(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信機および受信機ならびに前記送信機と前記受信機の間に延びる伝送ラインを含む、２進符号の光伝送用システムであって、
前記送信機が、
−  物理量を有する電磁信号を生成するように配置された生成手段（ＳＰＵ）と、
−  修正された送信信号を生成すべく前記２進符号に従って前記電磁信号を特徴づけする少なくとも１つの物理量を修正するように配置された送信修正手段（ＡＴ１、ＤＰ、ＭＰ１）と、
を含み、
前記伝送ライン（ＣＱ）は前記修正された送信信号を前記受信機に伝送するように配置されており、
前記受信機が、
−  修正された受信信号を生成すべく前記修正された送信信号を修正するように配置された受信修正手段（ＡＴ２、ＭＰ２、ＯＬ２）と、
−  前記修正された受信信号を特徴づけする物理量の値を検出するように配置された検出手段（Ｆ２、Ｄ１、Ｄ２）と、
を含んでいる光伝送用システムにおいて、
前記送信修正手段は、前記修正された送信信号を生成すべく前記電磁信号の少なくとも第１の物理量と第２の物理量を修正するように配置されており、前記修正された送信信号が少なくとも第１のタイプの修正された送信信号と第２のタイプの修正された送信信号からランダムに選択され、
ここで、前記第１のタイプの修正された送信信号については、前記第１の物理量が一定であり、前記第２の物理量は前記２進符号のビット値に依存し、かつ前記第２のタイプの修正された送信信号については前記第２の物理量が一定であり、前記第１の物理量は前記２進符号のビット値により依存すること、
および、前記検出手段が、前記第１の物理量の値および前記第２の物理量の値を決定するように配置されていること、
を特徴とするシステム。
【請求項２】
前記第１の物理量が前記電磁信号のスペクトル成分の強度である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第２の物理量が前記電磁信号のスペクトル成分の相対位相である、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
−  前記送信修正手段が、前記修正された送信信号を生成すべく前記２進符号に従って前記電磁信号を変調するように配置された送信変調手段（ＡＴ１、ＤＰ、ＭＰ１）を含み、前記第１のタイプの修正された送信信号のスペクトル成分が第１の送信強度と第１の相対送信位相を有し、前記第２のタイプの修正された送信信号のスペクトル成分が第２の送信強度および第２の相対送信位相を有し、
−  スペクトル送信成分の前記第１の強度が、前記２進符号の第１のビット値のための第１の送信強度の第１の値、および前記２進符号の第２のビット値のための第１の送信強度の第２の値を有し、修正された第１の強度の前記第１の値が、修正された第１の強度の前記第２の値に等しく、
−  スペクトル送信成分の前記第１の相対位相が、前記２進符号の第１のビット値のための第１の相対送信位相の第１の値、および前記２進符号の第２のビット値のための第１の相対送信位相の第２の値を有し、第１の相対送信位相の前記第１の値が第１の相対送信位相の前記第２の値とは異なるものであり、
−  スペクトル成分の前記第２の送信強度が、前記２進符号の第１のビット値のための第２の送信強度の第１の値、および前記２進符号の第２のビット値のための第２の送信強度の第２の値を有し、第２の送信強度の前記第１の値が、第２の送信強度の前記第２の値と異なるものであり、
−  スペクトル送信成分の前記第２の相対位相が、前記２進符号の第１のビット値のための第２の相対送信位相の第１の値、および前記２進符号の第２のビット値のための第２の送信位相の第２の値を有し、第２の相対送信位相の前記第１の値が第２の相対送信位相の前記第２の値と等しいものであり、
−  前記受信修正手段が、受信変調信号を生成し前記受信変調信号により前記修正された送信信号を変調するように配置された受信変調手段を含み、前記受信変調信号が第１のタイプの受信変調信号と第２のタイプの受信変調信号の間でランダムに選択されており、前記検出手段は、前記修正された受信信号が前記第１のタイプの受信変調信号による変調に対応する場合に、送信信号のスペクトル成分の第１の相対位相の前記第１の値または送信信号のスペクトル成分の第１の相対位相の前記第２の値を選択的に検出し、前記修正された受信信号が前記第２のタイプの変調信号による変調に対応する場合には、送信信号のスペクトル成分の第２の強度の前記第１の値または送信信号のスペクトル成分の第２の強度の前記第２の値を選択的に検出するように配置されている、
請求項２又は請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記送信変調手段（ＯＬ１、ＡＴ１、ＤＰ、ＭＰ１）が、
−  第１の電気信号を生成するように配置された第１の発生器（ＯＬ１）と、
−  修正された電気信号を生成すべく前記第１の電気信号を修正するように配置された送信信号修正手段（ＡＴ１、ＤＰ）と、
−  前記修正された送信信号を生成すべく前記修正された電気信号により前記電磁信号を変調するように配置された送信変調器（ＭＰ１）を含み、
前記受信変調手段が、
−  第２の電気信号を生成するように配置された第２の発生器（ＯＬ２）と、
−  前記第２の電気信号を用いて前記修正された送信信号を変調するように配置された受信変調器と、
を含んでいる、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記送信信号修正手段が、前記２進符号の第１のビット値のための第１の電気信号強度値および前記２進符号の第２のビット値のための第２の電気信号強度値に前記修正された電気信号の強度を固定するように配置された第１の減衰器、および前記２進符号の第１のビット値のための第１の電気信号位相値および前記２進符号の第２のビット値のための第２の電気信号位相値に前記修正された電気信号の位相を固定するように配置された移相器を含む、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
２進符号を伝送するためのシステム内の送信機であって、
−  第１の電磁信号を生成するように配置された発生手段（ＳＰＵ）と、
−  修正された送信信号を生成すべく前記２進符号に従って前記電磁信号を特徴づけする少なくとも１つの物理量を修正するように配置された送信修正手段（ＡＴ１、ＤＰ、ＭＰ１）と、を含む送信機において、
前記送信修正手段は、前記修正された送信信号を生成すべく前記電磁信号の少なくとも第１の物理量と第２の物理量の値を修正するように配置されており、前記修正された送信信号が少なくとも第１のタイプの修正された送信信号と第２のタイプの修正された送信信号からランダムに選択され、
ここで、前記第１のタイプの修正された送信信号については、前記第１の物理量が一定であり、前記第２の物理量は前記２進符号のビット値に依存し、かつ前記第２のタイプの修正された送信信号については前記第２の物理量が一定であり、前記第１の物理量は前記２進符号のビット値により依存すること、
を特徴とする送信機。
【請求項８】
前記第１の物理量が前記電磁信号のスペクトル成分の強度である、請求項７に記載の送信機。
【請求項９】
前記第２の物理量が前記電磁信号のスペクトル成分の相対位相である、請求項７または８に記載の送信機。
