分離された後、 再度合流して出 力されることにより、 光路長に応じた時間差を有する 2連光子パルスとなる （光 パルス分離 '合流ステップ S 2 ) 。 なお、 この非対称マッハツエンダ干渉計内で は偏波面が保持される構成となっている。
非対称マッハツエンダ干渉計から出力された 2連光子パルスは、 先行する参照 光パルスと後続する信号光パルスとにより構成され、 いずれの光子パルスも偏波 面が偏光ビームスプリッタ 1 1、 1 2に対して P偏光となるように偏波面が揃つ ているので、 偏光ビームスプリッタ 1 1および 1 2を透過する光路が選択される (光路選択ステップ S 3 ) 。
偏光ビームスプリッタ 1 2を透過した 2連光子パルスは、 光ファイバ通信路 1 に導かれ、 そのまま量子送信装置 1 0 0に伝送される （光子供給 （往路） ステツ プ S 4 ) 。 このとき、 光ファイバ通信路 1が有する複屈折性の揺らぎにより、 2 連光子パルスの偏波面は完全にランダムな状態になってしまう。
量子送信装置 1 0 0に導かれた 2連光子パルスは、 アツテネータ 1 4を透過す ることによって、 パルス当たりの光子数が減衰された後、 偏光ビームスプリッタ
1 5に導かれる （第 1アツテネートステップ S 5 ) 。
また、 量子送信装置 1 0 0に導入された 2連光子パルスは、 各偏波面がランダ ムなので、 偏光ビームスプリッタ 1 5において、 時計回りで周回する光子パルス と反時計回りで周回する光子パルスとに分離された後、 再び偏光ビームスプリッ タ 1 5で合流して 2連光子パルスに戻る。
すなわち、 2連光子パルスのうちの反時計回りの光子パルスは、 光路ループ内 において、 ファラディー回転子 1 6および位相変調器 1 7の順に通過し、 ファラ ディー回転子 1 6を通るときに、 偏波面が非相反的に直角に回転させられる （第
1ファラディー回転ステップ S 6 )
また、 反時計回りの光子パルスは、 ファラディー回転子 1 6を通過した後、 位 相変調器 1 7に導入され、 位相変調器 1 7を通過する際に、 信号光パルスに当た る光子パルスのみが位相変調を受ける （第 1送信側位相変調ステップ S 7 ) 。 このときの位相変調の大きさは、 送信側制御手段 2 0により制御され、 送信側 データ処理手段 2 2が出力した第 1の乱数に応じて、 制御信号通信路 3を介して
、 同期タイミングを調整しつつ位相変調をかけることによって決定される。 一方、 量子送信装置 1 0 0に導入された 2連光子パルスのうち、 時計回りの光 子パルスの場合は、 光路ループ内において、 位相変調器 1 7およびファラディー 回転子 1 6の順に通過するので、 先に第 2送信側位相変調ステップ S 6 aを経た 後に、 第 2ファラディー回転ステップ S 7 aが実行される。 なお、 ファラディー 回転子 （非相反素子） 1 6による非相反的な偏波面の回転とは、 回転の向きが光 子パルスの進行方向に依存しないことを意味する。
また、 光路ループ内の位相変調器 1 7において、 反時計回りの光子パルスおよ び時計回りの光子パルスのいずれに対しても、 信号光パルスのみに対して選択的 に位相変調をかけるためには、 偏光ビームスプリッタ 1 5、 ファラディー回転子
1 6および位相変調器 1 7を含む光路ループの光路長を、 入射される 2連光子パ ルスの時間差に相当する距離に比べて十分に短く設定すればよく、 容易に実現す ることができる。
偏光ビームスプリッタ 1 5を介して、 再び 2連光子パルスに戻った光子パルス は、 アツテネータ 1 4を再度通過する。 このとき、 信号光パルスの光子数が 「1 j を越えない程度まで、 パルス当たりの光子レベル強度が減衰された後、 光ファ ィバ通信路 1に導入される （第 2アツテネートステップ S 8 ) 。 光ファイバ通信路 1に再入射した 2連光子パルスは、 量子受信装置 2 0 0に向 かって帰還することになるが、 このとき、 2連光子パルスの偏波状態は、 光ファ ィバ通信路 1の有する複屈折性の揺らぎによって、 再びランダムな変動を受ける しかし、 光ファイバ通信路 1に再入射した 2連光子パルスの偏波面は、 量子送 信装置 1 0 0内のファラディー回転子 1 6により、 非相反的に直角に回転を受け ているので、 光ファイバ通信路 1の往路上で受けた偏波変動と、 復路上で受けた 偏波変動が丁度打ち消し合うように作用する。
従って、 再導入された 2連光子パルスが量子受信装置 2 0 0内の偏光ビームス プリッタ 1 2に到達する時点では、 2連光子パルスの偏波面は、 偏光ビームスプ リツタ 1 2から量子送信装置 1 0 0に向かった往路時と比べて、 正確に直角に回 転している （光子伝送 （復路） ステップ S 9 ) 。
このように、 量子受信装置 2 0 0に到達した 2連光子パルスは、 偏波面が直角 に回転した、 偏光ビームスプリッタ 1 2にとつて S偏光にあたる偏波面でもって 、 偏光ビームスプリッタ 1 2に導かれるので、 偏光ビームスプリッタ 1 2におい て完全に反射され、 位相変調器 1 3のある迂回光路に導かれる。 2連光子パルス が位相変調器 1 3を通過する際に、 参照光パルスのみが位相変調を受ける （受信 側位相変調ステップ S 1 0 ) 。 このときの位相変調の大きさは、 受信側制御手段
2 1により制御され、 受信側データ処理手段 2 3が出力した第 2の乱数に応じて 、 位相変調の大きさが決定される。
