(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光子が伝搬する伝搬路（１１）と，
前記伝搬路（１１）を伝搬する光子を分離する第１の分離部（１２）と，
前記第１の分離部（１２）において分離されるある光子が伝搬する第１の分枝路（１３）と，
前記第１の分離部（１２）において分離される残りの光子が伝搬する第２の分枝路（１４）と，
前記第１の分枝路（１３）を伝搬する光子を検出する第１の単一光子検出器（１５）と，
前記第２の分枝路（１４）を伝搬する光子を検出する第２の単一光子検出器（１６）と，
前記第１の単一光子検出器（１５）及び前記第２の単一光子検出器（１６）が検出した情報を受け取る制御部（１７）とを有する，
光子検出システムであって，
前記伝搬路（１１）と接続され，前記伝搬路（１１）にテスト光子を導入するためのローカルポート（２１）と，
前記ローカルポート（２１）にテスト光子を出力するテスト光子出力装置（２２）と，を更に有し，
前記制御部（１７）は，
前記第１の単一光子検出器（１５）及び前記第２の単一光子検出器（１６）が検出した情報を受け取り，前記テスト光子出力装置（２２）から出力されたテスト光子が，前記第１の単一光子検出器（１５）及び前記第２の単一光子検出器（１６）のどちらによっても検出されない場合，前記光子検出システムが明光攻撃を受けていると判断する，
光子検出システム。
【請求項２】
請求項１に記載の光子検出システムであって，
前記第１の分離部（１２）は，光子の偏光状態に基づいて前記第１の分枝路（１３）又は前記第２の分枝路（１４）へ光子を分離するものである，
システム。
【請求項３】
請求項１に記載の光子検出システムを含む，量子鍵配送システム。
【請求項４】
光子が伝搬する伝搬路（１１）と，
前記伝搬路（１１）を伝搬する光子を分離する第１の分離部（１２）と，
前記第１の分離部（１２）において分離されるある光子が伝搬する第１の分枝路（１３）と，
前記第１の分離部（１２）において分離される残りの光子が伝搬する第２の分枝路（１４）と，
前記第１の分枝路（１３）を伝搬する光子を検出する第１の単一光子検出器（１５）と，
前記第２の分枝路（１４）を伝搬する光子を検出する第２の単一光子検出器（１６）と，
前記第１の単一光子検出器（１５）及び前記第２の単一光子検出器（１６）が検出した情報を受け取る制御部（１７）とを有する，
光子検出システムであって，
前記伝搬路（１１）と接続され，前記伝搬路（１１）を伝搬する光の一部を分離するためのタッピング部（３１）と，
前記タッピング部（３１）で分離された光を検出するための光検出器（３２）と，を更に有し，
前記制御部（１７）は，
前記光検出器（３２）が検出した情報をも受け取る装置であり，
前記光検出器（３２）が光子を検出したと判断した場合には，前記光子検出システムが明光攻撃を受けていると判断する，
光子検出システム。
【請求項５】
光子が伝搬する伝搬路（１１）と，
前記伝搬路（１１）を伝搬する光子を分離する第１の分離部（１２）と，
前記第１の分離部（１２）において分離されるある光子が伝搬する第１の分枝路（１３）と，
前記第１の分離部（１２）において分離される残りの光子が伝搬する第２の分枝路（１４）と，
前記第１の分枝路（１３）を伝搬する光子を検出する第１の単一光子検出器（１５）と，
前記第２の分枝路（１４）を伝搬する光子を検出する第２の単一光子検出器（１６）と，
前記第１の単一光子検出器（１５）及び前記第２の単一光子検出器（１６）が検出した情報を受け取る制御部（１７）とを有する，
光子検出システムであって，
前記制御部（１７）は，
前記第１の単一光子検出器（１５）及び前記第２の単一光子検出器（１６）が検出した情報を受け取り，前記第１の単一光子検出器（１５）及び前記第２の単一光子検出器（１６）が同時に光子を検出した場合，前記光子検出システムが明光攻撃を受けていると判断する，
光子検出システム。
【請求項６】
光子が伝搬する伝搬路（１１）と，
前記伝搬路（１１）を伝搬する光子を分離する第１の分離部（１２）と，
前記第１の分離部（１２）において分離されるある光子が伝搬する第１の分枝路（１３）と，
前記第１の分離部（１２）において分離される残りの光子が伝搬する第２の分枝路（１４）と，
