(57)【要約】  本発明の実施形態は、通信技術の分野、特に、古典的な光信号及び量子光信号のハイブリッド伝送が、１つの光ファイバを用いることにより行われる場合の量子光信号におけるラマンノイズの影響を減らすための量子通信方法及び関連装置に関する。本発明の実施形態において、送信装置は、処理対象の光信号及び量子光信号を生成し、処理対象の光信号は少なくとも古典的な光信号を含み、送信装置は、処理対象の光信号及び量子光信号を結合して、結合された光信号を取得し、結合された光信号を送信する。古典的な光信号の波長がＬ帯及び／又はＣ帯にあり、量子光信号の波長がＳ帯にあるので、古典的な光信号の帯域内の波長は、量子光信号の帯域内の波長より大きい。そのため、量子光信号は、アンチストークス散乱領域にあってよい。これにより、量子光信号におけるラマンノイズの影響を効果的に減らすことができる。
2019524015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
量子通信用の送信装置であって、
処理対象の光信号を生成するように構成される古典的な光信号送信器と、
量子光信号を生成するように構成される量子光信号送信器であって、前記量子光信号の波長はＳ帯にある、量子光信号送信器と、
前記処理対象の光信号及び前記量子光信号を結合して、結合された光信号を取得するように構成される第１の結合ユニットと、
光ファイバを用いることにより前記結合された光信号を送信するように構成される送信ユニットであって、前記処理対象の光信号は、少なくとも古典的な光信号を有し、前記古典的な光信号は、少なくとも１つの古典的な光サブ信号を有する、送信ユニットと
を備え、
前記古典的な光信号が１つの古典的な光サブ信号を有する場合、前記古典的な光サブ信号の波長はＣ帯又はＬ帯にあり、
前記古典的な光信号が複数の古典的な光サブ信号を有する場合、前記複数の古典的な光サブ信号は、
波長が前記Ｃ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する、
波長が前記Ｌ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する、又は、
波長が前記Ｃ帯にある古典的な光サブ信号及び波長が前記Ｌ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する
という項目のうちのいずれか１つを満たす、送信装置。
【請求項２】
前記第１の結合ユニットは、具体的には、
前記光ファイバのＳ帯カプラを用いることにより、前記光ファイバ内の第１のサブ光ファイバにおいて伝送される前記処理対象の光信号及び前記光ファイバ内の第２のサブ光ファイバにおいて伝送される前記量子光信号を結合して、前記結合された光信号を取得する
ように構成される、請求項１に記載の送信装置。
【請求項３】
前記古典的な光信号送信器は、具体的には、
前記古典的な光信号を生成し、
可変光減衰器ＶＯＡを用いることにより、前記生成された古典的な光信号を減衰させて、前記処理対象の光信号を取得する
ように構成される、請求項１又は２に記載の送信装置。
【請求項４】
前記処理対象の光信号は、監視光信号をさらに有し、前記監視光信号は前記Ｌ帯に属し、
前記古典的な光信号送信器は、具体的には、
前記古典的な光信号及び前記監視光信号を生成し、
可変光減衰器ＶＯＡを用いることにより、前記生成された古典的な光信号を減衰させて、減衰させた古典的な光信号を取得し、
Ｌ帯及びＣ帯マルチプレクサを用いることにより、前記減衰させた古典的な光信号及び前記監視光信号を結合して、前記処理対象の光信号を取得する
ように構成される、請求項１又は２に記載の送信装置。
【請求項５】
異なる波長の複数の古典的な光サブ信号がある場合、前記古典的な光信号送信器は、具体的には、
第１のカプラ又はマルチプレクサを用いることにより、前記複数の古典的な光サブ信号を結合して、前記古典的な光信号を取得するように構成され、前記マルチプレクサは、
波長が前記Ｃ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する場合、前記マルチプレクサはＣ帯マルチプレクサである、
波長が前記Ｌ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する場合、前記マルチプレクサはＬ帯マルチプレクサである、又は、
波長が前記Ｃ帯にある古典的な光サブ信号及び波長が前記Ｌ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する場合、前記マルチプレクサはＣ帯及びＬ帯マルチプレクサである
という条件を満たす、請求項３又は４に記載の送信装置。
【請求項６】
異なる波長の複数の量子光サブ信号がある場合、
前記量子光信号送信器は、具体的には、
第２のカプラ又はＳ帯マルチプレクサを用いることにより、前記複数の量子光サブ信号を結合して、前記量子光信号を取得するように構成される、請求項１から５のいずれか一項に記載の送信装置。
【請求項７】
量子通信用の受信装置であって、
光ファイバを用いることにより送信装置により送信された結合された光信号を受信するように構成される受信ユニットであって、前記結合された光信号は、処理対象の光信号及び量子光信号を有し、前記量子光信号の波長はＳ帯にある、受信ユニットと、
前記結合された光信号から、前記処理対象の光信号及び前記量子光信号を決定するように構成される第２の結合ユニットと、
前記第２の結合ユニットにより出力された前記処理対象の光信号を受信し、前記処理対象の光信号から前記古典的な光信号を決定するように構成される古典的な光信号受信器と、
前記第２の結合ユニットにより出力された前記量子光信号を受信して処理するように構成される量子光信号受信器であって、前記処理対象の光信号は、少なくとも前記古典的な光信号を有し、前記古典的な光信号は、少なくとも１つの古典的な光サブ信号を有する、量子光信号受信器と
を備え、
前記古典的な光信号が１つの古典的な光サブ信号を有する場合、前記古典的な光サブ信号の波長はＣ帯又はＬ帯にあり、
前記古典的な光信号が複数の古典的な光サブ信号を有する場合、前記複数の古典的な光サブ信号は、
波長が前記Ｃ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する、
波長が前記Ｌ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する、又は、
波長が前記Ｃ帯にある古典的な光サブ信号及び波長が前記Ｌ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する
という項目のうちのいずれか１つを満たす、受信装置。
【請求項８】
前記第２の結合ユニットは、具体的には、
前記光ファイバのＳ帯バンドパスフィルタを用いることにより、前記結合された光信号内の前記量子光信号を前記光ファイバ内の第４のサブ光ファイバに分離し、前記光ファイバの前記Ｓ帯バンドパスフィルタを用いることにより、前記結合された光信号内の前記処理対象の光信号を、処理のために前記光ファイバ内の第３のサブ光ファイバに分離し、前記処理対象の光信号から前記古典的な光信号を決定するように構成される、請求項７に記載の受信装置。
【請求項９】
前記Ｓ帯バンドパスフィルタの帯域幅の範囲は、０．１ナノメートルｎｍから７０ｎｍである、請求項８に記載の受信装置。
【請求項１０】
前記古典的な光信号受信器は、具体的には、
光増幅器ＯＡを用いることにより、前記処理対象の光信号を増幅させて、前記古典的な光信号を取得するように構成される、請求項８又は９に記載の受信装置。
【請求項１１】
前記処理対象の光信号は、監視光信号をさらに有し、前記監視光信号は前記Ｌ帯に属し、
前記古典的な光信号受信器は、具体的には、
Ｌ帯及びＣ帯デマルチプレクサを用いることにより、前記処理対象の光信号を逆多重化して、前記監視光信号及び逆多重化された光信号を取得し、
光増幅器ＯＡを用いることにより、前記逆多重化された光信号を増幅させて、前記古典的な光信号を取得する
ように構成される、請求項８又は９に記載の受信装置。
【請求項１２】
異なる波長の複数の古典的な光サブ信号がある場合、
前記古典的な光信号受信器は、さらに、
デマルチプレクサを用いることにより、前記古典的な光信号を逆多重化して、前記古典的な光信号に含まれる前記複数の古典的な光サブ信号を取得するように構成され、前記デマルチプレクサは、
波長が前記Ｃ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する場合、前記デマルチプレクサはＣ帯デマルチプレクサである、
波長が前記Ｌ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する場合、前記デマルチプレクサはＬ帯デマルチプレクサである、又は、
波長が前記Ｃ帯にある古典的な光サブ信号及び波長が前記Ｌ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する場合、前記デマルチプレクサはＣ帯及びＬ帯デマルチプレクサである
という条件を満たす、請求項７から１１のいずれか一項に記載の受信装置。
【請求項１３】
異なる波長の複数の量子光サブ信号がある場合、
前記量子光信号受信器は、さらに、
Ｓ帯デマルチプレクサを用いることにより前記量子光信号を逆多重化して、前記量子光信号に含まれる前記複数の量子光サブ信号を取得するように構成される、請求項７から１２のいずれか一項に記載の受信装置。
【請求項１４】
前記Ｓ帯デマルチプレクサの各サブバンドの帯域幅の範囲は、０．１ｎｍから５ｎｍである、請求項１３に記載の受信装置。
【請求項１５】
量子通信方法であって、
送信装置により、処理対象の光信号及び量子光信号を生成する段階であって、前記量子光信号の波長はＳ帯にある、段階と、
前記送信装置により、前記処理対象の光信号及び前記量子光信号を結合して、結合された光信号を取得する段階と、
前記送信装置により、光ファイバを用いることにより前記結合された光信号を送信する段階であって、前記処理対象の光信号は、少なくとも古典的な光信号を有し、前記古典的な光信号は、少なくとも１つの古典的な光サブ信号を有する、段階と
を備え、
前記古典的な光信号が１つの古典的な光サブ信号を有する場合、前記古典的な光サブ信号の波長はＣ帯又はＬ帯にあり、
前記古典的な光信号が複数の古典的な光サブ信号を有する場合、前記複数の古典的な光サブ信号は、
波長が前記Ｃ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する、
波長が前記Ｌ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する、又は、
波長が前記Ｃ帯にある古典的な光サブ信号及び波長が前記Ｌ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する
という項目のうちのいずれか１つを満たす、方法。
【請求項１６】
前記送信装置により、前記処理対象の光信号及び前記量子光信号を前記結合して、結合された光信号を取得する段階は、
前記送信装置により、前記光ファイバのＳ帯カプラを用いることにより、前記光ファイバ内の第１のサブ光ファイバにおいて伝送される前記処理対象の光信号及び前記光ファイバ内の第２のサブ光ファイバにおいて伝送される前記量子光信号を結合して、前記結合された光信号を取得する段階を有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
送信装置により、処理対象の光信号を前記生成する段階は、
前記送信装置により、前記古典的な光信号を生成する段階と、
可変光減衰器ＶＯＡを用いることにより、前記生成された古典的な光信号を減衰させて、前記処理対象の光信号を取得する段階と
を有する、請求項１５又は１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記処理対象の光信号は、監視光信号をさらに有し、前記監視光信号は前記Ｌ帯に属し、
送信装置により、処理対象の光信号を前記生成する段階は、
前記送信装置により、前記古典的な光信号及び前記監視光信号を生成する段階と、
可変光減衰器ＶＯＡを用いることにより、前記生成された古典的な光信号を減衰させて、減衰させた古典的な光信号を取得する段階と、
前記送信装置により、Ｌ帯及びＣ帯マルチプレクサを用いることにより、前記減衰させた古典的な光信号及び前記監視光信号を結合して、前記処理対象の光信号を取得する段階と
を有する、請求項１５又は１６に記載の方法。
【請求項１９】
異なる波長の複数の古典的な光サブ信号がある場合、
前記送信装置により、前記古典的な光信号を前記生成する段階は、
前記送信装置により、第１のカプラ又はマルチプレクサを用いることにより、前記複数の古典的な光サブ信号を結合して、前記古典的な光信号を取得する段階を有し、前記マルチプレクサは、
波長が前記Ｃ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する場合、前記マルチプレクサはＣ帯マルチプレクサである、
波長が前記Ｌ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する場合、前記マルチプレクサはＬ帯マルチプレクサである、又は、
波長が前記Ｃ帯にある古典的な光サブ信号及び波長が前記Ｌ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する場合、前記マルチプレクサはＣ帯及びＬ帯マルチプレクサである
という条件を満たす、請求項１７又は１８に記載の方法。
【請求項２０】
異なる波長の複数の量子光サブ信号がある場合、
送信装置により、量子光信号を前記生成する段階は、
前記受信装置により、第２のカプラ又はＳ帯マルチプレクサを用いることにより、前記複数の量子光サブ信号を結合して、前記量子光信号を取得する段階を有する、請求項１５から１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
量子通信方法であって、
受信装置により、光ファイバを用いることにより送信装置により送信された結合された光信号を受信する段階であって、前記結合された光信号は、処理対象の光信号及び量子光信号を有し、前記量子光信号の波長はＳ帯にある、段階と、
前記受信装置により、前記結合された光信号に基づいて、前記古典的な光信号及び前記量子光信号を決定する段階であって、前記処理対象の光信号は、少なくとも前記古典的な光信号を有し、前記古典的な光信号は、少なくとも１つの古典的な光サブ信号を有する、段階と
を備え、
前記古典的な光信号が１つの古典的な光サブ信号を有する場合、前記古典的な光サブ信号の波長はＣ帯又はＬ帯にあり、
前記古典的な光信号が複数の古典的な光サブ信号を有する場合、前記複数の古典的な光サブ信号は、
波長が前記Ｃ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する、
波長が前記Ｌ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する、又は、
波長が前記Ｃ帯にある古典的な光サブ信号及び波長が前記Ｌ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する
という項目のうちのいずれか１つを満たす、方法。
【請求項２２】
前記受信装置により、前記結合された光信号に基づいて、前記古典的な光信号及び前記量子光信号を前記決定する段階は、
前記受信装置により、前記光ファイバのＳ帯バンドパスフィルタを用いることにより、前記結合された光信号内の前記量子光信号を前記光ファイバ内の第４のサブ光ファイバに分離する段階と、
前記光ファイバの前記Ｓ帯バンドパスフィルタを用いることにより、前記結合された光信号内の前記処理対象の光信号を、処理のために前記光ファイバ内の第３のサブ光ファイバに分離する段階と、