2連光子パルスは位相変調器 1 3を通過後、 偏光ビームスプリッタ 1 1で完全 に反射されて、 ビームスプリッタ 8、 7およびミラー 1 0、 9により構成される 往路で通過した非対称マッハツヱンダ干渉計に再度導かれる。
非対称マッハツェンダ干渉計に再導入された 2連光子パルスは、 前述と同様に 、 それぞれ光路長の異なる 2つの光路に分離された後、 再度合流するまで、 4つ の光子パルスに分かれることになる。
すなわち、 非対称マッハツエンダ干渉計に導入された 2連光子パルスのうち、 参照光パルスは、 ビームスプリッタ 8からビームスプリッタ 7に直行する参照光 先行光子パルスと、 ミラー 1 0、 9を通過する参照光後続光子パルスとに分離さ れる。
同様に、 信号光パルスは、 ビームスプリッタ 8からビームスプリッタ 7に直行 する信号光先行光子パルスと、 ミラー 1 0、 9を通過する信号光後続光子パルス とに分離される。
上記 4つの光子パルスは、 ビームスプリッタ 7で再び合流するが、 光路長差に より時間差が生じしている。
但し、 往路で通過した非対称マッハツェンダ干渉計を復路で再び通過するため 、 時間差が自動的に完全に一致する参照光後続光子パルスと信号光先行光子パル スは、 ビームスプリッタ 7に同時に到達し、 干渉を引き起こすことになる （光子 分離 '合流 ·干渉ステップ S 1 1 ) 。
ビ一ムスプリッタ 7における干渉の結果、 参照光後続光子パルスおよび信号光 先行光子パルスの合流光子パルスは、 光子検出器 1 8または 1 9のいずれかの一 方に排他的に導かれることになる。
なお、 光子検出器 1 9のある光路に導かれた光子パルスは、 偏波面が往路のと きと比べて直角に回転しているので、 偏光ビームスプリッタ 6で完全に反射され て、 光子検出器 1 9に導かれる。
合流光子パルスが光子検出器 1 8、 1 9のどちらかに導かれるかは、 第 1送信 側位相変調ステップ S 7において信号光パルスが受けた位相変調と、 受信側位相 変調ステップ S 1 0において参照光パルスが受けた位相変調との位相差により確 率的に決定される。 但し、 上記位相差が 「0」 または 「π」 の場合には、 合流光 子パルスの導かれる光子検出器が確定する。
このようにして、 光子検出器 1 8、 1 9には、 参照光先行光子パルスと、 合流 光子パルス （参照光後続光子パルスおよび信号光先行光子パルス） と、 信号光後 続光子パルスとがそれぞれ導かれる。
ここで、 タイミングを調整することにより、 合流光子パルスが導かれたときの みに、 光子検出器 1 8、 1 9の一方を発火させることができる。
または、 光子検出器 1 8、 1 9のいずれが発火してもよいが、 受信側制御手段 2 1により、 合流光子パルスが導かれたタイミングの発火のみを有効とすること ができる。 いずれにせよ、 受信側制御手段 2 1は、 光子検出器 1 8、 1 9のどちらかが発 火したことにより、 「0」 または 「1」 の量子通信ビット情報を定め、 この量子 通信ビット情報を受信側データ処理手段 2 3に送る （光子検出ステップ S 1 2 ) 以上が量子通信部の光子パルス当たりの動作フローである。
上記量子通信動作は、 予め定めた回数だけ繰り返し実行され、 その後、 送信側 データ処理手段 2 2および受信側データ処理手段 2 3は、 公開通信路 2を用いて 相互に情報交換をしつつ、 第 1および第 2の乱数と量子通信ビット情報から、 秘 匿性が保証されたランダムな情報を共有する。
このように、 量子受信装置 2 0 0内において、 非対称マッハツエンダ干渉計か ら出力されて、 再び、 同一の非対称マッハツエンダ干渉計に導入される光子パル スは、 光ファイバ通信路 1の有する任意の複屈折性揺らぎに起因してランダムな 偏波変動が生じても、 光ファイバ通信路 1の送信側端 （量子送信装置 1 0 0内の ファラディー回転子 1 6 ) で非相反的に直角に偏波面が回転されて往復すること により、 ランダムな偏波変動が打ち消されることになる。
従って、 非対称マッハツエンダ干渉計に再導入された光子パルスは、 偏波面が 自動的に完全に整えられているので、 偏波無依存性が要求されることは全くなく 、 偏波依存性を有していたとしても、 光子パルスの偏波面の調整が全く不要とな る。
また、 往路において光子パルスを 2連光子パルスに分離するために用いた非対 称マッハツエンダ干渉計と、 復路において、 2連光子パルスを合流 '干渉させる ために用いた非対称マッハツエンダ干渉計に同一のものを用いているため、 光路 長差の調整が全く不要であり、 かつ、 光路長揺らぎに対しても自動的に補償され るような構成となり、 安定な干渉系を構成することができる。
また、 量子受信装置 2 0 0内の光路において、 位相変調器 1 3を通る迀回光路 を設け、 上記のような量子送信装置 1 0 0内で偏波面が直角に回転されることを 利用して、 量子受信装置 2 0 0内で、 光子発生器 4から光ファイバ通信路 1に向 かう往路においては、 光子パルスが位相変調器 1 3の無い光路を自動的に選択し
、 光ファイバ通信路 1から光子検出器 1 8、 1 9に向かう復路においては、 光子 パルスが位相変調器 1 3のある迀回光路を自動的に選択するようにしたことで、 位相変調器 1 3において光子パルスの流れは一方向に限定され、 光子パルスに不 適切な位相変調がかけられるおそれが全くなくなり、 光子パルス発生の繰り返し 周波数を自由に選択することができる。 実施の形態 2 .
