(57)【要約】【課題】波長多重または偏波多重によるクロック同期を用いた一方向型量子鍵配付において、量子信号光に混入するクロック信号光のクロストーク雑音を低減する。【解決手段】本発明では一方向型の量子鍵配付において、量子信号光の受信機がクロック信号用レーザーダイオードを持ち、クロック信号光を送信する。そして量子信号光の送信機がフォトダイオードおよびクロックデータ再生器を持ち、クロック信号を抽出してこれに同期させて量子鍵を発生する構成とする。このとき波長多重フィルタのアイソレーションＩとダイレクティビティＤがＤ＞Ｉという関係にあることを利用してクロストーク雑音を低減することができる。【選択図】  図１
2010206459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ伝送路と、前記光ファイバ伝送路へ量子鍵を送信する送信機と、前記光ファイバ伝送路を介して前記量子鍵を受信する受信機とを備える量子鍵配付システムであって、
前記受信機は、
クロック信号を発生するクロック信号源と、
前記クロック信号に応じて第１の波長のクロック信号光を発生するクロック信号用レーザーダイオードと、
第１および第２のポートを具備し、前記第１のポートを介して入力された前記クロック信号光を前記光ファイバ伝送路へ送出し、また、前記光ファイバ伝送路を介して入力された前記量子鍵である第２の波長の量子信号光を選択的に前記第２のポートより出力する受信機側波長多重フィルタと、
前記量子信号光を復号する復号化装置と、
前記クロック信号がゲートに印加され、前記復号された量子信号光の光子を検出する単一光子検出器と、を有し、
前記送信機は、
前記光ファイバ伝送路と接続し、前記量子信号光を前記光ファイバ伝送路へ送出し、前記クロック信号光を選択的に出力する送信機側波長多重フィルタと、
前記量子信号光を発生するための量子信号用レーザーダイオードと、
前記送信機側波長多重フィルタが出力した前記クロック信号光に基いてクロック信号を抽出し、該抽出したクロック信号に基いて前記量子信号用レーザーダイオードを駆動して光パルスを発生させるクロックデータ再生器と、
前記量子信号用レーザーダイオードが発生した光パルスに対し、量子鍵配付に必要な符号化を行って前記量子信号光とし、前記送信機側波長多重フィルタに対して出力する符号化装置と、を有することを特徴とする量子鍵配付システム。
【請求項２】
請求項１に記載の量子鍵配付システムにおいて、
前記量子信号光の第２の波長が前記クロック信号光の第１の波長よりも短波長であることを特徴とする量子鍵配付システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の量子鍵配付システムにおいて、
前記クロックデータ再生器は、前記量子信号光と前記クロック信号光が前記受信機側波長多重フィルタに入射するタイミングが重ならないように前記量子信号用レーザーダイオードを駆動することを特徴とする量子鍵配付システム。
【請求項４】
光ファイバ伝送路と、前記光ファイバ伝送路へ量子鍵を送信する送信機と、前記光ファイバ伝送路を介して前記量子鍵を受信する受信機とを備える量子鍵配付システムであって、
前記受信機は、
クロック信号を発生するクロック信号源と、
前記クロック信号に応じてクロック信号光を発生するクロック信号用レーザーダイオードと、
前記クロック信号光を第１の偏光状態とする受信機側偏光子と、
第１および第２のポートを具備し、前記第１のポートを介して入力された前記第１の偏光状態のクロック信号光を前記光ファイバ伝送路へ送出し、また、前記光ファイバ伝送路を介して入力された前記量子鍵である第２の偏光状態の量子信号光を選択的に前記第２のポートより出力する受信機側ビームスプリッタと、
前記量子信号光を復号する復号化装置と、
前記クロック信号がゲートに印加され、前記復号された量子信号光の光子を検出する単一光子検出器と、を有し、
前記送信機は、