前記第１の分枝路（１３）を伝搬する光子を検出する第１の単一光子検出器（１５）と，
前記第２の分枝路（１４）を伝搬する光子を検出する第２の単一光子検出器（１６）と，
前記第１の単一光子検出器（１５）及び前記第２の単一光子検出器（１６）が検出した情報を受け取る制御部（１７）とを有する，
光子検出システムであって，
前記第１の分枝路（１３）から分岐した第３の分岐路（３１）と，
前記第２の分枝路（１４）から分岐した第４の分岐路（３２）と，
前記第３の分枝路（３１）を伝搬する光子を検出する第３の単一光子検出器（３３）と，
前記第４の分枝路（３２）を伝搬する光子を検出する第４の単一光子検出器（３４）と，を更に有し，
前記制御部（１７）は，
前記第３の単一光子検出器（３３）及び前記第４の単一光子検出器（３４）が検出した情報をも受け取り，
前記第１の単一光子検出器（１５）及び前記第３の単一光子検出器（３３）が同時に光子を検出した場合，又は
前記第２の単一光子検出器（１６）及び前記第４の単一光子検出器（３４）が同時に光子を検出した場合に，
前記光子検出システムが明光攻撃を受けていると判断する，
光子検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，明光攻撃を検知できる単一光子検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
量子鍵配送は，情報理論的に安全な乱数を２者間で共有する技術である。量子鍵配送システムの安全性は，物理法則により担保され，数学的にも証明されている。しかしながら，実際の量子鍵配送システムは，デバイスに由来する不完全性を有している。このため，その不完全性を利用した量子鍵配送システムへの攻撃方法が開発された。
【０００３】
量子鍵配送システムにおいて，光子を検出する装置である単一光子検出器を用いる。単一光子検出器に明るい光を照射して，飽和させるブラインドアタックとよばれる攻撃が問題視されている。ブラインドアタックを受けた光検出器は，既に検出限界まで光強度が達しているため，さらに光子を受け取っても，光子を受け取ったことを感知できない。ブラインドアタックを行った後，入射光強度を調整し，希望の検出器のみを動作させることが可能となる。これらの一連の攻撃がブラインドアタックとよばれる。
【０００４】
Ｌ．ＬｙｄｅｒｓｅｎらのＯｐｔ．Ｅｘｐｒｅｓｓ  １８，２７９３８（２０１０）（下記非特許文献１）では，ブライトイルミネーションアタックが開示されている。この攻撃は，半導体単一光子検出器及び超電導単一光子検出器へ連続光レーザを照射し，あたかも光が入っていないように検出される状態を作るものや，攻撃者の意図通りの信号を受信者に受け取らせる方法である。これらの攻撃は，検出器の電流をモニターすることや量子チャネルの一部を市販のパワーメータで測定できる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｌ．ＬｙｄｅｒｓｅｎらのＯｐｔ．Ｅｘｐｒｅｓｓ  １８，２７９３８（２０１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１に記載の方法は，圧倒的に強い強度を有する連続光レーザによる攻撃を把握することができる。しかしながら，非特許文献１に記載の方法は，連続光に比べて少ない光子数による攻撃を受けた場合，検出器の電流値には反映されず市販のパワーメータでは到底観測できない。現時点では，複数の光子を用いた単一光子検出器への攻撃は報告されていない。しかしながら，単一光子検出器による単一光子検出を誤らせる程度の光子数を用いた攻撃が起こった場合，非特許文献１に記載の方法では対処できない。
【０００７】
そこで，本発明は，単一光子検出器による単一光子検出を誤らせる程度の光子数を用いた攻撃が起こった場合であっても，明光攻撃（第三者が単一光子検出器の検出を誤らせるのに十分な光子数を伝搬路に導入されることにより，単一光子検出器が単一光子を正確に検出できなくなるようにする攻撃）を有効に把握できる光子検出システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は，基本的には，通常より多い数の光子が伝搬路に存在するか否かを把握することで，明光攻撃状態を適切に把握することができるというものに関する。