上述した実施の形態 1では、 2連光子パルスの偏波面が揃っているため、 偏光 ビームスプリッタ 1 1、 1 2のみで位相変調器 1 3を配置する迂回光路を実現し たが、 この実施の形態 2では、 特許文献 1及び 3、 非特許文献 1に記載された光 学系のように、 2連光子パルスの偏波面が揃っていない場合に、 偏光ビームスプ リッタと偏光変調器を用いて、 位相変調器を配置した迂回光路を実現する場合を 示す。
図 5は、 量子受信装置 2 0 0内に偏光変調器 9を設けたこの発明の実施の形態 2に係る量子暗号通信装置を示す構成図である。 図 5において、 量子送信装置 1 0 0は、 特許文献 3に記載された光学系と類似の構成を有しており、 光ファイバ 通信路 1に一端が接続されたアツテネータ 1 4と、 アツテネータ 1 4の他端の光 路に接続された偏光ビームスプリッタ 1 5と、 偏光ビームスプリッタ 1 5の P偏 光出力ポ一トに接続された偏光ビームスプリッタ 4 6と、 偏光ビームスプリッタ 4 6の合波光入力ポー卜に接続されたファラディーミラー 4 7と、 偏光ビームス プリッタ 1 5、 4 6の S偏光出力ポートに両端が接続された位相変調器 1 7と、 位相変調器 1 7を制御する送信側制御手段 2 0と、 送信側制御手段 2 0に接続さ れて第 1の乱数を出力する送信側データ処理手段 2 2とを備えている。
偏光ビームスプリッタ 1 5、 4 6、 ファラディーミラー 4 7、 位相変調器 1 7 は、 量子通信用の光子パルスに対する両回転方向の光路ループを構成している。 量子送信装置 1 0 0は、 量子受信装置 2 0 0から導入された光子パルスを、 光 ファイバ通信路 1およびアツテネータ 1 4を介してファラディーミラ一 4 7に導 入し、 非相反的に偏波面を回転 '反射した後、 再度アツテネータ 1 4および光フ アイバ通信路 1を介して量子受信装置 2 0 0に向けて反射するようになっている 量子受信装置 2 0 0は、 光子発生器 4と、 光子発生器 4の出力光路に接続され たサーキュレータ 4 8と、 サーキユレ一タ 4 8の他端に P偏光出力ポー卜が接続 された偏光ビームスプリッタ 6と、 サーキユレータ 4 8のもう一端に接続された 光子検出器 1 9と、 偏光ビームスプリッタ 6の合波光入力ポートに接続された半 波長板 4 9と、 偏光ビームスプリッタ 6の S偏光出力ポートに接続された光子検 出器 1 8と、 半波長板 4 9に P偏光出力ポートが接続された 2 X 2偏光ビ一ムス プリッタ 5 0と、 偏光ビームスプリッタ 5 0の S偏光出力ポートと対向するもう 1つのポー卜を短絡するループ状光路と、 偏光ビームスプリッタ 5 0の合波光入 力ポートと接続する偏光変調器 5 1と、 偏光変調器 5 1に合波光入力ポートが接 続された偏光ビームスプリッタ 1 1と、 偏光ビームスプリッタ 1 1の s偏光出力 ポートに接続された位相変調器 1 3と、 偏光ビームスプリッタ 1 1の P偏光出力 ポートに P偏光出力ポートが接続され、 かつ、 位相変調器 1 3の他端が S偏光出 力ポートに接続され、 かつ、 合波光入力ポートが光ファイバ通信路 1に接続され た偏光ビ一ムスプリッタ 1 2と、 光子検出器 1 8、 1 9の検出信号を取り込み、 かつ、 偏光変調器 5 1と位相変調器 1 3と光子検出器 1 8、 1 9と光子発生器 4 を制御する受信側制御手段 2 1と、 受信側制御手段 2 1に接続されて第 2の乱数 を出力し、 光子検出信号を入力する受信側データ処理手段 2 3とを備えている。 量子受信装置 2 0 0内の偏光ビームスプリッタ 1 2は、 光ファイバ通信路 1を 介して量子送信装置 1 0 0内のアツテネータ 1 ·4に接続され、 受信側制御手段 2 1は、 制御信号通信路 3を介して送信側制御手段 2 0に接続され、 受信側データ 処理手段 2 3は、 公開通信路 2を介して送信側データ処理手段 2 2に接続されて いる。
量子受信装置 2 0 0内において、 偏光ビームスプリッタ 5 0から 2連光子パル スが偏光変調器 5 1に向かって出力されるが、 先行する参照光パルスは Ρ偏光の 偏波面を持っているのに対し、 後続する信号光パルスは S偏光の偏波面を持って いる。 このため、 偏光変調器 5 1が通過する信号光パルスのみ偏波面を直角に回 転し、 量子受信装置 2 0 0から量子送信装置 1 0 0へ伝送する際には、 2連光子 パルスを Ρ偏光に偏波面を揃えて、 偏光ビームスプリッタ 1 1、 1 2を透過させ る。 S偏光した 2連光子パルスが量子送信装置 1 0 0から量子受信装置 2 0 0へ帰 還した際には、 偏光ビームスプリッタ 1 2で反射され位相変調器 1 3を経由する 光路が選択される。 位相変調器 1 3を通過した 2連光子パルスは、 偏光ビームス プリッタ 1 1で反射され、 偏光変調器 5 1を通過する、 2連光子パルスが偏光変 調器 5 1を通過する際、 偏光変調器 5 1は、 信号光パルスのみ偏波面を直角に回 転し、 P偏光の偏波面にする。 このため、 偏光ビームスプリッタ 5 0で参照光パ ルスは完全に反射されてループ状光路を経た後、 半波長板 4 9に向かい、 信号光 パルスは、 偏光ビームスプリッタ 5 0を透過し半波長板 4 9に直行することにな る。
次に、 図 5に示したこの発明の実施の形態 2に係る量子喑号通信装置の動作に ついて説明する。
受信側制御手段 2 1は、 制御信号通信路 3を介した制御信号の相互通信により 、 量子送信装置 1 0 0内の送信側制御手段 2 0と同期 '調歩動作する。 量子受信 装置 2 0 0内の光子発生器 4は、 受信側制御手段 2 1が出力する同期信号に応じ て、 偏波面の揃った光子パルスを発生する。
光子発生器 4から発生した光子パルスは、 サーキユレータ 4 8を経て偏光ビー ムスプリッタ 6に入光する。 なお、 光子パルスは偏光ビームスプリッタ 6の P偏 光に偏波面が揃っているとする。
光子パルスは、 偏光ビームスプリッタ 6を透過し、 半波長板 4 9に導かれる。 半波長板 4 9によって、 偏波面が 4 5度回転させられた後、 偏光ビームスプリッ タ 5 0に入光する。 光子パルスは偏波面が 4 5度傾いているため、 P偏光である 参照光パルスと S偏光である信号光パルスの 2つの光子パルスに分離される。 信 号光パルスは、 ループ状光路を経た後、 偏光ビームスプリッタ 5 0の偏光変調器 5 1に接続する合波光出力ポートから出力され、 先行する参照光パルスと後続す る信号光パルスからなる 2連光子パルスが偏光変調器 5 1に導かれる。
偏光変調器 5 1に導かれた 2連光子パルスのうち、 S偏光である信号光パルス は偏光変調器 5 1により偏波面を直角に回転させられ、 P偏光になる、 このため
、 偏光変調器 5 1を通過後、 偏光ビームスプリッタ 1 1に導かれた 2連光子パル スは、 偏光ビームスプリッタ 1 1、 1 2をこの順に通過し、 位相変調器 1 3のあ る迂回光路に導かれることなく、 光フアイバ通信路 1に導かれる。