【請求項１０】
−  前記送信修正手段が、前記修正された送信信号を生成すべく前記２進符号に従って前記電磁信号を変調するように配置された送信変調手段（ＡＴ１、ＤＰ、ＭＰ１）を含み、前記第１のタイプの修正された送信信号のスペクトル成分が、第１の送信強度と第１の相対送信位相を有し、前記第２のタイプの修正された送信信号のスペクトル成分が第２の送信強度および第２の相対送信位相を有し、
−  スペクトル送信成分の前記第１の強度が、前記２進符号の第１のビット値のための第１の送信強度の第１の値、および前記２進符号の第２のビット値のための第１の送信強度の第２の値を有し、修正された第１の強度の前記第１の値が、修正された第１の強度の前記第２の値に等しく、
−  スペクトル送信成分の前記第１の相対位相が、前記２進符号の第１のビット値のための第１の相対送信位相の第１の値、および前記２進符号の第２のビット値のための第１の相対送信位相の第２の値を有し、第１の相対送信位相の前記第１の値がスペクトル送信成分の第１の相対位相の前記第２の値とは異なるものであり、
−  スペクトル送信成分の前記第２の強度が、前記２進符号の第１のビット値のための第２の送信強度の第１の値、および前記２進符号の第２のビット値のための第２の送信強度の第２の値を有し、第２の送信強度の前記第１の値が、第２の送信強度の前記第２の値と異なるものであり、
−  スペクトル送信成分の前記第２の相対位相が、前記２進符号の第１のビット値のための第２の相対送信位相の第１の値、および前記２進符号の第２のビット値のための第２の相対送信位相の第２の値を有し、第２の相対送信位相の前記第１の値が第２の相対送信位相の前記第２の値と等しいものである、
請求項８又は請求項９に記載の送信機。
【請求項１１】
前記送信変調手段（ＯＬ１、ＡＴ１、ＤＰ、ＭＰ１）が、
−  第１の電気信号を生成するように配置された第１の発生器（ＯＬ１）と、
−  修正された電気信号を生成すべく前記第１の電気信号を修正するように配置された送信信号修正手段（ＡＴ１、ＤＰ）と、
−  前記修正された送信信号を生成すべく前記修正された電気信号により前記電磁信号を変調するように配置された送信変調器（ＭＰ１）とを含む、
請求項１０に記載の送信機。
【請求項１２】
前記送信信号修正手段が、前記２進符号の第１のビット値について、そして前記２進符号の第２のビット値についての第２の電気信号強度値において、第１のタイプの修正された電気信号または第２のタイプの修正された電気信号を修正された電気信号としてランダムに生成するための減衰器、および前記２進符号の第１のビット値のための第１の電気信号位相値および前記２進符号の第２のビット値のための第２の電気信号位相値に前記第１のタイプの修正された電気信号の位相を固定するように配置された移相器を含む、請求項１１に記載の送信機。
【請求項１３】
−  修正された受信信号を生成すべく前記修正された送信信号を修正するように配置された受信修正手段（ＡＴ１、ＭＰ２、ＯＬ２）と、
−  前記修正された受信信号を特徴づけする物理量の値を検出するように配置された検出手段（Ｆ２、Ｄ１、Ｄ２）と、を含んで成る、
請求項７〜１２のいずれか１項に記載の送信機により送信された前記修正された送信信号を受信するように配置された、２進符号光伝送システム内の受信機において、前記検出手段が、前記第１の物理量の値および前記第２の物理量の値を決定するように配置されていることを特徴とする受信機。
【請求項１４】
前記受信修正手段が、受信変調信号を生成し前記受信変調信号により前記修正された送信信号を変調するように配置された受信変調手段を含み、前記受信変調信号が第１のタイプの受信変調信号と第２のタイプの受信変調信号からランダムに生成されており、前記検出手段は、前記修正された受信信号が前記第１のタイプの受信変調信号による変調に対応する場合に、スペクトル送信成分の第１の相対位相の前記第１の値またはスペクトル送信成分の第１の相対位相の前記第２の値を選択的に検出し、前記修正された受信信号が前記第２のタイプの変調信号による変調に対応する場合には、スペクトル送信成分の第２の強度の前記第１の値または第２の送信強度の前記第２の値を選択的に検出するように配置され、
−修正された受信信号を生成すべく前記修正された送信信号を修正するように配置された受信修正手段（ＡＴ１、ＭＰ２、ＯＬ２）と、
−前記修正された受信信号を特徴づけする物理量の値を検出するように配置された検出手段（Ｆ２、Ｄ１、Ｄ２）と、を含んで成る、
請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の送信機により送信された前記修正された送信信号を受信するように配置された、２進符号光伝送システム内の受信機において、前記検出手段が、前記第１の物理量の値および前記第２の物理量の値を決定するように配置されていることを特徴とする受信機。
【請求項１５】
送信装置と宛先間での２進符号の光伝送のための方法であって、
前記送信装置が、
−  １組の物理量により特徴づけされる電磁信号を生成し、
−  修正された送信信号を生成すべく前記２進符号に従って前記電磁信号の少なくとも１つの物理量を修正し、
前記宛先が
−  前記修正された送信信号を受信し、
−  前記修正された送信信号を修正して、修正された受信信号を生成し、
−  前記修正された受信信号の物理量を検出する方法において、
前記送信装置は、前記修正された送信信号を生成すべく前記電磁信号の少なくとも第１の物理量と第２の物理量を修正し、前記修正された送信信号は、少なくとも第１のタイプの修正された送信信号と第２のタイプの修正された送信信号からランダムに選択され、
ここで、前記第１のタイプの修正された送信信号については、前記第１の物理量が一定であり、前記第２の物理量は前記２進符号のビット値に依存し、かつ前記第２のタイプの修正された送信信号については前記第２の物理量が一定であり、前記第１の物理量は前記２進符号のビット値により依存し、前記宛先は、前記第１の物理量の値および前記第２の物理量の値を決定すること、
を特徴とする方法。
【請求項１６】
前記第１の物理量が前記電磁信号のスペクトル成分の強度である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２の物理量が前記電磁信号のスペクトル成分の相対位相である、請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項１８】
−  前記送信装置が、前記修正された送信信号を生成すべく前記２進符号に従って前記電磁信号を変調し、前記第１のタイプの修正された送信信号のスペクトル成分が第１の送信強度と第１の相対送信位相を有し、前記第２のタイプの修正された送信信号のスペクトル成分が第２の送信強度および第２の相対送信位相を有し、
−  スペクトル送信成分の前記第１の強度が、前記２進符号の第１のビット値のための第１の送信強度の第１の値、および前記２進符号の第２のビット値のための第１の送信強度の第２の値を有し、修正された第１の強度の前記第１の値が、修正された第１の強度の前記第２の値に等しく、
−  スペクトル送信成分の前記第１の相対位相が、前記２進符号の第１のビット値のための第１の相対送信位相の第１の値、および前記２進符号の第２のビット値のための第１の相対送信位相の第２の値を有し、第１の相対送信位相の前記第１の値が第１の相対送信位相の前記第２の値とは異なるものであり、
