(57)【要約】      （修正有）【課題】量子通信システムのための変調ユニットを提供する。【解決手段】変調ユニットは、異なる偏波モードの光子間に遅延をもたらすように構成された光学要素と、位相変調器とを具備し、光学要素は、複屈折光学材料を有し、複屈折光学材料は、第１の偏波モード及び第２の偏波モードの光子の伝送を可能にし、第１の偏波モードで伝搬する光子の光路長は、第２の偏波モードで伝搬する光子の光路長とは異なり、第１の偏波モードの光子は、第２の偏波モードの光子に対して直交偏波を有し、位相変調器は、変調ユニットを通過する第１の偏波モードの光子と第２の偏波モードの光子との間にさらなる位相差を適用するように構成されている。【選択図】図２ａ
2014147068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
量子通信システムのための変調ユニットであって、
変調ユニットは、異なる偏波モードの光子間に遅延をもたらすように構成された光学要素と、位相変調器とを具備し、
前記光学要素は、複屈折光学材料を有し、
前記複屈折光学材料は、第１の偏波モード及び第２の偏波モードの光子の伝送を可能にし、
前記第１の偏波モードで伝搬する光子の光路長は、前記第２の偏波モードで伝搬する光子の光路長とは異なり、
前記第１の偏波モードの光子は、前記第２の偏波モードの光子に対して直交偏波を有し、
前記位相変調器は、変調ユニットを通過する前記第１の偏波モードの光子と前記第２の偏波モードの光子との間にさらなる位相差を適用するように構成されている変調ユニット。
【請求項２】
前記第１のモード及び前記第２のモードは、前記複屈折光学材料を通って同じ方向に伝搬する請求項１に記載の変調ユニット。
【請求項３】
前記複屈折光学材料は、複屈折光ファイバ、複屈折結晶及び複屈折フォトニック結晶から選択される請求項１に記載の変調ユニット。
【請求項４】
前記第１及び第２の偏波モードを、前記複屈折光学材料を複数回通るよう向けるように構成された導出ユニットをさらに具備する請求項１に記載の変調ユニット。
【請求項５】
光パルスを少なくとも２つの偏波に分離するように構成された偏波分離装置をさらに具備する請求項１に記載の変調ユニット。
【請求項６】
前記偏波分離装置は、一方のファイバの低速軸が他方のファイバに対して回転されて互いに接続された２つのファイバと、偏波コントローラと、半波長板とから選択される請求項５に記載の変調ユニット。
【請求項７】
通信システムのための送信ユニットであって、
送信ユニットは、請求項１に記載の変調ユニットを具備し、
前記位相変調器は、前記光子についての情報を符号化するように構成されている送信ユニット。
【請求項８】
前記位相変調器は、光子が前記複屈折光学材料を通過した後に前記位相変調器を通過するように配置され、このユニットは、前記位相変調器によって適用される変調を制御するように構成されたコントローラをさらに具備する請求項７に記載の送信ユニット。
【請求項９】
前記位相変調器は、各々が固定位相差を適用するように構成された複数の固定位相要素と、前記要素の各々を選択するように構成されたスイッチと、前記スイッチを操作するように構成されたコントローラとを有する請求項７に記載の送信ユニット。
【請求項１０】
各固定位相要素は、さらに、光源を有する請求項９に記載の送信ユニット。
【請求項１１】
光子源をさらに具備し、前記光子源は、１０以下の光子を含む光パルスを放出するように構成されている請求項７に記載の送信ユニット。
【請求項１２】
通信システムのための受信ユニットであって、
この受信ユニットは、請求項１に記載の変調ユニットを具備し、
このユニットは、前記位相変調器を使用して弱い光パルスからの情報を復号するように構成されている受信ユニット。
【請求項１３】
前記位相変調器は、光子が前記複屈折光学材料を通過する前に前記位相変調器を通過するように配置され、このユニットは、前記位相変調器によって適用される変調を制御するように構成されたコントローラをさらに具備する請求項１２に記載の受信ユニット。
【請求項１４】
前記位相変調器は、各々が異なる経路に位置された複数の固定位相差要素を有し、各固定位相要素は、前記２つの偏波モード間に固定位相差を適用するように構成され、適用される位相差は、前記光子によって得られる経路に依存している請求項１２に記載の受信ユニット。
【請求項１５】
各要素が検出器を有する請求項１４に記載の受信ユニット。
【請求項１６】
送信ユニットと、受信ユニットとを具備する量子通信システムであって、
前記送信ユニットは、干渉計を有し、前記受信ユニットは、干渉計を有し、
前記２つの干渉計は、第１及び第２の光路を有し、前記第１及び第２の光路の光路長に差があり、
前記２つの干渉計の少なくとも一方は、複屈折光学材料を有し、前記複屈折光学材料は、第１の偏波モード及び第２の偏波モードの光子の伝送を可能にし、前記第１の偏波モードで伝搬する光子の光路長は、前記第２の偏波モードで伝搬する光子の光路長とは異なる量子通信システム。
【請求項１７】
前記第１の光路と前記第２の光路との間に前記送信ユニットの前記干渉計によってもたらされる遅延が、前記受信ユニットの前記干渉計によってもたらされる遅延とは逆であり、これにより、前記第１の干渉計によって分離された光子パルスが、前記第２の干渉計を出たときに再結合する請求項１６に記載の量子通信システム。
【請求項１８】
前記第１のモード及び前記第２のモードは、前記複屈折光学材料を通って同じ方向に伝搬する請求項１６に記載の量子通信システム。
【請求項１９】
前記送信ユニット及び前記受信ユニットの両方の干渉計が、複屈折光学材料を有し、前記複屈折光学材料は、第１の偏波モード及び第２の偏波モードの光子の伝送を可能にし、前記第１の偏波モードで伝搬する光子の光路長は、前記第２の偏波モードで伝搬する光子の光路長とは異なる請求項１６に記載の量子通信システム。
【請求項２０】
量子通信の方法であって、
符号化された光子を送信ユニットから受信ユニットに送信することを具備し、
前記光子は、前記送信ユニットで位相を使用して符号化し、前記受信ユニットで復号され、前記送信ユニットは、前記符号化を行うための干渉計及び位相変調器とを有し、前記受信ユニットは、前記復号を行うための位相変調器及び干渉計とを有し、前記干渉計の少なくとも一方は、複屈折光学材料を有し、前記複屈折光学材料は、第１の偏波モード及び第２の偏波モードの光子の伝送を可能にし、前記第１の偏波モードで伝搬する光子の光路長は、前記第２の偏波モードで伝搬する光子の光路長とは異なる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１３年１月２４日に出願された英国特許出願第１３０１２６６．１号の優先権の利益に基づき、その優先権の利益を主張し、その内容全体が参照としてここに組み込まれる。
【０００２】
ここに述べられる実施形態は、一般的に、量子通信システムのための変調ユニット並びに量子通信方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