【０００９】
本発明の第１の側面は，テスト光を入射し検出器の動作を確認する光子検出システムに関する。この光子検出システムは，光子が伝搬する伝搬路１１と，伝搬路を伝搬する光子を分離する第１の分離部１２と，第１の分離部１２において分離されるある光子が伝搬する第１の分枝路１３と，第１の分離部１２において分離される残りの光子が伝搬する第２の分枝路１４と，第１の分枝路１３を伝搬する光子を検出する第１の単一光子検出器１５と，第２の分枝路１４を伝搬する光子を検出する第２の単一光子検出器１６と，第１の単一光子検出器１５及び第２の単一光子検出器１６が検出した情報を受け取る制御部１７とを有する，光子検出システムである。そして，このシステムは，伝搬路１１と接続され，伝搬路１１にテスト光子を導入するためのローカルポート２１と，ローカルポート２１にテスト光子を出力するテスト光子出力装置２２と，を更に有する。
【００１０】
制御部１７は，第１の単一光子検出器１５及び第２の単一光子検出器１６が検出した情報を受け取り，テスト光子出力装置２２から出力されたテスト光子が，第１の単一光子検出器１５及び第２の単一光子検出器１６によって検出されない場合，光子検出システムが明光攻撃を受けていると判断する。
【００１１】
通常であればテスト光子がシステムに導入されれば，そのテスト光子を検出できる。それにもかかわらず，システムが，テスト光子を検出できないときは，単一光子検出器が飽和している状態（つまり，明光攻撃を受けている状態）と考えられる。よって，このシステムは明光攻撃を把握できる。
【００１２】
第１の分離部１２は，光子の偏光状態に基づいて第１の分枝路１３又は第２の分枝路１４へ光子を分離するものであることが好ましい。
【００１３】
このシステムの好ましい利用態様は，量子鍵配送システムである。
【００１４】
本発明の第２の側面は，タッピングにより明光攻撃を把握する光子検出システムに関する。この光子検出システムは，光子が伝搬する伝搬路１１と，伝搬路を伝搬する光子を分離する第１の分離部１２と，第１の分離部１２において分離されるある光子が伝搬する第１の分枝路１３と，第１の分離部１２において分離される残りの光子が伝搬する第２の分枝路１４と，第１の分枝路１３を伝搬する光子を検出する第１の単一光子検出器１５と，第２の分枝路１４を伝搬する光子を検出する第２の単一光子検出器１６と，第１の単一光子検出器１５及び第２の単一光子検出器１６が検出した情報を受け取る制御部１７とを有する。このシステムは，伝搬路１１と接続され，伝搬路１１を伝搬する光の一部を分離するためのタッピング部３１と，タッピング部３１で分離された光を検出するための光検出器３２と，を更に有する。そして，制御部１７は，光検出器３２が検出した情報をも受け取る装置であり，光検出器３２が光子を検出したと判断した場合には，光子検出システムが明光攻撃を受けていると判断する。
【００１５】
通常であれば出力の一部（例えば１／１０）を分離して光子を検出することはできない。このため，伝搬路を伝搬する光子の一部を分離した場合に，光子が検出できたときはシステムが明光攻撃を受けていると判断できる。
【００１６】
本発明の第２の側面も第１の側面と同様の様々な態様を採用し得る。例えば，第１の分離部１２は，光子の偏光状態に基づいて第１の分枝路１３又は第２の分枝路１４へ光子を分離するものであることが好ましい。また，このシステムの好ましい利用態様は，量子鍵配送システムである。
【００１７】
本発明の第３の側面は，同時検出及び同時発火により明光攻撃を把握する光子検出システムに関する。この光子検出システムは，光子が伝搬する伝搬路１１と，伝搬路を伝搬する光子を分離する第１の分離部１２と，第１の分離部１２において分離されるある光子が伝搬する第１の分枝路１３と，第１の分離部１２において分離される残りの光子が伝搬する第２の分枝路１４と，第１の分枝路１３を伝搬する光子を検出する第１の単一光子検出器１５と，第２の分枝路１４を伝搬する光子を検出する第２の単一光子検出器１６と，第１の単一光子検出器１５及び第２の単一光子検出器１６が検出した情報を受け取る制御部１７とを有する。
【００１８】
