(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
量子暗号通信の送信信号光を生成する信号生成部と、
前記信号生成部の内部から外部、または、外部から内部への光の透過の可否を制御する制御部と、
を含み、
前記信号生成部は、入力されたパルス光を変調する変調部を備え、
前記制御部は、前記変調部が入力されたパルス光を変調する時刻を含む所定時間区間における前記変調部の状態が前記信号生成部の外部から測定されないように、光の透過の可否を制御することを特徴とする送信装置。
【請求項２】
量子暗号通信の送信信号光を生成する信号生成部と、
前記信号受信部の内部から外部、または、外部から内部へ光が透過する窓部と、
前記信号生成部が生成した送信信号光が前記窓部に到達する時刻では光が前記窓部を透過するようにし、前記到達する時刻以外の時刻では光を透過させないよう、前記信号生成部から出力される光の透過の可否を制御する制御部と、
を含むことを特徴とする送信装置。
【請求項３】
量子暗号通信の送信信号光を生成する信号生成部と、
前記信号生成部の内部から外部、または、外部から内部へ光が透過する窓部と、
前記窓部における光の透過の可否を制御する制御部と、
を含み、
前記信号生成部は、パルス光を変調する変調部を備え、
前記変調部が出力したパルス光が前記窓部に到達するのに要する時間をＴ１とし、
前記送信信号光が前記窓部に到達する時刻をｔ１とすると、
前記制御部は、時刻ｔ１−２・Ｔ１においては光が透過せず、時刻ｔ１においては光が透過するように、光の透過の可否を制御することを特徴とする送信装置。
【請求項４】
前記窓部は光の透過率が変化する強度変調器であって、前記制御部は前記強度変調器の透過率を制御することを特徴とする請求項３に記載の送信装置。
【請求項５】
量子暗号通信の送信信号光を受信する信号受信部と、
前記信号受信部の内部から外部、または、外部から内部への光の透過の可否を制御する制御部と、
を含み、
前記制御部は、前記信号受信部で送信信号光を受信するときに生じた光が前記制御部に到達する時刻を含む所定時間区間において光が透過しないように、光の透過の可否を制御することを特徴とする受信装置。
【請求項６】
量子暗号通信の送信信号光を受信する信号受信部と、
前記信号受信部の内部から外部、または、外部から内部へ光が透過する窓部と、
前記信号受信部が上記送信信号光を受信する際に生じた光が前記窓部に到達する時刻では光が前記窓部を透過するようにし、前記到達する時刻以外の時刻では光を透過させないよう、前記信号受信部から出力される光の前記窓部における透過の可否を制御する制御部と、
を含むことを特徴とする受信装置。
【請求項７】
量子暗号通信の送信信号光を受信する信号受信部と、
前記信号受信部の内部から外部、または、外部から内部へ光が透過する窓部と、
前記窓部における光の透過の可否を制御する制御部と、
を含み、
前記信号受信部は、前記送信信号光を受信すると光を生成する観測器を備え、
前記窓部から入力された前記送信信号光が前記観測器に到達するのに要する時間をＴ２とし、
前記送信信号光が前記窓部に到達する時刻をｔ２とすると、
前記制御部は、時刻ｔ２＋２・Ｔ２においては光が透過せず、時刻ｔ２においては光が透過するように、光の透過の可否を制御することを特徴とする受信装置。
【請求項８】
前記窓部は光の透過率が変化する強度変調器であって、前記制御部は前記強度変調器の透過率を制御することを特徴とする請求項７に記載の受信装置。
【請求項９】
前記信号受信部は、前記送信信号光を変調する変調部をさらに備え、
前記窓部から入力された前記送信信号光が前記変調部に到達するのに要する時間をＴ３とすると、前記制御部は、さらに、時刻ｔ２―２・Ｔ３においては光が透過しないように、光の透過の可否を制御することを特徴とする請求項７または８に記載の受信装置。
【請求項１０】
送信装置によって量子暗号通信の送信信号光を送信する方法であって、
前記送信装置内でパルス光が変調されたあと、変調された前記パルス光が窓部を通って前記送信装置外に出射されるのに要する時間をＴ４とし、
前記パルス光が前記窓部に到達する時刻をｔ４とすると、
時刻ｔ４−２・Ｔ４において前記送信装置は光を出射せず、時刻ｔ４において光を出射するように、前記窓部を制御することを特徴とする方法。
【請求項１１】
受信装置によって量子暗号通信の送信信号光を受信する方法であって、
窓部を通って前記受信装置に入力された前記送信信号光が観測器に到達するのに要する時間をＴ５とし、