前記光ファイバ伝送路と接続し、前記量子信号光を前記光ファイバ伝送路へ送出し、前記第１の偏光状態のクロック信号光を選択的に出力する送信機側ビームスプリッタと、
前記量子信号光を発生するための量子信号用レーザーダイオードと、
前記送信機側ビームスプリッタが出力した前記クロック信号光に基いてクロック信号を抽出し、該抽出したクロック信号に基いて前記量子信号用レーザーダイオードを駆動して光パルスを発生させるクロックデータ再生器と、
前記量子信号用レーザーダイオードが発生した光パルスを第２の偏光状態とする送信機側偏光子と、
前記送信機側偏光子により第２の偏光状態とされた光パルスに対し、量子鍵配付に必要な符号化を行って前記量子信号光とし、前記送信機側ビームスプリッタに対して出力する符号化装置と、を有することを特徴とする量子鍵配付システム。
【請求項５】
請求項４記載の量子鍵配付システムにおいて、
前記クロックデータ再生器は、前記量子信号光と前記クロック信号光が前記受信機側ビームスプリッタに入射するタイミングが重ならないように前記量子信号用レーザーダイオードを駆動することを特徴とする量子鍵配付システム。
【請求項６】
光ファイバ伝送路と、前記光ファイバ伝送路へ量子鍵を送信する送信機と、前記光ファイバ伝送路を介して前記量子鍵を受信する受信機とを備えるシステムで行われる量子鍵配付方法であって、
前記受信機では、
クロック信号に応じて第１の波長のクロック信号光を発生し、
第１および第２のポートを具備する受信機側波長多重フィルタが、前記第１のポートを介して入力された前記クロック信号光を前記光ファイバ伝送路へ送出し、また、前記光ファイバ伝送路を介して入力された前記量子鍵である第２の波長の量子信号光を選択的に前記第２のポートより出力し、
前記量子信号光を復号し、
単一光子検出器のゲートに前記クロック信号を印加して前記復号された量子信号光の光子を検出し、
前記送信機では、
前記光ファイバ伝送路と接続する送信機側波長多重フィルタが前記量子信号光を前記光ファイバ伝送路へ送出するとともに、前記クロック信号光を選択的に出力し、
クロックデータ再生器が、前記送信機側波長多重フィルタが出力した前記クロック信号光に基いてクロック信号を抽出し、該抽出したクロック信号に基いて量子信号用レーザーダイオードを駆動して光パルスを発生させ、
符号化装置が、前記量子信号用レーザーダイオードが発生した光パルスに対し、量子鍵配付に必要な符号化を行って前記量子信号光とし、前記送信機側波長多重フィルタに対して出力することを特徴とする量子鍵配付方法。
【請求項７】
請求項６に記載の量子鍵配付方法において、
前記量子信号光の第２の波長が前記クロック信号光の第１の波長よりも短波長であることを特徴とする量子鍵配付方法。
【請求項８】
請求項６または請求項７記載の量子鍵配付方法において、
前記クロックデータ再生器は、前記量子信号光と前記クロック信号光が前記受信機側波長多重フィルタに入射するタイミングが重ならないように前記量子信号用レーザーダイオードを駆動することを特徴とする量子鍵配付方法。
【請求項９】
光ファイバ伝送路と、前記光ファイバ伝送路へ量子鍵を送信する送信機と、前記光ファイバ伝送路を介して前記量子鍵を受信する受信機とを備えるシステムで行われる量子鍵配付方法であって、
前記受信機では、
クロック信号に応じて発生したクロック信号光を第１の偏光状態とし、
第１および第２のポートを具備する受信機側ビームスプリッタが、前記第１のポートを介して入力された前記第１の偏光状態のクロック信号光を前記光ファイバ伝送路へ送出し、また、前記光ファイバ伝送路を介して入力された前記量子鍵である第２の偏光状態の量子信号光を選択的に前記第２のポートより出力し、
前記量子信号光を復号し、
単一光子検出器のゲートに前記クロック信号を印加して前記復号された量子信号光の光子を検出し、
前記送信機では、
前記光ファイバ伝送路と接続する送信機側ビームスプリッタが、前記量子信号光を前記光ファイバ伝送路へ送出するとともに、前記第１の偏光状態のクロック信号光を選択的に出力し、