制御部１７は，第１の単一光子検出器１５及び第２の単一光子検出器１６が検出した情報を受け取り，第１の単一光子検出器１５及び第２の単一光子検出器１６が同時に光子を検出した場合，光子検出システムが明光攻撃を受けていると判断する。
【００１９】
２つの単一光子検出器を用いて光子の測定を行った場合，通常量子鍵配送は０．１〜０．５光子／ｂｉｔの微弱光での通信を行うため，殆どの場合，いずれかの単一光子検出器からしか単一光子は検出されない。このため，２つの単一光子検出器が同時に光子を検出することは，導波路における遅延時間を考慮しても稀有である。よって，２つの単一光子検出器が同時又は所定時間内に光子を検出した場合は，システムが明光攻撃を受けていると判断できる。
【００２０】
本発明の第３の側面も第１の側面と同様の様々な態様を採用し得る。例えば，第１の分離部１２は，光子の偏光状態に基づいて第１の分枝路１３又は第２の分枝路１４へ光子を分離するものであることが好ましい。また，このシステムの好ましい利用態様は，量子鍵配送システムである。
【００２１】
本発明の第４の側面は，第３の側面において検出器を複数に増やし，より確実に明光攻撃を把握する態様に関する。この光子検出システムは，光子が伝搬する伝搬路１１と，光子検出システム伝搬路を伝搬する光子を分離する第１の分離部１２と，第１の分離部１２において分離されるある光子が伝搬する第１の分枝路１３と，第１の分離部１２において分離される残りの光子が伝搬する第２の分枝路１４と，第１の分枝路１３を伝搬する光子を検出する第１の単一光子検出器１５と，第２の分枝路１４を伝搬する光子を検出する第２の単一光子検出器１６と，第１の単一光子検出器１５及び第２の単一光子検出器１６が検出した情報を受け取る制御部１７とを有する。このシステムは，第１の分枝路１３から分岐した第３の分岐路３１と，第２の分枝路１４から分岐した第４の分岐路３２と，第３の分枝路３１を伝搬する光子を検出する第３の単一光子検出器３３と，第４の分枝路３２を伝搬する光子を検出する第４の単一光子検出器３４と，を更に有する。
【００２２】
制御部１７は，第３の単一光子検出器３３及び第４の単一光子検出器３４が検出した情報をも受け取り，第１の単一光子検出器１５及び第３の単一光子検出器３３が同時に光子を検出した場合，又は第２の単一光子検出器１６及び第４の単一光子検出器３４が同時に光子を検出した場合に，光子検出システムが明光攻撃を受けていると判断する。
【００２３】
通常であれば単一光子もしくは微弱コヒーレント光は殆どの場合一つのポートに一つしか出力されない。したがって，一つのポートを分離した場合，分離したそれぞれの出力部から光子が検出されるのであれば，光子が過剰に供給されている（すなわち明光攻撃を受けている）と判断できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は，明光攻撃を有効に把握できる光子検出システムを提供できる。本発明は量子鍵配送システムに利用できるため，本発明によれば，盗聴攻撃等に対して高い耐久性を有し，極めて秘匿性の高い量子鍵配送システムを実現できる。 
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は，本発明の第１の側面に関する光子検出システムのブロック図である。
【図２】図２は，本発明の第２の側面に関する光子検出システムのブロック図である。
【図３】図３は，本発明の第３の側面に関する光子検出システムのブロック図である。
【図４】図４は，本発明の第４の側面に関する光子検出システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下，図面に基づいて本発明を説明する。本発明は，以下の説明に限定されるものではなく，当業者に自明な範囲で適宜修正したものも含まれる。
【００２７】
図１は，本発明の第１の側面に関する光子検出システムのブロック図である。このシステムは，テスト光を入射し検出器の動作を確認する光子検出システムに関する。図１に示されるようにこの光子検出システムは，光子が伝搬する伝搬路１１と，伝搬路を伝搬する光子を分離する第１の分離部１２と，第１の分離部１２において分離されるある光子が伝搬する第１の分枝路１３と，第１の分離部１２において分離される残りの光子が伝搬する第２の分枝路１４と，第１の分枝路１３を伝搬する光子を検出する第１の単一光子検出器１５と，第２の分枝路１４を伝搬する光子を検出する第２の単一光子検出器１６と，第１の単一光子検出器１５及び第２の単一光子検出器１６が検出した情報を受け取る制御部１７を有する，光子検出システムである。そして，このシステムは，伝搬路１１と接続され，伝搬路１１にテスト光子を導入するためのローカルポート２１と，ローカルポート２１にテスト光子を出力するテスト光子出力装置２２と，を更に有する。