−  スペクトル成分の前記第２の送信強度が、前記２進符号の第１のビット値のための第２の送信強度の第１の値、および前記２進符号の第２のビット値のための第２の送信強度の第２の値を有し、第２の送信強度の前記第１の値が、第２の送信強度の前記第２の値と異なるものであり、
−  スペクトル送信成分の前記第２の相対位相が、前記２進符号の第１のビット値のための第２の相対送信位相の第１の値、および前記２進符号の第２のビット値のための第２の送信位相の第２の値を有し、第２の相対送信位相の前記第１の値が第２の相対送信位相の前記第２の値と等しいものであり、
前記宛先は、
−  受信変調信号を生成し、前記受信変調信号は第１のタイプの受信変調信号および第２のタイプの受信変調信号からランダムに生成されており、
−  前記受信変調信号により前記修正された送信信号を変調し、
−  前記修正された受信信号が前記第１のタイプの受信変調信号による変調に対応する場合に、スペクトル送信成分の第１の相対位相の前記第１の値またはスペクトル送信成分の第１の相対位相の前記第２の値を選択的に検出し、そして
−  前記修正された受信信号が前記第２のタイプの変調信号による変調に対応する場合には、スペクトル送信成分の第２の強度の前記第１の値またはスペクトル送信成分の第２の強度の前記第２の値を選択的に検出する、
請求項１６又は請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２進符号の安全な光伝送のためのシステムに関する。
【０００２】
本発明は同様に、２進符号の安全な光伝送のための方法にも関する。
【背景技術】
【０００３】
理論的には、伝送ラインの絶対的機密性は、１つのメッセージに対応する情報搬送信号が、ランダム暗号化鍵の排他的ＯＲ演算子を用いて加算により暗号化されている場合に確保できる。かくして符号化され送信されたメッセージは、解読されるべきメッセージと同じ長さのこの鍵が一回しか使用されない場合、解読不可能である。しかしながら、暗号化アルゴリズムは、合法的通信相手同士が共有する鍵が完全に秘密である場合にのみ意味をなす。
【０００４】
量子力学の法則は、暗号化鍵の伝送に対し無条件の安全性を提供することによってこの問題を解決する可能性を提供する。
【０００５】
光子の量子状態について鍵の各ビットを符号化することにより数多くの鍵共有プロトコルがイメージされてきた。
【０００６】
年代的に最初のものは、インドBagaloreにおける、コンピュータ、システムおよび信号処理に関するIEEE Internatinalの議事録（１９８４年、IEEE, New York）ｐ１７５〜１７９のC. H, Bennett, G. Brassard著の論文「量子暗号：公開鍵の配送およびコイン投げ」の中でBennettらにより提示されており、ここでは、一般に４状態プロトコルまたはＢＢ８４プロトコルと呼ばれる、２つの共役基底を形成する４つの状態を伴う交換プロトコルが提案されている。
【０００７】
同じくBennettが提示した一般に２状態プロトコルまたはＢ９２プロトコルと呼ばれる第２のプロトコルは、２つの非直交状態について鍵のビットを符号化することから成る。このプロトコルは、CH Bennett著の刊行物「任意の２つの非直交状態を用いた量子暗号」、Physical Review Letters, 第６８巻、ｐ３１２１〜３１２４、１９９２号の中で記述されている。
【０００８】
これら２つのプロトコルでは、通常アリスと呼ばれる送信機は、利用可能な状態の中から無作為に選択された１つの状態で光子を準備する。通常ボブと呼ばれる受信機は、測定により入射光子の各状態を解析する。通常イヴと呼ばれるスパイが秘密の伝送ラインを聴こうとする場合、このイヴが今度は、アリスから送られた光子の状態を知るために測定を行なう。鍵交換プロトコルに結びつけられた光子の使用は、伝送チャネル上でスパイにより抽出され得る情報量を制限する。さまざまなパラメータ、エラー率および伝送速度を測定することで、合法的通信相手は、この情報量が自分達が共有するものよりも少ないか否かを推定することができる。合法的通信相手が共有する情報量がスパイの知っている情報よりも大きい場合、機密鍵が共有され得る。ＥＰＲ（アインシュタイン、ポドルスキー、ローゼン）光子伝送に基づくかまたはその他の符号化を用いるその他の交換スキームが開発されてきた。
【０００９】
必要とされる状態で光子を準備するためにさまざまな技法が提案されてきた。
【００１０】
第１の技法は、光子の偏光状態を使用することから成り、例えばJ. Breguet, A. Muller, N. Gisin著の刊行物「光ファイバ内の偏極光子を用いた量子暗号」、Journal of Modern Optics, 第４１巻、第１２号、ｐ２４０５〜２４１２頁、１９９４年の中で記述された。送信時点で、１ビットは右回り回転または垂直偏光によって表わすことができ、一方０ビットは左回り回転または水平偏光により表わされ得る。受信時点で、ボブは、ランダムにかつアリスとは独立した形で、自らが入射光子の状態を内部で分析する基底を選択する。
【００１１】
第２の符号化技法は、情報を符号化するために単一光子パルス間に導入される相対位相の使用を提案している。アリスおよびボブは各々、この相対位相差をそれぞれに導入および測定するために不平衡ファイバ干渉計を使用する。各ビットはランダムに光学位相差値によって表わされる。このシステムはかくして、時間的領域内の光子に対する干渉の特性を使用する。各々の干渉計はそのアームの１つの上に、鍵の伝送を可能にする光移相器を有する。かくして、アリス干渉計からの出力側では、時間的遅延により分離された２つのパルスが観察される。ボブ干渉計の出力側では、３つのパルスが観察される。第１のおよび第３のパルスは、２つの干渉計内の最短および最長の経路をたどるパルスにそれぞれ由来する。第２のパルスは、アリスにより移相されボブにより遅延させられたパルスおよびアリスにより遅延されボブにより移相されたパルスの重畳に対応する。したがって第２のパルスの強度は、ボブとアリスの両方により導入される移相に依存する。暗号化鍵を得るために使用されるのはこれである。この技法の異なる変形形態が、特に米国特許第５，３０７，４１０号（US5307410）およびC MarandおよびP D Townsend著の論文「３０ｋｍといった長距離にわたる量子鍵配送」Opt. Lett, 第２０巻、第１６号、１６９５〜１６９７頁、１９９５年の中で記述されている。
【００１２】
仏特許第２７６３１９３号（FR2763193）の主題であった第３の技法においては、アリスは、光変調によって得られるさまざまなスペクトル成分間に導入される位相差により鍵の各ビットを符号化する。位相差は２つの値の間でランダムに選択される。ボブは、アリスにより生成された成分から周波数成分を生成するべく光を変調する。ボブは、自らが生成できたさまざまな周波数成分の間に、アリスとは独立して選択された第２の位相差を導入する。変調側波帯内の光子に対する干渉の特性を使用することにより、ボブは入射光子の量子状態を発見することができる。この伝送方法によって、特に標準的な電気光学コンポーネントを使用することが可能となる。これはコンパクトであり、そのため外部不安定性の効果は最小限におさえられる。かくして、これを標準的ネットワーク上に設置することが可能である。情報を符号化するためだけに相対位相を使用するこの方法では、４状態プロトコルを使用することができない。