量子通信システムでは、単一光子のような符号化された単一量子によって送信器と受信器と間で情報が送信される。各光子は、その偏光、位相又はエネルギ／時間のような光子の特性に基づいて符号化された１ビットの情報を伝達する。光子は、例えば、角運動量のような特性を使用することによって、１ビットより多くの情報を伝達することができる。
【０００４】
量子鍵配送（ＱＫＤ）は、しばしば「アリス」と称される送信器と、しばしば「ボブ」と称される受信器とである２者間の暗号鍵の共有に帰着する技術である。この技術の魅力は、鍵の一部がしばしば「イブ」と称される権限のない盗聴者に知られ得たかどうかの試験を提供することである。多くの形式の量子鍵配送では、アリス及びボブは、ビット値を符号化するために２以上の非直交基底を使用する。量子力学の法則は、各々の符号化の基底の予備知識のなしでのイブによる光子の測定が、光子の状態に不可避の変化をもたらすことを示している。光子の状態のこれら変化は、アリスとボブとの間で送信されたビット値に誤差を引き起こす。これらの共通のビット列の一部を比較することによって、アリス及びボブは、イブが情報を得たかどうかを決定することができる。
【０００５】
位相符号化を使用するＱＫＤシステムは、位相情報を符号化及び復号するために、送信器と受信器との両方で非対称マッハ−ツェンダー干渉計を使用することができる。マッハ−ツェンダー干渉計は、ビームスプリッタを有することができ、ビームスプリッタは、光パルスを２つのファイバに分割する。そして、これらファイバは、第２のビームスプリッタで再結合する。個々のファイバは、短いアーム及び長いアームと呼ばれる。位相変調器は、干渉計の一方のアームに、又は干渉計の後に設置されることができる。送信器に設置された位相変調器は、位相情報を符号化する。
【０００６】
短いアームと長いアームとの間の経路差は、長いアームを進行する光パルスが、短いアームを進行する光パルスの後、時間ｔｄｅｌａｙで干渉計を出ることを意味している。送信器の干渉計の経路差と受信器の干渉計の経路差とは、一致すべきであり、これは、干渉計の遅延時間が信号レーザコヒーレンス時間内に等しいことを意味している。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
実施形態が、以下の図面を参照して説明される。
【図１ａ】図１ａは、本発明の一実施形態に従う、変調器で使用するための微分群遅延ラインで使用されることができる複屈折光ファイバの概略図である。
【図１ｂ】図１ｂは、本発明の一実施形態に従う、変調器で使用するための微分群遅延ラインで使用されることができる複屈折結晶の概略図である。
【図１ｃ】図１ｃは、本発明の一実施形態に従う、変調器で使用するための微分群遅延ラインで使用されることができる複屈折フォトニック結晶の概略図である。
【図１ｄ】図１ｄは、本発明の一実施形態に従う、変調器で使用するための微分群遅延ラインで使用されることができる導出システムの概略図である。
【図２ａ】図２ａは、本発明の一実施形態に従う量子送信器の概略図である。
【図２ｂ】図２ｂは、回転したファイバ接続部の概略図である。
【図２ｃ】図２ｃは、偏波コントローラの概略図である。
【図２ｄ】図２ｄは、半波長板の概略図である。
【図３ａ】図３ａは、本発明のさらなる一実施形態に従う量子送信器の概略図である。
【図３ｂ】図３ｂは、このような送信器の実現可能性を示す図である。
【図４】図４は、本発明のさらなる一実施形態に従う量子送信器の概略図であり、位相変調器が微分群遅延ラインの前に配置されている。
【図５】図５は、本発明のさらなる一実施形態に従う量子送信器の概略図であり、光パルスのいくつかの源が使用され、適用される位相変調は送信器を通る光子によって得られる経路に依存している。
【図６ａ】図６ａは、本発明のさらなる一実施形態に従う量子受信器の概略図である。
【図６ｂ】図６ｂは、偏波モードが混合される前後の電場ベクトルを示す図である。
【図７】図７は、本発明のさらなる一実施形態に従う量子受信器の概略図であり、位相変調器が微分群遅延ラインの次に配置されている。
【図８】図８は、本発明のさらなる一実施形態に従う量子受信器の概略図であり、いくつかの検出器が使用され、適用される位相変調は受信器を通る光子によって得られる経路に依存している。
【図９】図９は、本発明のさらなる一実施形態に従う量子通信システムの概略図であり、微分群遅延ラインが送信器で使用されている。
【図１０】図１０は、本発明のさらなる一実施形態に従う量子通信システムの概略図であり、微分群遅延ラインが受信器で使用されている。
【図１１】図１１は、本発明のさらなる一実施形態に従う量子通信システムの概略図であり、微分群遅延ラインが送信器と受信器との両方で使用されている。
【図１２】図１２は、受信器側に能動的な安定化があるように構成された、図９の量子通信システムの概略図である。
【図１３】図１３は、送信器側に能動的な安定化があるように構成された、図９の量子通信システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
一実施形態では、量子通信システムのための変調ユニットが提供され、変調ユニットは、異なる偏波モードで光子間に遅延をもたらすように構成された光学要素と、位相変調器とを具備し、前記光学要素は、複屈折光学材料を有し、前記複屈折光学材料は、第１の偏波モード及び第２の偏波モードの光子の伝送を可能にし、前記第１の偏波モードで伝搬する光子の光路長は、前記第２の偏波モードで伝搬する光子の光路長とは異なり、前記第１の偏波モードの光子は、前記第２の偏波モードの光子に対して直交偏波を有し、前記位相変調器は、前記位相変調ユニットを通過する前記第１の偏波モードの光子と前記第２の偏波モードの光子との間にさらなる位相差を適用するように構成されている。
【０００９】
前記第１のモード及び前記第２のモードは、前記複屈折光学材料を通って同じ方向に伝搬することができる。
【００１０】
前記複屈折光学材料は、微分群遅延（ＤＧＤ）として機能する。複屈折光学材料を与えうる多くのさまざまな材料がある。例えば、前記複屈折光学材料は、複屈折光ファイバ、複屈折結晶及び複屈折フォトニック結晶から選択されることができる。
【００１１】
全てのシングルモードファイバは、ファイバの応力に依存するある程度の複屈折を与えることができる。しかしながら、標準的なシングルモードファイバでは、複屈折がファイバにおいて均一ではなかった。さらに、ファイバが使用可能な複屈折特性を有すると考えると、ファイバが２つの偏波モード間で少なくとも１０−５の屈折率差を示すと予想されていた。
【００１２】
さらなる一実施形態では、導出ユニットが設けられ、前記導出ユニットは、前記第１及び第２の偏波モードを、前記複屈折光学材料を複数回通るよう向けるように構成されている。
【００１３】