前記処理対象の光信号から前記古典的な光信号を決定する段階と
を有する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記Ｓ帯バンドパスフィルタの帯域幅の範囲は、０．１ｎｍから７０ｎｍである、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記受信装置により、前記処理対象の光信号から前記古典的な光信号を前記決定する段階は、
前記受信装置により、光増幅器ＯＡを用いることにより、前記処理対象の光信号を増幅させて、前記古典的な光信号を取得する段階を有する、請求項２２又は２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記処理対象の光信号は、監視光信号をさらに有し、前記監視光信号は前記Ｌ帯に属し、
前記受信装置により、前記処理対象の光信号から前記古典的な光信号を前記決定する段階は、
前記受信装置により、Ｌ帯及びＣ帯デマルチプレクサを用いることにより、前記処理対象の光信号を逆多重化して、前記監視光信号及び逆多重化された光信号を取得する段階と、
前記受信装置により、光増幅器ＯＡを用いることにより、前記逆多重化された光信号を増幅させて、前記古典的な光信号を取得する段階と
を有する、請求項２２又は２３に記載の方法。
【請求項２６】
異なる波長の複数の古典的な光サブ信号がある場合、
前記受信装置により、前記結合された光信号から前記古典的な光信号を前記決定する段階の後に、前記方法は、
前記受信装置により、デマルチプレクサを用いることにより、前記古典的な光信号を逆多重化して、前記古典的な光信号に含まれる前記複数の古典的な光サブ信号を取得する段階をさらに備え、前記デマルチプレクサは、
波長が前記Ｃ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する場合、前記デマルチプレクサはＣ帯デマルチプレクサである、
波長が前記Ｌ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する場合、前記デマルチプレクサはＬ帯デマルチプレクサである、又は、
波長が前記Ｃ帯にある古典的な光サブ信号及び波長が前記Ｌ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する場合、前記デマルチプレクサはＣ帯及びＬ帯デマルチプレクサである
という条件を満たす、請求項２１から２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
異なる波長の複数の量子光サブ信号がある場合、
前記受信装置により、前記結合された光信号から前記量子光信号を前記決定する段階の後に、前記方法は、
前記受信装置により、Ｓ帯デマルチプレクサを用いることにより前記量子光信号を逆多重化して、前記量子光信号に含まれる前記複数の量子光サブ信号を取得する段階をさらに備える、請求項２１から２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記Ｓ帯デマルチプレクサの各サブバンドの帯域幅の範囲は、０．１ｎｍから５ｎｍである、請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１６年６月２日に中国特許庁に出願され、「量子通信方法及び関連装置」と題する中国特許出願第２０１６１０３８８５４７．２号に基づく優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明の実施形態は、通信技術の分野、特に、量子通信方法及び関連装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
情報セキュリティの課題を効果的に解決すべく、量子鍵配送（Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｋｅｙ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ、略してＱＫＤ）技術が現れ、市場向けに現在開発中であり、実用的になってきている。
【０００４】
一方向ＱＫＤシステムにおける実施例は、次の通りである。送信装置において、一群の乱数が量子光信号の量子状態でエンコードされる。量子チャネルを通じて伝送された後に、量子光信号は、受信装置の受信器により検出される。データの比較及びネゴシエーションのような、古典的なチャネル上での一連の処理プロセスを実施した後に、送信装置及び受信装置は、最終的に、一群の乱数を含むセキュアキーを共有する。典型的なＱＫＤシステムでは、送信装置と受信装置との間の通信に用いられる光ファイバは、量子信号のみを搬送する。この場合、別の光信号によりもたらされる追加のノイズの影響がないので、これは、量子信号検出に有利である。しかしながら、量子通信は、将来のネットワーキング及びグローバル化に向けて確実に発展する。現在のところ、メトロポリタンエリアネットワークの開発プロセスは、光ファイバネットワークの配置に基づいている。元の光ファイバネットワークを壊して、新しい量子ネットワークを配備することは不可能である。そのため、唯一の方法は、波長分割多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ、略してＷＤＭ）技術を用いることにより、元の光ファイバネットワークに基づいた統合を行って、量子−古典ハイブリッド光ネットワークを得ることである。言い換えれば、ＷＤＭ技術は、１つの光ファイバにおいて量子光信号及び古典的な光信号を同時に伝送するために用いられる必要がある。
【０００５】
ＷＤＭは、異なる波長からなる２つのタイプ又は複数のタイプの光キャリア信号（様々なタイプの情報を搬送する）が、マルチプレクサ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）（多重化装置とも称される）を用いることにより、送信装置において集約され、集約信号が伝送用の光回線の１つの光ファイバに結合される技術である。受信装置において、異なる波長の光キャリアが、デマルチプレクサ（Ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）（分波器とも称され、又は、逆多重化装置とも称される）を用いることにより分離され、元の信号に復元すべく、光受信機によりさらに処理される。
【０００６】
従来技術には、光キャリア信号を伝送するために用いられてよい複数の帯域、例えば、Ｌ帯、Ｃ帯、Ｓ帯、Ｅ帯及びＯ帯がある。全ての帯域に対応する波長範囲は互いに異なる。Ｌ帯の波長範囲は１５６５ナノメートル（ｎｍ）から１６２５ｎｍであり、Ｃ帯の波長範囲は１５３０ｎｍから１５６５ｎｍであり、Ｓ帯の波長範囲は１４６０ｎｍから１５３０ｎｍであり、Ｅ帯の波長範囲は１３６０ｎｍから１４６０ｎｍであり、Ｏ帯の波長範囲は１２６０ｎｍから１３６０ｎｍである。
【０００７】
同じ光ファイバにおいて古典的な信号及び量子信号のハイブリッド伝送を実施する解決手段は、ＷＤＭ技術に基づいて、Ｃ帯及びＬ帯において古典的な光信号及び量子光信号をそれぞれ伝送することである。しかしながら、光ファイバにおいて、非弾性散乱がポンプ光子と光学フォノンとの間に発生した後に、ラマンノイズが生成され、生成された散乱光子の波長は、ポンプ光の波長より小さいか、又は、より大きく、アンチストークス散乱領域又はストークス散乱領域に対応している。さらに、ストークス散乱領域の散乱強度は、アンチストークス散乱領域の散乱強度より大きい。そのため、量子光信号が、比較的大きな波長に対応するＬ帯に存在するように構成された場合に、量子光信号は、主に、ストークス散乱領域による影響を受ける。この場合、量子光信号は、ラマンノイズによって大きな影響を受ける。
【０００８】
結論として、古典的な光信号及び量子光信号のハイブリッド伝送が１つの光ファイバを用いることにより行われる場合の量子光信号におけるラマンノイズの影響を減らすための量子通信方法及び関連装置が至急必要とされている。
【発明の概要】
【０００９】
本発明の実施形態は、古典的な光信号及び量子光信号のハイブリッド伝送が１つの光ファイバを用いることにより行われる場合の量子光信号におけるラマンノイズの影響を減らための量子通信方法及び関連装置を提供する。
【００１０】
本発明の実施形態は、量子通信用の送信装置を提供し、送信装置は、
処理対象の光信号を生成するように構成される古典的な光信号送信器と、
量子光信号を生成するように構成される量子光信号送信器であって、量子光信号の波長はＳ帯にある、量子光信号送信器と、
処理対象の光信号及び量子光信号を結合して、結合された光信号を取得するように構成される第１の結合ユニットと、
光ファイバを用いることにより結合された光信号を送信するように構成される送信ユニットであって、処理対象の光信号は、少なくとも古典的な光信号を含み、古典的な光信号は、少なくとも１つの古典的な光サブ信号を含む、送信ユニットと
を含み、
古典的な光信号が１つの古典的な光サブ信号を含む場合、古典的な光サブ信号の波長はＣ帯又はＬ帯にあり、
古典的な光信号が複数の古典的な光サブ信号を含む場合、複数の古典的な光サブ信号は、
波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、又は、波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号及び波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む
という項目のうちのいずれか１つを満たす。
【００１１】
古典的な光信号の波長がＬ帯及び／又はＣ帯にあり、量子光信号の波長がＳ帯にあるので、古典的な光信号の帯域内の波長は、量子光信号の帯域内の波長より大きいことが分かり得る。そのため、量子光信号は、アンチストークス散乱領域にあってよい。さらに、アンチストークス散乱領域の散乱強度は、比較的低く、そのため、量子光信号におけるラマンノイズの影響を効果的に減らすことができ、古典的な光信号及び量子光信号のハイブリッド伝送が１つの光ファイバを用いることにより行われる場合の量子光信号の品質が改善される。
【００１２】
さらに、量子光信号の波長がＳ帯にあり、Ｓ帯の光ファイバの減衰係数が比較的小さいので、比較的低い挿入損失を有するＳ帯において、量子光信号が伝送される場合の量子光信号の損失を減らすことができ、量子鍵伝送の安全距離が大きくなる。
【００１３】
さらに、古典的な光信号の波長はＬ帯及び／又はＣ帯にあり、一方、量子光信号の波長はＳ帯にある、言い換えれば、古典的な光信号の帯域及び量子光信号の帯域は２つの異なる帯域であり、古典的な光信号の波長と量子光信号の波長との間の距離を保証する。このように、古典的な光信号のリークに起因して量子光信号に生じる干渉を効果的に減らすことができ、古典的な光信号の伝送中に生成される四波混合（Ｆｏｕｒ‐Ｗａｖｅ  Ｍｉｘｉｎｇ、略してＦＷＭ）に起因して量子光信号に生じる干渉を効果的に減らすことができる。
【００１４】
任意選択で、第１の結合ユニットは、具体的には、光ファイバのＳ帯カプラを用いることにより、光ファイバ内の第１のサブ光ファイバにおいて伝送される処理対象の光信号及び光ファイバ内の第２のサブ光ファイバにおいて伝送される量子光信号を結合して、結合された光信号を取得するように構成される。Ｓ帯カプラは、光ファイバカプラ、又は、Ｓ帯量子光信号及び処理対象の光信号の波長分割多重化装置であってよい。
【００１５】
任意選択で、古典的な光信号送信器は、具体的には、古典的な光信号を生成し、可変光減衰器（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ、略してＶＯＡ）を用いることにより、生成された古典的な光信号を減衰させて、処理対象の光信号を取得するように構成される。送信装置側において、ＶＯＡは、従来技術で一般的に用いられるＥＤＦＡを用いることなく、古典的な光信号を減衰させるために用いられる。このように、ＥＤＦＡにより引き起こされるＡＳＥノイズの、ＱＫＤチャネルに与える影響が取り除かれる。さらに、光ファイバ伝送は、損失が比較的少なく、そのため、メトロポリタンエリアネットワーク通信システムにおける古典的な光信号の光パワーに対する要件は比較的低い。この場合、古典的な光信号を減衰させるためにＶＯＡを用いることは、古典的な光信号のパワーが伝送要件を確実に満たすことができる。
【００１６】
任意選択で、処理対象の光信号は、監視光信号をさらに含み、監視光信号はＬ帯に属する。古典的な光信号送信器は、具体的には、古典的な光信号及び監視光信号を生成し、ＶＯＡを用いることにより、生成された古典的な光信号を減衰させて、減衰させた古典的な光信号を取得し、Ｌ帯及びＣ帯マルチプレクサを用いることにより、減衰させた古典的な光信号及び監視光信号を結合して、処理対象の光信号を取得するように構成される。
【００１７】
この場合、比較的長い距離をカバーする都市間量子通信が用いられる場合、光増幅局は、実際の伝送プロセスにおいて構成される。この場合、中間ノードが存在するので、第１の光監視チャネル２２０７により送信される監視光信号は、伝送線をモニタリングするために用いられる。第１に、これは、伝送セキュリティを改善する。第２に、これは、従来技術における監視チャネルのレイアウトとのより良い互換性がある。第３に、監視光信号がＬ帯に属し、監視光信号の帯域が量子光信号の帯域から比較的遠くに離れているので、監視光信号は、量子光信号に対するノイズ影響がほとんどない。
【００１８】
任意選択で、異なる波長の複数の古典的な光サブ信号がある場合、古典的な光信号送信器は、具体的には、第１のカプラ又はマルチプレクサを用いることにより、複数の古典的な光サブ信号を結合して、古典的な光信号を取得するように構成され、マルチプレクサは、
波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、マルチプレクサはＣ帯マルチプレクサである、波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、マルチプレクサはＬ帯マルチプレクサである、又は、波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号及び波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、マルチプレクサはＣ帯及びＬ帯マルチプレクサである、という条件を満たす。
【００１９】
複数の古典的な光サブ信号は、古典的な光信号を取得すべく、第１のカプラ又はマルチプレクサを用いることにより結合される。このように、通信システムは、さらに簡略化され、かつ、動作を容易にすることができ、システムにおける挿入損失がさらに低減される。
【００２０】
任意選択で、異なる波長の複数の量子光サブ信号がある場合、量子光信号送信器は、具体的には、第２のカプラ又はＳ帯マルチプレクサを用いることにより、複数の量子光サブ信号を結合して、量子光信号を取得するように構成される。量子光信号が別々に伝送される解決手段と比較して、１つの光ファイバにおける量子光信号及び古典的な光信号のハイブリッド伝送は、量子光信号に対する特定のノイズ影響を必然的に引き起こし、量子鍵の発生率を減らす。量子鍵の発生率をさらに改善すべく、本発明の本実施形態では、複数の波長が複数の量子光サブ信号を同時に伝送するために用いられ、それにより、量子光サブ信号の伝送レートを改善し、量子鍵の発生率を改善する。このように、より多くの古典的な光信号を暗号化することができ、量子通信の通信効率を改善する。
【００２１】
本発明の実施形態は、量子通信用の受信装置を提供し、受信装置は、
光ファイバを用いることにより送信装置により送信された結合された光信号を受信するように構成される受信ユニットであって、結合された光信号は、処理対象の光信号及び量子光信号を含み、量子光信号の波長はＳ帯にある、受信ユニットと、