【００２８】
光子検出システムは，伝送路を伝搬した単一光子を検出するためのシステムに関する。このシステムの例は，量子鍵配送システムである。
【００２９】
伝搬路１１は，光が伝搬できる経路であれば特に限定されない。伝搬路１１の例は光ファイバ及び空間である。伝搬路１１には公知の光学素子が含まれていてもよい。光学素子の例は，ミラー，偏光面調整器，偏光ビームスプリッタ，波長板及び反射板である。伝搬路１１の例は，マッハツェンダー導波路である。マッハツェンダー導波路は２つのアームの長さが等しいマッハツェンダー導波路でもよいし，一方のアームが他方のアームより長い非対象マッハツェンダー導波路であってもよい。マッハツェンダー導波路の入力部及び出力部は，例えば，Ｘ分岐又はＹ分岐である。
【００３０】
第１の分離部１２は，光子をある性質に応じて分離するための要素である。第１の分離部１２の例は，偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）である。ＰＢＳは，光子の偏光状態に基づいて第１の分枝路１３又は第２の分枝路１４へ光子を分離するものである。第１の分離部１２の別の例は，カプラである。
【００３１】
第１の分枝路１３及び第２の分枝路１４は，第１の分離部１２において分離された光子が伝搬する伝搬路である。
【００３２】
第１の単一光子検出器１５及び第２の単一光子検出器１６は，それぞれ第１の分枝路１３を伝搬する光子及び第２の分枝路１４を伝搬する光子を検出する検出器である。単一光子検出器は，既に知られているため，公知の単一光子検出器を用いることができる。単一光子検出器は，光子のカウント数を計測できる検出器である。
【００３３】
第一の側面のシステムの制御部１７は，第１の単一光子検出器１５及び第２の単一光子検出器１６が検出した情報を受け取り，テスト光子出力装置２２から出力されたテスト光子が，第１の単一光子検出器１５及び第２の単一光子検出器１６によって検出されない場合，光子検出システムが明光攻撃を受けていると判断する。
【００３４】
制御部１７の例は，第１の単一光子検出器１５及び第２の単一光子検出器１６と情報の授受を行うことができるように接続されたコンピュータである。このコンピュータは，入出力部，制御部，演算部及び記憶部を有する。そして，上記の単一光子検出器１５，１６からの出力を受け取って，記憶部に記憶されたメインメモリの指令に基づき制御部が演算部に所定の演算を行わせる。
【００３５】
具体的に説明すると，制御部１７は，テスト光子出力装置２２へ光子を伝搬路１１へ出力するよう指示を行う。テスト光子出力装置２２は，光子を，ローカルポート２１を経て伝搬路１１へ出力するための装置であり，ローカルポート２１を介して伝搬路１１と接続されている。またテスト光子出力装置２２は，制御部１７からの指令を受け取ることができるように，制御部１７と接続されている。制御部１７からの指令を受け取ったテスト光子出力装置２２はローカルポート２１を介して伝搬路１１へ光子を出力する。ローカルポート２１は，概念的存在であり，特別な要素でなくてもよい。ローカルポート２１の例は，伝送路１１とテスト光子出力装置２２とを接続する光ファイバなどの伝搬路である。ローカルポートは，例えば伝搬路１１上に設けられたカプラ（光結合器）であってもよい。テスト光子出力装置２２から出力される光子は，単一光子でも複数の光子でもよい。光子数の例は，１０光子以上１０００光子以下であり，５０光子以上５００光子以下でもよく，１００光子以上４００光子以下でもよい。具体的な光子数の例は，２００光子である。具体的にはテスト光子出力装置２２は２００光子程度の光パルスを出力する。テスト光子出力装置２２から出力された単一又は複数の光子は，第１の分離部１２で分離され，第１の分枝路１３又は第２の分枝路１４に分離される。そして，テスト光子出力装置２２から出力された単一又は複数の光子は，第１の単一光子検出器１５又は第２の単一光子検出器１６によって検出される。