複屈折光学材料を通過する２つの偏波モードは、異なる光路を経験する。いくつかの実施形態では、変調器は、既に２つの偏波モードを示す光子を受光する。しかしながら、いくつかの実施形態では、変調ユニットは、２つの偏波モードを生成する必要がある。このような実施形態では、変調ユニットは、さらに、光パルスを少なくとも２つの偏波に分離するように構成された偏波分離装置を有することができる。偏波分離装置は、例えば、一方のファイバの低速軸が他方のファイバに対して回転されて互いに接続された２つのファイバ、偏波コントローラ及び半波長板である多くの可能なものから選択されることができる。
【００１４】
複屈折光学材料と組み合わせて位相変調器を提供するユニットは、量子通信のために使用されることができる干渉計の実現を可能にする。例えば、一実施形態では、通信システムのための送信ユニットが提供され、送信ユニットは、上で述べられたような変調器を有し、このユニットは、前記位相変調器を使用して弱い光パルスについての情報を符号化するように構成されている。
【００１５】
前記位相変調器は、光子が位相変調器を通過するように配置され、ユニットは、さらに、前記位相変調器によって適用される変調を制御するように構成されたコントローラを有する。位相変調器は、光子の経路中に、複屈折光学材料の前又は後に設けられることができる。複屈折光学材料を通ってより速い光路を進んだ光子は、より遅い光路を進んだ光子の前に複屈折材料を出る。位相変調器が複屈折光学材料の後に設けられた場合、位相変調器は、パルスが複屈折光学材料を出る時間に基づいてパルスの１つを識別して、そのパルスに位相シフトを適用するように制御されることができる。位相変調器が複屈折材料の前に設けられた場合、位相変調器自体の複屈折は、２つの偏波モードで光子を別に扱うために使用されることができる。位相変調器が複屈折光学材料の後に設けられた場合、さらに、異なる偏波で光子を別に扱うために、それ自身の複屈折を使用することができることが留意されるべきである。
【００１６】
位相変調はまた、受動手段によって与えられることができ、例えば、位相変調器は、各々が異なる固定位相差を適用するように構成された複数の固定位相要素と、前記要素の各々を選択するように構成されたスイッチと、前記スイッチを操作するように構成されたコントローラとを有することができる。これら要素は、固定位相差を与えるためにユニットと組み合わせられた光源を有することができ、これにより、光子が、設定された位相差で放出されることができる。一形態では、前記複数の固定位相要素は、異なるアームに設けられ、前記スイッチは、光子を与えるために使用されるアームを選択する。
【００１７】
上で留意されるように、送信ユニットは、光子源を有することができ、前記光子源は、１０以下の光子を含む光パルスを放出するように構成されている。
【００１８】
さらなる一実施形態では、通信システムのための受信ユニットが提供され、受信ユニットは、検出器と、上で述べられたような光学要素と、位相変調器とを具備し、このユニットは、前記位相変調器を使用して弱い光パルスからの情報を復号するように構成されている。
【００１９】
一実施形態では、位相変調器は、光子が位相変調器を通過するように配置され、このユニットは、さらに、位相変調器によって適用される変調を制御するように構成されたコントローラを有する。受信ユニットが、通常、時間で分離された２つのパルスを受信するので、パルスのタイミングは、光子が複屈折材料に入る前に位相変調器を通過する場合に、１つのパルスの位相をシフトさせるために位相変調器によって使用されることができる。また、位相変調器自体の複屈折は、２つの偏波に変調を選択的に適用するために使用されることができる。
【００２０】
一実施形態では、位相変調器は、各々が固定位相差を適用するように構成された複数の要素を有し、各々が異なる経路に位置され、適用される位相差は、光子によって得られる経路に依存している。さらなる実施形態では、経路を選択するように構成されたスイッチが設けられ、また、前記スイッチを操作するように構成されたコントローラが設けられている。他の実施形態では、経路は、受動的であるようにして選択されることができる。各要素は検出器を有することができる。
【００２１】
さらなる一実施形態では、量子通信システムが提供され、量子通信システムは、送信ユニットと、受信ユニットとを具備し、前記送信ユニットは、干渉計を有し、前記受信ユニットは、干渉計を有し、これら２つの干渉計は、第１及び第２の光路を有し、前記第１及び第２の光路間に光路長差があり、前記干渉計の少なくとも一方は、複屈折光学材料を有し、前記複屈折光学材料は、第１の偏波モード及び第２の偏波モードの光子の伝送を可能にし、前記第１の偏波モードで伝搬する光子の光路長は、前記第２の偏波モードで伝搬する光子の光路長とは異なる。
【００２２】
一実施形態では、第１の光路と第２の光路との間に送信ユニットの干渉計によってもたらされる遅延は、受信ユニットの干渉計によってもたらされる遅延と逆にされ、これにより、第１の干渉計によって分離された光子パルスが、第２の干渉計を出たときに再結合する。これは、受信ユニットの干渉計によって導入された遅延が、送信ユニットの干渉計及びシステムの他の要素によって導入された遅延を打ち消すことを可能にする。
【００２３】
いくつかの実施形態では、送信ユニットの干渉計及び受信ユニットの両方が、複屈折光学材料を有し、前記複屈折光学材料は、第１の偏波モード及び第２の偏波モードの光子の伝送を可能にし、前記第１の偏波モードで伝搬する光子の光路長は、前記第２の偏波モードで伝搬する光子の光路長とは異なる。
【００２４】
さらなる一実施形態では、量子通信の方法が提供され、この方法は、符号化された光子を送信ユニットから受信ユニットに送信することを具備し、前記光子は、前記送信ユニットで位相を使用して符号化し、前記受信ユニットで復号し、前記送信ユニットは、前記符号化を行うための干渉計及び位相変調器を有し、前記受信ユニットは、前記復号を行うための位相変調器及び干渉計を有し、前記干渉計の少なくとも一方は、複屈折光学材料を有し、前記複屈折光学材料は、第１の偏波モード及び第２の偏波モードの光子の伝送を可能にし、前記第１の偏波モードで伝搬する光子の光路長は、前記第２の偏波モードで伝搬する光子の光路長とは異なる。
【００２５】
図１ａは、本発明の一実施形態に従う変調ユニットで使用されることができる複屈折光ファイバ７３の概略図である。この要素は、２つの偏波モードを可能にすることができる。偏波モードは、互いに直交する偏波を有し、異なる光路長を有する。異なる光路長は、２つの異なる偏波によって経験された異なる屈折率に起因する。異なる光路長は、ファイバの長さ部分を制御することによって制御されることができ、それ故、ファイバに入る２つのパルスの一時的な分離を制御することが可能である。従って、光の多光子パルスが複屈折ファイバ７３に入り、パルスのいくつかの光子が第１の偏波モードを有し、他の光子が第２の偏波モードを有する場合、２つのパルスが複屈折ファイバを出る。
【００２６】