なお、 図 5における量子受信装置 2 0 0の光学系の構成例としては種々採用で きる。 図 6 Aは、 図 5に示す量子受信装置 2 0 0において、 1つの光子パルスか ら 2連光子パルスに分離 ·出力するための光学系の構成例であり、 1 X 2偏光ビ 一ムスプリッタ 6と、 半波長板 4 9と、 2 X 2偏光ビームスプリッタ 5 0と、 ル ープ状光路を用い、 位相変調器用迂回光路の構成例として、 偏光変調器 5 1と、 1 X 2タイプの偏光ビームスプリッタ 1 1、 1 2との 2個を用いた構成例を示し たが、 図 6 Bに示すように、 1 X 2タイプの偏光ビームスプリッタ 5 2、 5 3の 2式用いた 2連光子パルス分離 '出力光学系の構成例や、 図 6 Cに示すように、 2 X 2偏光ビ一ムスプリッタ 5 4を 1式用いた迂回光路の構成例や、 図 6 Dに示 すように、 ビームスプリッタ 5 5と、 偏光コントローラ 5 6と、 ミラー 5 7、 5 8と、 偏光ビームスプリッタ 5 9を用いた 2連光子パルス分離 ·出力光学系の構 成例や、 図 6 Eに示すように、 力ブラ 6 0と、 遅延ファイバ 6 1と、 偏光コント ローラ 6 2と、 偏光ビームスプリッタ 6 3とを用いた 2連光子パルス分離■出力 光学系の構成例も存在し、 特定の 1つの構成例に特化されるものではない。 量子受信装置 2 0 0から光ファイバ通信路 1に導かれた 2連光子パルスは、 量 子送信装置 1 0 0に導入され、 量子送信装置 1 0 0内のファラディーミラー 4 7 により偏波面を非相反的に直角に回転 ·反射させられ、 位相変調器 1 7により信 号光パルスが位相変調を受けた後、 再び量子受信装置 2 0 0に帰還してくる。 なお、 図 5においては、 量子送信装置 1 0 0の光学系の構成例として、 アツテ ネータ 1 4と、 偏光ビームスプリッタ 1 5、 4 6と、 ファラディーミラー 4 7と 、 位相変調器 1 7を用いた構成例を示したが、 実施の形態 1と同様に、 図 3 A— 図 3 Eに示したような構成例も存在し、 特定の 1つの構成例に特化されるもので はない。
量子受信装置 2 0 0に帰還した 2連光子パルスは、 偏光ビームスプリッタ 1 2 で完全に反射されて、 位相変調器 1 3が配置された迁回光路に導かれる。 なぜな らば、 光ファイバ通信路 1の一方の端点で入射された光は、 他方の端点で非相反 的に直角に偏波面の回転を受けて反射して帰還する場合に、 途中の光路でいかな る複屈折性の揺らぎが存在したとしても、 入射した時点から直角に偏波面が回転 した状態で帰還するからである。
偏光ビームスプリッタ 1 2で反射された 2連光子パルスは、 位相変調器 1 3に 入光する。 このとき、 位相変調器 1 3は、 受信側制御手段 2 1の制御下で、 受信 側データ処理手段 2 3が出力した第 2の乱数に応じて、 参照光パルスのみに対し て位相変調をかける。
位相変調器 1 3を通過した 2連光子パルスは、 偏光ビームスプリッタ 1 1で完 全に反射されて偏光変調器 5 1へと導かれる。 2連光子パルスが偏光変調器 5 1 を通過する際、 信号光パルスのみ偏波面を直角に回転させられ、 S偏光から P偏 光にかわる。
偏光変調器 5 1を通過した 2連光子パルスは、 偏光ビームスプリッタ 5 0に導 入される。 S偏光である参照光パルスは、 偏光ビームスプリッタ 5 0において完 全に反射させられて、 ループ状光路を経た後、 半波長板 4 9に導かれる。 一方、 P偏光である信号光パルスは、 偏光ビームスプリッタ 5 0を透過し、 半波長板 4 9に導かれる。
このとき、 参照光パルスは、 信号光パルスが量子受信装置 2 0 0から量子送信 装置 1 0 0に向かう往路で通過したときと同一のループ状光路を通過するので、 参照光パルスと信号光パルスの間の時間差は完全に打ち消されて、 1つの光子パ ルスとして合流 ·干渉を引き起こすことになる。 干渉を引き起こした光子パルス は、 この干渉の場合は、 偏波面が排他的に 2つの直交する偏波面のいずれか 1つ となる。
半波長板 4 9に導かれた、 干渉を引き起こした光子パルスは、 半波長板 4 9に より偏波面を一 4 5度回転させられた後、 偏光ビームスプリッタ 6に導かれる。 偏光ビームスプリッタ 6に導かれた光子パルスは、 干渉の結果、 排他的に 1対の 光子検出器 1 8、 1 9のいずれかに接続する一方のポートに導かれ、 一方の光子 検出器を発火する。 なお、 光子検出器 1 9に接続するポートに導かれた光子パル スは、 サーキュレータ 4 8により光子検出器 1 9に導かれることになる。
受信側制御手段 2 1は、 光子検出器 1 8、 1 9のいずれが発火したかをビット 情報に変換し、 受信側データ処理手段 2 3に伝送する。
受信側データ処理手段 2 3は、 第 2の乱数と、 量子情報で伝送されたビッ ト情 報とから、 公開通信路 2を用いて、 量子送信装置 1 0 0と情報の一部を交換しつ つ、 秘匿性が保証されたランダムな情報を共有する。
次に、 量子送信装置 1 0 0に注目しながら、 具体的な動作について説明する。 量子受信装置 2 0 0から光ファイバ通信路 1を通過して量子送信装置 1 0 0に 導入された 2連光子パルスは、 量子送信装置 1 0 0に到達した時点では、 光ファ ィバ通信路 1の有する複屈折性の揺らぎにより偏波面が完全にランダムな状態に なっている。
この状態で、 量子送信装置 1 0 0に導入された 2連光子パルスは、 アツテネー タ 1 4で減衰された後、 偏光ビームスプリッタ 1 5によりそれぞれ直交する 2つ の偏波モード （P偏光と S偏光） に分離される。
このようにして、 4つに分離された光子パルスのうち、 時計回りに進行する 2 連光子パルス （S偏光） は、 偏光ビームスプリッタ 1 5で反射され、 位相変調器 1 7を通過した後、 偏光ビームスプリッタ 4 6で反射され、 ファラディーミラー 4 7に導かれる。 ファラディーミラー 4 7で非相反的に偏波面を直角に回転 ·反 射させられた後、 偏光ビームスプリッタ 4 6を透過し、 偏光ビームスプリッタ 1 5に戻る。
また、 4つに分離された光子パルスのうち、 反時計回りに進行する 2連光子パ ルス （P偏光） は、 偏光ビームスプリッタ 1 5、 4 6を通過し、 ファラディ一ミ ラー 4 7で非相反的に偏波面を直角に回転 ·反射させられ、 偏光ビームスプリッ タ 4 6で反射され、 位相変調器 1 7を通過した後、 偏光ビームスプリッタ 1 5に 戻る。
このとき、 位相変調器 1 7は、 送信側制御手段 2 0の制御下で、 送信側制御手 段 2 2が出力した第 1の乱数に応じて、 2連光子パルスのうち信号光パルスのみ に対して、 時計回りまたは反時計回りの進行方向に依存することなく、 位相変調 器 1 7を通過する際に位相変調をかけている。
偏光ビームスプリッタ 1 5に戻った 4つの光子パルスは、 分離合流するまでの 光路長が、 時計回りまたは反時計回りに依存せずに等しいので、 再び 2連光子パ ルスとなり、 アツテネータ 1 4に導入される。 ここで、 アツテネータ 1 4の光子 レベル強度の減衰の大きさは、 信号光パルスの光子数が 「1」 を越えない強度と なるように調整されている。
このようにして、 再び光ファイバ通信路 1に導入されて量子受信装置 2 0 0に 帰還した 2連光子パルスは、 前述したとおり、 偏光ビームスプリッタ 1 2により 完全に反射されて、 位相変調器 1 3のある迂回光路を通った後、 偏光ビームスプ リツタ 1 1で反射されて、 光子検出器 1 8、 1 9の設置されたポートに導かれる 以下、 受信側制御手段 2 1は、 光子検出器 1 8、 1 9のいずれが発火したかを ビット情報に変換して受信側データ処理手段 2 3に伝送する。
上記の 1パルス当たりの量子通信を、 あらかじめ定めた回数だけ繰り返した後 、 送信側データ処理手段 2 2および受信側データ処理手段 2 3は、 量子伝送路 （ 光ファイバ通信路 1 ) を介して秘匿性を保って伝送された情報と、 公開通信路 2 を介して伝送された情報とを用いて秘匿性情報を共有する。 すなわち、 第 1およ び第 2の乱数と、 量子通信で伝送されたビット情報とから、 公開通信路 2を用い て、 情報の一部を交換しつつ、 秘匿性が保証されたランダムな情報を共有する。 次に、 図 7に示すフローチャートを参照しながら、 図 5に示したこの発明の実 施の形態 2による量子通信動作について、 さらに具体的に説明する。