【００１３】
送信機および受信機ならびに前記送信機と前記受信機の間に延びる受信ラインを含む、２進符号の光伝送用システムであって、
前記送信装置が、
−  電磁信号を生成するように配置された生成手段；
−  修正された送信信号を生成すべく前記２進符号に従って前記電磁信号を特徴づけする少なくとも１つの物理量を修正するように配置された送信修正手段；
を含み、
前記伝送ラインは前記修正された送信信号を前記受信機に伝送するように配置されており、
前記受信機が、
−  修正された受信信号を生成すべく前記修正された送信信号を修正するように配置された受信修正手段；
−  前記修正された受信信号を特徴づけする物理量のうちの少なくとも1つを検出するように配置された検出手段、
を含んでいる光伝送用システムは、先行技術においても公知である。
【００１４】
かかるシステムは、例えばＰＣＴ出願国際公開第０２／４９２６７号（WO02/49267）の中で記述されている。この出願は、送信機の修正手段が、第１のビット値については０またはπ／２そして第２のビット値についてはπまたは３π／２に等しくなるようにランダムに選択される移相を課す移相手段を含んでいることを教示している。考えられる位相差値｛０、π｝および｛π／２、３π／２｝は、それぞれ、０および１ビットを表現するのに用いられる２つの量子状態基底Ｂ１およびＢ２に対応する。送信時点で、アリスは、２つの基底からランダムに１つの基底を選択する。基底Ｂ１を選択した場合、アリスは、０という位相で０ビットを表現し、πという位相で１ビットを表現する。基底Ｂ２を選択した場合、アリスはπ／２という位相で０ビットを表現し、３π／２という位相で１ビットを表現することになる。受信時点で、ボブは、アリスとは独立して、受信されたビットを測定すべく２つの基底Ｂ１およびＢ２のうちの１つをランダムに選択する。送信時と受信時に選択された２つの基底が同じである場合、ビットの検出が可能である。選択された基底が異なる場合、ボブは伝送されたビットを決定できない。使用された基底では、上述の通り４状態プロトコルを使用することができる。
【００１５】
したがって、この文書中では、使用されるさまざまな状態は、唯一位相のみによって区別される。
【００１６】
しかしながら、上述の技法は実際いくつかの欠点を有する。第１の技法については、伝送全体を通して偏光を厳密に保つことが必要である。この問題を解決するためには、偏光維持ファイバが必要とされるが、このようなファイバは既存のネットワーク上には設置されていない。想定できる第２の解決法は、伝送全体を通して偏光を制御することである。この解決法は、偏光の変動を規則的に制御することが必要であるためにシステムを大幅に複雑なものにし、その結果、鍵の伝送速度は削減されることになる。
【００１７】
第２の技法については、この方法に基づく配送システムは、動作に大きな差異のある一対の伝送／受信用干渉計を使用する。問題点は、熱および機械的不安定性にも関わらず高い精度で２本のアーム間の遅延を一定に保つことにある。
【００１８】
第３の技法については、ＢＢ８４  ４状態プロトコルを用いる最初の２つの技法とは異なり、提案された構成で２状態Ｂ９２プロトコルしか使用できない。低い変調速度を用いると、単一光子源を有効に利用することができない。変調速度は、生成された各光子について１０％前後であることから、伝送の確率は０．１となる。かくして、この方法は、減衰パネル型のレーザー源に充分適している。
【００１９】
第４の技法は、数多くのプロトコル、特に４状態ＢＢ８４プロトコルの使用を可能にするが、単一光子源の有効利用を可能にするものではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明は、先行技術の欠点を克服することを目的としている。
【００２１】
本発明のもう１つの目的は、既存の２進符号光伝送システムに対する代替案を提供することにある。
【００２２】
本発明のもう１つの目的は、送信装置と受信機の間の安全な伝送および受信機によるビットの検出を可能にする基底で２進符号のビットを表現するように配置されたシステムを提供することにある。
【００２３】
本発明のもう１つの目的は、標準的に集積された電気光学コンポーネントを用いて単一光子源を有効利用できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
これらの目的のうちの少なくとも１つは、送信機および受信機ならびに前記送信機と前記受信機の間に延びる受信ラインを含む、２進符号の光伝送用システムであって、
前記送信機が、
−  電磁信号を生成するように配置された生成手段；
−  修正された送信信号を生成すべく前記２進符号に従って前記電磁信号を特徴づけする少なくとも１つの物理量を修正するように配置された送信修正手段；
を含み、
前記伝送ラインは前記修正された送信信号を前記受信機に伝送するように配置されており、
前記受信機が、
−  修正された受信信号を生成すべく前記修正された送信信号を修正するように配置された受信修正手段；
−  前記修正された受信信号を特徴づけする物理量のうちの少なくとも１つを検出するように配置された検出手段、
を含んでいる光伝送用システムにおいて、
前記送信修正手段は、前記修正された送信信号を生成すべく前記電磁信号を特徴づけする少なくとも第１の物理量と第２の物理量の値を修正するように配置されており、前記修正された送信信号が少なくとも第１のタイプの修正された送信信号と第２のタイプの修正された送信信号からランダムに選択され、
ここで、前記第１のタイプの修正された送信信号については、前記第１の物理量が一定であり、前記第２の物理量は前記２進符号のビット値に依存し、かつ前記第２のタイプの修正された送信信号については前記第２の物理量が一定であり、前記第１の物理量は前記２進符号のビット値により依存し、
かつ、前記検出手段が、前記第1の物理量の値および前記第２の物理量の値を決定するように配置されているシステムをその主題とする本発明によって達成される。
【００２５】
したがって第１のタイプの信号および第２のタイプの信号は、アリスにより伝送されたビットが表現され得る２つの基底Ｂ１およびＢ２に対応する。送信時点で、アリスは２つの基底のうちの１つの基底を、すなわち２つのタイプの信号から１つのタイプの信号をランダムに選択する。基底Ｂ１を選択した場合、アリスは例えば、第１の物理量の第１の値により０ビットを表現し、第１の物理量の第２の値により１ビットを表現し、もう一方の物理量は一定である。同様にして、基底Ｂ２を選択した場合、アリスは例えば、第２の物理量の第１の値により０ビットを表現し、第２の物理量の第２の値により１ビットを表現し、もう一方の物理量は一定である。この要領で、ボブは受信された信号の解析によって伝送されたビットを決定することができる。
【００２６】
２つの異なる物理量を使用することで、集積された光学素子のコンポーネントならびに単一光子源を用いた有効な伝送システムの実装が可能となる。
【００２７】
前記第１の物理量は、前記電磁信号のスペクトル成分の強度であり得、また前記第２の物理量は、前記電磁信号のスペクトル成分の相対位相であり得る。
【００２８】