結合された光信号から、処理対象の光信号及び量子光信号を決定するように構成される第２の結合ユニットと、
第２の結合ユニットにより出力された処理対象の光信号を受信し、処理対象の光信号から古典的な光信号を決定するように構成される古典的な光信号受信器と、
第２の結合ユニットにより出力された量子光信号を受信して処理するように構成される量子光信号受信器であって、処理対象の光信号は、少なくとも古典的な光信号を含み、古典的な光信号は、少なくとも１つの古典的な光サブ信号を含む、量子光信号受信器と
を含み、
古典的な光信号が１つの古典的な光サブ信号を含む場合、古典的な光サブ信号の波長はＣ帯又はＬ帯にあり、
古典的な光信号が複数の古典的な光サブ信号を含む場合、複数の古典的な光サブ信号は、波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、又は、波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号及び波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、という項目のうちのいずれか１つを満たす。
【００２２】
古典的な光信号の波長がＬ帯及び／又はＣ帯にあり、量子光信号の波長がＳ帯にあるので、古典的な光信号の帯域内の波長は、量子光信号の帯域内の波長より大きいことが分かり得る。そのため、量子光信号は、アンチストークス散乱領域にあってよい。さらに、アンチストークス散乱領域の散乱強度が比較的低く、そのため、量子光信号におけるラマンノイズの影響を効果的に減らすことができ、古典的な光信号及び量子光信号のハイブリッド伝送が、１つの光ファイバを用いることにより行われる場合の量子光信号の品質が改善される。
【００２３】
さらに、量子光信号の波長がＳ帯にあり、Ｓ帯の光ファイバの減衰係数が比較的小さいので、比較的低い挿入損失を有するＳ帯において、量子光信号が伝送される場合の量子光信号の損失を減らすことができ、量子鍵伝送の安全距離が大きくなる。
【００２４】
さらに、古典的な光信号の波長はＬ帯及び／又はＣ帯にあり、一方、量子光信号の波長はＳ帯にある、言い換えれば、古典的な光信号の帯域及び量子光信号の帯域は２つの異なる帯域であり、古典的な光信号の波長と量子光信号の波長との間の距離を保証する。このように、古典的な光信号のリークに起因して量子光信号に生じる干渉を効果的に減らすことができ、古典的な光信号の伝送中に生成されるＦＷＭに起因して量子光信号に生じる干渉を効果的に減らすことができる。
【００２５】
任意選択で、第２の結合ユニットは、具体的には、光ファイバのＳ帯バンドパスフィルタを用いることにより、結合された光信号内の量子光信号を光ファイバ内の第４のサブ光ファイバに分離し、光ファイバのＳ帯バンドパスフィルタを用いることにより、結合された光信号内の処理対象の光信号を、処理のために光ファイバ内の第３のサブ光ファイバに分離し、処理対象の光信号から古典的な光信号を決定するように構成される。
【００２６】
本発明の本実施形態において、Ｓ帯バンドパスフィルタは、結合された光信号内の量子光信号を光ファイバ内の第４のサブ光ファイバに分離し、結合された光信号内の処理対象の光信号を、処理のために光ファイバ内の第３のサブ光ファイバに分離してよく、それにより、１つの光ファイバを用いることにより、古典的な光信号及び量子光信号を伝送するとともに、古典的な光信号及び量子光信号を別々に処理するという目的を達成する。さらに、本発明の本実施形態において、量子光信号は、ノイズ光子の影響を減らすべく、まず、Ｓ帯バンドパスフィルタを用いることによりフィルタリングされてよい。
【００２７】
任意選択で、量子光信号が１波長のみを有する場合、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６の帯域幅は、０．１ｎｍから５ｎｍである。好ましくは、実際の適用において、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６の帯域幅は０．６ｎｍであってよい。任意選択で、複数の量子光サブ信号がある場合、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６の帯域幅は、複数の量子光サブ信号の波長をカバーする必要がある、又は、Ｓ帯全体の波長範囲をカバーする必要がある。任意選択で、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６の帯域幅の範囲は、０．１ｎｍから７０ｎｍである。
【００２８】
任意選択で、古典的な光信号受信器は、具体的には、光増幅器（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ、略してＯＡ）を用いることにより、処理対象の光信号を増幅させて、古典的な光信号を取得するように構成される。ＯＡを用いることによる古典的な光信号の増幅が量子光信号に影響を与えることはない。さらに、古典的な光信号が、光ファイバを用いることにより伝送された後の損失を有するので、ＯＡを用いることにより増幅させた後に、古典的な光信号が処理されることで、古典的な光信号を処理するときの精度を向上させる。
【００２９】
任意選択で、処理対象の光信号は、監視光信号をさらに含み、監視光信号はＬ帯に属する。古典的な光信号受信器は、具体的には、Ｌ帯及びＣ帯デマルチプレクサを用いることにより、処理対象の光信号を逆多重化して、監視光信号及び逆多重化された光信号を取得し、ＯＡを用いることにより、逆多重化された光信号を増幅させて、古典的な光信号を取得するように構成される。
【００３０】
この場合、比較的長い距離をカバーする都市間量子通信が用いられる場合、光増幅局は、実際の伝送プロセスにおいて構成される。この場合、中間ノードが存在するので、第１の光監視チャネル２２０７により送信される監視光信号は、伝送線をモニタリングするために用いられる。第１に、これは、伝送セキュリティを改善する。第２に、これは、従来技術における監視チャネルのレイアウトとのより良い互換性がある。第３に、監視光信号がＬ帯に属し、監視光信号の帯域が量子光信号の帯域から比較的遠くに離れているので、監視光信号は、量子光信号に対するノイズ影響がほとんどない。
【００３１】
任意選択で、異なる波長の複数の古典的な光サブ信号がある場合、古典的な光信号受信器は、さらに、デマルチプレクサを用いることにより、古典的な光信号を逆多重化して、古典的な光信号に含まれる複数の古典的な光サブ信号を取得するように構成され、デマルチプレクサは、波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、デマルチプレクサはＣ帯デマルチプレクサである、波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、デマルチプレクサはＬ帯デマルチプレクサである、又は、波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号及び波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、デマルチプレクサはＣ帯及びＬ帯デマルチプレクサである、という条件を満たす。
【００３２】
任意選択で、異なる波長の複数の量子光サブ信号がある場合、量子光信号受信器は、さらに、Ｓ帯デマルチプレクサを用いることにより量子光信号を逆多重化して、量子光信号に含まれる複数の量子光サブ信号を取得するように構成される。この場合、複数の古典的な光サブ信号は、複数の波長を用いることにより同時に受信されてよく、複数の古典的な光サブ信号が分離される。このように、より古典的な光サブ信号が同時に伝送されてよい。
【００３３】
任意選択で、Ｓ帯デマルチプレクサの各サブバンドの帯域幅の範囲は、０．１ｎｍから５ｎｍである。この場合、システムの安定性、Ｓ帯デマルチプレクサ及び挿入損失などのファクタが考慮されてよい。本発明の本実施形態において構成されるＳ帯デマルチプレクサの各サブバンドの帯域幅は、レーザの中心波長がＳ帯デマルチプレクサの波長範囲から容易にドリフトしないことを保証することができ、それにより、通信システムの安定性を保証する。さらに、Ｓ帯デマルチプレクサは、損失が比較的少なく、それにより、量子通信の安全距離を大きくする。第３に、Ｓ帯デマルチプレクサの各サブバンドの帯域幅は、比較的小さく、そのため、量子光信号検出器にリークされるノイズ光子は多くはなく、それにより、量子鍵の成功ビットレートを改善する。
【００３４】
本発明の実施形態は、量子通信方法を提供し、量子通信方法は、
送信装置により、処理対象の光信号及び量子光信号を生成する段階であって、量子光信号の波長はＳ帯にある、段階と、
送信装置により、処理対象の光信号及び量子光信号を結合して、結合された光信号を取得する段階と、
送信装置により、光ファイバを用いることにより結合された光信号を送信する段階であって、処理対象の光信号は、少なくとも古典的な光信号を含み、古典的な光信号は、少なくとも１つの古典的な光サブ信号を含む、段階と
を含み、
古典的な光信号が１つの古典的な光サブ信号を含む場合、古典的な光サブ信号の波長はＣ帯又はＬ帯にあり、
古典的な光信号が複数の古典的な光サブ信号を含む場合、複数の古典的な光サブ信号は、波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、又は、波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号及び波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、という項目のうちのいずれか１つを満たす。
【００３５】
古典的な光信号の波長がＬ帯及び／又はＣ帯にあり、量子光信号の波長がＳ帯にあるので、古典的な光信号の帯域内の波長は、量子光信号の帯域内の波長より大きいことが分かり得る。そのため、量子光信号は、アンチストークス散乱領域にあってよいさらに、アンチストークス散乱領域の散乱強度が比較的低く、そのため、量子光信号におけるラマンノイズの影響を効果的に減らすことができ、古典的な光信号及び量子光信号のハイブリッド伝送が、１つの光ファイバを用いることにより行われる場合の量子光信号の品質が改善される。
【００３６】
さらに、量子光信号の波長がＳ帯にあり、Ｓ帯の光ファイバの減衰係数が比較的小さいので、比較的低い挿入損失を有するＳ帯において、量子光信号が伝送される場合の量子光信号の損失を減らすことができ、量子鍵伝送の安全距離が大きくなる。
【００３７】
さらに、古典的な光信号の波長はＬ帯及び／又はＣ帯にあり、一方、量子光信号の波長はＳ帯にある、言い換えれば、古典的な光信号の帯域及び量子光信号の帯域は２つの異なる帯域であり、古典的な光信号の波長と量子光信号の波長との間の距離を保証する。このように、古典的な光信号のリークに起因して量子光信号に生じる干渉を効果的に減らすことができ、古典的な光信号の伝送中に生成されるＦＷＭに起因して量子光信号に生じる干渉を効果的に減らすことができる。
【００３８】
任意選択で、送信装置により、処理対象の光信号及び量子光信号を結合して、結合された光信号を取得する段階は、送信装置により、光ファイバのＳ帯カプラを用いることにより、光ファイバ内の第１のサブ光ファイバにおいて伝送される処理対象の光信号及び光ファイバ内の第２のサブ光ファイバにおいて伝送される量子光信号を結合して、結合された光信号を取得する段階を含む。Ｓ帯カプラは、光ファイバカプラ、又は、Ｓ帯量子光信号及び処理対象の光信号の波長分割多重化装置であってよい。
【００３９】
任意選択で、送信装置により、処理対象の光信号を生成する段階は、送信装置により、古典的な光信号を生成する段階と、ＶＯＡを用いることにより、生成された古典的な光信号を減衰させて、処理対象の光信号を取得する段階とを含む。
【００４０】
任意選択で、処理対象の光信号は、監視光信号をさらに含み、監視光信号はＬ帯に属する。送信装置により、処理対象の光信号を生成する段階は、送信装置により、古典的な光信号及び監視光信号を生成する段階と、ＶＯＡを用いることにより、生成された古典的な光信号を減衰させて、減衰させた古典的な光信号を取得する段階と、送信装置により、Ｌ帯及びＣ帯マルチプレクサを用いることにより、減衰させた古典的な光信号及び監視光信号を結合して、処理対象の光信号を取得する段階とを含む。送信装置側において、ＶＯＡは、従来技術で一般的に用いられるＥＤＦＡを用いることなく、古典的な光信号を減衰させるために用いられる。このように、ＥＤＦＡにより引き起こされるＡＳＥノイズの、ＱＫＤチャネルに与える影響が取り除かれる。さらに、光ファイバ伝送は、損失が比較的少なく、そのため、メトロポリタンエリアネットワーク通信システムにおける古典的な光信号の光パワーに対する要件は比較的低い。この場合、古典的な光信号を減衰させるためにＶＯＡを用いることは、古典的な光信号のパワーが伝送要件を確実に満たすことができる。
【００４１】
任意選択で、異なる波長の複数の古典的な光サブ信号がある場合、送信装置により、古典的な光信号を生成する段階は、送信装置により、第１のカプラ又はマルチプレクサを用いることにより、複数の古典的な光サブ信号を結合して、古典的な光信号を取得する段階を含み、マルチプレクサは、
波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、マルチプレクサはＣ帯マルチプレクサである、波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、マルチプレクサはＬ帯マルチプレクサである、又は、波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号及び波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、マルチプレクサはＣ帯及びＬ帯マルチプレクサである、という条件を満たす。
【００４２】
任意選択で、異なる波長の複数の量子光サブ信号がある場合、送信装置により、量子光信号を生成する段階は、受信装置により、第２のカプラ又はＳ帯マルチプレクサを用いることにより、複数の量子光サブ信号を結合して、量子光信号を取得する段階を含む。
【００４３】
本発明の実施形態は、量子通信方法を提供し、量子通信方法は、
受信装置により、光ファイバを用いることにより送信装置により送信された結合された光信号を受信する段階であって、結合された光信号は、処理対象の光信号及び量子光信号を含み、量子光信号の波長はＳ帯にある、段階と、受信装置により、結合された光信号に基づいて、古典的な光信号及び量子光信号を決定する段階であって、処理対象の光信号は、少なくとも古典的な光信号を含み、古典的な光信号は、少なくとも１つの古典的な光サブ信号を含む、段階と
を含み、
古典的な光信号が１つの古典的な光サブ信号を含む場合、古典的な光サブ信号の波長はＣ帯又はＬ帯にあり、
古典的な光信号が複数の古典的な光サブ信号を含む場合、複数の古典的な光サブ信号は、波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、又は、波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号及び波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、という項目のうちのいずれか１つを満たす。
【００４４】
古典的な光信号の波長がＬ帯及び／又はＣ帯にあり、量子光信号の波長がＳ帯にあるので、古典的な光信号の帯域内の波長は、量子光信号の帯域内の波長より大きいことが分かり得る。そのため、量子光信号は、アンチストークス散乱領域にあってよいさらに、アンチストークス散乱領域の散乱強度が比較的低く、そのため、量子光信号におけるラマンノイズの影響を効果的に減らすことができ、古典的な光信号及び量子光信号のハイブリッド伝送が、１つの光ファイバを用いることにより行われる場合の量子光信号の品質が改善される。