図 7において、 量子暗号通信装置の光子パルス （量子暗号） に関連した量子通 信部の処理ステップは、 光子発生ステップ S 1と、 光パルス分離 '合流ステップ S 2と、 信号光パルスの偏波面を回転させる第 1偏波回転ステップ S 3と、 位相 変調器 1 3のない光路を選択する光路選択ステップ S 4と、 量子受信装置 2 0 0 から量子送信装置 1 0 0への量子通信用の光子供給 （往路） ステップ S 5と、 送 信側での第 1アツテネートステップ S 6と、 第 1ファラディー回転反射ステップ S 7と、 第 1送信側位相変調ステップ S 8と、 第 2送信側位相変調ステップ S 7 a と、 第 2ファラディー回転反射ステップ S 8 a と、 第 2アツテネートステップ S 9と、 量子送信装置 1 0 0から量子受信装置 2 0 0への量子通信用の光子伝送
(復路） ステップ S 1 0と、 受信側位相変調ステップ S 1 1と、 再び信号光パル スの偏波面を回転させる第 2偏波回転ステップ S 1 2と、 光子分離■合流■干渉 ステップ S 1 3と、 光子検出ステップ S 1 4とを含む。
まず、 量子受信装置 2 0 0内の光子発生器 4は、 受信側制御手段 2 1の制御下 で光子パルスを発生する。 発生した光子パルスは、 サーキユレ一タ 4 8により偏 光ビームスプリッタ 6に導かれる。 光子パルスは、 P偏光に偏波面が揃えられて いる （光子発生ステップ S 1 ) 。 なお、 光子パルスは、 例えばレーザーパルスの ように、 パルス当たりの光子数がポアソン分布に従うように発生されてもよく、 単一光子源を用いて、 パルス当たり単一光子として発生されてもよい。
偏光ビームスプリッタ 6に導かれた光子パルスは、 偏光ビームスプリッタ 6を 透過し、 半波長板 4 9に導かれ、 偏波面を 4 5度回転させられる。 偏波面を 4 5 度回転させられた光子パルスは、 偏光ビームスプリッタ 5 0に導かれ、 P偏光で ある参照光パルスと S偏光である信号光パルスに分離される。 信号光パルスは、 ループ上光路を経た後、 参照光パルスと合流して、 2連光子パルスとして偏光変 調器 5 1に向かって出力される （光パルス分離 ·合流ステップ S 2 ) 。
偏光変調器 5 1に導かれた 2連光子パルスは、 信号光パルスのみ偏波面を直角 に回転させられて、 偏波面の揃った 2連光子パルスとなる （第 1偏波回転ステツ プ S 3 ) 。
偏光変調器 5 1から出力された 2連光子パルスは、 参照光パルスと信号光パル スのいずれの光子パルスも偏波面が偏光ビームスプリッタ 1 1、 1 2に対して P 偏光となるように偏波面が揃っているので、 偏光ビームスプリッタ 1 1および 1
2を透過する光路が選択される （光路選択ステップ S 4 ) 。
偏光ビームスプリッタ 1 2を透過した 2連光子パルスは、 光ファイバ通信路 1 に導かれ、 そのまま量子送信装置 1 0 0に伝送される （光子供給 （往路） ステツ プ S 5 ) 。 このとき、 光ファイバ通信路 1が有する複屈折性の揺らぎにより、 2 連光子パルスの偏波面は完全にランダムな状態になってしまう。
量子送信装置 1 0 0に導かれた 2連光子パルスは、 アツテネータ 1 4を透過す ることによって、 パルス当たりの光子数が減衰された後、 偏光ビームスプリッタ 1 5に導かれる （第 1アツテネートステップ S 6 ) 。
また、 量子送信装置 1 0 0に導入された 2連光子パルスは、 各偏波面がランダ ムなので、 偏光ビームスプリッタ 1 5において、 時計回りで周回する光子パルス と反時計回りで周回する光子パルスとに分離された後、 再び偏光ビームスプリッ タ 4 6で合流して 2連光子パルスに戻る。 すなわち、 2連光子パルスのうちの反時計回りの光子パルスは、 光路ループ内 において、 偏光ビームスプリッタ 4 6、 ファラディーミラー 4 7、 偏光ビームス プリッタ 4 6および位相変調器 1 7の順に通過し、 ファラディーミラー 4 7を通 るときに、 偏波面が非相反的に直角に回転 ·反射させられる （第 1ファラディー 回転反射ステップ S 7 ) 。
また、 反時計回りの光子パルスは、 ファラディーミラー 4 7で反射された後、 位相変調器 1 7に導入され、 位相変調器 1 7を通過する際に、 信号光パルスに当 たる光子パルスのみが位相変調を受ける （第 1送信側位相変調ステップ S 8 ) 。 このときの位相変調の大きさは、 送信側制御手段 2 0により制御され、 送信側 データ処理手段 2 2が出力した第 1の乱数に応じて、 制御信号通信路 3を介して
、 同期タイミングを調整しつつ位相変調をかけることによって決定される。 一方、 量子送信装置 1 0 0に導入された 2連光子パルスのうち、 時計回りの光 子パルスの場合は、 光路ループ内において、 位相変調器 1 7およびファラディー ミラー 4 7の順に通過するので、 先に第 2送信側位相変調ステップ S 7 aを経た 後に、 第 2ファラディー回転反射ステップ S 8 aが実行される。 なお、 ファラデ ィーミラー （非相反素子） 4 7による非相反的な偏波面の回転とは、 回転の向き が光子パルスの進行方向に依存しないことを意味する。
また、 光路ループ内の位相変調器 1 7において、 反時計回りの光子パルスおよ び時計回りの光子パルスのいずれに対しても、 信号光パルスのみに対して選択的 に位相変調をかけるためには、 偏光ビームスプリッタ 1 5、 4 6、 ファラディー ミラー 4 7および位相変調器 1 7を含む光路ループの光路長を、 入射される 2連 光子パルスの時間差に相当する距離に比べて十分に短く設定すればよく、 容易に 実現することができる。
偏光ビームスプリッタ 1 5を介して、 再び 2連光子パルスに戻った光子パルス は、 アツテネータ 1 4を再度通過する。 このとき、 信号光パルスの光子数が 「1
」 を越えない程度まで、 パルス当たりの光子レベル強度が減衰された後、 光ファ ィバ通信路 1に導入される （第 2アツテネートステップ S 9 ) 。
光ファイバ通信路 1に再入射した 2連光子パルスは、 量子受信装置 2 0 0に向 かって帰還することになるが、 このとき、 2連光子パルスの偏波状態は、 光ファ ィバ通信路 1の有する複屈折性の揺らぎによって、 再びランダムな変動を受ける し力 し、 光ファイバ通信路 1に再入射した 2連光子パルスの偏波面は、 量子送 信装置 1 0 0内のファラディ一ミラー 4 7により、 非相反的に直角に回転を受け ているので、 光ファイバ通信路 1の往路上で受けた偏波変動と、 復路上で受けた 偏波変動が丁度打ち消し合うように作用する。
従って、 再導入された 2連光子パルスが量子受信装置 2 0 0内の偏光ビームス プリッタ 1 2に到達する時点では、 2連光子パルスの偏波面は、 偏光ビームスプ リツタ 1 2から量子送信装置 1 0 0に向かった往路時と比べて、 正確に直角に回 転している （光子伝送 （復路） ステップ S 1 0 ) 。
このように、 量子受信装置 2 0 0に到達した 2連光子パルスは、 偏波面が直角 に回転した、 偏光ビームスプリッタ 1 2にとつて S偏光にあたる偏波面でもって
、 偏光ビームスプリッタ 1 2に導かれるので、 偏光ビームスプリッタ 1 2におい て完全に反射され、 位相変調器 1 3のある迂回光路に導かれる。 2連光子パルス が位相変調器 1 3を通過する際に、 参照光パルスのみが位相変調を受ける （受信 側位相変調ステップ S 1 1 ) 。 このときの位相変調の大きさは、 受信側制御手段
2 1により制御され、 受信側データ処理手段 2 3が出力した第 2の乱数に応じて
、 位相変調の大きさが決定される。
2連光子パルスは、 位相変調器 1 3を通過後、 偏光ビームスプリッタ 1 1で完 全に反射されて、 偏光変調器 5 1に導かれる。
偏光変調器 5 1に導入された 2連光子パルスは、 偏光変調器 5 1を通過する際