本発明の1実施形態に従うと、前記送信修正手段は、前記修正された送信信号を生成すべく前記２進符号に従って前記電磁信号を変調するように配置された送信変調手段を含むことができ、前記第１のタイプの修正された送信信号のスペクトル成分は第１の強度と第１の相対位相を有し、前記第２のタイプの修正された送信信号のスペクトル成分は第２の強度および第２の相対位相を有し；
−  スペクトル送信成分の前記第１の強度は、前記２進符号の第１のビット値のための第１の強度の第１の値、および前記２進符号の第２のビット値のための第１の強度の第２の値を有し、修正された第１の強度の前記第１の値は、修正された第１の強度の前記第２の値に等しく、
−  スペクトル送信成分の前記第１の相対位相は、前記２進符号の第１のビット値のための第１の相対送信位相の第１の値、および前記２進符号の第２のビット値のための第１の相対送信位相の第２の値を有し、第１の相対送信位相の前記第１の値は第１の相対送信位相の前記第２の値とは異なるものであり、
−  スペクトル成分の前記第２の送信強度は、前記２進符号の第１のビット値のための第２の送信強度の第１の値、および前記２進符号の第２のビット値のための第２の送信強度の第２の値を有し、第２の送信強度の前記第１の値は、第２の送信強度の前記第２の値と異なるものであり、
−  スペクトル送信成分の前記第２の相対位相は、前記２進符号の第１のビット値のための第２の相対送信位相の第１の値、および前記２進符号の第２のビット値のための第２の送信位相の第２の値を有し、第２の相対送信位相の前記第１の値は第２の相対送信位相の前記第２の値と等しいものであり、
−  前記受信修正手段は、受信変調信号を生成し前記受信変調信号により前記修正された送信信号を変調するように配置された受信変調手段を含み、前記受信変調信号は、第１のタイプの受信変調信号と第２のタイプの受信変調信号からランダムに生成されており、前記検出手段は、前記修正された受信信号が前記第１のタイプの受信変調信号による変調に対応する場合に、スペクトル送信成分の第１の相対位相の前記第１の値またはスペクトル送信成分の第１の相対位相の前記第２の値を選択的に検出し、前記修正された受信信号が前記第２のタイプの変調信号による変調に対応する場合には、スペクトル伝送成分の第２の強度の前記第１の値またはスペクトル送信成分の第２の強度の前記第２の値を選択的に検出するように配置されている。
【００２９】
この実施形態に従うと、受信手段は、受信のために使用される基底が送信のために使用されるものと同じである場合、送信されたビットを検出することができるようなものである。
【００３０】
この目的で、変調手段は、第１の基底に等しい受信測定基底に対応する第１の受信変調信号、または第１の基底に等しい受信測定基底に対応する第２の受信変調信号のいずれかをランダムに生成する。このようにして、送信時点と受信時点で第１の基底が同じように選択された場合、送信信号のスペクトル成分の相対位相によって、１ビットと０ビットの送信を区別することができる。同様にして、送信時点と受信時点で第２の基底が同じように選択された場合、伝送信号のスペクトル成分の強度によって、０ビットまたは１ビットの送信を区別することができる。
【００３１】
送信時点と受信時点で異なる基底が選択された場合には、２つの値の確率が等しいことから、送信されたビットの値を決定することはできない。
【００３２】
したがって、この実施形態は、ビットを符号化する信号のスペクトル成分が位相によってのみ区別される第１の基底と、ビットを符号化する信号のスペクトル成分が強度によってのみ区別される第２の基底を選択して、強度および位相で伝送されたビットの符号化を達成することを可能にする。
【００３３】
これら２つの基底により、４状態プロトコルの実装が可能になる。
【００３４】
さらにこの実施形態においては、前記伝送変調手段は、
−  第１の電気信号を生成するように配置された第１の発生器；
−  修正された電気信号を生成すべく前記第１の電気信号を修正するように配置された送信信号修正手段；
−  前記修正された送信信号を生成すべく前記修正された電気信号により前記電磁信号を変調するように配置された送信変調器を含み、前記受信変調手段は、
−  第２の電気信号を生成するように配置された第２の発生器；
−  前記第２の電気信号を用いて前記修正された送信信号を変調するように配置された受信変調器、を含むことができる。
【００３５】
さらにこの実施形態においては、前記伝送信号修正手段は、前記２進符号の第１のビット値のための第１の電気信号強度値および前記２進符号の第２のビット値のための第２の電気信号強度値に前記修正済み電気信号の強度を固定するように配置された第１の減衰器、および前記２進符号の第１のビット値のための第１の電気信号位相値および前記２進符号の第２のビット値のための第２の電気信号位相値に前記修正済み電気信号の位相を固定するように配置された移相器を含むことができる。
【００３６】
本発明は同様に、光学符号伝送システム内の送信機であって、
−  第１の電磁信号を生成するように配置された発生手段；
−  修正された送信信号を生成すべく前記２進符号に従って前記電磁信号を特徴づけする少なくとも１つの物理量を修正するように配置された送信修正手段、
を含む送信機において、
前記送信修正手段は、前記修正された送信信号を生成すべく前記電磁信号を特徴づけする少なくとも第１の物理量と第２の物理量の値を修正するように配置されており、前記修正された送信信号が少なくとも第１のタイプの修正された送信信号と第２のタイプの修正された送信信号からランダムに選択され、
ここで、前記第１のタイプの修正された送信信号については、前記第１の物理量が一定であり、前記第２の物理量は前記２進符号のビット値に依存し、かつ前記第２のタイプの修正された送信信号については前記第２の物理量が一定であり、前記第１の物理量は前記２進符号のビット値により依存する送信機にも関する。
【００３７】
先に記したものと同様に、前記第１の物理量は、前記電磁信号のスペクトル成分の強度または、前記電磁信号のスペクトル成分の相対位相であり得る。
【００３８】
前述の送信機の１実施形態に従うと、前記送信修正手段は、前記修正された送信信号を生成すべく前記２進符号に従って前記電磁信号を変調するように配置された送信変調手段を含むことができ、前記第１のタイプの修正された送信信号のスペクトル成分は、第１の強度と第１の相対送信位相を有し、前記第２のタイプの修正された送信信号のスペクトル成分は、第２の強度および第２の相対位相を有し；
−  スペクトル成分の前記第１の送信強度は、前記２進符号の第１のビット値のための第１の送信強度の第１の値、および前記２進符号の第２のビット値のための第１の送信強度の第２の値を有し、修正された第１の強度の前記第１の値は、修正された第１の強度の前記第２の値に等しく、
−  スペクトル送信成分の前記第１の相対位相は、前記２進符号の第１のビット値のための第１の相対送信位相の第１の値、および前記２進符号の第２のビット値のための第１の相対送信位相の第２の値を有し、スペクトル送信成分の第１の相対送信位相の前記第１の値は、スペクトル送信成分の第１の相対位相の前記第２の値とは異なるものであり、
−  スペクトル送信成分の前記第２の強度は、前記２進符号の第１のビット値のための第２の送信強度の第１の値、および前記２進符号の第２のビット値のための第２の送信強度の第２の値を有し、第２の送信強度の前記第１の値は、第２の送信強度の前記第２の値と異なるものであり、