前記送信信号光が前記窓部に到達する時刻をｔ５とすると、
前記制御部は、時刻ｔ５＋２・Ｔ５においては光が透過せず、時刻ｔ５においては光が透過するように、光の透過の可否を制御することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学的シャッターを用いた量子暗号通信における送受信装置の安全性向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
量子暗号とは、量子通信を使って、ランダムで第三者と相関の無いビット列を送受信者間に供給するプロトコルの総称であり、数々の種類のプロトコルが提案され実装実験もなされている(DARPA/ SECOQC/ Tokyo QKD Network)。そして、そのうちの多くのプロトコルにおいて、装置に不完全がない場合には無条件に安全(物理法則的に許される全ての操作を実行可能な第三者に対しても、無相関となる事が保障されている)である事が示されている。量子暗号の安全性は次のような能力を持った盗聴者
・送受信されている光に対しては任意の操作ができる
・送受信者の装置構成は知っている。
・送受信者の内部状態(乱数を使って生成した状態・観測結果等)は知りえない。
を想定し、送受信者の測定が理想化されたデバイスと考えてよいと仮定した場合に証明されたものである。しかしながら、現実的にこれらのプロトコルを実装しようとした場合、理想的なモデルとのずれから数々の欠陥の可能性が指摘されている。そのうちの一つとして、外部から送受信者の状態が観測できてしまう、すなわち、外部から覗き見ができてしまうという問題が指摘されている。
【０００３】
このような欠陥に対処する方法として、例えば非特許文献１においては、付加的に加えた測定装置によって外部からの光の強度を測定し、さらに外部からの攻撃方法を仮定する事で、余分に外部に漏れる可能性のある情報量の上限を推定し、推定した情報量が大きい時には鍵を生成しないことで対処している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Christian Kurtsiefer, Patrick Zarda, Sonja Mayer & Harald Weinfurter, "The breakdown flash of silicon avalanche photodiodes-back door for evesdropper attacks," J. Mod. Opt, Vol. 48, Issue13, pp.2039-2047, 2001.
【非特許文献２】A.Vakhitov, V. Makarov and D. R. Hjelme, "Large pulse attack as a method of conventional optical eavesdropping in quantum cryptography." J. Mod. Opt., Vol. 48, , pp. 2023-2038 (2001).
【非特許文献３】C.H. Bennett, G. Brassard, "Quantum Cryptography: Public Key Distribution and Coin Tossing", Proceedings of IEEE International Conference on Computers Systems and Signal Processing, Bangalore India, pp 175-179, December 1984.
【非特許文献４】A. K. Ekert, "Quantum cryptography based on Bell’s theorem", Phys. Rev. Lett. 67, 661-663, 1991.
【非特許文献５】C. H. Bennett, "Quantum cryptography using any two nonorthogonal states", Phys. Rev. Lett. 68, 3121−3124, 1992.
【非特許文献６】K. Inoue, E. Waks, and Y. Yamamoto, "Differential-phase-shift quantum key distribution using coherent light", Phys. Rev. A. 68, 022317, 2003.