、 信号光パルスのみ偏波面を直角に回転させられ、 S偏光から P偏光となる （第
2偏波回転ステップ S 1 2 ) 。
偏光変調器 5 1から偏光ビームスプリッタ 5 0に導かれた 2連光子パルスは、 参照光パルスが偏光ビームスプリッタ 5 0で完全に反射され、 ループ状光路を通 る。 信号光パルスは偏光ビームスプリッタ 5 0を透過する。 従って、 偏光ビーム スプリッタ 5 0から出力される際、 参照光パルスと信号光パルスは同時に出力さ れ、 合流して 1つの光子パルスとなる。 参照光パルスと信号光パルスが合流する 際、 干渉が引き起こされる。 干渉の結果、 偏波面が排他的に 2つの直交する偏波 面のいずれか 1つとなっている。
干渉を引き起こした光子パルスは、 半波長板 4 9に導かれ、 偏波面を一 4 5度 回転させられる。 偏波面を一 4 5度回転させられた干渉を引き起こした光子パル スは、 偏波ビームスプリッタ 6に導かれ、 光子検出器 1 8、 1 9のあるいずれか 一方のポートへ出力される （光子分離 '合流 '干渉ステップ S 1 3 ) 。 干渉を引 き起こした光子パルスは、 光子検出器 1 8または 1 9のいずれかの一方に排他的 に導かれることになる。
なお、 光子検出器 1 9のある光路に導かれた光子パルスは、 サ一キユレータ 4 8により光子検出器 1 9に導かれる。
千渉を引き起こした光子パルスが光子検出器 1 8、 1 9のどちらかに導かれる かは、 第 1送信側位相変調ステップ S 8において信号光パルスが受けた位相変調 と、 受信側位相変調ステップ S 1 1において参照光パルスが受けた位相変調との 位相差により確率的に決定される。 但し、 上記位相差が 「0」 または 「π」 の場 合には、 干渉を引き起こした光子パルスの導かれる光子検出器が確定する。 受信側制御手段 2 1は、 光子検出器 1 8、 1 9のどちらかが発火したことによ り、 「0」 または 「1」 の量子通信ビッ ト情報を定め、 この量子通信ビッ ト情報 を受信側データ処理手段 2 3に送る （光子検出ステップ S 1 4 ) 。
以上が量子通信部の光子パルス当たりの動作フローである。
上記量子通信動作は、 予め定めた回数だけ繰り返し実行され、 その後、 送信側 データ処理手段 2 2および受信側データ処理手段 2 3は、 公開通信路 2を用いて 相互に情報交換をしつつ、 第 1および第 2の乱数と量子通信ビット情報から、 秘 匿性が保証されたランダムな情報を共有する。
このように、 量子受信装置 2 0 0から出力されて、 量子受信装置 2 0 0に再び 導入される光子パルスは、 光フアイバ通信路 1の有する任意の複屈折性摇らぎに 起因してランダムな偏波変動が生じても、 光ファイバ通信路 1の送信側端 （量子 送信装置 1 0 0内のファラディーミラー 4 7 ) で非相反的に直角に偏波面が回転 -反射されて往復することにより、 ランダムな偏波変動が打ち消されることにな る。
従って、 量子受信装置 2 0 0に再導入された光子パルスは、 偏波面が自動的に 完全に整えられているので、 偏波無依存性が要求されることは全くなく、 偏波依 存性を有していたとしても、 光子パルスの偏波面の調整が全く不要となる。 また、 往路において光子パルスを 2連光子パルスに分離するために用いた光学 系と、 復路において、 2連光子パルスを合流 '干渉させるために用いた光学系に 同一のものを用いているため、 光路長差の調整が全く不要であり、 かつ、 光路長 揺らぎに対しても自動的に補償されるような構成となり、 安定な干渉系を構成す ることができる。
また、 量子受信装置 2 0 0内の光路において、 2連光子パルスの偏波面が揃つ ていない場合でも、 一方の光子パルスのみに選択的に偏光変調をかけ偏波面を揃 えること、 位相変調器 1 3を通る迂回光路を設け、 上記のような量子送信装置 1 0 0内で偏波面が直角に回転されることを利用して、 量子受信装置 2 0 0内で、 光子発生器 4から光フアイバ通信路 1に向かう往路においては、 光子パルスが位 相変調器 1 3の無い光路を自動的に選択し、 光ファイバ通信路 1から光子検出器 1 8、 1 9に向かう復路においては、 光子パルスが位相変調器 1 3のある迀回光 路を自動的に選択するようにしたことで、 位相変調器 1 3において光子パルスの 流れは一方向に限定され、 光子パルスに不適切な位相変調がかけられるおそれが 全くなくなり、 光子パルス発生の繰り返し周波数を自由に選択することができる
産業上の利用の可能性
以上のように、 この発明によれば、 偏波面制御は不要で、 光路長揺らぎに安定 し、 かつ動作周波数が自由に選択できる量子暗号通信装置を実現できる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 量子を伝送するための量子通信路と、
前記量子伝送路の送信側に設置された量子送信装置と、
前記量子伝送路の受信側に設置された量子受信装置と、
前記量子送信装置と前記量子受信装置を結合して同期信号を含む制御信号を相 互通信するための制御信号通信路と
を備えた量子暗号通信装置であって、
前記量子受信装置は、
量子源となる光源と、
前記光源から出た光子パルスから信号光パルスと参照光パルスとの時間差 2 連光子パルスを発生すると共に、 逆進する量子である信号光パルスと参照光パル スとを合波、 千渉させるための合波干渉手段を有するループ状光路と、
前記量子通信路との接続口に設けられて、 前記時間差 2連光子パルスが前記 量子通信路を介して前記量子送信装置と前記量子受信装置との間を往復した後、 受信される前記参照光パルスのみに対して位相変調をかける位相変調器を有する 迂回光路と、
前記ループ状光路を介した干渉光を観測する光子検出器と
を含み、
前記量子送信装置は、
前記量子受信装置から前記量子通信路を介して到達した 2連光子パルスの偏 波面を非相反的に直角に回転させる偏波回転手段と、
前記偏波回転手段を通過した信号光パルスに位相変調をかけて再び量子通信 路を通って前記量子受信装置に戻す位相変調器と、
信号光パルスをパルス中に光子が 2個以上含まない状態まで減光する減光手 段と
を含む
ことを特徴とする量子暗号通信装置。
2 . 請求項 1記載の量子喑号通信装置において、
前記迂回光路の送信光路と受信光路との分岐点に、 前記 2連光子パルスの前記 信号光パルスと前記参照光パルスの偏波面が同じ場合、 帰還光子パルスのみ前記 位相変調器のある受信光路を通過させる偏光ビームスプリッタを設けた
ことを特徴とする量子暗号通信装置。
3 . 請求項 1記載の量子暗号通信装置において、
前記ループ状光路と前記迂回光路との間に、 前記 2連光子パルスの信号光パル スと参照光パルスの偏波面が異なる場合、 信号光パルスが通過するときのみ偏波 面を回転することで、 往路での 2連光子パルスの偏波面を揃える偏光変調器を設 けた
ことを特徴とする量子暗号通信装置。
4 . 請求項 2または 3に記載の量子暗号通信装置において、
前記偏光ビームスプリッタとして、 1 X 2入出力型偏光ビームスプリッタを 2 式用い、 特定の偏波面の光子パルスのみを前記位相変調器のある受信光路に導く ことを特徴とする量子暗号通信装置。
5 . 請求項 2または 3に記載の量子暗号通信装置において、
前記偏光ビームスプリッタとして、 2 X 2入出力型偏光ビームスプリッタを 1 式用い、 特定の偏波面の光子パルスのみを位相変調器のある受信光路に導く ことを特徴とする量子暗号通信装置。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006101491A (ja) * 2004-09-02 2006-04-13 Nec Corp 多重化通信システムおよびそのクロストーク除去方法
JP2007251679A (ja) * 2006-03-16 2007-09-27 Sony Corp 量子暗号通信装置