−  スペクトル送信成分の前記第２の相対位相は、前記２進符号の第１のビット値のための第２の相対送信位相の第１の値、および前記２進符号の第２のビット値のための第２の送信位相の第２の値を有し、第２の相対送信位相の前記第１の値は第２の相対送信位相の前記第２の値と等しいものである。
【００３９】
この実施形態に従うと、前記伝送変調手段は、
−  第１の電気信号を生成するように配置された第１の発生器；
−  修正された電気信号を生成すべく前記第１の電気信号を修正するように配置された送信信号修正手段；
−  前記修正された送信信号を生成すべく前記修正された電気信号により前記電磁信号を変調するように配置された送信変調器（ＭＰ１）、を含むことができる。
【００４０】
１つの実施形態に従うと、前記送信信号修正手段は、前記２進符号の第１のビット値のための第１の電気信号強度値および前記２進符号の第２のビット値のための第２の電気信号強度値に、前記第１および第２のタイプの修正された電気信号の強度を固定するように配置された第１の減衰器、および前記２進符号の第１のビット値のための第１の電気信号位相値および前記２進符号の第２のビット値のための第２の電気信号位相値に前記第１のタイプの修正された電気信号の位相を固定するように配置された移相器を含む。
【００４１】
本発明は同様に、
−  修正された受信信号を生成するべく前記修正された送信信号を修正するように配置された受信修正手段；
−  前記修正された受信信号を特徴づけする物理量の値を検出するように配置された検出手段、
を含んで成る、先に記述した通りの送信機により送信された前記修正された送信信号を受信するように配置された、２進符号光伝送システム内の受信機において、前記検出手段が、前記第１の物理量の値および前記第２の物理量の値を決定するように配置されている受信機にも関する。
【００４２】
受信機の１つの実施形態に従うと、前記受信修正手段は、受信変調信号を生成し前記受信変調信号により前記修正された送信信号を変調するように配置された受信変調手段を含むことができ、前記受信変調信号は、第１のタイプの受信変調信号と第２のタイプの受信変調信号からランダムに生成されており、前記検出手段は、前記修正された受信信号が前記第１のタイプの受信変調信号による変調に対応する場合に、スペクトル送信成分の第１の相対位相の前記第１の値またはスペクトル送信成分の第１の相対位相の前記第２の値を選択的に検出し、前記修正された受信信号が前記第２のタイプの変調信号による変調に対応する場合には、スペクトル送信成分の第２の強度の前記第１の値またはスペクトル送信成分の第２の送信強度の前記第２の値を選択的に検出するように配置されている。
【００４３】
本発明は同様に、送信装置と宛先間での２進符号の光伝送のための方法であって、前記送信装置が、
−  １組の物理量により特徴づけされる電磁信号を生成し；
−  修正された送信信号を生成すべく前記２進符号に従って前記電磁信号を特徴づけする物理量のうちの少なくとも１つの物理量の少なくとも１つの値を修正し；
前記宛先が
−  前記修正された送信信号を受信し；
−  前記修正された送信信号を修正して、修正された受信信号を生成し、
−  前記修正された受信信号の物理量を検出する方法にも関し、この方法においては、前記送信装置は、前記修正された送信信号を生成すべく前記電磁信号を特徴づけする少なくとも第１の物理量と第２の物理量の値を修正し、前記修正された送信信号は、少なくとも第１のタイプの修正された送信信号と第２のタイプの修正された送信信号からランダムに選択され、
ここで、前記第１のタイプの修正された送信信号については、前記第１の物理量の値は一定であり、前記第２の物理量の値は前記２進符号のビット値に依存し、かつ前記第２のタイプの修正された送信信号については第２の物理量の値は一定であり、前記第１の物理量の値は前記２進符号のビット値により依存し、前記検出手段は、前記第１の物理量の値および前記第２の物理量の値を決定する。
【００４４】
この方法においては、前記第１の物理量は前記電磁信号のスペクトル成分の強度であり得、前記物理量は、前記電磁信号のスペクトル成分の相対位相であり得る。
【００４５】
該方法の１実施形態に従うと、前記送信装置は、前記修正された送信信号を生成すべく前記２進符号に従って前記電磁信号を変調することができ、前記第１のタイプの修正された送信信号のスペクトル成分は、第１の強度と第１の相対送信位相を有し、前記第２のタイプの修正された送信信号のスペクトル成分は、第２の送信強度および第２の相対送信位相を有し；
−  スペクトル送信成分の前記第１の強度は、前記２進符号の第１のビット値のための第１の強度の第１の値、および前記２進符号の第２のビット値のための第１の強度の第２の値を有し、修正された第１の強度の前記第１の値は、修正された第１の強度の前記第２の値に等しく、
−  スペクトル送信成分の前記第１の相対位相は、前記２進符号の第１のビット値のための第１の相対送信位相の第１の値、および前記２進符号の第２のビット値のための第１の相対送信位相の第２の値を有し、第１の相対送信位相の前記第１の値は第１の相対送信位相の前記第２の値とは異なるものであり、
−  スペクトル成分の前記第２の送信強度は、前記２進符号の第１のビット値のための第２の送信強度の第１の値、および前記２進符号の第２のビット値のための第２の送信強度の第２の値を有し、第２の送信強度の前記第１の値は、第２の送信強度の前記第２の値と異なるものであり、
−  スペクトル送信成分の前記第２の相対位相は、前記２進符号の第１のビット値のための第２の相対送信位相の第１の値、および前記２進符号の第２のビット値のための第２の送信位相の第２の値を有し、第２の相対送信位相の前記第１の値は第２の相対送信位相の前記第２の値と等しいものであり、
前記宛先は、
−  受信変調信号を生成し、前記受信変調信号は第１のタイプの受信変調信号および第２のタイプの受信変調信号からランダムに生成されており；
−  前記受信変調信号により前記修正された送信信号を変調し；
−  前記修正された受信信号が前記第１のタイプの受信変調信号による変調に対応する場合に、スペクトル送信成分の第１の相対位相の前記第１の値またはスペクトル送信成分の第１の相対位相の前記第２の値を選択的に検出し；そして
−  前記修正された受信信号が前記第２のタイプの変調信号による変調に対応する場合には、スペクトル送信成分の第２の強度の前記第１の値またはスペクトル送信成分の第２の強度の前記第２の値を選択的に検出する。
【００４６】
本発明の１つの実施形態についてここで添付図面を参照しながら記述する。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に従った伝送システムを描いている。
【図２Ａ】送信機における変調前の単一光子状態のエネルギースペクトル密度を描いている。
【図２Ｂ】送信機における変調後の単一光子状態のエネルギースペクトル密度を描いている。
【図３】光子の状態に従った送信機から受信機へと伝送された信号のエネルギースペクトル密度を描いている。
【図４】本発明に従った方法の実現可能性を実証するためのアセンブリを描いている。
【図５】＋，１＞または１−，１＞と等価の非減衰信号のろ過後のスペクトルを描いている。