同様に、複屈折ファイバ７３によって導入された遅延が複屈折ファイバに入る２つのパルスの一時的な分離に一致する場合、第１の偏波モードの光子を含むパルス及び第２の偏波モードの光子を含む他のパルスが、単一パルスとして複屈折ファイバを出る。
【００２７】
図１ａは、複屈折ファイバとしての複屈折光学材料を示す図である。しかしながら、他の変形が可能である。例えば、図１ｂを参照する。ここでは、複屈折結晶２１２が使用される。複屈折結晶２１２は、図１ａの複屈折ファイバ７３と同様に機能し、異なる偏波モードの光子に対して１つの偏波モードを含む光子を遅延させる役割を果たす。偏波保持ファイバ２１０からの光は、複屈折結晶２１２に光を向けるレンズ２１１でコリメートされる。複屈折結晶の出力では、光は、レンズ２１３と結合することによって偏波保持ファイバ２１４に結合される。
【００２８】
複屈折光ファイバの他の代わりの形態が、複屈折フォトニック結晶２２５によって提供される。図１ｃでは、複屈折フォトニック結晶は、チップ上に設けられる。偏波保持ファイバ２２４からの光は、チップ２２５にある複屈折フォトニック結晶の導光路に結合される。これは、例えば、チップにファイバを直接接合することによってなされることができる。フォトニック結晶導光路の出力では、光は、偏波保持ファイバ２２６に結合される。
【００２９】
図１ｄは、上述の複屈折光学材料のうちのいずれかを使用して実行されることができるさらなる例を示す図であり、ここでは、光子は、光循環装置２７５及び鏡２７７によって、複屈折材料を含む微分群遅延ライン２７６を２回通過する。
【００３０】
光循環装置２７５のポート１に入る光子は、ポート２を通って循環装置を出る。そして、光子は、２つの直交偏波モード間に時間遅延Ｄｔ／２を導入する微分群遅延ライン２７６へ進む。光子は、鏡２７７で反射され、鏡は入ってくる光子の偏波を変更しない。ファイバの内部の光を反射する標準的な要素は、ファラデー鏡であり、ファラデー鏡は、入ってくる光の偏波を９０°回転させる。それ故、さらなる要素が回転を補正するためには与えられない限り、ファラデー鏡が要素２７７として使用されない。代わりに、一実施形態では、光子の偏波を回転させない単純な鏡が使用される。光子は、その後、２つの直交偏波モードの間のΔｔの全時間遅延につながる第２の時間、微分群遅延ライン２７６を通過する。これらは、ポート２を通って光循環装置２７５に入り、ポート３を通って循環装置を出る。
【００３１】
光学複屈折材料を通って２回光子を送信することは、単一経路バージョンと比較して、２つの直交偏波モード間に２倍の微分群遅延を導入するという利点を有する。それ故、同じ微分群遅延を生成するために半分の光学複屈折材料のみが使用される。光循環装置２７５は、全てのポートに接続された偏波保持ファイバを備えた偏波維持光循環装置である。
【００３２】
図２は、本発明の一実施形態に従う変調器を有する量子送信器の概略図である。
【００３３】
送信器は、光子源１と、変調器３とを有する。源１の出力は、変調器３の偏波分離装置５８に向けられる。その後、偏波分離装置５８の出力は、複屈折材料６０に向けられて、微分群遅延（ＤＧＤ）ラインとして機能し、ＤＧＤを通過する光子によって経験される光路長は、光子の偏光によって決まる。微分群遅延ライン６０の出力は、位相変調器６２に向けられ、送信器から出る。
【００３４】
光源１は、分布帰還レーザ（ＤＦＢ）を有することができる。いくつかの実施形態では、源１は、レーザの出力の強度を減衰するように構成された減衰器を有する。さらなる実施形態では、出力された光子の偏光を変調するための偏光子が設けられることができる。他の実施形態は、より強い光パルス又は決定論的な単一光子源を使用することができる。さらなる実施形態は、エンタングル光子源を使用することができる。光源１は、偏波分離装置５８に接続されている。光源及び偏波分離装置５８は、偏波維持ファイバによって接続されることができる。
【００３５】
さらなる実施形態では、源１は、源から放出された個々の光パルスの強度を変更するように構成された強度変調器を有する。このような強度変調器は、異なる強度で安全に受信されたパルスの数を測定することによって、異なる強度の光子パルスが送信された場合に送信者及び受信者が盗聴者の存在を決定することを可能にするおとり状態のＱＫＤプロトコルを実現するように構成されることができる。いくつかの実施形態では、源は、複数の強度変調器を有する。
【００３６】
図２ａの実施形態では、光源１は、偏光されたパルス２を生成し、パルスは偏波分離装置５８に出力される。偏波分離装置５８は、２つの直交偏波から選択された偏波でＤＧＤ６０に光子のパルスを与えるように構成されている。単一光子がスプリッタを通過するところでは、２つの可能な偏波のうちの一方の偏波である可能性があり、古典的な多光子パルスが偏波スプリッタを通過するところでは、多光子パルスは２つの偏波を持つパルスに分割される。偏波分離装置５８は、例えば、選択された角度だけ故意に回転されたファイバの低速軸で互いに接続された２つの偏波保持ファイバによって与えられることができる。このような配置が図２ｂに示される。ここでは、２つの黒い点は、パンダ形式の偏波保持ファイバ２３６、２３９に複屈折をもたらす応力ロッドを示している。低速軸は第１のファイバ２３６に対して点線２３７で、及び第２のファイバ２３９に対して点線２３８で示される。第２のファイバのさらなる点線及び角度αは、２つの低速軸が角度αだけ互いに対して回転されることを示している。
【００３７】
偏波スプリッタのさらなる例が図２ｃに示される。ここでは、シングルモードの入力ファイバ２４９及び偏波コントローラ２５０が使用されている。光子は、第２の偏波保持ファイバ２５１に入る前に、第１のシングルモードファイバ２４９及び偏波コントローラ２５０に入る。偏波コントローラ２５０を使用して、２つの直交偏波モードへの分離／混合比が変えられることができる。
【００３８】
偏波スプリッタのさらなる例が図２ｄに示される。ここでは、第１の偏波保持ファイバ２６１からの光は、レンズ２６２を使用してコリメートされ、半波長板２６３に送られ、そして、レンズ２６４で結合することによって第２の偏波保持ファイバ２６５に再結合されている。半波長板２６３は、入ってくる光がファイバ２６５で結合される前に、入ってくる光の偏波を任意の角度で回転させることを可能にする。これは、再び、２つの直交偏波モードの分離／混合比を変えることを可能にする。
【００３９】
一実施形態では、可変分離比は、第１の偏波保持ファイバからの光を、第１のファイバに対して回転されることができる第２の偏波保持ファイバに結合させることによって与えられる。源が所望の強度比及び固定位相差で２つの偏波モードにおける光を既に放出している場合、偏波分離装置は省略されることができる。
【００４０】
分離した光パルス５９は、２つの直交偏波モード間にＤＧＤを導入するＤＧＤライン６０に入り、ＤＧＤライン６０に沿って同じ方向に伝搬する。
【００４１】