JP2015070395A (ja) * 2013-09-27 2015-04-13 日本電信電話株式会社 測定装置
WO2016002149A1 (ja) * 2014-07-02 2016-01-07 古河電気工業株式会社 光通信方法およびシステム
JP2016036163A (ja) * 2015-10-19 2016-03-17 日本電信電話株式会社 受信装置
JP2018164636A (ja) * 2017-03-28 2018-10-25 株式会社トーメーコーポレーション 眼科装置
KR20200112578A (ko) * 2019-03-22 2020-10-05 한국과학기술원 편광 흔들림에 무관한 플러그 앤 플레이 연속변수 양자 암호 키분배 시스템

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7974540B2 (en) * 2003-11-28 2011-07-05 Japan Science And Technology Agency Communication system and communication method using the same
GB2430124B (en) 2005-09-09 2008-01-09 Toshiba Res Europ Ltd Quantum communication system
EP1995907A4 (en) * 2006-03-16 2017-06-21 NEC Corporation Quantum encryption transmission system and optical circuit
US7849121B2 (en) 2006-04-20 2010-12-07 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Optical-based, self-authenticating quantum random number generators
US7844649B2 (en) * 2006-04-20 2010-11-30 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Optical-based, self-authenticating quantum random number generators
US20080198437A1 (en) * 2006-08-18 2008-08-21 Massachusetts Institute Of Technology Converting optical information encoding
WO2010032326A1 (ja) * 2008-09-22 2010-03-25 三菱電機株式会社 位相変調装置及び送信装置及び受信装置及び位相変調方法
US8170214B2 (en) * 2008-10-01 2012-05-01 Hewlett-Packard Development Company, L.P. QKD transmitter and transmission method
US9590959B2 (en) 2013-02-12 2017-03-07 Amazon Technologies, Inc. Data security service
US10084818B1 (en) 2012-06-07 2018-09-25 Amazon Technologies, Inc. Flexibly configurable data modification services
US10075471B2 (en) 2012-06-07 2018-09-11 Amazon Technologies, Inc. Data loss prevention techniques
US9286491B2 (en) 2012-06-07 2016-03-15 Amazon Technologies, Inc. Virtual service provider zones
CN103731216A (zh) * 2012-10-16 2014-04-16 陈志波 量子变频通讯技术
US10210341B2 (en) 2013-02-12 2019-02-19 Amazon Technologies, Inc. Delayed data access
US9705674B2 (en) 2013-02-12 2017-07-11 Amazon Technologies, Inc. Federated key management
US9547771B2 (en) 2013-02-12 2017-01-17 Amazon Technologies, Inc. Policy enforcement with associated data
US10467422B1 (en) 2013-02-12 2019-11-05 Amazon Technologies, Inc. Automatic key rotation
US9367697B1 (en) 2013-02-12 2016-06-14 Amazon Technologies, Inc. Data security with a security module
US10211977B1 (en) 2013-02-12 2019-02-19 Amazon Technologies, Inc. Secure management of information using a security module
US9300464B1 (en) * 2013-02-12 2016-03-29 Amazon Technologies, Inc. Probabilistic key rotation
US9608813B1 (en) 2013-06-13 2017-03-28 Amazon Technologies, Inc. Key rotation techniques
RU2566335C1 (ru) * 2014-04-04 2015-10-20 Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория оптико-электронных приборов" (ООО "ЛОЭП") Способ генерации секретных ключей с помощью перепутанных по времени фотонных пар
US9397835B1 (en) 2014-05-21 2016-07-19 Amazon Technologies, Inc. Web of trust management in a distributed system
US9438421B1 (en) 2014-06-27 2016-09-06 Amazon Technologies, Inc. Supporting a fixed transaction rate with a variably-backed logical cryptographic key
KR101610747B1 (ko) * 2014-08-19 2016-04-08 한국과학기술연구원 양자 암호 통신 장치 및 방법
US9866392B1 (en) 2014-09-15 2018-01-09 Amazon Technologies, Inc. Distributed system web of trust provisioning
US10469477B2 (en) 2015-03-31 2019-11-05 Amazon Technologies, Inc. Key export techniques
JP6519406B2 (ja) * 2015-08-24 2019-05-29 沖電気工業株式会社 サニャックループ型非対称マッハ・ツェンダ干渉計及び量子鍵配送用受信装置
CN108370275B (zh) 2015-10-02 2020-12-25 诺基亚技术有限公司 相位编码通信中的双轨补偿