クロックデータ再生器が、前記送信機側ビームスプリッタが出力した前記クロック信号光に基いてクロック信号を抽出し、該抽出したクロック信号に基いて量子信号用レーザーダイオードを駆動して光パルスを発生させ、
前記量子信号用レーザーダイオードが発生した光パルスを第２の偏光状態としたうえで符号化装置が、量子鍵配付に必要な符号化を行って前記量子信号光とし、前記送信機側ビームスプリッタに対して出力することを特徴とする量子鍵配付方法。
【請求項１０】
請求項９記載の量子鍵配付方法において、
前記クロックデータ再生器は、前記量子信号光と前記クロック信号光が前記受信機側ビームスプリッタに入射するタイミングが重ならないように前記量子信号用レーザーダイオードを駆動することを特徴とする量子鍵配付方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は量子鍵を配付する量子鍵配付システムおよび方法に関し、特に、送信機から受信機に量子鍵を配付する一方向型での量子鍵を配付する量子鍵配付システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、盗聴行為に対する絶対安全性を持つ暗号化通信を実現する方法として量子鍵配付が盛んに研究され、実用化開発が進んでいる（非特許文献１参照）。量子鍵配付における重要課題の１つに、送信機と受信機のクロック同期が挙げられる。
【０００３】
通常の光通信では送信される信号光が充分に大きな強度（古典的強度）を持つため、受信機では信号光からクロックを抽出することが可能である。ところが量子鍵配付では単一光子レベルの非常に微弱な信号光（量子信号光）を用いるため、受信機でこの量子信号光からクロックを抽出することは困難である。
【０００４】
しかし、量子鍵配付で一般的に用いられる単一光子検出器は、光子の到着タイミングに合わせてパルス電圧を加える必要がある（ゲート動作）ため、送受信機間の同期は不可欠である。
【０００５】
そこで、量子鍵配付では量子信号光とは別に、古典的強度を持った同期用のクロック信号光を同時に送信する方法が一般的である。この時２つの信号光は波長多重や偏波多重を利用して送信される。
【０００６】
波長多重を用いた場合の典型的な一方向型の量子鍵配付システムを図２に示す。ここでは主にクロック同期に関する要素について詳しく記載する。
【０００７】
システム全体のクロックは送信機２０１内部にあるクロック信号源２０２から生成される。このクロック信号により量子信号用レーザーダイオード（Ｑ−ＬＤ）２０３が駆動され、発生した光パルスは干渉計や変調器から構成される符号化装置２０４によって量子鍵配付に必要な符号化を受ける。
【０００８】
その後、光パルスは光減衰器２０５によって単一光子レベルの強度に調整され、安全な秘密鍵情報を持つ量子信号光２０６となる。
【０００９】
また、クロック信号源２０２はクロック信号用レーザーダイオード（Ｃ−ＬＤ）２０７も同時に駆動し、古典的強度を持ったクロック信号光２０８が生成される。波長多重を利用する方式ではＱ−ＬＤ２０３とＣ−ＬＤ２０７の波長は互いに異なるように選択する。これら２つの信号光は波長多重フィルタ２０９によって合波され、伝送ファイバ２１０を通じて受信機２１１へと送信される。
【００１０】
受信機２１１では、波長多重フィルタ２１２を用いて合波された光を再び波長の異なる光に分離し、量子信号光２１３とクロック信号光２１４を再生する。
【００１１】
量子信号光２１３は送信機２０１と同様に干渉計や変調器から構成される復号化装置２１５によって復号され、単一光子検出器２１６に入射する。
【００１２】
一方、クロック信号光２１４はフォトダイオード２１７によって電気信号に変換され、ＣＤＲ（Clock Data Recovery）２１８などを用いることで送信機のクロック信号源２０２と同期したクロック信号を抽出することができる。このクロック信号をもとに単一光子検出器２１６に印加するゲートパルス２１９のタイミングを調整すれば、量子信号光２１３が単一光子検出器２１６に入射するのと同時にゲートパルス２１９を印加することができ、正しく光子を検出することができる。