【非特許文献７】A. Acｉn, N. Brunner, N. Gisin, S. Massar, S. Pironio, and V. Scarani, "Device-Independent Security of Quantum Cryptography against Collective Attacks", Phys. Rev. Lett. Vol. 98, 230501, 2007.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１の方法では、外部に漏れる可能性のある情報量を推定することはできるが、外部に情報が漏れてしまうこと自体を防ぐことはできない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、外部に漏れる情報量が極めて小さいような送受信装置を提供する。
【０００７】
これは、上述の外部から覗き見ができてしまうという問題を解決する手段を提供する事を特長としている。
【０００８】
送受信者は信号光を発信又は受信しなければならないため、入出力ポートを必ず備えている。しかし、その入出力ポートは、盗聴者が内部状態を観察しようとした場合の有望な入出力ポートともなる。しかし、送受信のために入出力ポートを開けていなければならないタイミングと、入出力ポートを開けていると盗聴者に内部状態を観察される危険性が生じるタイミングは必ずしも同じではない。本発明は、この二つのタイミングが異なるように送受信者装置等を設計し、前者の時のみ窓を光が透過するようにすることで覗き見問題を解決するものである。
【０００９】
なお、ここでの「内部状態」とは、送信した信号光の種類又は受信した観測結果の種類に依存して変わる内部状態のみを指す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来の量子暗号通信における送信装置の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の送信装置の原理を示す概念図である。
【図３】本発明の量子暗号通信における送信装置の一例を示す概略図である。
【図４】従来の量子暗号通信における受信装置の一例を示す概略図である。
【図５】本発明の受信装置の原理を示す概念図である。
【図６】本発明の量子暗号通信における受信装置の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［送信者における窓の開け閉め］
［従来例］
従来の量子暗号通信における送信装置の例を図１に示す。
【００１２】
図１の送信装置は、パルス光を発生するレーザ光源１と、パルス光を５０：５０で分岐するビームスプリッタ（ＢＳ１）２と、ミラー３ａ、３ｂと、時間差τの光路差を有し干渉計を構成する２つのアーム４ａ、４ｂと、長い方のアーム４ａの光の位相を変調する位相変調器ＰＭ５と、２つのアームからの光を５０：５０で合波するビームスプリッタ（ＢＳ２）６とを備えている。
【００１３】
レーザ光源１からは、単一光子レベルではなく、比較的大きな強度のパルス光が出射される。このパルス光は、５０：５０のビームスプリッタ（ＢＳ１）２で分岐される。干渉計の短い方のアーム４ｂを通った光は、ビームスプリッタ（ＢＳ１）２から参照光として出力される。一方、干渉計の長い方のアーム４ａを通った光は、位相変調器ＰＭ５で２値｛０，δ｝のどちらかに確率１／２でランダムに位相変調され、ビームスプリッタ（ＢＳ２）６から位相変調光として出力される。この位相変調光は、参照光に対して、干渉計の２つのアームの光路差に応じて時間差τだけ遅延されている。これにより、同じ強度で同じ周波数をもつ２つの連続する参照光と位相変調光が生成される。ここで、光の強度および位相変調の値δは、送信機端において、量子雑音（量子揺らぎ）による信号状態拡がりが一部重なりあう程度に予め設定しておく。
【００１４】
以上のようにして生成された参照光と位相変調光とが、出力ポート７を通して送信装置の外部に出力される。
【００１５】
［本発明の原理］