微分群遅延ライン６０は、複屈折材料を有し、複屈折材料は、２つの偏波モードの各々の異なる光路長での２つの偏波モードを可能にする。２つの偏波モードは、互いに直交する偏波を有する。疑わしさの回避のために、光路長は、幾何学的な経路長と屈折率との積である。それ故、両モードの幾何学的な経路長は等しいが、２つのモードの各々の屈折率は異なり、従って、２つのモードの各々によって経験される光路長は異なる。このようにして、ＤＧＤライン６０は、一方の偏波モードを他方の偏波モードに対して遅延させるために複屈折を利用し、従って、一方の偏波の光子が他方の偏波の光子に対して遅延されることができる。ＤＧＤライン６０は、例えば、偏波保持ファイバである。他の選択肢は、フォトニック結晶、フォトニック結晶ファイバ及び複屈折結晶を含む。
【００４２】
ＤＧＤライン６０を伝搬した後、入ってくる光パルスの一方が他方の光パルス６１に対して遅延する。これらパルスは、初期パルスと後期パルスとの間に位相シフトを導入することができる位相変調器６２に入る。初期パルスと後期パルスとの間の位相変調は、２通りのうちの１つで適用されることができる。一実施形態では、異なる位相遅延を与えるように、初期パルスと後期パルスとの移行の間に位相変調器６２に電圧が印加されることができる。あるいは、両パルスの移行の間に同じ電圧が印加されることができる。位相変調器６２の複屈折のために、これはまた、２つの直交偏光されたパルスに異なる位相遅延を与える。位相変調器も、例えば、後に述べられるような位相差の能動的な安定化のために使用されることができる。位相変調器を作製するために使用される代表的な材料は、ＬｉＮｂＯ３である。ＬｉＮｂＯ３では、一方の偏波モードの位相遅延は、同じ印加電圧に対する他方の直交モードに対してよりも３倍大きい。
【００４３】
ＤＧＤは、位相変調器で直接終端をなしてもよいし、自由空間で、又はシングルモードファイバで終端をなしてもよい。これは、２つの偏波モードがこれら２つのモードによって経験される屈折率差なしで継続することを可能にする。
【００４４】
この実施形態では、光子は、その後、２つのモード間にかなりの光路長差を導入することなく、自由空間又は２つのモードの伝搬を可能にするシングルモードファイバのようなファイバを介して送信器を出ることができる。
【００４５】
図３ａは、本発明のさらなる実施形態に従う量子送信器の概略図であり、偏波分離装置は、２つの偏波保持ファイバ７２の回転した接続部により形成されている。図３ａの送信器は、図２の送信器と同様であり、不要な繰り返しを避けるために、同じ参照符号は同じ特徴部分を示すために使用される。偏波分離装置は、第２のファイバの両方の低速軸に対して回転された第１のファイバの低速軸を有し、従って、第１のファイバの一方の偏波モードを第２のファイバの両偏波モードに光を結合する。分離比は、回転角度を選択することによって設定されることができる。４５度の角度は、例えば、１：１の等しい分離比につながる。一実施形態では、分離比は、受信器の干渉計の後で最大可視性を達成するように選択される。
【００４６】
ＤＧＤは、偏波保持ファイバ７３の長さ部分に導入される。それ故、この実施形態では、微分群遅延ラインは、偏波保持ファイバ７３の長さ部分である。偏波保持ファイバは、高速軸及び低速軸に沿って、２つの直交偏波モードで光の伝搬を可能にする。高速軸及び低速軸は、異なる屈折率ｎｓ及びｎｆを有し、ｎｓはｎｆよりも大きい。この差は、通常、ビート長の観点から、Ｌｐ＝λ／（ｎｓ−ｎｆ）で表現される。代表的な値は、３〜５ｍｍである。１００ｍの偏波保持ファイバの長さ部分は、１５５０ｎｍの波長及び５ｍｍのビート長でモード１とモード２との間で１５５ｐｓの遅延につながる。ＱＫＤで使用される代表的な遅延は、偏波保持ファイバの２００〜４００ｍに対応する約５００ｐｓである。１ｐｓの精度は、４０〜８０ｃｍのファイバ長の精度に相当するように、かなり容易に達せられることができる。対照的に、マッハ−ツェンダー干渉計の２つのアームの相対的な長さ部分は、遅延の同じ精度のために０．２ｍｍ以内であるように制御される。
【００４７】
図３ａの送信器は、光源１を有し、光源１は、既に述べられた光源の１つであることができる。光源は、２つの偏波保持ファイバ７２の回転したファイバ接続部に接続されている。回転した接続部は、偏波保持ファイバの２つの長さ部分を有し、これらは互いに接続されている。これらファイバは、第１のファイバの高速軸及び低速軸が第２のファイバの高速軸及び低速軸に対して回転されるようにアライメントされている。回転角度は、２つの偏波モード間の強度比を決定する。例えば、光パルスが第１の偏波保持ファイバの低速軸に平行にアライメントされた偏波を有し、回転角度が４５度ならば、パルスは、偏波が第２の偏波保持ファイバの低速軸と平行なところで第１の偏波モードに、及び偏波が第２の偏波保持ファイバの高速軸と平行なところで第２の偏波モードに、１：１の強度比で分離される。
【００４８】
回転したファイバ接続部７２は、微分群遅延ラインである偏波保持ファイバ７３の長さ部分に接続されている。偏波保持ファイバに対する屈折率は、高速軸及び低速軸とアライメントされた偏波とは異なる。それ故、ファイバの高速軸に沿ってアライメントされた偏波を持つ光パルスは、低速軸に沿ってアライメントされた偏波を持つ光パルスに対して異なる光路長を経験する。
【００４９】
偏波保持ファイバ７３の長さ部分は、既に述べられた位相変調器６２に接続されている。
【００５０】
図３ｂは、回転した接続部及び偏波保持ファイバを使用した送信器の実現可能性を示す図である。４５度の角度は、左側に示される入力パルスの１：１の分離比を達成するために使用された。偏波保持ファイバの長さ部分の９６ｍの距離を進行した後の２つの偏波モード間の遅延は、右図に見られることができるように、１２５ｐｓである。両パルスは、予期される強度とほぼ等しい強度を有する。
【００５１】
図４は、本発明のさらなる実施形態に従う量子送信器の概略図であり、位相変調器が微分群遅延ラインの前に配置されている。図４の送信器は、図２の送信器と同様であり、不要な繰り返しを避けるために、同じ参照符号が同じ特徴部分を示すために使用される。
【００５２】
この送信器では、位相変調器６２は、ＤＧＤライン６０の前に設置されている。それ故、まず、２つのパルス間に選択された位相差が導入され（８３）、そして、パルスがＤＧＤによって時間で分離される。２つの直交偏波モードがまだ時間で分離されていないので、これらのモードの移行間に同じ電圧がＰＭで印加される。位相変調器に入る２つのモードが異なる偏波を有するので、これは、なお、既に説明されたようなこれらの間の位相差につながり、従って、位相変調器が２つの偏波モード間に位相差を導入することができる。
【００５３】
この実施形態では、図２を参照して既に述べられた光源の例の１つであることができる光源１が、偏波分離装置５８に接続されている。偏波分離装置５８は、図２ａ乃至２ｄを参照して既に述べられた要素のいずれかであることができる。例えば、偏波分離装置は、回転したファイバ接続部であることができる。偏波分離装置５８は、位相変調器６２に接続されている。偏波分離装置５８及び位相変調器６２は、偏波保持ファイバによって接続されていることができる。位相変調器６２は、既に述べられた例の１つであることができる微分群遅延ライン６０に接続され、例えば、微分群遅延ライン６２は、偏波保持ファイバの長さ部分であることができる。