【非特許文献１】ベネット（Bennett）、ブラサール（Brassard）著  ＩEEEコンピュータ、システム、信号処理国際会議（IEEE Int. Conf. on Computers, Systems,and Signal Processing, Bangalore, India, p.175,1984）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
図２に示した背景技術において、受信機２１１の持つ波長多重フィルタ２１２による信号光の分離は完全ではないため、古典的強度のクロック信号光２１４の一部が微弱な量子信号光２１３の出力側に漏れこみ、クロストーク雑音となってしまうという問題がある。
【００１４】
また、これを防ぐために量子信号光２１３側に狭帯域フィルタなどを何段か挿入して不要な波長の光を取り除いた場合、コストの増大や装置の煩雑化を招くだけでなく量子信号光２１３の一定量の損失が避けられず、秘密鍵の生成速度が低下してしまう。
【００１５】
したがって本発明の目的は、クロック信号光の一部が量子信号光へ漏れこむことによるクロストーク雑音を低減した量子鍵配付システムおよび方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の量子鍵配付システムは、光ファイバ伝送路と、前記光ファイバ伝送路へ量子鍵を送信する送信機と、前記光ファイバ伝送路を介して前記量子鍵を受信する受信機とを備える量子鍵配付システムであって、
前記受信機は、
クロック信号を発生するクロック信号源と、
前記クロック信号に応じて第１の波長のクロック信号光を発生するクロック信号用レーザーダイオードと、
第１および第２のポートを具備し、前記第１のポートを介して入力された前記クロック信号光を前記光ファイバ伝送路へ送出し、また、前記光ファイバ伝送路を介して入力された前記量子鍵である第２の波長の量子信号光を選択的に前記第２のポートより出力する受信機側波長多重フィルタと、
前記量子信号光を復号する復号化装置と、
前記クロック信号がゲートに印加され、前記復号された量子信号光の光子を検出する単一光子検出器と、を有し、
前記送信機は、
前記光ファイバ伝送路と接続し、前記量子信号光を前記光ファイバ伝送路へ送出し、前記クロック信号光を選択的に出力する送信機側波長多重フィルタと、
前記量子信号光を発生するための量子信号用レーザーダイオードと、
前記送信機側波長多重フィルタが出力した前記クロック信号光に基いてクロック信号を抽出し、該抽出したクロック信号に基いて前記量子信号用レーザーダイオードを駆動して光パルスを発生させるクロックデータ再生器と、
前記量子信号用レーザーダイオードが発生した光パルスに対し、量子鍵配付に必要な符号化を行って前記量子信号光とし、前記送信機側波長多重フィルタに対して出力する符号化装置と、を有することを特徴とする量子鍵配付システム。
【００１７】
本発明の他の形態による量子鍵配付システムは、光ファイバ伝送路と、前記光ファイバ伝送路へ量子鍵を送信する送信機と、前記光ファイバ伝送路を介して前記量子鍵を受信する受信機とを備える量子鍵配付システムであって、
前記受信機は、
クロック信号を発生するクロック信号源と、
前記クロック信号に応じてクロック信号光を発生するクロック信号用レーザーダイオードと、
前記クロック信号光を第１の偏光状態とする受信機側偏光子と、
第１および第２のポートを具備し、前記第１のポートを介して入力された前記第１の偏光状態のクロック信号光を前記光ファイバ伝送路へ送出し、また、前記光ファイバ伝送路を介して入力された前記量子鍵である第２の偏光状態の量子信号光を選択的に前記第２のポートより出力する受信機側ビームスプリッタと、
前記量子信号光を復号する復号化装置と、
前記クロック信号がゲートに印加され、前記復号された量子信号光の光子を検出する単一光子検出器と、を有し、
前記送信機は、