送信者の内部状態が外部に観測されることは、主に光（覗き見光）が窓から照射され、送信装置内の位相変調器にあたって反射された反射光が窓から出てくることによって実現される（非特許文献１、非特許文献２）。反射光を解析すると、位相変調器の状態を解析することができる。位相変調器による変調の度合いで送信装置が出力する信号光の種類を決定しているため、位相変調器の状態を解析することで、送信装置から出力される信号光を推定することができる。
【００１６】
ただし、位相変調器を覗き見して得た情報から、送信装置から出力される信号光を推定するためには、その信号光を位相変調器が変調させている時刻の位相変調器の状態を観測する必要がある。
【００１７】
位相変調器の状態を観測するための外部からの光(以下「覗き見光」と呼ぶ)は、出力ポート（以下「窓」と呼ぶ）から入力される。すなわち、出力しようとしている信号光の種類に応じて位相変調器の変調度を変化させている時刻に窓が開いていると、外部から位相変調器の状態を覗き見することができる。言い換えれば、この時間に窓が閉まっていれば、仮に外部から覗き見されたとしても送信装置が出力する信号の種類に関する情報が漏れることはない。
【００１８】
図２に概念図を示す。簡単のためレーザ光源と位相変調器と窓が一次元上に配置されているものとし、レーザ光源の位置をＬ０、位相変調器の位置座標をＬ１、窓の位置座標をＬ２としている。また、光の速度が図２における斜め４５度の直線に対応するものとして、レーザ光源から信号光が出力される時刻ｔ１、位相変調器から変調された信号光が出力される時刻ｔ２、位相変調器から出力された信号光が窓に到達する時刻ｔ３、外部からの覗き見光が窓に到達する時刻ｔ０、外部からの覗き見光が位相変調器に到達する時刻ｔ３を図示したものである。
【００１９】
一般に、レーザ光源と、位相変調器と、窓と、の間には物理的な距離がある。よって、レーザ光源から出力される信号光が位相変調器に到達する時刻ｔ２と、その信号光が窓に到達する時刻ｔ３とは互いに等しくない。
【００２０】
同様に、覗き見光が窓に到達する時刻ｔ０と、覗き見光が位相変調器に到達する時刻ｔ２とは互いに等しくない。外部から信号光に関する情報を得るためには、時刻ｔ２に覗き見光が位相変調器に到達している必要がある。よって、それよりも前の時刻ｔ０に覗き見光は窓に到達していなければならない。
【００２１】
一方、位相変調器から出力される信号光が窓に到達する時刻ｔ３は、時刻ｔ０よりも後の時刻であるので、時刻ｔ０において窓が閉まっていても、信号光の送信の妨げにはならない。
【００２２】
すなわち、時刻ｔ０では窓が閉まっており、時刻ｔ３では窓が開いているように、窓を開け閉めすれば、仮に外部から覗き見されたとしても送信装置が出力する信号の種類に関する余分な情報が漏れることがないような送信装置を実現することができる。
【００２３】
［実施例１］
以上の原理に基づいて構成される、本発明の送信装置の本実施例にかかる構成を図３に示す。
【００２４】
本実施例の送信装置は、信号生成部８と強度変調器９と制御部１０とから構成される。
【００２５】
信号生成部８は図１で示した従来の量子暗号通信のための送信装置と同じ構成である。本実施例の送信装置は、従来の送信装置と比較すると、信号生成部８の外部に信号生成部８から出力された信号光の強度を変化させる強度変調器９と、強度変調器において透過させる信号光の強度を制御する制御部１０とを備える点が異なる。この強度変調器が上述の開け閉め可能な窓の役割を担うものである。従来の量子暗号の送信装置はこの位置に信号光の強度変調以外を目的とした強度変調器は備えていない。
【００２６】
強度変調器は、信号生成部から出力された信号光（参照光および位相変調光）を、制御部から入力された透過率で透過させて出力する。
【００２７】
制御部は、強度変調器の透過率を制御するものであり、強度変調器の透過率を制御するための制御信号を強度変調器に出力する。
【００２８】
強度変調器の透過率を変化させることが、窓を開け閉めすることに相当する。透過率を高くすれば入出力ポートを開けることになり、信号生成装置から出力された参照光と位相変調光が伝送路に出力される。一方、透過率を低くすれば入出力ポートを閉めることになり、信号生成装置から出力された参照光や位相変調光が外に漏れださない状態となる。
【００２９】