【００３６】
制御部１７は，テスト光子出力装置２２から伝搬路１１へ出力された光子が第１の単一光子検出器１５又は第２の単一光子検出器１６により検出されるタイミングを記憶部に記憶している。このため，制御部１７は，テスト光子出力装置２２から伝搬路１１へ出力された光子が第１の単一光子検出器１５又は第２の単一光子検出器１６により検出されるタイミングを把握できる。制御部１７は，第１の単一光子検出器１５及び第２の単一光子検出器１６からそのタイミングにおける検出結果を受け取る。伝送路１１が明光攻撃を受けていなければ，制御部１７は第１の単一光子検出器１５又は第２の単一光子検出器１６からテスト光子に由来する検出結果を受け取るはずである。制御部は，受け取った検出結果を分析し，光子が観測されたか否か分析する。この分析は，例えば，光子のカウント数が存在するか否かを分析すればよい。このようにして，制御部１７は，明光攻撃の有無を把握できる。
【００３７】
先に説明したとおり，このシステムの好ましい利用態様は，量子鍵配送システムである。量子鍵配送システムは，量子鍵配送装置を含む。量子鍵配送装置は，量子鍵を配送するため装置である。量子鍵配送装置は，量子鍵を発生させ，所定の装置へ向けて送信できるものであればよい。この量子鍵は，単一光子を用いた乱数を用いる。本発明のシステムを用いることで，明光攻撃の有無を把握でき，明光攻撃に耐性のある量子鍵配送システムを提供できる。
【００３８】
量子鍵配送装置の例は，特開２０１１−１８２２８３号公報に開示されたものや，特開２００８−２０５９９３号公報，特開２００７−３１８４４５号公報，及び特開２０１２−４９５５号公報に開示されたものである。このように既に知られているため，本発明においては，公知の量子鍵配送装置を適宜用いることができる。また，量子鍵を乱数として用いて，情報を暗号化する方法も公知である。
【００３９】
特開２００８−２０５９９３号公報に開示された量子暗号装置は，非対称マッハツェンダー干渉計（ＡＭＺＩ）を用いた量子暗号装置である。この量子暗号装置は，偏波モードとタイムビン（ｔｉｍｅ−ｂｉｎ）モードの最大縺れ状態を達成することができる。この量子暗号装置は，主にタイムビンパルスの自由度に情報を載せてファイバなどの伝送路を伝搬させるものである。この量子鍵配送装置の動作原理は，特開２００８−２０５９９３号公報に開示されている。このため，当業者であれば，この公報に基づいて本発明において用いられる量子鍵配送装置を得ることができる。
【００４０】
特開２００７−３１８４４５号公報に開示された量子鍵配送装置は，量子もつれ光子対を生成する光源と，生成された量子もつれ光子対を，その中心周波数において高周波帯と低周波帯の２つの帯域に分離するバンド分離フィルタを有するものがあげられる。この装置は，分離された高周波数帯の光を受信する第１の通信装置であって、高周波帯の光を複数の波長チャネルに分割し、各波長チャネルにおいて高周波帯の光を測定する装置を有する。さらに，この装置は分離された低周波数帯の光を受信する第２の通信装置であって、低周波帯の光を複数の波長チャネルに分割し、各波長チャネルにおいて低周波帯の光を測定する装置を有する。この量子鍵配送装置の動作原理は，特開２００７−３１８４４５号公報に開示されている。このため，当業者であれば，この公報に基づいて本発明において用いられる量子鍵配送装置を得ることができる。
【００４１】
特開２０１２−４９５５号公報に開示された量子鍵配送装置は，波長の異なる２種の光子対を発生させ，それぞれを非対称マッハツェンダー干渉計に入射させてタイムビン（ｔｉｍｅ−ｂｉｎ）縺れ状態とする。そして，２種の波長を有する光子対は，それぞれ光ファイバ伝送に適した波長と，自由空間伝送及び光子検出に適した波長とする。この量子鍵配送システムは，２種の波長を有する縺れ光子対を複数組用いて，スワッピングを行うことで，長距離間における量子鍵配送（ＱＫＤ）を達成することができるというものである。この量子鍵配送装置の動作原理は，特開２０１２−４９５５号公報に開示されている。このため，当業者であれば，この公報に基づいて本発明において用いられる量子鍵配送装置を得ることができる。