【００５４】
光源１から放出された信号パルスは、偏波分離装置５８で所望の強度比の直交偏波モードに分離される。そして、信号パルスが位相変調器６２を通って進行する。位相変調器６２で電圧が印加される。位相変調器６２の複屈折により、所定の印加電圧に起因する位相シフトが各偏波モードに対して異なる。従って、位相変調器６２は、２つの偏波モードの位相差で情報を符号化する。そして、信号パルスが微分群遅延ラインを通って伝搬する。干渉計を通る２つの偏波モードの光路長は異なる。出力１３は、図２の出力と同じである。
【００５５】
図５は、送信器で位相変調器が使用されない送信器の概略図である。代わりに、送信器は、いくつかの源１と、偏波分離要素５８とを有する。図５の送信器は、図２の送信器と同様であり、不要な繰り返しを避けるために、同じ参照符号は同じ特徴部分を示すために使用される。この送信器では、これは、ＢＢ８４プロトコルに必要な４つの源１及び４つの分離要素５８に関して説明される。各アームは、さまざまな選択された位相差で２つのパルス５９を生成し、１つのアームのみが、ある時間に光を放出する。
【００５６】
ＤＧＤラインでＤＧＤが導入される前、２つのパルスがビームスプリッタ８４〜８６で結合されている。出力１３は、再び、図２並びに図３の出力と同じである。
【００５７】
図５に示される送信器は、４つの光源１を有する。これら光源１は、各々、別個のアームに位置されている。各光源１は、偏波分離装置５８に接続され、既に述べられた偏波分離装置の要素の１つであることができる。例えば、偏波分離装置５８は、回転したファイバ接続部であることができる。パルスは、偏波分離装置を通過した後、固定位相差要素８８に入る。一実施形態では、これは、発熱要素によって制御される、経路のセクションである。発熱要素は、偏波スプリッタを出る２つの偏波モード間の位相差が修正されるのを可能にする。
【００５８】
別個の各アームは、光源１と、偏波分離装置５８と、２つの偏波モード間に位相差をもたらすように構成されたセクション８８とを有する。２つの第１のアームがビームスプリッタ８４で接続され、即ち、第１のアームのファイバ及び第２のアームのファイバがビームスプリッタの入力に接続されている。２つの第２のアームがビームスプリッタ８５で同様にして接続されている。
【００５９】
２つのビームスプリッタ８４、８５の出力ファイバは、第３のビームスプリッタ８６に結合されている。このビームスプリッタ８６の出力は、微分群遅延ライン６０に接続されている。
【００６０】
一実施形態では、要素８８及びビームスプリッタ８４、８６の組合せがフォトニック光波回路（ＰＬＣ）８７を形成している。ＰＬＣは、４つの可能な光路の各々の２つの直交偏波モード間の位相差を正確かつ安定して設定することを可能にする。要素８８は、４つの経路の位相差の設定を個々に与える。一実施形態では、ＰＬＣ８７がその上に形成されるチップ全体が安定した温度である。図５に示されるものは、安定でなければならない要素のみを含む、ＰＬＣの最も単純な実現形態である。しかしながら、ＰＬＣは、多かれ少なかれ任意に拡張されることができる。また、偏波分離要素５８、源１又はフォトニック結晶導光路の形態であるＤＧＤ６０を有することができる。
【００６１】
図６ａは、本発明の一実施形態に従う量子受信器の概略図である。この特定の実施形態では、受信器への信号入力は、図２乃至図５を参照して述べられる送信器からの出力である。しかしながら、後に述べられる他の入力を使用することが可能である。
【００６２】
説明を明確にするために、入力光子は、時間で分離された２つのパルスに分離された多光子パルスの観点から述べられる。しかしながら、パルスが単一光子パルスである場合、光子が２つのパルスの一方にある可能性を有する。
【００６３】
入ってくるコヒーレント多重光子光パルス３４は、偏波コントローラ３５を通過し、偏波コントローラは、位相変調器９３の入力ファイバの高速軸及び低速軸に対して２つのパルスの偏波をアライメントさせる。アライメントされたパルス３６は、位相変調器に入り、位相変調器は、初期パルスと後期パルスとの間に位相シフトを導入する。そして、変調された２つのパルス９４は、ＤＧＤライン９５に入り、ＤＧＤラインは後期パルス９６と時間に関して一致させるために初期パルスを遅延させる。それ故、ＤＧＤラインで導入されたＤＧＤは、量子送信器によって導入された遅延と正確に一致する必要がある。ＤＧＤラインは、この遅延が高精度で達成されることを可能にする。
【００６４】
そして、２つのパルス９６は、偏波混合装置９７に入り、偏波混合装置は、１：１の分離比を持つ図２の偏波分離装置５８と同一であることができる。偏波ビームスプリッタ９９の入力ファイバがビームスプリッタの主軸に対して４５度回転された場合、偏波混合装置は省略されることができる。偏波モードが混合されたとき、これらは、入ってくるパルスの位相差によって決定される２つの混合出力モードの強度に構造的又は破壊的につながる干渉をする。２つの混合偏波モード９８は、偏波ビームスプリッタ９９で分離され、偏波ビームスプリッタ９９は、第１の検出器４６に一方の偏波モード１００を、及び第２の検出器４７に他方の偏波モード１０１を送信する。
【００６５】
受信器の入力ファイバは、偏波コントローラ３５に接続している。偏波コントローラは、位相変調器９３の入力ファイバにパルスの偏波をアライメントさせる。偏波コントローラ３５は、偏波変調器及びＤＧＤ９５の軸とアライメントするよう偏波を回転させるように機能する。パルスが受信器に送信されたとき、同じシングルモードファイバであることができる送信媒体で偏波が回転する可能性がある。偏波コントローラは、受信器に対する途中の偏波の望まれない回転を補正する。
【００６６】
位相変調器は、既に述べられたようなものであることができる。位相変調器は、１又は両方の偏波モードに位相シフトを適用する。各偏波モードに適用される位相シフトは、各モードの異なる電圧の印加、又は位相変調器の複屈折により異なってもよい。変調器９３は、パルスのタイミング又はパルスの偏波に基づいたパルスの１つに変調を選択的に適用するように構成されることができる。
【００６７】
位相変調器９３の出力ファイバは、微分群遅延ライン９５に接続されている。微分群遅延ライン９５は、例えば、図１ａ乃至図１ｄを参照して述べられたタイプの複屈折の材料を有する。微分群遅延ラインは、各モードに対して異なる光路長で２つの偏波モードを可能にする。
【００６８】
微分群遅延ラインは、位相変調器９３の出力とアライメントされ、これにより、２つの光パルスの第１の光パルスの偏波が、ＤＧＤの低速光軸とアライメントされ、第２の光パルスの偏波が、高速軸とアライメントされる。ＤＧＤは、２つの光路長が、これらパルスがＤＧＤを同時に出るように設定されるように構成されている。