US10341096B1 (en) * 2016-10-10 2019-07-02 National Technology & Engineering Solutions Of Sandia, Llc Transceivers and receivers for discrete-variable quantum key distribution
GB201714843D0 (en) * 2017-09-15 2017-11-01 Univ York Apparatus for generating quantum and classical signal on a single pulse
WO2020030847A1 (en) * 2018-08-10 2020-02-13 Nokia Technologies Oy Fibre-based communication
CN111555863B (zh) * 2019-02-12 2022-04-29 科大国盾量子技术股份有限公司 用于时间相位-偏振联合编码的发送端、编码方法及量子密钥分发系统
RU2755593C1 (ru) * 2020-08-12 2021-09-17 федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Краснодарское высшее военное орденов Жукова и Октябрьской Революции Краснознаменное училище имени генерала армии С.М. Штеменко" Министерства обороны Российской Федерации Способ аутентификации коммутаторов на основе кодирования сигнала в нескольких базисах

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2761141B2 (ja) 1992-02-26 1998-06-04 日本電信電話株式会社 偏波回転ミラー
CA2254767C (en) * 1996-05-22 2002-04-16 British Telecommunications Public Limited Company Method and apparatus for polarisation-insensitive quantum cryptography
DK0923828T3 (da) * 1996-09-05 2004-05-24 Swisscom Ag Kvantekryptografiindretning og fremgangsmåde
US6188768B1 (en) * 1998-03-31 2001-02-13 International Business Machines Corporation Autocompensating quantum cryptographic key distribution system based on polarization splitting of light
US7126691B2 (en) * 2002-01-06 2006-10-24 Erann Gat Communications method and apparatus using quantum entanglement
JP4086136B2 (ja) 2002-03-28 2008-05-14 学校法人日本大学 長距離量子暗号システム
US7583803B2 (en) * 2006-07-28 2009-09-01 Magiq Technologies, Inc. QKD stations with fast optical switches and QKD systems using same

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HASEGAWA T. ET AL: "Chokyori Ryoshi Ango Tsushin system Jikken.", 2003 NEN ANGO TO JOHO SECURITY SYMPOSIUM YOKOSHU., vol. 2, no. 2, 26 January 2003 (2003-01-26), pages 1125 - 1130, XP002997075 *
NISHIOKA T. ET AL: "Circular Type Quantum Key Distribution", IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, vol. 14, no. 4, 19 April 2002 (2002-04-19), pages 576 - 578, XP001122905 *
NISHIOKA T. ET AL: "Kanryugata Ryoshikagi Haifu", 2002 NEN ANGO TO JOHO SECURITY SYMPOSIUM YOKOSHU, vol. 1, no. 2, 29 January 2002 (2002-01-29), pages 43 - 48, XP002988188 *
TOSHIO HASEGAWA T. ET AL: "An Experimental Realization of Quantum Cryptosystem.", IEICE TRANSACTIONS ON FUNDAMENTALS OF ELECTRONICS, COMMUNICATIONS AND COMPUTER SCIENCES., vol. E85-A, no. 1, 1 January 2002 (2002-01-01), pages 149 - 157, XP001117326 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006101491A (ja) * 2004-09-02 2006-04-13 Nec Corp 多重化通信システムおよびそのクロストーク除去方法
JP2007251679A (ja) * 2006-03-16 2007-09-27 Sony Corp 量子暗号通信装置
JP2015070395A (ja) * 2013-09-27 2015-04-13 日本電信電話株式会社 測定装置
WO2016002149A1 (ja) * 2014-07-02 2016-01-07 古河電気工業株式会社 光通信方法およびシステム
JP2016015620A (ja) * 2014-07-02 2016-01-28 古河電気工業株式会社 光通信方法およびシステム
US9935721B2 (en) 2014-07-02 2018-04-03 Furukawa Electric Co., Ltd. Optical communication method and optical communication system
JP2016036163A (ja) * 2015-10-19 2016-03-17 日本電信電話株式会社 受信装置
JP2018164636A (ja) * 2017-03-28 2018-10-25 株式会社トーメーコーポレーション 眼科装置
US11659992B2 (en) 2017-03-28 2023-05-30 Tomey Corporation Ophthalmic apparatus
KR20200112578A (ko) * 2019-03-22 2020-10-05 한국과학기술원 편광 흔들림에 무관한 플러그 앤 플레이 연속변수 양자 암호 키분배 시스템
KR102168674B1 (ko) 2019-03-22 2020-10-22 한국과학기술원 편광 흔들림에 무관한 플러그 앤 플레이 연속변수 양자 암호 키분배 시스템

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