【００４５】
さらに、量子光信号の波長がＳ帯にあり、Ｓ帯の光ファイバの減衰係数が比較的小さいので、比較的低い挿入損失を有するＳ帯において、量子光信号が伝送される場合の量子光信号の損失を減らすことができ、量子鍵伝送の安全距離が大きくなる。
【００４６】
さらに、古典的な光信号の波長はＬ帯及び／又はＣ帯にあり、一方、量子光信号の波長はＳ帯にある、言い換えれば、古典的な光信号の帯域及び量子光信号の帯域は２つの異なる帯域であり、古典的な光信号の波長と量子光信号の波長との間の距離を保証する。このように、古典的な光信号のリークに起因して量子光信号に生じる干渉を効果的に減らすことができ、古典的な光信号の伝送中に生成されるＦＷＭに起因して量子光信号に生じる干渉を効果的に減らすことができる。
【００４７】
任意選択で、受信装置により、結合された光信号に基づいて、古典的な光信号及び量子光信号を決定する段階は、受信装置により、光ファイバのＳ帯バンドパスフィルタを用いることにより、結合された光信号内の量子光信号を光ファイバ内の第４のサブ光ファイバに分離する段階と、光ファイバのＳ帯バンドパスフィルタを用いることにより、結合された光信号内の処理対象の光信号を、処理のために光ファイバ内の第３のサブ光ファイバに分離する段階と、処理対象の光信号から古典的な光信号を決定する段階とを含む。本発明の本実施形態において、Ｓ帯バンドパスフィルタは、結合された光信号内の量子光信号を光ファイバ内の第４のサブ光ファイバに分離し、結合された光信号内の処理対象の光信号を、処理のために光ファイバ内の第３のサブ光ファイバに分離してよく、それにより、１つの光ファイバを用いることにより、古典的な光信号及び量子光信号伝送するとともに、古典的な光信号及び量子光信号を別々に処理するという目的を達成する。さらに、本発明の本実施形態において、量子光信号は、ノイズ光子の影響を減らすべく、まず、Ｓ帯バンドパスフィルタを用いることによりフィルタリングされてよい。
【００４８】
任意選択で、量子光信号が１波長のみを有する場合、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６の帯域幅は、０．１ｎｍから５ｎｍである。好ましくは、実際の適用において、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６の帯域幅は０．６ｎｍであってよい。任意選択で、複数の量子光サブ信号がある場合、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６の帯域幅は、複数の量子光サブ信号の波長をカバーする必要がある、又は、Ｓ帯全体の波長範囲をカバーする必要がある。任意選択で、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６の帯域幅の範囲は、０．１ｎｍから７０ｎｍである。
【００４９】
任意選択で、受信装置により、処理対象の光信号から古典的な光信号を決定する段階は、受信装置により、ＯＡを用いることにより、処理対象の光信号を増幅させて、古典的な光信号を取得する段階を含む。ＯＡを用いることによる古典的な光信号の増幅が量子光信号に影響を与えることはない。さらに、古典的な光信号が、光ファイバを用いることにより伝送された後の損失を有するので、古典的な光信号は、ＯＡを用いることにより増幅させた後に処理され、古典的な光信号を処理するときの精度を向上させる。
【００５０】
任意選択で、処理対象の光信号は、監視光信号をさらに含み、監視光信号はＬ帯に属する。受信装置により、処理対象の光信号から古典的な光信号を決定する段階は、受信装置により、Ｌ帯及びＣ帯デマルチプレクサを用いることにより処理対象の光信号を逆多重化して、監視光信号及び逆多重化された光信号を取得する段階と、受信装置により、ＯＡを用いることにより、逆多重化された光信号を増幅させて、古典的な光信号を取得する段階とを含む。この場合、比較的長い距離をカバーする都市間量子通信が用いられる場合、光増幅局は、実際の伝送プロセスにおいて構成される。この場合、中間ノードが存在するので、第１の光監視チャネル２２０７により送信される監視光信号は、伝送線をモニタリングするために用いられる。第１に、これは、伝送セキュリティを改善する。第２に、これは、従来技術における監視チャネルのレイアウトとのより良い互換性がある。第３に、監視光信号がＬ帯に属し、監視光信号の帯域が量子光信号の帯域から比較的遠くに離れているので、監視光信号は、量子光信号に対するノイズ影響がほとんどない。
【００５１】
任意選択で、異なる波長の複数の古典的な光サブ信号がある場合、受信装置により、結合された光信号から古典的な光信号を決定する段階の後に、方法は、受信装置により、デマルチプレクサを用いることにより、古典的な光信号を逆多重化して、古典的な光信号に含まれる複数の古典的な光サブ信号を取得する段階をさらに含み、デマルチプレクサは、
波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、デマルチプレクサはＣ帯デマルチプレクサである、波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、デマルチプレクサはＬ帯デマルチプレクサである、又は、波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号及び波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、デマルチプレクサはＣ帯及びＬ帯デマルチプレクサである、という条件を満たす。
【００５２】
任意選択で、異なる波長の複数の量子光サブ信号がある場合、受信装置により、結合された光信号から量子光信号を決定する段階の後に、方法は、受信装置により、Ｓ帯デマルチプレクサを用いることにより量子光信号を逆多重化して、量子光信号に含まれる複数の量子光サブ信号を取得する段階をさらに含む。この場合、複数の古典的な光サブ信号は、複数の波長を用いることにより同時に受信されてよく、複数の古典的な光サブ信号が分離される。このように、より古典的な光サブ信号が同時に伝送されてよい。
【００５３】
任意選択で、Ｓ帯デマルチプレクサの各サブバンドの帯域幅の範囲は、０．１ｎｍから５ｎｍである。この場合、システムの安定性、Ｓ帯デマルチプレクサ及び挿入損失などのファクタが考慮されてよい。本発明の本実施形態において構成されるＳ帯デマルチプレクサの各サブバンドの帯域幅は、レーザの中心波長がＳ帯デマルチプレクサの波長範囲から容易にドリフトしないことを保証することができ、それにより、通信システムの安定性を保証する。さらに、Ｓ帯デマルチプレクサは、損失が比較的少なく、それにより、量子通信の安全距離を大きくする。第３に、Ｓ帯デマルチプレクサの各サブバンドの帯域幅は、比較的小さく、そのため、量子光信号検出器にリークするノイズ光子は多くはなく、それにより、量子鍵の成功ビットレートを改善する。
【００５４】
本発明の実施形態において、送信装置は、処理対象の光信号及び量子光信号を生成し、送信装置は、処理対象の光信号及び量子光信号を結合して、結合された光信号を取得し、送信装置は、光ファイバを用いることにより、結合された光信号を送信する。処理対象の光信号は、少なくとも古典的な光信号を含み、量子光信号の波長はＳ帯にあり、処理対象の光信号は、少なくとも古典的な光信号を含み、古典的な光信号は、少なくとも１つの古典的な光サブ信号を含む。古典的な光信号が１つの古典的な光サブ信号を含む場合、古典的な光サブ信号の波長は、Ｃ帯又はＬ帯にある。古典的な光信号が複数の古典的な光サブ信号を含む場合、波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号及び波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む。古典的な光信号の波長がＬ帯及び／又はＣ帯にあり、量子光信号の波長がＳ帯にあるので、古典的な光信号の帯域内の波長は、量子光信号の帯域内の波長より大きいことが分かり得る。そのため、量子光信号は、アンチストークス散乱領域にあってよいさらに、アンチストークス散乱領域の散乱強度が比較的低く、そのため、量子光信号におけるラマンノイズの影響を効果的に減らすことができ、古典的な光信号及び量子光信号のハイブリッド伝送が、１つの光ファイバを用いることにより行われる場合の量子光信号の品質が改善される。
【００５５】
さらに、量子光信号の波長がＳ帯にあり、Ｓ帯の光ファイバの減衰係数が比較的小さいので、比較的低い挿入損失を有するＳ帯において、量子光信号が伝送される場合の量子光信号の損失を減らすことができ、量子鍵伝送の安全距離が大きくなる。
【００５６】
さらに、古典的な光信号の波長はＬ帯及び／又はＣ帯にあり、一方、量子光信号の波長はＳ帯にある、言い換えれば、古典的な光信号の帯域及び量子光信号の帯域は２つの異なる帯域であり、古典的な光信号の波長と量子光信号の波長との間の距離を保証する。このように、古典的な光信号のリークに起因して量子光信号に生じる干渉を効果的に減らすことができ、古典的な光信号の伝送中に生成されるＦＷＭに起因して量子光信号に生じる干渉を効果的に減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
本発明の実施形態における技術的解決手段をより明確に説明すべく、以下では、実施形態を説明するために必要とされる添付の図面を簡潔に説明する。
【００５８】
【図１】本発明の実施形態に適用可能なシステムアーキテクチャの概略図である。
【００５９】
【図１ａ】本発明の実施形態に係る様々な帯域に対応する減衰係数の概略図の例を示す。
【００６０】
【図２】本発明の実施形態に係る量子通信方法の概略フローチャートである。
【００６１】
【図２ａ】本発明の実施形態に係る別の量子通信方法の概略フローチャートである。
【００６２】
【図２ｂ】量子光信号の波長が変化する場合に存在する、光ファイバ長とノイズ光子の数との間の対応関係についての概略図である。
【００６３】
【図２ｃ】本発明の実施形態に係る量子通信システムの概略構造図である。
【００６４】
【図２ｄ】本発明の実施形態に係る別の量子通信システムの概略構造図である。
【００６５】
【図２ｅ】本発明の実施形態に係る別の量子通信システムの概略構造図である。
【００６６】
【図２ｆ】本発明の実施形態に係る別の量子通信システムの概略構造図である。
【００６７】
【図３】本発明の実施形態に係る送信装置の概略構造図である。
【００６８】
【図４】本発明の実施形態に係る別の受信装置の概略構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００６９】
本発明の目的、技術的解決手段及び利点をより明確かつより分かり易くするために、以下ではさらに、添付の図面及び実施形態を参照して本発明を詳細に説明する。本明細書で説明される具体的な実施形態は、本発明を説明するために用いられるだけであり、本発明を限定することを意図するものでないことが理解されるべきである。
【００７０】
図１は、本発明の実施形態に適用可能なシステムアーキテクチャの概略図の例を示す。図１に示されるように、本発明の本実施形態に適用可能なシステムアーキテクチャは、送信装置１１０７及び受信装置１１０８を含む。本発明の本実施形態における送信装置１１０７及び受信装置１１０８は、２つのネットワークデバイス又は２つのユーザ機器に位置付けられ得る。あるいは、送信装置１１０７は、ネットワークデバイスに位置付けられ、受信装置１１０８は、ユーザ機器に位置付けられる。あるいは、送信装置は、ユーザ機器に位置付けられ、受信装置は、ネットワークデバイスに位置付けられる。任意選択で、ネットワークデバイスが送信機能及び受信機能の両方を有するように、１つの送信装置１１０７及び１つの受信装置１１０８は、通常、ネットワークデバイス内に配置される。他方の側におけるネットワークデバイスでも、１つの送信装置１１０７及び１つの受信装置１１０８が配置される。片側におけるネットワークデバイス内の送信装置１１０７及び他方の側におけるネットワークデバイス内の受信装置１１０８は、本発明の本実施形態における送信装置１１０７及び受信装置１１０８のペアである。片側におけるネットワークデバイス内の受信装置１１０８及び他方の側におけるネットワークデバイス内の送信装置１１０７は、本発明の本実施形態における送信装置１１０７及び受信装置１１０８の別のペアである。
【００７１】
ユーザ機器は、無線アクセスネットワーク（Ｒａｄｉｏ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｎｅｔｗｏｒｋ、略してＲＡＮ）を通じてして１又は複数のコアネットワークと通信してよい。端末デバイスは、ユーザ機器（Ｕｓｅｒ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ、略してＵＥ）、アクセス端末、ユーザユニット、加入者局、移動局、移動局、リモート局、リモート端末、モバイルデバイス、ユーザ端末、端末、無線通信装置、ユーザエージェント又はユーザ装置であってよい。アクセス端末は、携帯電話、コードレス電話、セッション開始プロトコル（Ｓｅｓｓｉｏｎ  Ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ、略してＳＩＰ）電話、ワイヤレスローカルループ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｌｏｃａｌ  Ｌｏｏｐ、略してＷＬＬ）局、パーソナルデジタルアシスタント（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ、略してＰＤＡ）、無線通信機能を有するハンドヘルドデバイス、無線モデムに接続されるコンピューティングデバイス又は別の処理デバイス、車載デバイス、ウェアラブルデバイス、将来の５Ｇネットワークにおける端末デバイスなどであってよい。
【００７２】
ネットワークデバイスは、端末デバイスと通信するように構成されるデバイスであってよく、例えば、ＧＳＭ（登録商標）又はＣＤＭＡシステムにおけるベーストランシーバ基地局（Ｂａｓｅ  Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ  Ｓｔａｔｉｏｎ、略してＢＴＳ）、ＷＣＤＭＡ（登録商標）システムにおけるノードＢ（ＮｏｄｅＢ、略してＮＢ）、ＬＴＥシステムにおける進化型ノードＢ（Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｌ  Ｎｏｄｅ  Ｂ、略してｅＮＢ又はｅＮｏｄｅＢ）であってよい。あるいは、ネットワークデバイスは、リレーノード、アクセスポイント、車載デバイス、ウェアラブルデバイス、将来の５Ｇネットワークにおけるネットワーク側デバイス、将来の進化型ＰＬＭＮネットワークにおけるネットワークデバイスなどであってよい。
【００７３】
本発明の本実施形態において、送信装置１１０７に含まれる古典的な光信号送信器２１０１は、古典的な信号を生成するように構成され、送信装置１１０７に含まれる量子光信号送信器２１０３は、量子光信号を生成するように構成される。送信装置１１０７は、第１の結合ユニット１１０３を用いることにより、古典的な光信号及び量子光信号結合して、結合された光信号を取得する。送信装置１１０７は、光ファイバを用いることにより、結合された光信号を送信する。
【００７４】
受信装置１１０８は、光ファイバを用いることにより、結合された光信号を受信する。次に、第２の結合ユニット１１０４によるデカップリング処理を通じて、受信装置１１０８は、結合された光信号内の古典的な光信号を古典的な光信号受信器２１０２に分離し、結合された光信号内の量子光信号を量子光信号受信器２１０４に分離し、古典的な光信号及び量子光信号に対して対応する処理を実行する。