前記光ファイバ伝送路と接続し、前記量子信号光を前記光ファイバ伝送路へ送出し、前記第１の偏光状態のクロック信号光を選択的に出力する送信機側ビームスプリッタと、
前記量子信号光を発生するための量子信号用レーザーダイオードと、
前記送信機側ビームスプリッタが出力した前記クロック信号光に基いてクロック信号を抽出し、該抽出したクロック信号に基いて前記量子信号用レーザーダイオードを駆動して光パルスを発生させるクロックデータ再生器と、
前記量子信号用レーザーダイオードが発生した光パルスを第２の偏光状態とする送信機側偏光子と、
前記送信機側偏光子により第２の偏光状態とされた光パルスに対し、量子鍵配付に必要な符号化を行って前記量子信号光とし、前記送信機側ビームスプリッタに対して出力する符号化装置と、を有することを特徴とする。
【００１８】
本発明の量子鍵配付方法は、光ファイバ伝送路と、前記光ファイバ伝送路へ量子鍵を送信する送信機と、前記光ファイバ伝送路を介して前記量子鍵を受信する受信機とを備えるシステムで行われる量子鍵配付方法であって、
前記受信機では、
クロック信号に応じて第１の波長のクロック信号光を発生し、
第１および第２のポートを具備する受信機側波長多重フィルタが、前記第１のポートを介して入力された前記クロック信号光を前記光ファイバ伝送路へ送出し、また、前記光ファイバ伝送路を介して入力された前記量子鍵である第２の波長の量子信号光を選択的に前記第２のポートより出力し、
前記量子信号光を復号し、
単一光子検出器のゲートに前記クロック信号を印加して前記復号された量子信号光の光子を検出し、
前記送信機では、
前記光ファイバ伝送路と接続する送信機側波長多重フィルタが前記量子信号光を前記光ファイバ伝送路へ送出するとともに、前記クロック信号光を選択的に出力し、
クロックデータ再生器が、前記送信機側波長多重フィルタが出力した前記クロック信号光に基いてクロック信号を抽出し、該抽出したクロック信号に基いて量子信号用レーザーダイオードを駆動して光パルスを発生させ、
符号化装置が、前記量子信号用レーザーダイオードが発生した光パルスに対し、量子鍵配付に必要な符号化を行って前記量子信号光とし、前記送信機側波長多重フィルタに対して出力することを特徴とする。
【００１９】
本発明の他の形態による量子鍵配付方法は、光ファイバ伝送路と、前記光ファイバ伝送路へ量子鍵を送信する送信機と、前記光ファイバ伝送路を介して前記量子鍵を受信する受信機とを備えるシステムで行われる量子鍵配付方法であって、
前記受信機では、
クロック信号に応じて発生したクロック信号光を第１の偏光状態とし、
第１および第２のポートを具備する受信機側ビームスプリッタが、前記第１のポートを介して入力された前記第１の偏光状態のクロック信号光を前記光ファイバ伝送路へ送出し、また、前記光ファイバ伝送路を介して入力された前記量子鍵である第２の偏光状態の量子信号光を選択的に前記第２のポートより出力し、
前記量子信号光を復号し、
単一光子検出器のゲートに前記クロック信号を印加して前記復号された量子信号光の光子を検出し、
前記送信機では、
前記光ファイバ伝送路と接続する送信機側ビームスプリッタが、前記量子信号光を前記光ファイバ伝送路へ送出するとともに、前記第１の偏光状態のクロック信号光を選択的に出力し、
クロックデータ再生器が、前記送信機側ビームスプリッタが出力した前記クロック信号光に基いてクロック信号を抽出し、該抽出したクロック信号に基いて量子信号用レーザーダイオードを駆動して光パルスを発生させ、
前記量子信号用レーザーダイオードが発生した光パルスを第２の偏光状態としたうえで符号化装置が、量子鍵配付に必要な符号化を行って前記量子信号光とし、前記送信機側ビームスプリッタに対して出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、波長多重および偏波多重によるクロック同期を利用した一方向型量子鍵配付システムにおいて、クロック信号光の一部が量子信号光へ漏れこむことによるクロストーク雑音を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施例の構成を示す図である。