透過率が高いときは外部からの光も透過させるので、送信装置内部の位相変調器の状態が外部から覗き見されやすいといえる。逆に、透過率が低い時は外部からの光を透過させないため、送信装置内部の位相変調器の状態を外部から観測されることがない。
【００３０】
制御部は、図２の概念図で示した時刻ｔ０を含み、かつ、時刻ｔ３を含まない範囲の所定時間区間の間は強度変調器の透過率が低く、時刻ｔ３を含み、かつ、時刻ｔ０を含まない範囲の所定時間区間の間は強度変調器の透過率が高くなるように、透過率を制御する。
【００３１】
レーザ光源と位相変調器と強度変調器との互いの物理的距離は変化しないので、時刻ｔ１とｔ０との時間差、および時刻ｔ１とｔ３との時間差は固定されている。レーザ光源から光を出力する時刻ｔ１と時刻ｔ０との差Ｔ１,０＝ｔ１−ｔ０と、レーザ光源から光を出力する時刻ｔ１と時刻ｔ３との差Ｔ３，１＝ｔ３−ｔ１は、以下のようにして、予め求めておくことができる。
Ｔ１，０＝Ｔ３，２−Ｔ２，１
Ｔ３，１＝Ｔ３，２＋Ｔ２，１
ここで、Ｔ２，１は、レーザ光源と位相変調器との距離を光の速度で割った値、すなわち、レーザ光源から出力された信号光が位相変調器に到達するまでに要する時間である。また、Ｔ３，２は、位相変調器と強度変調器との距離を光の速度で割った値、すなわち、位相変調器から出力された信号光が強度変調器（窓）に到達するまでに要する時間である。
【００３２】
送信装置の信号光は所定時刻ごとに周期的に送信されるようにプロトコルが設計されていることが多い。すなわち、時刻ｔ１は予め設計により与えられる。よって、制御部は、時刻ｔ１−Ｔ１，０の時刻を含み、かつ、時刻ｔ１＋Ｔ３，１の時刻を含まない範囲の所定時間区間の間は強度変調器の透過率が低く、時刻ｔ１＋Ｔ３，１を含み、かつ、時刻ｔ１−Ｔ１，０を含まない範囲の所定時間区間の間は強度変調器の透過率が高くなるように、透過率を制御すればよい。
【００３３】
なお、上述の通り、時刻ｔ１が設計により与えられ、レーザ光源と位相変調器と強度変調器との距離が固定であることから、時刻ｔ２や時刻ｔ３は、時刻ｔ１から自動的に求まる。ゆえに、制御部では、時刻ｔ１の代わりに、時刻ｔ２や時刻ｔ３を基準として強度変調器の透過率を制御してもよい。すなわち、時刻ｔ２−Ｔ３，２の時刻を含み、かつ、時刻ｔ１＋Ｔ３，２の時刻を含まない範囲の所定時間区間の間は強度変調器の透過率が低く、時刻ｔ２＋Ｔ３，２を含み、かつ、時刻ｔ２−Ｔ３，２を含まない範囲の所定時間区間の間は強度変調器の透過率が高くなるように、透過率を制御してもよい。あるいは、時刻ｔ３−２・Ｔ３，２の時刻を含み、かつ、時刻ｔ３を含まない範囲の所定時間区間の間は強度変調器の透過率が低く、時刻ｔ３を含み、かつ、時刻ｔ３−２・Ｔ３，２を含まない範囲の所定時間区間の間は強度変調器の透過率が高くなるように、透過率を制御してもよい。
【００３４】
なお、送信装置の信号光は通常周期的に送信されるので、１タイムスロット前に送信された信号光が窓に到達する時刻が、上記の時刻ｔ０と同じにならないように、信号光が光を発出する周期や、レーザ光源、位相変調器、強度変調器の物理的位置を設計しておくこととする。
【００３５】
［変形例］
従来例、実施例１では、簡単のため１個の位相変調器からなる信号生成装置の例で説明をしたが、送信装置の構成は図１に限られるものではなく、量子暗号のプロトコルなどにより異なる。プロトコルによっては位相変調器以外の機器を用いて信号光の種類を変化させる場合もあるし、複数個の信号光の種類を変化させる機器を具備している場合もある。
【００３６】
上述の位相変調器は、「光学的特性が変化する空間（場所）」の一例である。言い換えれば、「信号光を変調する変調器」の空間的な位置である。信号光を変調するものであれば、位相変調器であっても、強度変調器であっても、その他の変調器であってもよい。ただし、ここでの変調器は、信号光の生成を目的とする変調器、すなわち、信号生成部内部にある変調器である。送信装置における覗き見は、「光学的特性が変化する空間（場所）」に外部から強い光をあて、その反射光を解析することにより行われるので、上述の位相変調器を「光学的特性が変化する空間（場所）」に読み替えて、信号生成部内の全ての「光学的特性が変化する空間（場所）」に対して、当該空間で信号光を変調させている時刻に外部からの光がその空間に到達することがないように、窓を閉めておくことがこの発明の本質である。