【００７５】
送信装置１１０７は、古典的な光信号及び量子光信号を送信し、量子光信号送信器２１０３により生成された量子光信号から量子鍵を決定する。送信装置１１０７は、量子鍵を用いて、サービス情報を暗号化し、さらに、古典的な光信号送信器２１０１を用いることにより、暗号化されたサービス情報を処理し、量子光信号送信器２１０３により送信された暗号化されたサービス情報及び次の量子光信号を伝送用の光ファイバに結合する。結合された光信号を受信した後に、受信装置１１０８は、結合された光信号内の古典的な光信号を古典的な光信号受信器２１０２に分離し、結合された光信号内の量子光信号を量子光信号受信器２１０４に分離する。受信装置１１０８は、量子光信号受信器２１０４により受信された量子光信号から量子鍵を決定し、量子鍵を用いて、古典的な光信号受信器２１０２により受信された古典的な光信号内の処理済みの暗号化された情報を復号して、サービス情報を復元する。
【００７６】
図１ａは、本発明の実施形態に係る様々な帯域に対応する減衰係数の概略図の例を示す。図１ａに示されるように、横座標は、ｎｍで測定された波長を表し、縦座標は、デシベル毎キロメートル（ｄＢ／ｋｍ）で測定された光ファイバの減衰係数を表す。全ての帯域に対応する波長範囲は互いに異なる。Ｌ帯の波長範囲は１５６５ｎｍから１６２５ｎｍであり、Ｃ帯の波長範囲は１５３０ｎｍから１５６５ｎｍであり、Ｓ帯の波長範囲は１４６０ｎｍから１５３０ｎｍであり、Ｅ帯の波長範囲は１３６０ｎｍから１４６０ｎｍであり、Ｏ帯の波長範囲は１２６０ｎｍから１３６０ｎｍである。図１ａに示されるように、Ｓ帯、Ｃ帯及びＥ帯の光ファイバの減衰係数は、他の帯域の光ファイバの減衰係数より小さい。そのため、Ｓ帯、Ｃ帯及びＥ帯での光信号伝送中における損失は比較的少ない。
【００７７】
前述の内容に基づいて、本発明の実施形態は、１つの光ファイバにおいて古典的な光信号及び量子光信号を伝送するという目的を達成すべく、量子通信スキームを提供する。
【００７８】
図２は、本発明の実施形態に係る量子通信方法の概略フローチャートの例を示す。
【００７９】
図１に示されるシステムアーキテクチャに基づいて、図２に示されるように、本発明の本実施形態に規定される送信装置１１０７側で実施される量子通信方法は、以下の段階を含む。
【００８０】
段階２０１、送信装置は、処理対象の光信号及び量子光信号を生成し、量子光信号の波長はＳ帯にある。
【００８１】
段階２０２、送信装置は、処理対象の光信号及び量子光信号を結合して、結合された光信号を取得する。
【００８２】
段階２０３、送信装置は、光ファイバを用いることにより、結合された光信号を送信する。
【００８３】
処理対象の光信号は、少なくとも古典的な光信号を含み、古典的な光信号は、少なくとも１つの古典的な光サブ信号を含む。古典的な光信号が１つの古典的な光サブ信号を含む場合、古典的な光サブ信号の波長はＣ帯又はＬ帯にある。古典的な光信号が複数の古典的な光サブ信号を含む場合、複数の古典的な光サブ信号は、波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、又は、波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号及び波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、という項目のうちのいずれか１つを満たす。
【００８４】
任意選択で、古典的な光信号が１つの古典的な光サブ信号を含む場合、古典的な光サブ信号は古典的な光信号であり、古典的な光信号が複数の古典的な光サブ信号を含む場合、複数の古典的な光サブ信号は、古典的な光信号を取得すべく多重化又は結合されてよい。
【００８５】
古典的な光信号の波長がＬ帯及び／又はＣ帯にあり、量子光信号の波長がＳ帯にあるので、古典的な光信号の帯域内の波長は、量子光信号の帯域内の波長より大きいことが分かり得る。そのため、量子光信号は、アンチストークス散乱領域にあってよいさらに、アンチストークス散乱領域の散乱強度が比較的低く、そのため、量子光信号におけるラマンノイズの影響を効果的に減らすことができ、古典的な光信号及び量子光信号のハイブリッド伝送が、１つの光ファイバを用いることにより行われる場合の量子光信号の品質が改善される。
【００８６】
さらに、量子光信号の波長がＳ帯にあり、Ｓ帯の光ファイバの減衰係数が比較的小さいので、比較的低い挿入損失を有するＳ帯において、量子光信号が伝送される場合の量子光信号の損失を減らすことができ、量子鍵伝送の安全距離が大きくなる。
【００８７】
さらに、古典的な光信号の波長はＬ帯及び／又はＣ帯にあり、一方、量子光信号の波長はＳ帯にある、言い換えれば、古典的な光信号の帯域及び量子光信号の帯域は２つの異なる帯域であり、古典的な光信号の波長と量子光信号の波長との間の距離を保証する。このように、古典的な光信号のリークに起因して量子光信号に生じる干渉を効果的に減らすことができ、古典的な光信号の伝送中に生成されるＦＷＭに起因して量子光信号に生じる干渉を効果的に減らすことができる。
【００８８】
任意選択で、図２ａは、本発明の実施形態に係る別の量子通信方法の概略フローチャートの例を示す。図２ａに示されるように、本発明の本実施形態において規定される受信装置１１０８側で実施される量子通信方法は、以下の段階を含む。
【００８９】
段階２００１、受信装置は、光ファイバを用いることにより、送信装置により送信された結合された光信号を受信し、結合された光信号は、処理対象の光信号及び量子光信号を含み、量子光信号の波長はＳ帯にある。
【００９０】
段階２００２、受信装置は、結合された光信号に基づいて、古典的な光信号及び量子光信号を決定する。
【００９１】
処理対象の光信号は、少なくとも古典的な光信号を含み、古典的な光信号は、少なくとも１つの古典的な光サブ信号を含む。古典的な光信号が１つの古典的な光サブ信号を含む場合、古典的な光サブ信号の波長は、Ｃ帯又はＬ帯にある。古典的な光信号が複数の古典的な光サブ信号を含む場合、複数の古典的な光サブ信号は、波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、又は、波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号及び波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、という項目のうちのいずれか１つを満たす。
【００９２】
任意選択で、古典的な光信号が１つの古典的な光サブ信号を含む場合、古典的な光サブ信号は、古典的な光信号であり、古典的な光信号が複数の古典的な光サブ信号を含む場合、複数の古典的な光サブ信号は、古典的な光信号を取得すべく多重化又は結合されてよい。
【００９３】
図１ａを参照すると、量子光信号の波長はＳ帯にあり、Ｓ帯は、比較的小さい光ファイバの減衰係数を有する帯域である。具体的には、従来技術におけるＯ帯での量子光信号の伝送と比較すると、Ｓ帯の光ファイバの減衰係数は、Ｏ帯の光ファイバの減衰係数より小さいので、Ｓ帯での量子光信号の伝送における損失がより低い。量子光信号がＳ帯で伝送されると、その結果、量子光信号の挿入損失が低減され、量子鍵伝送の安全距離が大きくなることが分かり得る。
【００９４】
具体的な実施の間、光ファイバにおいて、非弾性散乱がポンプ光子と光学フォノンとの間に発生した後に、自発ラマン散乱ＳＲＳノイズが生成される。非弾性散乱は、ストークス散乱及びアンチストークス散乱を含む。利得範囲は、３０ＴＨｚに達する。利得ピーク周波数オフセットは、約１３．２ＴＨｚであり、光パワーの増加と共に指数関数的に増加する。アンチストークス散乱の強度は、一般的に、ストークス散乱の強度より低い。
【００９５】
本発明の本実施形態における解決手段が使用されず、代わりに、量子光信号の波長が古典的な光信号の波長より大きく設定されると仮定した場合、量子光信号の波長は、古典的な光信号のストークス散乱領域あることになる。以下の解析は、古典的な光信号がＣ帯にあり、量子光信号がＬ帯にある例を用いることにより行われる。
【００９６】
古典的な光信号のパワーがＰ０である場合、古典的な光信号により引き起こされるラマンノイズの強度は、式（１）を用いることにより表されてよい。
式（１）
【数１】
2019524015.tif 000003
【００９７】
式（１）において、Ｓ（Ｌ）は、古典的な光信号のパワーがＰ０である場合の古典的な光信号により引き起こされるラマンノイズの強度を示し、
Ｐ０は、古典的な光信号のパワーを示し、
αＰは、古典的な光信号の光ファイバの減衰係数を示し、αｓは、量子光信号の光ファイバの減衰係数を示し、
βｓは、量子光信号に対応する自発ラマン係数を示し、
Ｌは、伝送距離を示す。
【００９８】
システム内に複数の古典的なチャネルがある場合、複数の古典的なチャネルにより引き起こされるラマンノイズの強度は、式（２）を用いることにより表されてよい。
式（２）
【数２】
2019524015.tif 000004
【００９９】
式（２）において、
Ｓ（Ｌ）は、複数の古典的なチャネルにより引き起こされるラマンノイズの強度を示し、Ｐ０ｉは、ｉ番目の古典的な光信号に対応する光パワーを示し、ここで、ｉの値の範囲は、［１、古典的な光信号の総数量］であり、
【数３】
2019524015.tif 000005
は、全ての古典的な光信号の平均光ファイバ減衰係数を示し、
αｓは、量子光信号の光ファイバの減衰係数を示し、
βｓｉは、ｉ番目の古典的な光信号に対応する量子光信号の自発ラマン係数を示し、
Ｌは、伝送距離を示す。
【０１００】
式（２）において、複数の古典的な光信号が考慮され、それぞれの古典的な光信号の減衰係数が変化し、そのため
【数４】
2019524015.tif 000006
は、平均光ファイバ減衰係数を表すことに用いられる。
【０１０１】
一般的に、以下では、１つの古典的な光信号のみがある場合に基づいて、解析が行われる。
【０１０２】
検出器の波長帯域幅がΔλである場合、対応するラマンノイズ強度は、式（３）を用いることにより表される。
ＰＳＲＳ＝Ｓ（Ｌ）×Δλ    式（３）
【０１０３】
式（３）において、ＰＳＲＳは、検出器の波長帯域幅がΔλである場合に得られた対応するラマンノイズ強度を示し、
Ｓ（Ｌ）は、式（１）における古典的な光信号のパワーがＰ０である場合の古典的な光信号により引き起こされたラマンノイズの強度を示す。
【０１０４】
単位時間あたり及び単位空間あたりのモードにおける光子の平均数が推定される前に、波長帯域幅Δλ及びタイムウィンドウΔｔ＝１秒以内のモードの総数量をまず決定する必要がある。周波数と波長との間の関係に基づいて、式（４）を得ることができる。
式（４）
【数５】
2019524015.tif 000007
【０１０５】
式（４）において、Ｎｍｏｄは、帯域幅Δλ内及びタイムウィンドウΔｔ＝１秒以内のモードの総数量を示し、
λは、量子光信号の波長を示し、ｃは、光の速度を示し、ｖは、量子光信号の周波数を示し、ここで、ｖ＝ｃ／λであり、
Δｔは、タイムウィンドウを示し、Δλは、波長帯域幅を示し、Δｖは、周波数帯域幅を示す。
【０１０６】
そのため、単位時間あたり、単位空間あたり及び単位偏光あたりのモードにおけるノイズ光子の平均数は、式（５）を用いることにより表される。
式（５）
【数６】
2019524015.tif 000008
【０１０７】
式（５）において、
＜ＮＳＲＳ＞は、単位時間あたり、単位空間あたり及び単位偏光あたりのモードにおけるノイズ光子の平均数を示し、
ＰＳＲＳは、式（３）における検出器の波長帯域幅がΔλである場合に得られる対応するラマンノイズ強度を示し、
Ｎｍｏｄは、式（４）における波長帯域幅Δλ内及びタイムウィンドウΔｔ＝１秒以内のモードの総数量を示し、
ｖは、量子光信号の周波数を示し、
ｈは、プランク定数を示し、
ηＤは、デマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）の伝送係数を示す。
【０１０８】
式（１）から式（４）におけるパラメータが式（５）に代入された後に、式（５）は、以下の式（６）に変換されてよい。
式（６）
【数７】
2019524015.tif 000009
【０１０９】
式（６）において、
＜ＮＳＲＳ＞は、単位時間あたり、単位空間あたり及び単位偏光あたりのモードにおけるノイズ光子の平均数を示し、
Ｐ０は、古典的な光信号のパワーを示し、
αＰは、古典的な光信号の光ファイバの減衰係数を示し、αｓは、量子光信号の光ファイバの減衰係数を示し、
βｓは、量子光信号に対応する自発ラマン係数を示し、
Ｌは、伝送距離を示し、
λは、量子光信号の波長を示し、ｃは、光の速度を示し、
ｈは、プランク定数を示し、
ηＤは、デマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）の伝送係数を示す。
【０１１０】
前述の式の導出に基づいて、古典的な光信号の波長がＣ帯の１５５０ｎｍに設定されると仮定した場合、古典的な光信号のパワーは、０ｄＢｍであり、検出器のゲート幅は１ｎｓであり、フィルタリング帯域幅は、７５ＧＨｚであり、デマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）の挿入損失は、１．５ｄＢであり、図２ｂは、量子光信号の波長が変化する場合に存在する、光ファイバ長とノイズ光子の数との間の対応関係の概略図の例を示す。図２ｂに示されるように、水平軸は、キロメートルで測定される光ファイバ長を示し、縦軸は、ナノ秒あたりのノイズ光子の数を示す（図中、ノイズ光子の数／ナノ秒として表される）。Ｌ帯の波長範囲が、１５６５ｎｍから１６２５ｎｍであり、Ｓ帯の波長範囲が１４６０ｎｍから１５３０ｎｍであるので、光ファイバ長が固定される場合、Ｌ帯におけるナノメートルあたりに生成されるラマンノイズ光子の平均数は、Ｓ帯におけるそれより大きいことが分かり得る。例えば、１４７０ｎｍの波長に対応するノイズ光子の数は、１６３０ｎｍの波長に対応するノイズ光子のたった約１０分の１である。言い換えれば、実際のシステムにおいて、古典的な光信号がＣ帯に属するときに、量子光信号がＬ帯で動作する場合、量子光信号は、非常に多数のラマンノイズ光子による影響を受ける。この場合、量子鍵を成功裏に送信する割合及び量子鍵伝送の安全距離が低減される。そのため、量子光信号がＬ帯で動作することは適切でない。
【０１１１】
図２ｂに示されるように、光ファイバ長が固定されている場合、量子光信号の波長が大きくなればなるほど、量子光信号に対応するノイズ光子の数が多くなることを示す。そのため、本発明の本実施形態において、量子光信号はＳ帯において伝送される。古典的な光信号が１つの古典的な光サブ信号を含む場合、古典的な光サブ信号の波長は、Ｃ帯又はＬ帯にある。古典的な光信号が複数の古典的な光サブ信号を含む場合、複数の古典的な光サブ信号は、以下の項目のうちのいずれか１つを満たす。
【０１１２】
波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、又は、波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号及び波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む。任意選択で、古典的な光信号が１つの古典的な光サブ信号を含む場合、古典的な光サブ信号は、古典的な光信号であり、古典的な光信号が複数の古典的な光サブ信号を含む場合、複数の古典的な光サブ信号は、古典的な光信号を取得すべく多重化又は結合されてよい。言い換えれば、古典的な光信号に含まれる古典的な光サブ信号の波長は、１５３０ｎｍから１５６５ｎｍのＣ帯の波長範囲内にある、古典的な光信号に含まれる古典的な光サブ信号の波長は、１５６５ｎｍから１６２５ｎｍのＬ帯の波長範囲内にある、又は、古典的な光信号に含まれる古典的な光サブ信号の波長は、１５３０ｎｍから１６２５ｎｍのＬ帯及びＣ帯の波長範囲内にある。