【図２】背景技術の構成を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明では一方向型の量子鍵配付において量子信号光の受信機がＣ−ＬＤを持ち、クロック信号光を送信する。そして量子信号光の送信機がフォトダイオードおよびＣＤＲ（クロックデータ再生器）を持ち、クロック信号を抽出する構成とする。
【００２３】
以下では混乱を避けるため、量子信号光の送信機をＡｌｉｃｅ、量子信号光の受信機をＢｏｂと呼ぶ。すなわちＡｌｉｃｅは量子信号光を送信する一方クロック信号光を受信し、Ｂｏｂは量子信号光を受信する一方クロック信号光を送信する構成とする。
【００２４】
この場合、量子信号光とクロック信号光とは対向した進行方向となる。ここで量子信号光のクロストーク雑音に寄与するのはＢｏｂの持つ波長多重フィルタにおいてクロック信号光が入力されるポート（λｃｌｋポートと呼ぶ）から量子信号光が出力されるポート（λｑポート）への漏れこみである。波長多重フィルタにおけるこの漏れこみの大きさはダイレクティビティ（Ｄ）というパラメータで表され、通常５０ｄＢ程度である。
【００２５】
一方、従来技術の同期方法においてクロストーク雑音に寄与するのは両信号光が入力されるポート（λｃｏｍポート）からλｑポートへの漏れこみである。この大きさはアイソレーション（Ｉ）というパラメータで表され、通常３０ｄＢ程度しかない。本発明ではこのような波長多重フィルタのＤ＞Ｉという特性を利用することにより、クロック信号光によるクロストーク雑音の影響を低減することができる。
【００２６】
この際、量子信号光とクロック信号光の波長は伝送損失の小さい波長帯から選ぶと良く、ファイバ伝送時には１５５０ｎｍ付近、空間伝送時には８００ｎｍ付近とする。
【００２７】
また、強いクロック信号光から発生する非線形散乱光はクロック信号光の波長付近に広く分布するため波長多重時には雑音要因となるが、この非線形散乱光は短波長側には発生しにくいため、量子信号光の波長はクロック信号光よりも短波長側とすることが重要である。
【００２８】
さらに、量子信号光とクロック信号光とが波長多重フィルタを通過するタイミングをずらすことにより、量子信号光を検出するためのゲート時間内にクロック信号光の一部が入射するのを防ぐことができ、雑音を低減することができる。
【００２９】
なお、偏波多重の場合にも偏光ビームスプリッタの消光比ＥとダイレクティビティＤがＤ＞Ｅという関係を持つため、クロック信号光によるクロストーク雑音の影響を同様に低減することができる。
【００３０】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００３１】
図１は本発明による量子鍵配付システムの一実施形態の構成を示すブロック図である。図１では波長多重によるクロック同期を利用した場合が示されているが、偏波多重の場合にもほぼ同様の構成で本発明の効果を得ることができる。
【００３２】
システム全体のクロックはＢｏｂ１０１内部にあるクロック信号源１０２から生成される。このクロック信号によりクロック信号用レーザーダイオード（Ｃ−ＬＤ）１０３が駆動され、古典的強度を持ったクロック信号光１０４が生成される。
【００３３】
ここでは伝送路に光ファイバである伝送ファイバ１０８を使用し、クロック信号光１０４の波長は１５７０ｎｍとする。このクロック信号光１０４は波長多重フィルタ１０５のλｃｌｋポート１０６に入力され、λｃｏｍポート１０７から出力される。その後、伝送ファイバ１０８を通じてＡｌｉｃｅ１０９へとクロック信号光１１０が送信される。
【００３４】
Ａｌｉｃｅ１０９において、クロック信号光１１０は波長多重フィルタ１１１に入力され、波長１５７０ｎｍのクロック信号光１１３がλｃｌｋポート１１２から選択的に出力される。その後、クロック信号光１１３はフォトダイオード１１４によって電気信号に変換され、ＣＤＲ１１５を用いることでＢｏｂ１０１のクロック信号源１０２と同期したクロック信号を抽出することができる。