【００４２】
本明細書における量子鍵は，量子鍵配送装置により生成される量子鍵であってもいし，量子鍵配送装置が真正乱数発生機又は擬似乱数発生機を含み，これらの乱数発生機で生成した共通乱数などの鍵であってもよい。
【００４３】
図２は，本発明の第２の側面に関する光子検出システムのブロック図である。このシステムは，タッピングにより明光攻撃を把握するものに関する。図２に示されるように，この光子検出システムは，光子が伝搬する伝搬路１１と，伝搬路を伝搬する光子を分離する第１の分離部１２と，第１の分離部１２において分離されるある光子が伝搬する第１の分枝路１３と，第１の分離部１２において分離される残りの光子が伝搬する第２の分枝路１４と，第１の分枝路１３を伝搬する光子を検出する第１の単一光子検出器１５と，第２の分枝路１４を伝搬する光子を検出する第２の単一光子検出器１６と，第１の単一光子検出器１５及び第２の単一光子検出器１６が検出した情報を受け取る制御部１７とを有する。
【００４４】
第２の側面に関する光子検出システムについて，第１の側面に関する光子検出システムと同様の構成は，記載を引用することとして重複した説明を省略する。
【００４５】
このシステムは，伝搬路１１と接続され，伝搬路１１を伝搬する光の一部を分離するためのタッピング部３１と，タッピング部３１で分離された光を検出するための光検出器３２と，を更に有する。
【００４６】
タッピング部３１は，伝搬路１１を伝搬する光の一部を分離するための要素である。タッピング部３１は，伝搬路１１を伝搬する光の一部を分離できれば公知の光学素子を適宜用いることができる。タッピング部３１の例はカプラである。タッピング部３１の例は，伝搬路１１を伝搬する光の１／１００以上１／２以下の光（例えば，１／２０以上１／５以下の光）を光検出器３２へ分離できるものである。光検出器３２の例は，第３の単一光子検出器である。
【００４７】
制御部１７は，光検出器３２が検出した情報をも受け取る装置であり，光検出器３２が光子を検出したと判断した場合には，光子検出システムが明光攻撃を受けていると判断する。具体的には，光検出器３２は，検出した光子数に関する情報を制御部１７へと出力する。制御部１７は，光検出器３２から出力された光子数に関する情報を分析する。そして，制御部１７は，光検出器３２が光子数の存在するデータを出力した場合は，伝送路１１が明光攻撃されていると判断する。通常であれば出力の一部（例えば１／１０）を分離して光子を検出することはできない。このため，伝搬路を伝搬する光子の一部を分離した場合に，光子が検出できたときはシステムが明光攻撃を受けていると判断できる。
【００４８】
図３は，本発明の第３の側面に関する光子検出システムのブロック図である。本発明の第３の側面は，同時検出及び同時発火により明光攻撃を把握する光子検出システムに関する。図３に示されるように，この光子検出システムは，光子が伝搬する伝搬路１１と，伝搬路を伝搬する光子を分離する第１の分離部１２と，第１の分離部１２において分離されるある光子が伝搬する第１の分枝路１３と，第１の分離部１２において分離される残りの光子が伝搬する第２の分枝路１４と，第１の分枝路１３を伝搬する光子を検出する第１の単一光子検出器１５と，第２の分枝路１４を伝搬する光子を検出する第２の単一光子検出器１６と，第１の単一光子検出器１５及び第２の単一光子検出器１６が検出した情報を受け取る制御部１７とを有する。
【００４９】
第３の側面に関する光子検出システムについて，第１の側面に関する光子検出システムと同様の構成は，記載を引用することとして重複した説明を省略する。
【００５０】
制御部１７は，第１の単一光子検出器１５及び第２の単一光子検出器１６が検出した情報を受け取り，第１の単一光子検出器１５及び第２の単一光子検出器１６が同時に光子を検出した場合，光子検出システムが明光攻撃を受けていると判断する。
【００５１】