【図６Ａ】本発明に従った位相変調器の後に観察されたスペクトルを描いている。
【図６Ｂ】本発明に従った位相変調器の後に観察されたスペクトルを描いている。
【図７】異なる状態についての伝送距離に応じて観察されるエラー率を描いている。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
図１に例示しているように、本発明に従った２進符号光伝送システムは、送信機ＥＭおよび受信機ＲＥを含む。送信機ＥＭは、電磁信号を生成するように配置された供給源ＳＰＵを含む。供給源ＳＰＵは例えば、単一光子を生成するように配置された単一光子源に対応する。供給源ＳＰＵに由来する単一光子は、それ自体フィルタＦ１に信号を伝送するように配置された第１の位相変調器ＭＰ１に伝送される。送信機ＥＭは同様に、電気信号を生成するように配置された発振器ＯＬ１も含んでいる。この電気信号を、第１の可変減衰器ＡＴ１と移相器ＤＰを含むこの電気信号の処理用アセンブリへと伝送することができる。処理アセンブリの出力端で得られた信号は、フィルタＦ１に伝送される前に電磁信号を変調すべく変調器ＭＰ１へと伝送される。
【００４９】
受信機ＲＥは、第２の位相変調器ＭＰ２、阻止フィルタＦ２、２つの検出器Ｄ１およびＤ２、発振器ＯＬ２、および可変減衰器ＡＴ２を含む。発振器ＯＬ２は、電気信号を生成しこの信号を可変減衰器ＡＴ２に伝送するように配置されている。この信号は次に変調器ＭＰ２に伝送され得、この変調器は、電気信号に従って量子チャネルＣＱにより送信機ＥＭから受信した電磁信号を変調するように配置されている。この変調済み信号は次に阻止フィルタＦ２に伝送され、このフィルタはそれ自体検出器Ｄ１およびＤ２に接続されている。
【００５０】
発振器ＯＬ１は同様に、同期チャネルＣＳによって発振器ＯＬ２とも同期されている。このようにして、送信機および受信機における光学スペクトル成分は、固定された位相関係を有する。
【００５１】
ここで、先に記述した通りの光伝送システムの機能について記述する。
【００５２】
本出願においては、量子暗号の分野での正規の表記法が使用される。特に、量子状態を呼称するためにはデイラック表記法  ｜ｕ＞が用いられる。
【００５３】
したがって、本発明に従うと、単一光子源ＳＰＵは、例えば  ｜１ω0＞と表示される光角周波数ω0の単一光子状態に対応する電磁信号を生成する。発振器ＯＬ１は同様に、減衰器ＡＴ１および移相器ＤＰから成る処理アセンブリからの出力端で「ａ」と表示される振幅および「φ」と表示される相対位相を有する高周波電気信号を生成する。BoucherおよびDebuisschert著の刊行物「時間符号化量子鍵配送の実験的実装」、Phys. Rev. A72, 062325、２００５年に記述されているように、位相変調器ＭＰ１から出力された電磁信号の状態は、以下の式により  ｜ａ、φ＞で表示される状態である：
【数１】
0005479898.tif 000002
【００５４】
この式中、Ωは位相変調器ＭＰ１内に注入された高周波電気信号の角周波数を意味し、ａおよびφはそれぞれ、この信号の強度と相対位相を表わし、Ｊpは、次数ｐのベッセル関数を意味する。
【００５５】
図２Ａは、単一光子状態  ｜１ω0＞、すなわち変調前のエネルギースペクトル密度を表わし、図２Ｂは、単一光子状態  ｜ａ，φ  ｜すなわちａ＝２およびφ＝０についての変調器ＭＰ１による変調後のエネルギースペクトル密度を示している。
【００５６】
本発明に従うと、ＢＢ８４プロトコルといったような４状態プロトコルを使用できるためには、互いに直交する相反的な基底を形成する４つの状態を定義づけすることが必要である。変調器ＭＰ１を用いて生成された状態については、これらの特性は以下のように表現される。
【数２】
0005479898.tif 000003
【００５７】
上述の等式（１）は、基底の直交性条件を表わし、条件（２）は基底の相反性条件を表わす。
【００５８】
しかしながら、これらの条件は、変調器ＭＰ１の出力端で生成された状態を記述するために必要な角周波数が無限であることに対応してヒルベルト空間が無限次元であるため、得るのが困難である。
【００５９】
したがって、本発明によると、この空間の次元を減少させるためにバイパスフィルタＦ１が用いられる。したがって、角周波数値ω0−Ω、ω0およびω0＋Ωのみが存在する。
【００６０】
本発明に従うと、条件（１）および（２）を近似的に満たす２つの基底を形成する４つのノルム状態が定義される。第１の基底は、等式（３）および（４）により定義される  ｜＋１＞および  ｜−，１＞と表示された状態に対応し、第２の基底は、等式（６）および（７）により定義される  ｜＋，２＞および  ｜−，２＞と表示された状態に対応する：
【数３】
0005479898.tif 000004
ただしここで、
【数４】
0005479898.tif 000005
であり、ａ0は電気変調信号の振幅であり、
【数５】
0005479898.tif 000006
であり、ここで
【数６】
0005479898.tif 000007
である。
【００６１】
これら４つの状態  ｜＋，１＞、  ｜−１＞、  ｜＋，２＞および  ｜−，２＞が２つの相反基底を形成し、したがって互いに直交していることは、容易に確認できる。状態  ｜＋，１＞および  ｜−，１＞を特徴づけする角周波数ω0−Ωおよびω0＋Ωのスペクトル成分は、位相において異なっており、位相πだけずれている。状態  ｜＋，２＞および  ｜−，２＞を特徴づける角周波数ω0−Ωおよびω0＋Ωのスペクトル成分は、強度において異なっている。
【００６２】
これらの状態は、移相器ＤＰおよび減衰器ＡＴ１のスイッチを用いて送信機ＥＭ側で生成される。
【００６３】
移相器ＤＰが、発振器ＯＬ１によって生成された電気信号を移相しない場合、基底の選択は基底２に対応する。したがって減衰器ＡＴ２は、それが信号を不活性化する場合の状態  ｜＋，２＞、またはそれが電気変調信号を活性化する場合の状態  ｜−，２＞の生成を選択することを可能にし、等式（８）を満たすべく振幅を固定する。
【００６４】
減衰器ＡＴ１が上述の等式（５）を満たすべく信号の振幅を低減させる場合、基底の選択は基底１に対応する。一方、移相器ＤＰは、状態  ｜＋，１＞または状態  ｜＋，１＞の生成を選択することを可能にする。
【００６５】
次に、変調およびろ波済みの信号は、量子チャネルＣＱを介して受信機ＲＥに伝送される。ＢＢ８４型の４状態プロトコルに従うと、受信機ＲＥは、測定基底が正しく選択された場合に受信される信号を判定するように配置されなくてはならない。
【００６６】
これを行なうために、発振器ＯＬ２はまず第１に、同じ周波数で等式（５）を満たす振幅と、量子チャネルＣＱを介して光信号の伝播により導入される移相差を補償する位相とを有する高周波信号を生成すべく、同期チャネルＣＳにより発振器ＯＬ１と同期される。受信側の高周波信号は、送信機ＥＭから受信した信号を変調器ＭＰ２を用いて変調することを可能にする。一方減衰器ＡＴ２は、変調信号を不活性化または活性化することにより測定基底１または２を選択することを可能にする。減衰器ＡＴ２は、変調の欠如が基底２における測定に対応し、変調の存在が基底１における測定に対応するような形で配置されている。帯域通過光学フィルタＦ２は、受信した光信号の変調により生成されるスペクトル成分の数を減少させる。かくして、光信号は、３つ以下の角周波数ω0−Ωおよびω0＋Ωにより形成される。