【０１１３】
この場合、古典的な光信号の波長は、量子光信号の波長より大きくなり得、その結果、量子光信号がアンチストークス散乱領域にあり、それにより、量子光信号の波長に対応するラマンノイズ光子の数を減らす。具体的には、量子光信号がＬ帯にあるように構成される解決手段と比較すると、本発明の本実施形態では、量子光信号の波長がＳ帯にある場合、量子光信号に影響を与えるラマンノイズ光子の数が、１０倍近く減少する。言い換えれば、量子光信号の帯域がＬ帯に設定される解決手段と比較すると、本発明の本実施形態では、古典的な光信号の波長がＣ帯にあり、量子光信号の波長がＳ帯にあり、Ｃ帯にあるラマンノイズに抵抗する量子光信号の能力は１０倍に増加し、それにより、システムのビットエラーレートを減らし、さらに、量子鍵を成功裏に送信する割合を向上させることができる。任意選択で、量子光信号の波長の選択中に、ストークス散乱及びアンチストークス散乱の利得ピーク周波数オフセット（例えば、１３．２ＴＨｚ）を回避する必要がある。
【０１１４】
さらに、量子光信号の波長（例えば、１４７０ｎｍ）がＳ帯にあり、古典的な光信号により用いられるＣ帯及びＬ帯の波長から比較的遠くに離れている。言い換えれば、量子光信号の帯域及び古典的な光信号の帯域が異なる帯域であり、それにより、量子光信号がＦＷＭ及び増幅自然放出（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ、略してＡＳＥ）ノイズによる影響を的確に阻止し、システムのビットエラーレートを減らし、さらに、量子鍵を成功裏に送信する割合を向上させることができる。
【０１１５】
本発明の本実施形態において、同じ光ファイバにおける古典的な光信号及び量子光信号のハイブリッド伝送の実施中に、量子光信号の損失の低減が考慮されており、古典的な光信号により引き起こされるノイズ光子の量子光信号に対する影響も低減され、量子鍵伝送の安全距離がさらに大きくなることが前述の解析を通じて分かり得る。
【０１１６】
図２ｃは、本発明の実施形態に係る量子通信システムの概略構造図の例を示す。図２ｃに示されるように、送信装置１１０７は、Ｓ帯カプラ２１０５を含み、受信装置１１０８は、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６を含む。Ｓ帯カプラ２１０５は、図１の第１の結合ユニット１１０３であってよい。Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６は、図１の第２の結合ユニット１１０４であってよい。
【０１１７】
任意選択で、図２ｃに示されるように、送信装置１１０７が処理対象の光信号及び量子光信号を結合して、結合された光信号を取得することは、
送信装置１１０７が、光ファイバ２１０９のＳ帯カプラ２１０５を用いることにより、光ファイバ２１０９内の第１のサブ光ファイバ２１０７において伝送される処理対象の光信号及び光ファイバ２１０９内の第２のサブ光ファイバ２１０８において伝送される量子光信号を結合して、結合された光信号を取得することを含む。
【０１１８】
本発明の本実施形態において、Ｓ帯カプラ２１０５は、第１のサブ光ファイバ２１０７において伝送される処理対象の光信号及び光ファイバ２１０９内の第２のサブ光ファイバ２１０８において伝送されるＳ帯量子光信号を結合してよく、それにより、１つの光ファイバを用いることによって、古典的な光信号とＳ帯量子光信号とを伝送することについての目的を実現する。Ｓ帯カプラは、光ファイバカプラ、又は、Ｓ帯量子光信号及び処理対象の光信号の波長分割多重化装置であってよい。
【０１１９】
具体的な実施の間、量子光信号に対するノイズ光子の影響を減らすという性質は、最終的に量子光信号検出器にリークされるノイズ光子の数を減らしている。そのため、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６は、量子光信号の帯域の周囲のノイズ光子を効果的にフィルタするために用いられてよく、それにより、量子光信号検出器に最終的に到達するノイズ光子の数を減らすことができる。任意選択で、図２ｃに示されるように、受信装置１１０８が、結合された光信号から古典的な光信号及び量子光信号を決定することは、
受信装置１１０８が、光ファイバ２１０９のＳ帯バンドパスフィルタ２１０６を用いることにより、結合された光信号内の量子光信号を光ファイバ２１０９内の第４のサブ光ファイバ２１１１に分離し、光ファイバ２１０９のＳ帯バンドパスフィルタ２１０６を用いることにより、結合された光信号内の処理対象の光信号を、処理のために光ファイバ２１０９内の第３のサブ光ファイバ２１１０に分離し、処理対象の光信号から古典的な光信号を決定することを含む。
【０１２０】
本発明の本実施形態において、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６は、結合された光信号内の量子光信号を光ファイバ２１０９内の第４のサブ光ファイバ２１１１に分離し、結合された光信号内の処理対象の光信号を、処理のために光ファイバ２１０９内の第３のサブ光ファイバ２１１０に分離してよく、それにより、１つの光ファイバを用いることにより、古典的な光信号及び量子光信号を伝送するとともに、古典的な光信号及び量子光信号を別々に処理するという目的を達成する。さらに、本発明の本実施形態において、量子光信号は、ノイズ光子の影響を減らすべく、まず、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６を用いることによりフィルタリングされてよい。
【０１２１】
具体的な実施の間、量子光信号送信器２１０３により出力されたＳ帯量子光信号及び古典的な光信号を分離するためにＳ帯バンドパスフィルタ２１０６が用いられる場合、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６のフィルタリング帯域幅及び量子光信号を出力するレーザの安定性のバランスをとる必要がある。温度変化、大気変化、機械的振動又は磁場変化などの様々な不確実性の影響のために、実際には、量子光信号のレーザ周波数が明らかにドリフトされる。本発明の本実施形態におけるＳ帯バンドパスフィルタ２１０６は使用されないが、超狭帯域バンドパスフィルタが用いられる場合、量子光信号の中心波長は、超狭帯域バンドパスフィルタのフィルタリング範囲から容易にドリフトし得る。その結果、超狭帯域バンドパスフィルタは量子光信号もフィルタリングしてしまい、量子光信号を伝送することに失敗する原因となる。さらに、超狭帯域バンドパスフィルタは、損失が比較的高い。しかしながら、一方では、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６の帯域幅が比較的大きい場合、より多くのノイズ光子が量子光信号検出器にリークされ、それにより最終的な量子鍵の成功ビットレートに影響を与える。
【０１２２】
任意選択で、量子光信号が１波長のみを有する場合、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６の帯域幅は、０．１ｎｍから５ｎｍである。好ましくは、実際の適用において、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６の帯域幅は０．６ｎｍであってよい。任意選択で、複数の量子光サブ信号がある場合、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６の帯域幅は、複数の量子光サブ信号の波長をカバーする必要がある、又は、Ｓ帯全体の波長範囲をカバーする必要がある。任意選択で、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６の帯域幅の範囲は、０．１ｎｍから７０ｎｍである。
【０１２３】
この場合、システムの安定性、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６及び挿入損失などのファクタが考慮されてよい。本発明の本実施形態において構成されるＳ帯バンドパスフィルタ２１０６の帯域幅は、レーザの中心波長がＳ帯バンドパスフィルタ２１０６のフィルタリング範囲から容易にドリフトしないことを保証することができ、それにより、通信システムの安定性を保証する。さらに、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６は、損失が比較的少なく、それにより、量子通信の安全距離を大きくする。第３に、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６の帯域幅は、比較的小さく、そのため、量子光信号検出器にリークされるノイズ光子は多くはなく、それにより、量子鍵の成功ビットレートを改善する。
【０１２４】
さらに、古典的な光信号及び量子光信号は、異なる帯域に属しており、互いに比較的遠くに離れているので、量子光信号に対して古典的な光信号により引き起こされるノイズ光子をフィルタリングするという目的を達成し、それにより、量子通信システムのコストを減らすには、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６が、かなり高い性能を有することが必要とされる。
【０１２５】
図２ｄは、本発明の実施形態に係る別の量子通信システムの概略構造図の例を示す。図２ｄに示されるように、任意選択で、送信装置１１０７が、処理対象の光信号を生成することは、送信装置１１０７が、古典的な光信号を生成し、ＶＯＡ２２０５を用いることにより、生成された古典的な光信号を減衰させて、処理対象の光信号を取得することを含む。
【０１２６】
送信装置１１０７側において、ＶＯＡ２２０５は、従来技術で一般的に用いられるＥＤＦＡを用いることなく、古典的な光信号を減衰させるために用いられる。このように、ＥＤＦＡにより引き起こされるＡＳＥノイズの、ＱＫＤチャネルに与える影響が取り除かれる。さらに、光ファイバ伝送は、損失が比較的少なく、そのため、メトロポリタンエリアネットワーク通信システムにおける古典的な光信号の光パワーに対する要件は比較的低い。この場合、古典的な光信号を減衰させるためにＶＯＡ２２０５を用いることは、古典的な光信号のパワーが伝送要件を確実に満たすことができる。
【０１２７】
任意選択で、受信装置１１０８が、処理対象の光信号から古典的な光信号を決定することは、受信装置１１０８が、ＯＡ２３０５を用いることにより、処理対象の光信号を増幅させて、古典的な光信号を取得することを含む。具体的には、量子光信号から古典的な光信号を分離させた後に、受信装置１１０８は、量子光信号に影響を与えることなく、ＯＡを用いることにより、古典的な光信号を増幅させる。さらに、古典的な光信号は、光ファイバを用いることにより伝送された後の損失があるので、ＯＡを用いることにより増幅された後に、古典的な光信号が処理されることで、古典的な光信号を処理するときの精度を向上させる。
【０１２８】
図２ｅは、本発明の実施形態に係る別の量子通信システムの概略構造図の例を示す。図２ｅに示されるように、古典的な光信号送信器２１０１は、Ｌ帯及びＣ帯マルチプレクサ２２０６を用いることにより、第１のサブ光ファイバ２１０７への伝送のために、第１の光監視チャネル２２０７により生成された古典的な光信号及び監視光信号を結合する。任意選択で、本発明の本実施形態におけるデマルチプレクサ及びマルチプレクサは、波長分割多重化システムに基づいている。言い換えれば、量子光信号送信器２１０３は、本発明の本実施形態において、従来技術のＷＤＭシステム（プライマリチャネル＋監視チャネル）に追加される。任意選択で、図２ｅに示されるように、送信装置１１０７側において、処理対象の光信号は、監視光信号をさらに含み、監視光信号はＬ帯に属する。
【０１２９】
送信装置１１０７が、処理対象の光信号を生成することは、
送信装置１１０７が、古典的な光信号及び監視光信号を生成すること、及び、ＶＯＡを用いることにより、生成された古典的な光信号を減衰させて、減衰させた古典的な光信号を取得することと、
送信装置１１０７が、Ｌ帯及びＣ帯マルチプレクサ２２０６を用いることにより、減衰させた古典的な光信号及び監視光信号を結合して、処理対象の光信号を取得することと
を含む。
【０１３０】
この場合、比較的長い距離をカバーする都市間量子通信が用いられる場合、光増幅局は、実際の伝送プロセスにおいて構成される。この場合、中間ノードが存在するので、第１の光監視チャネル２２０７により送信される監視光信号は、伝送線をモニタリングするために用いられる。第１に、これは、伝送セキュリティを改善する。第２に、これは、従来技術における監視チャネルのレイアウトとのより良い互換性がある。第３に、監視光信号がＬ帯に属し、監視光信号の帯域が量子光信号の帯域から比較的遠くに離れているので、監視光信号は、量子光信号に対するノイズ影響がほとんどない。
【０１３１】
任意選択で、図２ｅに示されるように、受信装置１１０８側において、処理対象の光信号は、監視光信号をさらに含み、監視光信号はＬ帯に属する。
【０１３２】
受信装置１１０８が処理対象の光信号から古典的な光信号を決定することは、
受信装置１１０８が、Ｌ帯及びＣ帯デマルチプレクサ２３０６を用いることにより、処理対象の光信号を逆多重化して、監視光信号及び逆多重化された光信号を取得すること、及び、受信装置１１０８が、ＯＡを用いることにより、逆多重化された光信号を増幅させて、古典的な光信号を取得することを含む。
【０１３３】
この場合、比較的長い距離をカバーする都市間量子通信が用いられる場合、光増幅局は、実際の伝送プロセスにおいて構成される。この場合、中間ノードが存在するので、第２の光監視チャネル２３０７により受信される監視光信号は、伝送線をモニタリングするために用いられる。第１に、これは伝送セキュリティを改善する。第２に、これは、従来技術における監視チャネルのレイアウトとのより良い互換性がある。第３に、監視光信号がＬ帯に属し、監視光信号の帯域が量子光信号の帯域から比較的遠くに離れているので、監視光信号は、量子光信号に対するノイズ影響がほとんどない。第４に、古典的な光信号及び監視光信号の成功した分割が実施され、その結果、古典的な光信号及び監視光信号は、別々に処理され、それらの各機能を実施する。
【０１３４】
図２ｆは、本発明の実施形態に係る別の量子通信システムの概略構造図の例を示す。図２ｆに示されるように、任意選択で、送信装置１１０７側において、異なる波長の複数の古典的な光サブ信号がある場合、送信装置１１０７が古典的な光信号を生成することは、送信装置１１０７が、第１のカプラ又はマルチプレクサ２２０４を用いることにより、複数の古典的な光サブ信号を結合して、古典的な光信号を取得することを含む。マルチプレクサ２２０４は、
波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、マルチプレクサ２２０４はＣ帯マルチプレクサである、
波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、マルチプレクサ２２０４はＬ帯マルチプレクサである、又は、
波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号及び波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、マルチプレクサ２２０４はＣ帯及びＬ帯マルチプレクサである、
という条件を満たす。
【０１３５】
任意選択で、送信装置１１０７は、第１のカプラ又はマルチプレクサ２２０４を用いることにより、複数の古典的な光サブ信号を結合して、古典的な光信号を取得する。このように、通信システムは、さらに簡略化され、かつ、動作を容易にすることができ、システムにおける挿入損失がさらに低減される。