【００３５】
ＣＤＲ１１５は抽出したクロック信号により量子信号用レーザーダイオード（Ｑ−ＬＤ）１１６を駆動し、波長１５５０ｎｍの光パルスを発生させる。この波長はファイバ伝送による損失が最小となる波長であり、また、１５７０ｎｍのクロック信号光１０４よりも短波長であるために非線形散乱光による雑音の影響が少ない。
【００３６】
発生した光パルスは干渉計や変調器から構成される符号化装置１１７によって量子鍵配付に必要な符号化を受ける。その後、光パルスは光減衰器１１８によって単一光子レベルの強度に調整され、安全な秘密鍵情報を持つ量子信号光１１９となる。
【００３７】
波長多重を利用する方式ではＱ−ＬＤ１１６とＣ−ＬＤ１０３の波長は互いに異なるように選択しておく。このようにした上で量子信号光１１９を波長多重フィルタ１１１のλｑポート１２０に入力する。波長多重フィルタ１１１から出力された量子信号光１２１はクロック信号光１１０と共通の伝送ファイバ１０８を通ってＢｏｂ１０１へと送信される。
【００３８】
量子信号光１２１はＢｏｂ１０１の持つ波長多重フィルタ１０５によって、波長１５５０ｎｍの量子信号光１２３が、クロック信号光１０４が入力されたλｃｌｋポート１０６とは異なるポート（λｑポート）１２２から選択的に出力される。
【００３９】
ここで、量子信号光１２１が波長多重フィルタ１０５に入射するタイミングが、クロック信号光１０４が波長多重フィルタ１０５に入射するタイミングとは重ならないようにすることによって時間的にも量子信号光とクロック信号光を分離することができ、雑音をさらに低減することが可能である。
【００４０】
量子信号光１２１とクロック信号光１０４の波長多重フィルタ１０５への入射タイミングが重ならないようにすることは、ＣＤＲ１１５により行われる。
【００４１】
伝送ファイバ１０８の長さが既知のものであることから、クロック信号光１０４が波長多重フィルタ１０５に入射してからＣＤＲ１１５がクロック信号を抽出するまでの時間、および、Ｑ−ＬＤ１１６が光パルスを発生してから量子信号光１２１が波長多重フィルタ１０５に入射するまでの時間は既知であり、ＣＤＲ１１５は量子信号光１２１とクロック信号光１０４の波長多重フィルタ１０５への入射タイミングが重ならないように、クロック信号を抽出してから所定の遅延時間の後にＱ−ＬＤ１１６を駆動する。
【００４２】
その後、量子信号光１２３はＡｌｉｃｅ１０９と同様に干渉計や変調器から構成される復号化装置１２４によって復号され、単一光子検出器１２５に入射する。
【００４３】
一方、単一光子検出器１２５に印加するゲートパルス１２６はクロック信号源１０２を用いて発生させることにより、量子信号光１２３と同期させることができる。ここでゲートパルス１２６の印加タイミングを適切に調整すれば、量子信号光１２３が単一光子検出器１２５に入射するのと同時にゲートパルス１２６を印加することができ、正しく光子を検出することができる。
【００４４】
以下では本発明を用いた場合に量子信号光１２３に混入するクロストーク雑音が従来方法よりも低減される理由について説明する。
【００４５】
図２に示される従来方法で量子信号光２１３に含まれるクロストーク雑音の大きさＮ０［ｄＢｍ］は、クロック信号光２０８の強度をＣｉｎ［ｄＢｍ］、伝送ファイバ２１０の光学損失をＬ［ｄＢ］、波長多重フィルタ２１２のアイソレーションをＩ［ｄＢ］とすると、Ｎ０＝Ｃｉｎ−Ｌ−Ｉと表すことができる。
【００４６】
一方、本発明において量子信号光１２３に含まれるクロストーク雑音の大きさＮ１［ｄＢｍ］は、クロック信号光１０４の強度を従来方法と同じくＣｉｎ［ｄＢｍ］とし、波長多重フィルタ１０５のダイレクティビティをＤ［ｄＢ］とすると、Ｎ１＝Ｃｉｎ−Ｄと表すことができる。
【００４７】
この２式から、低減されたクロストーク雑音の大きさΔＮは、ΔＮ＝Ｎ０−Ｎ１＝Ｄ−Ｌ−Ｉと計算され、この値が正であれば本発明によるクロストーク雑音低減の効果があることになり、ΔＮの値が大きいほど効果が大きいことになる。