【００６９】
ＤＧＤライン９５の出力は、偏波混合装置９７に接続されている。
【００７０】
偏波混合装置９７の出力は、偏波ビームスプリッタ９９の入力に接続されている。偏波ビームスプリッタの第１の出力は、第１の検出器４７に接続され、第２の出力は、第２の検出器４６に接続されている。
【００７１】
図６ｂは、偏波モードの混合を示す図である。左の図は、偏波モードが混合される前の２つのパルスの電場ベクトルを示す図である。初期の偏波軸s及びfは、混合偏波軸s’及びf’に対してそれぞれ４５度の角度を有する。モードs及びfの光は、偏波混合装置でこれらの新しい軸に投影される。その結果が右の図に示される。モードｆ’に投影される成分が構造的に干渉し、一方、モードｓ’に投影される成分が破壊的に干渉するので、全ての光は偏波モードf’である。
【００７２】
図７は、受信器を示す図であり、位相変調器９３がＤＧＤライン９５の後に設置されている。従って、まず、２つの入ってくるコヒーレントパルスが時間に関して重畳され（１１１）、そして、位相差が、位相変調器９３によって導入される（９４）。図７のシステムは、図６のシステムと同様であり、不要な繰り返しを避けるために、同じ参照符号は同じ特徴部分を示すために使用される。
【００７３】
受信器の入力ファイバは、既に述べられた偏波コントローラ３５に接続している。偏波コントローラ３５の出力は、微分群遅延ライン９５へ接続している。従って、受信器中の要素の光軸は、図６に関して述べられるようにアライメントされている。
【００７４】
ＤＧＤ９５は、異なるときにＤＧＤに入るパルスが同時にＤＧＤを出るように構成されている。位相変調器９３は、既に述べられたようなものであることができる。位相変調器９３は、１つ又は両方の偏波モードに位相シフトを適用する。各偏波モードに適用される位相シフトは、位相変調器の複屈折により異なってもよい。
【００７５】
位相変調器の出力は、既に述べられたような偏波混合装置９７に接続されている。偏波ビームスプリッタ９９の入力ファイバがビームスプリッタの主軸に対して４５度回転する場合、偏波混合装置は省略されることができる。
【００７６】
偏波混合装置９７の出力は、偏波ビームスプリッタ９９の入力に接続されている。偏波ビームスプリッタの第１の出力は、検出器４７に接続され、第２の出力は、第２の検出器４６に接続されている。
【００７７】
図８は、位相変調器が受信器で使用されない受信器を示す図である。代わりに、基底は、ビームスプリッタ１１２で受動的に選択され、ビームスプリッタ１１２は、選択された位相差を有する上側アーム１１３又は下側アーム１１４に、入ってくる光をランダムに送信する。
【００７８】
上側アーム１１３及び下側アーム１１４の両方が、固定の、しかし２つの偏波モード間で異なる位相差を導入する。これは、固定位相差要素１１６によって達成される。図５のシステムに関して、固定位相差は、発熱要素の使用によって実行されることができる。
【００７９】
両アームの偏波混合要素９７及びビームスプリッタ９９は、図６に説明されるような鍵情報を復号するために使用される。図は、ＢＢ８４のようなプロトコルのために２つのアームを有する受信器を表示する。受信器はまた、異なるプロトコルのために２つよりも多いアームを有することができる。
【００８０】
受信器の入力ファイバは、既に述べられてきた偏波コントローラ３５に接続している。偏波コントローラ３５の出力は、図７を参照して述べられるような微分群遅延ライン９５に接続している。従って、異なる光路を進行する光パルスは、単一レーザコヒーレント時間内に、及び直交偏波で、微分群遅延ライン９５から同時に出現する。微分群遅延ラインの出力は、ビームスプリッタ１１２に接続され、その出力は、２つのアーム１１３及び１１４に接続している。
【００８１】
上側アーム１１３は、既に述べられてきたような偏波混合装置９７に接続されている。
【００８２】
下側アーム１１４は、既に述べられてきたような偏波混合装置９７に接続されている。
【００８３】
図９は、微分群遅延を使用した量子送信器に基づいた量子鍵配送システムの概略図である。
【００８４】
この図は、図２に示される量子送信器１２１及び非対称ＭＺＩ４８に基づいた量子受信器の可能な実現を示している。量子送信器１２１及び量子受信器４８は、光伝送路２５によって接続されている。
【００８５】
微分群遅延ライン６０は、位相変調器６２に接続されている。位相変調器６２から放出された光パルスは、光伝送路２５を介して受信器１４５に伝送される。従って、量子送信器は、伝送路を下って進行する、選択された位相差及び直交偏波１３でコヒーレントな２つのパルスを生成する。量子受信器の入力では、２つのパルスの偏波は、偏波コントローラを使用して復元され、そして、パルスは、非対称ＭＺＩを使用して復号される。光伝送路２５は、２つのモード間の経路長に重要な変化をもたらすことなく、２つのモードの伝搬を可能にするシングルモードの光ファイバであることができる。しかしながら、全てのシングルモードファイバにいくつかの複屈折特性があってもよいことが注目されるべきである。ファイバ２５に沿って進行するとき、偏波が回転することが可能である。偏波コントローラはこの回転を補正する。
【００８６】
位相変調器６２及び位相変調器４３を使用してＢＢ８４のような量子鍵配送プロトコルが実現されることができる。
【００８７】
図１０は、本発明のさらなる実施形態に従う微分群遅延を使用した量子受信器に基づいた量子鍵配送システムの概略図である。
【００８８】
この図は、図６ａに示される量子受信器１３２及び非対称ＭＺＩ１３１に基づいた量子送信器の可能な実現を示す図である。量子送信器１３１及び量子受信器１３２は、光伝送路２５によって接続されている。量子送信器は、伝送路を下って進行する選択された位相差及び直交偏波１３でコヒーレントな２つのパルスを生成する。量子受信器の入力では、２つのパルスの偏波は、偏波コントローラを使用して回復され、そして、パルスは、ＤＧＤライン、偏波混合装置及び偏波ビームスプリッタを使用して復号される。位相変調器１０及び位相変調器９３を使用して、ＢＢ８４のような量子鍵配送プロトコルが実現されることができる。
【００８９】
図１１は、微分群遅延を使用した量子送信器及び受信器に基づいた量子鍵配送システムの概略図である。
【００９０】
この図は、図２に示される量子送信器及び図６ａに示される量子受信器を使用したＱＫＤシステムの可能な例を示す図である。量子送信器１２１及び量子受信器１３２は、光伝送路２５によって接続されている。量子送信器は、伝送路を下って進行する、選択された位相差及び直交偏波１３でコヒーレントな２つのパルスを生成する。
【００９１】
量子受信器の入力では、２つのパルスの偏波は、偏波コントローラを使用して回復され、そして、これらパルスは、ＤＧＤライン、偏波混合装置及び偏波ビームスプリッタを使用して復号される。位相変調器６２及び位相変調器９３を使用して、ＢＢ８４のような量子鍵配送プロトコルが実現されることができる。
【００９２】