【０１３６】
この場合、図２ｆ中の古典的な光サブ信号２２０１、古典的な光サブ信号２２０２、・・・、及び古典的な光サブ信号２２０３などの複数の古典的な光サブ信号は、複数の波長を用いることにより同時に送信されてよい。複数の古典的な光サブ信号は、第１のカプラ又はマルチプレクサ２２０４を用いることにより結合され、結合された光信号は、光ファイバを用いることにより伝送される。このように、より古典的な光サブ信号が同時に伝送されてよい。本発明の本実施形態において、古典的な情報は、ネゴシエーション情報、サービス情報及び同期クロック信号のうちの任意の１つ又は複数であってよく、各古典的な光サブ信号は、ネゴシエーション情報、サービス情報及び同期クロック信号のうちの任意の１つ又は複数であってもよい。具体的には、例えば、古典的な光サブ信号は、量子鍵、又は、量子鍵を用いることにより暗号化されたサービス情報をネゴシエートすべく、受信装置及び送信装置により用いられるネゴシエーション情報であってよい。
【０１３７】
任意選択で、受信装置１１０８側において、異なる波長の複数の古典的な光サブ信号がある場合、受信装置１１０８が、結合された光信号から古典的な光信号を決定した後に、受信装置１１０８は、デマルチプレクサ２３０４を用いることにより、古典的な光信号を逆多重化して、古典的な光信号に含まれる複数の古典的な光サブ信号を取得する。デマルチプレクサは、
波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、デマルチプレクサはＣ帯デマルチプレクサである、
波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、デマルチプレクサはＬ帯デマルチプレクサである、又は、
波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号及び波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、デマルチプレクサはＣ帯及びＬ帯デマルチプレクサである、
という条件を満たす。
【０１３８】
この場合、図２ｆ中の古典的な光サブ信号２３０１、古典的な光サブ信号２３０２、・・・及び古典的な光サブ信号２３０３などの複数の古典的な光サブ信号は、複数の波長を用いることにより同時に受信され得る。複数の古典的な光サブ信号は、デマルチプレクサ２３０４を用いることにより分離される。このように、より多くの古典的な光サブ信号が同時に伝送され得る。
【０１３９】
図２ｆに示されるように、任意選択で、送信装置１１０７側において、異なる波長の複数の量子光サブ信号がある場合、送信装置１１０７が量子光信号を生成することは、受信装置１１０８が、第２のカプラ又はＳ帯マルチプレクサ２４０４を用いることにより複数の量子光サブ信号を結合して、量子光信号を取得することを含む。
【０１４０】
任意選択で、受信装置１１０８は、第２のカプラを用いることにより、図２ｆにおける量子光サブ信号２４０１、量子光サブ信号２４０２、・・・、及び量子光サブ信号２４０３などの複数の量子光サブ信号を結合して、量子光信号を取得する。このように、通信システムは、さらに簡略化され、かつ、動作を容易にすることができ、システムにおける挿入損失がさらに低減される。本発明の本実施形態において、量子光信号は、量子状態が情報キャリアである光信号であってよく、例えば、一群の乱数であってよい。一群の乱数は、最終的な量子鍵を生成することに用いられてよい。本発明の本実施形態において、各量子光サブ信号は、量子状態が情報キャリアである光信号であってよい。例えば、量子光サブ信号は、一群の乱数であってよく、一群の乱数は、最終的な量子鍵を生成することに用いられてよい。
【０１４１】
量子光信号が別々に伝送される解決手段と比較して、１つの光ファイバにおける量子光信号及び古典的な光信号のハイブリッド伝送は、量子光信号に対する特定のノイズ影響を必然的に引き起こし、量子鍵の発生率を減らす。量子鍵の発生率をさらに改善すべく、本発明の本実施形態では、複数の波長が複数の量子光サブ信号を同時に伝送するために用いられ、それにより、量子光サブ信号の伝送レートを向上させ、量子鍵の発生率を改善する。このように、より多くの古典的な光信号を暗号化することができ、量子通信の通信効率を向上させる。
【０１４２】
図２ｆに示されるように、任意選択で、受信装置１１０８側において、異なる波長の複数の量子光サブ信号がある場合、受信装置１１０８が、結合された光信号から量子光信号を決定した後に、受信装置１１０８は、Ｓ帯デマルチプレクサ２５０４を用いることにより、量子光信号を逆多重化して、例えば、図２ｆ中の量子光サブ信号２５０１、量子光サブ信号２５０２、・・・、及び量子光サブ信号２５０３などの量子光信号に含まれる複数の量子光サブ信号を取得する。
【０１４３】
量子光信号が別々に伝送される解決手段と比較して、１つの光ファイバにおける量子光信号及び古典的な光信号のハイブリッド伝送は、量子光信号に対する特定のノイズ影響を必然的に引き起こし、量子鍵の発生率を減らす。量子鍵の発生率をさらに改善すべく、本発明の本実施形態では、複数の波長が複数の量子光サブ信号を同時に伝送するために用いられ、それにより、量子光サブ信号の伝送レートを改善し、量子鍵の発生率を改善する。このように、より多くの古典的な光信号を暗号化することができ、量子通信の通信効率を改善する。
【０１４４】
具体的な実施の間、Ｓ帯デマルチプレクサ２５０４が量子信号を逆多重化するために用いられる場合、Ｓ帯デマルチプレクサ２５０４の各サブバンドの帯域幅と量子光信号を出力するレーザの安定性とのバランスをとる必要がある。温度変化、大気変化、機械的振動又は磁場変化などの様々な不確実性の影響のために、実際には、量子光信号のレーザ周波数が明らかにドリフトされる。本発明の本実施形態におけるＳ帯デマルチプレクサ２５０４は使用されないが、超狭帯域バンドパスフィルタが用いられる場合、量子光信号の中心波長は、超狭帯域バンドパスフィルタのフィルタリング範囲から容易にドリフトし得る。その結果、超狭帯域バンドパスフィルタは量子光信号もフィルタリングしてしまい、量子光信号を伝送することに失敗する原因となる。さらに、超狭帯域バンドパスフィルタは、損失が比較的高い。しかしながら、一方では、Ｓ帯デマルチプレクサ２５０４の各サブバンドの帯域幅が比較的大きい場合、より多くのノイズ光子が量子光信号検出器にリークされ、それにより、最終的な量子鍵の成功ビットレートに影響を与える。任意選択で、Ｓ帯デマルチプレクサ２５０４の各サブバンドの帯域幅の範囲は、０．１ｎｍから５ｎｍである。好ましくは、実際の適用において、Ｓ帯デマルチプレクサ２５０４の各サブバンドの帯域幅は０．６ｎｍであってよい。この場合、システムの安定性、Ｓ帯デマルチプレクサ２５０４及び挿入損失などのファクタが考慮されてよい。本発明の本実施形態において構成されるＳ帯デマルチプレクサ２５０４の各サブバンドの帯域幅は、レーザの中心波長がＳ帯デマルチプレクサ２５０４の波長範囲から容易にドリフトしないことを保証することができ、それにより、通信システムの安定性を保証する。さらに、Ｓ帯デマルチプレクサ２５０４は、損失が比較的少なく、それにより、量子通信の安全距離を大きくする。第３に、Ｓ帯デマルチプレクサ２５０４の各サブバンドの帯域幅は、比較的小さく、そのため、量子光信号検出器にリークされるノイズ光子は多くはなく、それにより、量子鍵の成功ビットレートを改善する。
【０１４５】
前述の説明に基づいて、本発明の本実施形態をより明確に説明すべく、以下では、一例として、図２ｆを用いることにより、本発明の本実施形態を詳細に説明する。
【０１４６】
図２ｆに示されるように、送信装置１１０７側である。
【０１４７】
任意選択で、異なる波長の複数の古典的な光サブ信号がある場合、複数の古典的な光サブ信号は、古典的な光信号を取得すべく、第１のカプラ又はマルチプレクサ２２０４を用いることにより結合される。古典的な光信号は、減衰させた古典的な光信号を取得すべく、可変光減衰器２２０５を用いることにより減衰される。第１の光監視チャネル２２０７は、監視光信号を生成する。Ｌ帯及びＣ帯マルチプレクサ２２０６は、減衰させた古典的な光信号及び監視光信号を結合して、処理対象の光信号を取得し、第１のサブ光ファイバ２１０７において処理対象の光信号を伝送する。
【０１４８】
任意選択で、異なる波長の複数の量子光サブ信号がある場合、複数の量子光サブ信号は、量子光信号を取得すべく、第２のカプラ又はＳ帯マルチプレクサ２４０４を用いることにより結合される。量子光信号は、第２のサブ光ファイバ２１０８において伝送される。
【０１４９】
送信装置１１０７は、光ファイバ２１０９のＳ帯カプラ２１０５を用いて、光ファイバ２１０９内の第１のサブ光ファイバ２１０７において伝送される処理対象の光信号及び光ファイバ２１０９内の第２のサブ光ファイバ２１０８において伝送される量子光信号を結合して、結合された光信号を取得する。
【０１５０】
送信装置１１０７は、光ファイバを用いることにより、結合された光信号を送信する。
【０１５１】
受信装置１１０８側：
【０１５２】
受信装置１１０８は、光ファイバを用いることにより、結合された光信号を受信する。
【０１５３】
光ファイバ２１０９のＳ帯バンドパスフィルタ２１０６を用いることにより、受信装置１１０８は、結合された光信号内の量子光信号を光ファイバ２１０９内の第４のサブ光ファイバ２１１１に分離し、結合された光信号内の処理対象の光信号を、処理のために光ファイバ２１０９内の第３のサブ光ファイバ２１１０に分離する。
【０１５４】
受信装置１１０８は、Ｌ帯及びＣ帯デマルチプレクサ２３０６を用いることにより、処理対象の光信号を逆多重化して、監視光信号及び逆多重化された光信号を取得する。
【０１５５】
受信装置１１０８は、ＯＡを用いることにより、逆多重化された光信号を増幅させて、古典的な光信号を取得する。
【０１５６】
受信装置１１０８は、Ｓ帯デマルチプレクサ２５０４を用いることにより、量子光信号を逆多重化して、量子光信号に含まれる複数の量子光サブ信号を取得する。
【０１５７】
受信装置１１０８及び送信装置１１０７は、さらに、古典的な光信号に基づいて、受信装置１１０８及び送信装置１１０７により受信した量子鍵、量子光信号及び監視光信号を決定する。次に、送信装置１１０７は、量子鍵を用いることにより、サービス情報を暗号化し、暗号化されたサービス情報を受信装置１１０８に送信し、受信装置１１０８は、決定された量子鍵を用いることによりサービス情報を復号して、サービス情報を取得する。
【０１５８】
古典的な光信号の波長がＬ帯及び／又はＣ帯にあり、量子光信号の波長がＳ帯にあるので、古典的な光信号の帯域内の波長は、量子光信号の帯域内の波長より大きいことが、前述の内容から分かり得る。そのため、量子光信号は、アンチストークス散乱領域にあってよいさらに、アンチストークス散乱領域の散乱強度が比較的低く、そのため、量子光信号におけるラマンノイズの影響を効果的に減らすことができ、古典的な光信号及び量子光信号のハイブリッド伝送が、１つの光ファイバを用いることにより行われる場合の量子光信号の品質が改善される。
【０１５９】
図３は、本発明の実施形態に係る量子通信用の送信装置１１０７の概略構造図の例を示す。
【０１６０】
同じ概念に基づいて、本発明の本実施形態は、量子通信用の送信装置１１０７を提供する。図３に示されるように、送信装置１１０７は、古典的な光信号送信器２１０１、量子光信号送信器２１０３、第１の結合ユニット１１０３及び送信ユニット３１０１を含む。
【０１６１】
古典的な光信号送信器２１０１は、処理対象の光信号を生成するように構成される。
【０１６２】
量子光信号送信器２１０３は、量子光信号を生成するように構成される。処理対象の光信号は、少なくとも古典的な光信号を含み、量子光信号の波長はＳ帯にある。
【０１６３】
第１の結合ユニット１１０３は、処理対象の光信号及び量子光信号結合して、結合された光信号を取得するように構成される。
【０１６４】
送信ユニット３１０１は、光ファイバを用いることにより、結合された光信号を送信するように構成される。
【０１６５】
任意選択で、古典的な光信号の波長は、Ｃ帯、Ｌ帯、又はＬ帯及びＣ帯のうちのいずれか１つの帯域にある。
【０１６６】
任意選択で、第１の結合ユニット１１０３は、具体的には、
光ファイバ２１０９のＳ帯カプラ２１０５を用いて、光ファイバ２１０９内の第１のサブ光ファイバ２１０７において伝送される処理対象の光信号及び光ファイバ２１０９内の第２のサブ光ファイバ２１０８において伝送される量子光信号を結合して、結合された光信号を取得するように構成される。
【０１６７】
任意選択で、古典的な光信号送信器２１０１は、具体的には、
古典的な光信号を生成し、
ＶＯＡを用いることにより、生成された古典的な光信号を減衰させて、処理対象の光信号を取得する
ように構成される。
【０１６８】
任意選択で、処理対象の光信号は、監視光信号をさらに含み、監視光信号はＬ帯に属する。
【０１６９】
古典的な光信号送信器２１０１は、具体的には、
古典的な光信号及び監視光信号を生成し、
ＶＯＡを用いることにより、生成された古典的な光信号を減衰させて、減衰させた古典的な光信号を取得し、
Ｌ帯及びＣ帯マルチプレクサ２２０６を用いることにより、減衰させた古典的な光信号及び監視光信号を結合して、処理対象の光信号を取得する
ように構成される。
【０１７０】
任意選択で、異なる波長の複数の古典的な光サブ信号がある場合、古典的な光信号送信器２１０１は、具体的に、
第１のカプラ又はマルチプレクサ２２０４を用いることにより、複数の古典的な光サブ信号を結合して、古典的な光信号を取得するように構成され、マルチプレクサは、
波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、マルチプレクサはＣ帯マルチプレクサである、
波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、マルチプレクサはＬ帯マルチプレクサである、又は、
波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号及び波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、マルチプレクサはＣ帯及びＬ帯マルチプレクサである、
という条件を満たす。
【０１７１】
任意選択で、異なる波長の複数の量子光サブ信号がある場合、
量子光信号送信器２１０３は、具体的には、
第２のカプラ又はＳ帯マルチプレクサ２４０４を用いることにより、複数の量子光サブ信号を結合して、量子光信号を取得するように構成される。
【０１７２】
本発明の本実施形態において、古典的な光信号の波長がＬ帯及び／又はＣ帯にあり、量子光信号の波長がＳ帯にあるので、古典的な光信号の帯域内の波長は、量子光信号の帯域内の波長より大きいことが前述の内容から分かり得る。そのため、量子光信号は、アンチストークス散乱領域にあってよいさらに、アンチストークス散乱領域の散乱強度が比較的低く、そのため、量子光信号におけるラマンノイズの影響を効果的に減らすことができ、古典的な光信号及び量子光信号のハイブリッド伝送が、１つの光ファイバを用いることにより行われる場合の量子光信号の品質が改善される。
【０１７３】
図４は、本発明の実施形態に係る量子通信用の受信装置１１０８の概略構造図の例を示す。
【０１７４】
同じ概念に基づいて、本発明の本実施形態は、量子通信用の受信装置１１０８を提供する。図４に示されるように、受信装置１１０８は、古典的な光信号受信器２１０２、量子光信号受信器２１０４、第２の結合ユニット１１０４及び受信ユニット４１０１を含む。
【０１７５】
受信ユニット４１０１は、光ファイバを用いることにより、送信装置１１０７により送信された結合された光信号を受信するように構成され、結合された光信号は、処理対象の光信号及び量子光信号を含み、処理対象の光信号は、少なくとも古典的な光信号を含み、量子光信号の波長はＳ帯にある。