【００４８】
前述のように、一般的な波長多重フィルタではＤ＝５０ｄＢ、Ｉ＝３０ｄＢ程度である。また、一般的な伝送ファイバの光学損失は０．２ｄＢ／ｋｍ程度であり、実用的な量子鍵配付の通信距離を５０ｋｍとすると伝送ファイバでの光学損失はＬ＝０．２×５０＝１０ｄＢと計算される。
【００４９】
これら典型的なＤ、Ｉ、Ｌの値を用いるとΔＮ＝１０ｄＢとなり、クロストーク雑音を１０ｄＢすなわち１０分の１に低減できていることが分かる。
【００５０】
上記の説明からも分かる通り、本発明の効果ΔＮは伝送距離に依存する。この理由は、従来方法ではクロストーク雑音の大きさは受信機２１１に到達するクロック信号光２１４の強度に依存するためフォトダイオード２１７やＣＤＲ２１８の性能が同じであれば伝送距離とは無関係であったのに対し、本発明ではクロストーク雑音の大きさはクロック信号光１０４の送信時の強度に依存し、Ａｌｉｃｅ１０９までの伝送ファイバ１０８の光学損失Ｌに応じて送信するクロック信号光１０４の強度を変化させる必要があるためである。
【００５１】
従って、短距離では送信するクロック信号光１０４の強度を小さくすることができるため、本発明の効果ΔＮはより大きくなる。
【００５２】
以上、本発明により波長多重によるクロック同期を用いた一方向型量子信号光において、量子信号光に混入するクロック信号光からのクロストーク雑音を低減することができる。また、この効果により余分なフィルタを追加する必要がなくなるため、コスト削減や秘密鍵の生成速度の向上が可能である。
【００５３】
また、本発明は上記のような波長多重によるクロック同期の場合だけでなく、偏波多重を用いた場合にも適用できる。偏波多重を用いる場合には、クロック信号光１１２および量子信号光１２３がそれぞれ異なる偏光状態となるものとする偏光子をＣ−ＬＤ１０３およびQ−ＬＤ１１６の出射部に設け、波長多重フィルタ１０５、１１１のそれぞれをクロック信号光１１２および量子信号光１２３を選択的に出力する偏光ビームスプリッタとすればよい。このような構成とすることで、本実施形態に示した波長多重によるクロック同期と同様の効果を得ることができる。
【００５４】
また、偏波多重を用いる場合には、伝送ファイバ１０８として偏波面保存ファイバを用いることが好ましいが、一般的なファイバを用い、偏光状態を補正する偏光コントローラを送信機および受信機のそれぞれに設けることとしてもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１０１  Ｂｏｂ
１０２  クロック信号源
１０３  Ｃ−ＬＤ
１０４  クロック信号光
１０５  波長多重フィルタ
１０６  λｃｌｋポート
１０７  λｃｏｍポート
１０８  伝送ファイバ
１０９  Ａｌｉｃｅ
１１０  クロック信号光
１１１  波長多重フィルタ
１１２  λｃｌｋポート
１１３  クロック信号光
１１４  フォトダイオード
１１５  ＣＤＲ
１１６  Ｑ−ＬＤ
１１７  符号化装置
１１８  光減衰器
１１９  量子信号光
１２０  λｑポート
１２１  量子信号光
１２２  λｑポート
１２３  量子信号光
１２４  復号化装置
１２５  単一光子検出器
１２６  ゲートパルス
２０１  送信機
２０２  クロック信号源
２０３  量子信号用レーザーダイオード
２０４  符号化装置
２０５  光減衰器
２０６  量子信号光
２０７  クロック信号用レーザーダイオード
２０８  クロック信号光
２０９  波長多重フィルタ
２１０  伝送ファイバ
２１１  受信機
２１２  波長多重フィルタ
２１３  量子信号光
２１４  クロック信号光
２１５  復号化装置
２１６  単一光子検出器
２１７  フォトダイオード
２１８  ＣＤＲ
２１９  ゲートパルス
【図１】
2010206459.tif 000003
【図２】
2010206459.tif 000004