【００６７】
ここで、受信機がいかにして測定基底の選択に応じて伝送されたビットを検出し記憶できるかについて記述する。
【００６８】
このケースは、まず第一に、０および１ビットを符号化するために用いられる基底が送信機側の基底１であることを仮定して例示される。
【００６９】
このケースにおいては、減衰器ＡＴ２が変調信号を非活性化した時点で、測定は基底２における測定に対応する。阻止フィルタＦ３の入力端においては、信号のスペクトルはこのとき、信号が基底１において表現されることから、３つの周波数で構成されている。フィルタＦ３は、角周波数ω0の信号ともう一方の角周波数の信号を分離するフィルタである。角周波数ω0の信号は検出器Ｄ１に伝送され、もう一方の信号は検出器Ｄ２に伝送される。
【００７０】
しかしながら、等式（５）は、角周波数ω0の中央帯域内に光子を見出す確率が、角周波数ω0＋Ωおよびω0−Ωの２つの帯域内に光子を見出す確率に等しいことを表わしている。かくして、使用される状態、  ｜＋，１＞または  ｜−，１＞の如何に関わらず、Ｄ１およびＤ２上での検出の確率は同等である。したがって、この場合、伝送されたビットの値を決定することは不可能である。この不確実性状況は、本発明に従った４状態プロトコルをまとめた下表１の中で、疑問符「？」で表わされている。
【００７１】
減衰器ＡＴ２が、等式（５）を満たすべく変調振幅を固定する場合、送信機から受信された信号は、発振器ＯＬ２により発出された電気信号によって変調され、基底１内で測定が行なわれる。変調は、以下のように受信した信号を修正する光信号の異なる角周波数間の干渉を生み出す。
【００７２】
状態  ｜＋，１＞は、
【数７】
0005479898.tif 000008
に等しい変調済み状態へと変換される。
【００７３】
この状態はもはや角周波数ω0でいかなる成分ももたない、という点に留意すべきである。したがって、阻止フィルタＦ２を通過した後、検出器Ｄ２上でのみ検出を行なうことができる。したがって、伝送されたビットの初期状態ひいては値を、明確に決定することができる。
【００７４】
同様にして、状態  ｜−，１＞は、
【数８】
0005479898.tif 000009
に等しい変調済み状態へと変換される。
【００７５】
この変調済み状態においては、角周波数ω0＋Ωおよびω0−Ωの成分の振幅は低いものである。したがって、検出器Ｄ１上で高い確立で検出を行なうことができ、したがって、伝送されたビットの初期状態ひいては値を高い確率で決定することが可能である。
【００７６】
角周波数ω0＋Ωおよびω0−Ωの存在を理由として、Ｄ２上での検出を観察する確率はゼロでないという点に留意すべきである。かくして、主要な量子エラー率はおよそ０．３％であり、これは、最大伝送距離を削減する効果をもつ。
【００７７】
情報ビットを符号化するために基底２が使用される場合、同様の要領で、減衰器ＡＴ２が変調信号をカットし受信時点で基底２で測定が行なわれた時点で、初期状態が光子送信済みであることを見極めることが可能であり、一方、ＡＴ２が等式（５）を満たすべく変調信号の振幅を固定し受信測定が基底１で行なわれる場合には、確率の等しい２つの伝送状態である、ということが実証されている。この不確実性状況は、本発明に従った４状態プロトコルをまとめた下表１の中で、疑問符「？」により表わされている。
【００７８】
【表１】
0005479898.tif 000010
【００７９】
図３は同様に、使用された状態に応じて送信機ＥＭによって受信機ＲＥに伝送される信号のスペクトルをも例示している。この図は、角周波数ω0に対応する中心周波数と、角周波数ω0＋Ωおよびω0−Ωに対応する側周波数を示している。状態  ｜＋，１＞および  ｜−，１＞については、それぞれ０およびπである側周波数の相対位相は、側波帯の上方に示されている。
【００８０】
かくして、図３および表１を参照すると、伝送されたビットは、伝送および受信のために用いられる２つの基底が同一である場合に検出可能であり、２つの基底が異なる場合には検出不可能である。
【００８１】
本発明に従うと、送信装置アリスは２つの基底のうちの１つの中で状態を選択し、受信機ボブに対し光子を送信する。ボブはこのとき、アリスとは独立して測定基底を選択する。アリスとボブにより用いられる基底の組合せが表１内の疑問符「？」に対応するならば、光子は、同じ確率で検出器Ｄ１または検出器Ｄ２のいずれかで検出され、結果は確定できなくなる。
【００８２】
この状況は、前述の刊行物「量子暗号：公開鍵配送およびコイン投げ」の中で記述されている通りのＢＢ８４タイプの４状態プロトコルに対応する。
【００８３】
図４は、方法の実行可能性を実証するためのアセンブリを示す。このシステムは、およそ１５４７．８ｎｍの発光波長をもつＤＦＢタイプのレーザーダイオード、１０ＧＨｚという帯域幅をもつニオブ酸リチウム上に組込まれた２つの電気光学位相変調器ＭＰ１およびＭＰ２、３つのブラッグミラーフィルタＦＢＧ１、ＦＢＧ２、ＦＢＧ３、サーキュレータＣおよび２つのアバランシェ・フォトダイオードＤ１およびＤ２から成る。伝送チャネルＣＴは、１５５０ｎｍの単一モード標準ファイバから成る。減衰器ＡＴは、単一光子源をシミュレートする目的で光信号を減少させる。それぞれ増幅器ＡＭ１およびＡＭ２と結びつけられた高周波数発生器ＧＨＦ１およびＧＨＦ２は、それぞれ変調器ＭＰ１およびＭＰ２を駆動する。使用される信号ＨＦの周波数は８ＧＨｚである。同期チャネルＣＳを介して伝送された同期信号は、位相についてＧＨＦ１およびＧＨＦ２を制御する。フィルタＦＢＧ１およびＦＢＧ２は、８０ｐｍの帯域通過フィルタと同等のフィルタを構成する。図５は、状態  ｜＋，１＞または  ｜−，１＞と等価の非減衰信号のろ波後のスペクトルを示す。これら２つの状態を分離することを可能にする干渉の原理を有効化するため、ＨＦ発生器ＧＨＦ１は、ＧＨＦ２により生成された変調信号との関係において同位相および逆位相である変調信号を生成する。このようにして、状態  ｜＋，１＞または  ｜−，１＞と等価の信号が生成される。図６Ａおよび図６Ｂは、光信号とそれぞれ同位相および逆位相の変調について、位相変調器ＭＰ２の後に見られるスペクトルを示している。変調信号の０とπの間の位相変動のための変調側波帯と中心ピークの消光率は２０ｄＢ前後である。このとき４０ｐｍの通過帯域をもつフィルタＦＢＧ３は、これら２つの状態を分離することを可能にする。最後に、減衰器ＡＴを用いて信号を減衰し、１０ｎｓの持続時間で４．５前後であるダークパルス数をもつ効率１３％のフォトダイオードＤ１およびＤ２を使用することによって、量子エラー率を推定する。図７は、使用されるさまざまな状態について伝送距離に応じて観察されたエラー率を示す。伝送チャネルの減衰は減衰器ＡＴを用いてシミュレートされる。受信機の減衰は３．２ｄＢ前後である。最大伝送距離は６０ｋｍ前後である。この距離は、受信機の損失を削減すること、および先に記述した通りの帯域通過フィルタを変調器ＭＰ２の後に挿入することによって改善され得る。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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