【００３７】
また、窓の役割をする強度変調器は、送信装置内部から外部へ、および外部から送信装置内部への光を透過させる／させない、を光学的に切り替えられるものであれば、他の機構でも構わない。
【００３８】
量子暗号のプロトコルとしては、BB84（非特許文献３）、E91（非特許文献４）、B92（非特許文献５）、DPSQKD（非特許文献６）などが知られている。
【００３９】
［受信者における窓の開け閉め］
［従来例］
従来の受信装置の構成例を図４に示す。
【００４０】
図４の受信装置は、入力ポート１１を通って送信装置から入力された光を５０：５０で分岐するビームスプリッタ（ＢＳ４）１２と、ミラー１３ａ、１３ｂと、時間差τの光路差を有し干渉計を構成する２つのアーム１４ａ、１４ｂと、長い方のアーム１４ａの光の位相を変調する位相変調器１５と、２つのアームからの光を５０：５０で合波するビームスプリッタ（ＢＳ３）１６と、ビームスプリッタＢＳ１からの光をそれぞれのポートで検出する光子検出器（Ａ）１７、（Ｂ）１８とを備えている。
【００４１】
送信装置からの２つの連続する参照光と位相変調光は、伝送路を介して受信装置の入力ポート１１に達する。受信装置に入力された参照光と位相変調光は、５０：５０のビームスプリッタ（ＢＳ４）１２で分岐される。分岐した参照光のうち干渉計の長い方のアーム１４ａを通った光は、時間差τの遅延を受け、位相変調器で２値｛０，−δ｝のどちらかに確率１／２でランダムに位相変調される。一方、分岐した位相変調光のうち干渉計の短いアーム１４ｂを通った光はそのままビームスプリッタ（ＢＳ３）１６に入射され、干渉計の２つのアームからの光が、５０：５０のビームスプリッタ（ＢＳ３）１６で合波される。
【００４２】
送信装置からは、参照光を送った後、時間差τで位相変調光を送ることになる。受信装置のビームスプリッタ（ＢＳ４）１２にはまず参照光が入射し、続いて位相変調光が入射する。参照光は、ビームスプリッタ（ＢＳ４）１２によって分岐され、干渉計の長いアーム１４ａと短いアーム１４ｂを通る。次に続く位相変調光も、ビームスプリッタ（ＢＳ４）１２によって分岐され、干渉計の長いアーム１４ａと短いアーム１４ｂを通る。このように、受信装置で、時間差τの２連続パルス（参照光と、参照光に対して時間差τの遅延を持つ位相変調光）を分岐し、遅延光路を介して合波すると、３つの時間スロットで光が検出される。
【００４３】
第１スロットでは、短いアーム１４ｂを通った参照光がビームスプリッタ（ＢＳ３）１６を通過した光が検出される。第１スロットから時間差τの遅れをもつ第２スロットでは、長いアーム１４ａを通った参照光と短いアーム１４ｂを通った位相変調光とがビームスプリッタ（ＢＳ３）１６で合波された光が検出される。第２スロットから時間差τの遅れを持つ第３スロットでは、長いアーム１４ａを通った位相変調光がビームスプリッタ（ＢＳ３）１６を通過した光が検出される。ここで、最初（第１スロット）と最後（第３スロット）のスロットのデータは破棄し、参照光と位相変調光が干渉する第２スロットでの検出結果を、受信信号として利用する。
【００４４】
［本発明の原理］
受信装置の受信した信号の観測結果が外部に観測されることは、光子検出器で信号光を観測する際に生じた光が入力ポート（窓）から外部に漏れることによって実現される（非特許文献７）。
【００４５】
光子検出器が信号光を観測する際に生じる光は、観測結果と相関の高いものであるため、この光を外部から観測することで、光子検出器が観測して得た情報を推定することができる。言い換えれば、光子検出器で信号光を観測する際に生じた光が窓に到達する時刻に、窓が閉まっていれば、この光が外部に漏れることがないので、覗き見されることを避けることができる。
【００４６】
概念図を図５に示す。簡単のため光子検出器Ａと窓が一次元上に配置されているものとし、光子検出器Ａの位置をＬ３、窓の位置座標をＬ４としている。また、光の速度が図５における斜め４５度の直線に対応するものとして、送信装置から出力された信号光が窓に到達する時刻ｔ４、信号光が光子検出器Ａに到達する時刻ｔ５Ａ、光子検出器Ａで信号光を観測する際に生じた光が窓に到達する時刻ｔ６Ａを図示したものである。