具体的に説明すると，制御部１７は，第１の単一光子検出器１５及び第２の単一光子検出器１６から所定の時間間隔（タイムスパン）における検出結果を受け取る。伝送路１１が明光攻撃を受けていなければ，制御部１７は第１の単一光子検出器１５又は第２の単一光子検出器１６からテスト光子に由来する検出結果を受け取るはずである。この際，制御部１７が，単一光子検出器１５及び第２の単一光子検出器１６の両方から光子数を有する観測データを受信した場合，制御部１７は，伝搬路１１が明光攻撃を受けていると判断する。２つの単一光子検出器を用いて光子の測定を行った場合，単一光子は，殆どの場合，いずれかの単一光子検出器からしか検出されない。このため，２つの単一光子検出器が同時に光子を検出することは，導波路における遅延時間を考慮しても稀有である。よって，２つの単一光子検出器が同時又は所定時間内に光子を検出した場合は，システムが明光攻撃を受けていると判断できる。
【００５２】
本発明の第３の側面も第１の側面と同様の様々な態様を採用し得る。例えば，第１の分離部１２は，光子の偏光状態に基づいて第１の分枝路１３又は第２の分枝路１４へ光子を分離するものであることが好ましい。また，このシステムの好ましい利用態様は，量子鍵配送システムである。
【００５３】
例えば，量子鍵配送システムでは，検出器の動作を確認する時間窓を設定する。この場合，時間窓以外の時間において第三者から攻撃されることが想定される。この事態を把握するため，検出器からの電気信号を分岐する分岐部を有し，時間窓に関係なく所定期間ごとに同時発火（同時検出）を検知する光子検出システムは本発明の好ましい態様である。
【００５４】
図４は，本発明の第４の側面に関する光子検出システムのブロック図である。本発明の第４の側面は，第３の側面において検出器を複数に増やし，より確実に明光攻撃を把握する光子検出システムに関する。この光子検出システムは，光子が伝搬する伝搬路１１と，光子検出システム伝搬路を伝搬する光子を分離する第１の分離部１２と，第１の分離部１２において分離されるある光子が伝搬する第１の分枝路１３と，第１の分離部１２において分離される残りの光子が伝搬する第２の分枝路１４と，第１の分枝路１３を伝搬する光子を検出する第１の単一光子検出器１５と，第２の分枝路１４を伝搬する光子を検出する第２の単一光子検出器１６と，第１の単一光子検出器１５及び第２の単一光子検出器１６が検出した情報を受け取る制御部１７とを有する。
【００５５】
第４の側面に関する光子検出システムについて，第１の側面に関する光子検出システムと同様の構成は，記載を引用することとして重複した説明を省略する。
【００５６】
第４の側面に関する光子検出システムは，図４に示されるように，第１の分枝路１３から分岐した第３の分岐路３１と，第２の分枝路１４から分岐した第４の分岐路３２と，第３の分枝路３１を伝搬する光子を検出する第３の単一光子検出器３３と，第４の分枝路３２を伝搬する光子を検出する第４の単一光子検出器３４と，を更に有する。
【００５７】
制御部１７は，第３の単一光子検出器３３及び第４の単一光子検出器３４が検出した情報をも受け取り，第１の単一光子検出器１５及び第３の単一光子検出器３３が同時に光子を検出した場合，又は第２の単一光子検出器１６及び第４の単一光子検出器３４が同時に光子を検出した場合に，光子検出システムが明光攻撃を受けていると判断する。制御部１７やその他の動作は第３の側面に関する光検出システムと同様である。
【００５８】
通常であれば単一光子もしくは微弱コヒーレント光は殆どの場合一つのポートに一つしか出力されない。したがって，一つのポートを分離した場合，分離したそれぞれの出力部から光子が検出されるのであれば，光子が過剰に供給されている（すなわち明光攻撃を受けている）と判断できる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は，量子鍵配送など情報通信の分野にて利用され得る。また特に本発明は電子カルテなど秘匿性の高い情報通信の分野で好ましく利用され得る。
【符号の説明】
【００６０】
１１  伝搬路１１；  １２  第１の分離部；  １３  第１の分枝路；  １４  第２の分枝路；  １５第１の単一光子検出器；  １６  第２の単一光子検出器１６；  １７  制御部；
２１  ローカルポート；  ２２  テスト光子出力装置；
３１  タッピング部；  ３２  光検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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