図１２は、受信器側に能動的な安定化を持つ微分群遅延を使用した量子送信器に基づいた量子鍵配送システムの概略図である。
【００９３】
本発明の干渉計を使用したＱＫＤシステムの他の例は、この図に示される安定化スキームを含むことができる。量子受信器１４５から量子送信器１４３に同期信号が送信される。この同期信号は、受信器を源１及び位相変調器６２と同期するために、制御電子回路１４２で使用される。
【００９４】
受信器側の他の制御電子回路１４４は、コヒーレントな２つのパルスの偏波及び位相差の能動的な安定化、及び第１及び第２の検出器４６、４７のゲート遅延に使用される。
【００９５】
この能動的な安定化スキームに使用される要素は、干渉計の内部の偏波コントローラ３５及び位相シフト装置である。これは、例えば、ファイバ延伸装置のような追加要素であることができるか、位相変調器４３で実行されることができる。安定化スキームもまた、受信器から送信器に代わって量子送信器から量子受信器に同期信号を送信することによって実現されることができる。
【００９６】
図１２のシステムは、偏波分離装置５８に接続された光源１を有する送信器１４３により構成されている。光源は、偏光された光パルスを放出する。偏波分離装置は、光パルスを所望の強度比を備えた直交偏波モードに分離する。言い換えれば、偏波分離装置に入る光パルスは、第１の強度を備えた第１の偏波モード及び第２の強度を備えた第２の偏波モードに分離される。偏波分離装置は、複屈折材料により構成された微分群遅延ライン６０に接続されている。
【００９７】
微分群遅延ライン６０は、位相変調器６２に接続されている。位相変調器６２から放出された光パルスは、光伝送路２５を介して受信器１４５に送信される。
【００９８】
量子受信器は、偏波コントローラ３５及び非対称ＭＺＩ３７を有する。非対称ＭＺＩ３７は、偏波ビームスプリッタ４０を有し、その一方の出力は長いアーム３９に接続され、他方の出力は短いアーム３８に接続されている。長いアーム３９は、光学遅延をもたらすようにデザインされたファイバのループ４４と、位相シフト装置、例えば、ファイバ延伸装置のような追加要素１７０とを有する。あるいは、位相シフトは、位相変調器４３で実行されることができる。短いアーム５は、位相変調器４３を有する。長いアーム３９及び短いアーム３８の他端は、偏波保持ビームスプリッタ４５で再結合する。２つの単一光子検出器４６、４７が偏波保持ビームスプリッタ４５の出力に接続されている。
【００９９】
量子送信器はまた、光源１及び位相変調器６２に接続された制御電子回路１４２を有する。受信器もまた、偏波コントローラ３５、位相シフト装置１７０及び検出器４６、４７に接続された制御電子回路１４４を有する。
【０１００】
送信器１４２の制御電子回路及び受信器１４４の制御電子回路は、チャンネルを介して接続されている。
【０１０１】
図１３は、送信器側に能動的な安定化を持つ微分群遅延を使用した量子送信器に基づいた量子鍵配送システムの概略図である。
【０１０２】
能動的な安定化スキームもまた、図２に示されるような量子送信器で実現されることができる。再び、量子受信器１６９は、量子送信器１６７に同期信号を送信する。受信器は、制御電子回路１６８を使用することによってこの同期信号に対してその位相変調器４３及び検出器のゲート遅延を同期させる。送信器側の制御電子回路１６６は、受信器に送信されたコヒーレントな２つのパルス１５６の位相差及び偏波、及び同期信号に対する源のレーザパルスの正確なタイミングを能動的に安定させる。位相差は、そのバイアス電圧を変化させることによって位相変調器６２で制御される。既に説明されたように、２つの偏波モードは、バイアス電圧を変えることによって変調されることができる変調器の内部で異なる位相シフトを経験する。２つのパルスの相対的な位相差を制御するための他の選択肢は、位相差を変調するために使用される変調振幅を位相変調器で調節することである。さらなる偏波コントローラ１５５は、２つのパルス１５６の偏波をプレアライメントし、これにより、伝送路を伝送した後、これらが偏波ビームスプリッタ４０の軸に対してアライメントされる（１５７）。安定化スキームはまた、受信器から送信器に代わって量子送信器から量子受信器に同期信号を送信することによって実現されることができる。
【０１０３】
図１３に示されるシステムは、図１２と同様である。しかしながら、このシステムでは、送信器１６７はまた、位相変調器６２の出力に接続された偏波コントローラ１５５を有する。従って、受信器１６９は、前のシステムの受信器のような偏波コントローラ３５を含まなくてもよい。さらに、前のシステムの受信器の位相シフト要素１７０の代わりに、位相シフトが位相変調器６２で実行されることができる。
【０１０４】
量子送信器は、制御電子回路１６６を有し、制御電子回路は、光源１、偏波コントローラ１５５及び位相変調器６２に接続されている。受信器はまた、制御電子回路１６８を有し、制御電子回路は、位相変調器４３、検出器４６、４７に接続されている。
【０１０５】
送信器１６６の制御電子回路及び受信器１６８の制御電子回路は、チャンネルを介して接続されている。
【０１０６】
所定のいくつかの実施形態が説明されてきたが、これら実施形態は、単に例によって示されており、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。ここに述べられる新規な方法及び装置は、さまざまな他の形態で具体化されることができ、さらに、方法の形態のさまざまな省略、代用及び変更が、本発明の趣旨から逸脱することなくなされることができる。添付の特許請求の範囲並びにこれらの均等物は、本発明の範囲並びに趣旨内にあるようなそのような変形形態をカバーすることを意図されている。
【図１ａ】
2014147068.tif 000003
【図１ｂ】
2014147068.tif 000004
【図１ｄ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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【図３ａ】
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【図４】
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【図５】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図１ｃ】
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【図３ｂ】
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【図６ａ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【外国語明細書】
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