【００４７】
一般に、光子検出器と、窓との間には物理的な距離がある。よって、送信装置の信号光が窓に到達する時刻ｔ４と、光子検出器で信号光を観測する際に生じた光が窓に到達する時刻ｔ６Ａは等しくない。ゆえに、時刻ｔ４では窓が開いていて、時刻ｔ６Ａでは窓が閉まった状態となるように、窓を開け閉めすることで、信号光の受信を妨げることなく、外部に覗き見される問題を解決することができる。
【００４８】
なお、図５の概念図では受信装置を構成する光子検出器のうちの一方（光子検出器Ａ）だけを図示して説明しているが、実際には、受信装置内の全ての光子検出器に対して、同様の窓を閉めておくべき時刻を制御する。すなわち、光子検出器Ｂで信号光を観測する際に生じた光が窓に到達する時刻ｔ６Ｂでは窓が閉まった状態となるように、窓を開け閉めする。
【００４９】
［実施例２］
実施例２の受信装置の構成図を図６に示す。本実施例の受信装置は、信号受信部１９と、強度変調器２０と、制御部２１と、を備える。
【００５０】
信号受信部１９は図４で示した従来の量子暗号通信のための受信装置と同じ構成である。本実施例の受信装置は、従来の受信装置と比較すると、信号受信部８の外部に送信装置から入力された信号光の強度を変化させる強度変調器２０と、強度変調器での強度を制御する制御部２１とを備える点が異なる。この強度変調器が上述の開け閉め可能な窓の役割を担うものであり、従来の量子暗号の受信装置はこの位置に信号光の強度変調以外を目的とした強度変調器は備えていない。
【００５１】
強度変調器は、送信装置から入力された信号光（参照光および位相変調光）を、制御部から入力された透過率で透過させる。
【００５２】
制御部は、強度変調器の透過率を制御するものであり、強度変調器の透過率を制御するための制御信号を強度変調器に出力する。
【００５３】
強度変調器の透過率を変化させることが、窓を開け閉めすることに相当する。透過率を高くすれば入出力ポートを開けることになり、信号受信部の光子検出器で信号光を観測する際に生じた光が窓から外部に漏れだし、第３者に覗き見される危険性が高くなる。一方、透過率を低くすれば入出力ポートを閉めることになり、信号受信部の光子検出器で信号光を観測する際に生じた光が窓から外部に漏れださない状態となる。
【００５４】
制御部は、図５の概念図で示した
(1) 時刻ｔ４を含み、かつ、時刻ｔ６Ａ及び時刻ｔ６Ｂを含まない範囲の所定時間区間
の間は強度変調器の透過率が高く、
(2) 時刻ｔ６Ａを含み、かつ、時刻ｔ４を含まない範囲の所定時間区間、および、
(3) 時刻ｔ６Ｂを含み、かつ、時刻ｔ４を含まない範囲の所定時間区間、
の間は強度変調器の透過率が低くなるように、透過率を制御する。
【００５５】
送信装置からは周期的に信号光が送信される。送信装置と受信装置の物理的距離は固定なので、時刻ｔ４は送信装置の信号光の送出周期により特定される。すなわち、設計により予め与えられる。
【００５６】
光子検出器と強度変調器との物理的距離は変化しないので、時刻ｔ４と時刻ｔ６Ａの時間差ＴＡと、時刻ｔ４と時刻ｔ６Ｂの時間差ＴＢは固定である。時刻ＴＡは、光子検出器Ａと強度変調器との距離の２倍を光の速度で割った値である。時刻ＴＢは、光子検出器Ｂと強度変調器との距離の２倍を光の速度で割った値である。
【００５７】
よって、制御部では、時刻ｔ４ごとに、時刻ｔ４を含み、かつ、時刻ｔ４＋ＴＡおよび時刻ｔ４＋ＴＢの時刻を含まない範囲の所定時間区間の間は強度変調器の透過率が高く、時刻ｔ４＋ＴＡを含み、かつ、時刻ｔ４を含まない範囲の所定時間区間の間と、時刻ｔ４＋ＴＢを含み、かつ、時刻ｔ４を含まない範囲の所定時間区間の間は強度変調器の透過率が低くなるように、透過率を制御する。
【００５８】
なお、送信装置からの信号光は通常周期的に受信装置に入力されるので、１タイムスロット後に入力される信号光が窓に到達する時刻が、上記の時刻ｔ６Ａおよびｔ６Ｂの何れかと同時刻にならないように、信号光が光を発出する周期（信号光を受信する周期）や、光子検出器Ａ，Ｂ、強度変調器の物理的位置を設計しておくこととする。
【００５９】
［変形例］
上述の光子検出器は、受信信号を観測することにより、「光学的な情報が漏えいする可能性のある空間（場所）」の一例であり、光子検出器以外の機器を用いて受信信号を観測する場合にはその機器が「光学的な情報が漏えいする可能性のある空間（場所）」となる。本発明のポイントは、受信装置内部に存在する「光学的な情報が漏えいする可能性のある空間（場所）」の全てについて、当該「光学的な情報が漏えいする可能性のある空間（場所）」から受信信号を観測する際に発せられる光が窓に到達する時刻に窓が閉まっているように、入出力ポートの位置に設置した強度変調器により、光の透過率を制御することである。
【００６０】
また、受信装置の信号受信部の構成は上述の例に限られるものではなく、量子暗号のプロトコルなどにより異なる。プロトコルによっては、２つ以上の光子検出器、あるいは、光子検出器以外の「光学的な情報が漏えいする可能性のある空間（場所）」を具備する場合もある。そのような構成に対しても、同様の考え方により本発明を適用することができる。
【００６１】
以上、送信装置に対しては、能動的な覗き見を防ぐ方法、受信装置に対しては、受動的な覗き見を防ぐ方法を示したが、これは逆の場合も重要な場合がある。というのも、例えば受信装置で観測の基底を光学的特性を変更させることで選択する場合は受信者側においても、能動的な覗き見を防ぐ必要がある。さらに、送信装置の信号生成部の内部に、光子検出器、あるいは、光子検出器以外の「光学的な情報が漏えいする可能性のある空間（場所）」を具備する場合も考えられ、この場合は送信者側において、能動的な覗き見に加え、受動的な覗き見を防ぐ必要がある。これらの場合についても、本実施例は自明に適用できる。
【００６２】
具体的には、信号受信部の内部に、さらに位相変調器や強度変調器を具備し、観測の基底や強度を光学的に変化させたうえで受信信号を観測するような構成も有り得る。この場合、「光学的な情報が漏えいする可能性のある空間（場所）」に加えて、実施例１の送信装置で示した「光学的特性が変化する空間（場所）」についての考え方を受信装置にも適用し、「光学的特性が変化する空間（場所）」において光学的特性が変化する時刻に外部からの覗き見光がその空間に到達しないように、窓を閉めるための透過率の制御も合わせて行う。
【符号の説明】
【００６３】
１  レーザ光源
２  ビームスプリッタ（ＢＳ１）
３ａ、３ｂ、１３ａ、１３ｂ  ミラー
４ａ、４ｂ、１４ａ、１４ｂアーム
５、１５  位相変調器ＰＭ
６  ビームスプリッタ（ＢＳ２）
７  出力ポート
８  信号生成部
９  強度変調器
１０  制御部
１１  入力ポート
１２  ビームスプリッタ（ＢＳ４）
１６  ビームスプリッタ（ＢＳ３）
１７  光子検出器（Ａ）
１８  光子検出器（Ｂ）
１９  信号受信部
２０  強度変調器
２１  制御部
【要約】      （修正有）【課題】量子暗号の送受信装置から外部に漏れる可能性のある情報量を極めて小さくし、量子暗号の安全性を向上させる手段を提供する。【解決手段】送信装置は、量子暗号通信の送信信号光を生成する信号生成部と、信号生成部の内部から外部へ、またはその逆向きの光の透過の可否を制御する制御部を含み、信号生成部は、入力されたパルス光を変調する変調部を備え、制御部は、変調部が入力されたパルス光を変調する時刻を含む所定時間区間における変調部の状態が信号生成部の外部から測定されないように光の透過の可否を制御する。また、受信装置は、量子暗号通信の送信信号光を受信する信号受信部と、信号受信部の内部から外部へ、またはその逆向きの光の透過の可否を制御する制御部を含み、制御部は、信号受信部で送信信号光を受信するときに生じた光が制御部に到達する時刻を含む所定時間区間において光が透過しないように、光の透過の可否を制御する。【選択図】図３【図１】
0005571832.tif 000002
【図２】
0005571832.tif 000003
【図３】
0005571832.tif 000004
【図４】
0005571832.tif 000005
【図５】
0005571832.tif 000006
【図６】
0005571832.tif 000007