【０１７６】
第２の結合ユニット１１０４は、結合された光信号から処理対象の光信号及び量子光信号を決定するように構成される。
【０１７７】
古典的な光信号受信器２１０２は、第２の結合ユニット１１０４により出力された処理対象の光信号を受信し、処理対象の光信号から古典的な光信号を決定するように構成される。
【０１７８】
量子光信号受信器２１０４は、第２の結合ユニット１１０４により出力された量子光信号を受信して処理するように構成される。
【０１７９】
任意選択で、古典的な光信号の波長は、Ｃ帯、Ｌ帯、又はＬ帯及びＣ帯のうちのいずれか１つの帯域にある。
【０１８０】
任意選択で、第２の結合ユニット１１０４は、具体的には、
光ファイバ２１０９のＳ帯バンドパスフィルタ２１０６を用いることにより、結合された光信号内の量子光信号を光ファイバ２１０９内の第４のサブ光ファイバ２１１１に分離し、光ファイバ２１０９のＳ帯バンドパスフィルタ２１０６を用いることにより、結合された光信号内の処理対象の光信号を、処理のために光ファイバ２１０９内の第３のサブ光ファイバ２１１０に分離し、処理対象の光信号から古典的な光信号を決定するように構成される。
【０１８１】
任意選択で、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６の帯域幅の範囲は、０．１ｎｍから７０ｎｍである。
【０１８２】
任意選択で、古典的な光信号受信器２１０２は、具体的には、
ＯＡを用いることにより、処理対象の光信号を増幅させて、古典的な光信号を取得するように構成される。
【０１８３】
任意選択で、処理対象の光信号は、監視光信号をさらに含み、監視光信号はＬ帯に属する。
【０１８４】
古典的な光信号受信器２１０２は、具体的には、
Ｌ帯及びＣ帯デマルチプレクサ２３０６を用いることにより、処理対象の光信号を逆多重化して、監視光信号及び逆多重化された光信号を取得し、
ＯＡを用いることにより、逆多重化された光信号を増幅させて、古典的な光信号を取得する
ように構成される。
【０１８５】
任意選択で、異なる波長の複数の古典的な光サブ信号がある場合、古典的な光信号受信器２１０２は、さらに、
デマルチプレクサ２３０４を用いることにより、古典的な光信号を逆多重化して、古典的な光信号に含まれる複数の古典的な光サブ信号を取得するように構成され、デマルチプレクサは、
波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、デマルチプレクサはＣ帯デマルチプレクサである、
波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、デマルチプレクサはＬ帯デマルチプレクサである、又は、
波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号及び波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、デマルチプレクサはＣ帯及びＬ帯デマルチプレクサである、という条件を満たす。
【０１８６】
任意選択で、異なる波長の複数の量子光サブ信号がある場合、
量子光信号受信器２１０４は、さらに、
Ｓ帯デマルチプレクサ２５０４を用いることにより量子光信号を逆多重化して、量子光信号に含まれる複数の量子光サブ信号を取得するように構成される。
【０１８７】
任意選択で、Ｓ帯デマルチプレクサの各サブバンドの帯域幅の範囲は、０．１ｎｍから５ｎｍである。
【０１８８】
古典的な光信号の波長がＬ帯及び／又はＣ帯にあり、量子光信号の波長がＳ帯にあるので、古典的な光信号の帯域内の波長は、量子光信号の帯域内の波長より大きいことが、前述の内容から分かり得る。そのため、量子光信号は、アンチストークス散乱領域にあってよいさらに、アンチストークス散乱領域の散乱強度が比較的低く、そのため、量子光信号におけるラマンノイズの影響を効果的に減らすことができ、古典的な光信号及び量子光信号のハイブリッド伝送が、１つの光ファイバを用いることにより行われる場合の量子光信号の品質が改善される。
【０１８９】
当業者であれば、本発明の実施形態が、方法又はコンピュータプログラム製品として規定され得ることを理解するはずである。そのため、本発明は、ハードウェアのみ実施形態、ソフトウェアのみの実施形態又はソフトウェア及びハードウェアの組み合わせを用いた実施形態の形式を用いてよい。さらに、本発明は、コンピュータ利用可能プログラムコードを含む１又は複数のコンピュータ利用可能記憶媒体（限定されるものではないが、ディスクメモリ、ＣＤ‐ＲＯＭ、光メモリなどを含む）に実装されるコンピュータプログラム製品の形式を用いてよい。
【０１９０】
本発明は、本発明の実施形態に係る方法、デバイス（システム）及びコンピュータプログラム製品についてのフローチャート及び／又はブロック図を関連して説明されている。コンピュータプログラム命令は、フローチャート及び／又はブロック図における各プロセス及び／又は各ブロック、並びに、フローチャート及び／又はブロック図におけるプロセス及び／又はブロックの組み合わせを実装するために用いられ得ることが理解されるべきである。これらのコンピュータプログラム命令は、マシンを生成する汎用コンピュータ、専用コンピュータ、組み込みプロセッサ、又は、任意の他のプログラム可能なデータ処理デバイスのプロセッサに対して規定されてよく、その結果、コンピュータ又は任意の他のプログラム可能なデータ処理デバイスのプロセッサにより実行される命令は、フローチャートにおける１又は複数のプロセス及び／又はブロック図における１又は複数のブロックにおける特定の機能を実施するための装置を生成する。
【０１９１】
これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ又は任意の他のプログラム可能なデータ処理デバイスに命令して、特定の方式で動作させることができるコンピュータ可読メモリに代替的に格納されてよく、その結果、コンピュータ可読メモリに格納される命令は、命令装置を含むアーチファクトを生成する。命令装置は、フローチャート内の１又は複数のプロセス及び／又はブロック図内の１又は複数のブロックにおける特定の機能を実装する。
【０１９２】
これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ又は別のプログラマブルデータ処理デバイスに代替的にロードされてよく、その結果、一連のオペレーション及び段階が、コンピュータ又は別のプログラム可能デバイス上で実行され、それにより、コンピュータ実装処理を生成する。そのため、コンピュータ又は別のプログラム可能デバイス上で実行される命令は、フローチャート内の１又は複数のプロセス及び／又はブロック図内の１又は複数のブロックにおける特定の機能を実施するための段階を規定する。
【０１９３】
本発明のいくつかの好ましい実施形態が説明されてきたが、当業者は、基本的な発明のコンセプトを習得すると、これらの実施形態に対する変更及び修正を加えることができる。そのため、以下の特許請求の範囲では、好適な実施形態と、本発明の範囲内に含まれる全ての変更及び修正とをカバーするものとして解釈されることが意図されている。
【０１９４】
当業者であれば、本発明の主旨及び範囲から逸脱することなく、本発明に対する様々な修正及び変形を加えることができることが明らかである。以下の特許請求の範囲及びこれらの均等な技術により定義される保護の範囲に含まれるならば、本発明は、これらの修正及び変形をカバーすることが意図される。
【図１】
2019524015.tif 000010
【図１ａ】
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【図２】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
2019524015.tif 000015
【図２ｄ】
2019524015.tif 000016
【図２ｅ】
2019524015.tif 000017
【図２ｆ】
2019524015.tif 000018
【図３】
2019524015.tif 000019
【図４】
2019524015.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成31年1月9日(2019.1.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
量子通信用の送信装置であって、
処理対象の光信号を生成するように構成される古典的な光信号送信器と、
量子光信号を生成するように構成される量子光信号送信器であって、前記量子光信号の波長はＳ帯にある、量子光信号送信器と、
前記処理対象の光信号及び前記量子光信号を結合して、結合された光信号を取得し、
光ファイバを用いることにより前記結合された光信号を送信するように構成される第１の結合ユニットであって、前記処理対象の光信号は、少なくとも古典的な光信号を有し、前記古典的な光信号は、少なくとも１つの古典的な光サブ信号を有する、第１の結合ユニットと
を備え、
前記古典的な光信号が１つの古典的な光サブ信号を有する場合、前記古典的な光サブ信号の波長はＣ帯又はＬ帯にあり、
前記古典的な光信号が複数の古典的な光サブ信号を有する場合、前記複数の古典的な光サブ信号は、
波長が前記Ｃ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する、
波長が前記Ｌ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する、又は、
波長が前記Ｃ帯にある古典的な光サブ信号及び波長が前記Ｌ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する
という項目のうちのいずれか１つを満たす、送信装置。
【請求項２】
前記第１の結合ユニットは、具体的には、
前記光ファイバのＳ帯カプラを用いることにより、前記光ファイバ内の第１のサブ光ファイバにおいて伝送される前記処理対象の光信号及び前記光ファイバ内の第２のサブ光ファイバにおいて伝送される前記量子光信号を結合して、前記結合された光信号を取得する
ように構成される、請求項１に記載の送信装置。
【請求項３】
前記古典的な光信号送信器は、具体的には、
前記古典的な光信号を生成し、
可変光減衰器（ＶＯＡ）を用いることにより、前記生成された古典的な光信号を減衰させて、前記処理対象の光信号を取得する
ように構成される、請求項１又は２に記載の送信装置。
【請求項４】
前記処理対象の光信号は、監視光信号をさらに有し、前記監視光信号は前記Ｌ帯に属し、
前記古典的な光信号送信器は、具体的には、
前記古典的な光信号及び前記監視光信号を生成し、
可変光減衰器（ＶＯＡ）を用いることにより、前記生成された古典的な光信号を減衰させて、減衰させた古典的な光信号を取得し、
Ｌ帯及びＣ帯マルチプレクサを用いることにより、前記減衰させた古典的な光信号及び前記監視光信号を結合して、前記処理対象の光信号を取得する
ように構成される、請求項１又は２に記載の送信装置。
【請求項５】
異なる波長の複数の古典的な光サブ信号がある場合、前記古典的な光信号送信器は、具体的には、
第１のカプラ又はマルチプレクサを用いることにより、前記複数の古典的な光サブ信号を結合して、前記古典的な光信号を取得するように構成され、前記マルチプレクサは、
波長が前記Ｃ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する場合、前記マルチプレクサはＣ帯マルチプレクサである、
波長が前記Ｌ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する場合、前記マルチプレクサはＬ帯マルチプレクサである、又は、
波長が前記Ｃ帯にある古典的な光サブ信号及び波長が前記Ｌ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する場合、前記マルチプレクサはＬ帯及びＣ帯マルチプレクサである
という条件のうちのいずれか１つを満たす、請求項３又は４に記載の送信装置。
【請求項６】
異なる波長の複数の量子光サブ信号がある場合、
前記量子光信号送信器は、具体的には、
第２のカプラ又はＳ帯マルチプレクサを用いることにより、前記複数の量子光サブ信号を結合して、前記量子光信号を取得するように構成される、請求項１から５のいずれか一項に記載の送信装置。
【請求項７】
量子通信用の受信装置であって、
光ファイバを用いることにより送信装置により送信された結合された光信号を受信し、前記結合された光信号から処理対象の光信号及び量子光信号を決定するように構成される第２の結合ユニットであって、前記結合された光信号は、前記処理対象の光信号及び前記量子光信号を有し、前記量子光信号の波長はＳ帯にある、第２の結合ユニットと、
前記第２の結合ユニットにより出力された前記処理対象の光信号を受信し、前記処理対象の光信号から古典的な光信号を決定するように構成される古典的な光信号受信器と、
前記第２の結合ユニットにより出力された前記量子光信号を受信して処理するように構成される量子光信号受信器であって、前記処理対象の光信号は、少なくとも前記古典的な光信号を有し、前記古典的な光信号は、少なくとも１つの古典的な光サブ信号を有する、量子光信号受信器と
を備え、
前記古典的な光信号が１つの古典的な光サブ信号を有する場合、前記古典的な光サブ信号の波長はＣ帯又はＬ帯にあり、
前記古典的な光信号が複数の古典的な光サブ信号を有する場合、前記複数の古典的な光サブ信号は、
波長が前記Ｃ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する、
波長が前記Ｌ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する、又は、
波長が前記Ｃ帯にある古典的な光サブ信号及び波長が前記Ｌ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する
という項目のうちのいずれか１つを満たす、受信装置。
【請求項８】
前記第２の結合ユニットは、具体的には、
前記光ファイバのＳ帯バンドパスフィルタを用いることにより、前記結合された光信号内の前記量子光信号を前記光ファイバ内の第４のサブ光ファイバに分離し、前記光ファイバの前記Ｓ帯バンドパスフィルタを用いることにより、前記結合された光信号内の前記処理対象の光信号を、処理のために前記光ファイバ内の第３のサブ光ファイバに分離し、前記処理対象の光信号から前記古典的な光信号を決定するように構成される、請求項７に記載の受信装置。
【請求項９】
前記Ｓ帯バンドパスフィルタの帯域幅の範囲は、０．１ｎｍから７０ｎｍである、請求項８に記載の受信装置。
【請求項１０】
前記古典的な光信号受信器は、具体的には、
光増幅器（ＯＡ）を用いることにより、前記処理対象の光信号を増幅させて、前記古典的な光信号を取得するように構成される、請求項８又は９に記載の受信装置。
【請求項１１】
前記処理対象の光信号は、監視光信号をさらに有し、前記監視光信号は前記Ｌ帯に属し、
前記古典的な光信号受信器は、具体的には、
Ｌ帯及びＣ帯デマルチプレクサを用いることにより、前記処理対象の光信号を逆多重化して、前記監視光信号及び逆多重化された光信号を取得し、
光増幅器（ＯＡ）を用いることにより、前記逆多重化された光信号を増幅させて、前記古典的な光信号を取得する
ように構成される、請求項８又は９に記載の受信装置。
【請求項１２】
異なる波長の複数の古典的な光サブ信号がある場合、
前記古典的な光信号受信器は、さらに、
デマルチプレクサを用いることにより、前記古典的な光信号を逆多重化して、前記古典的な光信号に含まれる前記複数の古典的な光サブ信号を取得するように構成され、前記デマルチプレクサは、
波長が前記Ｃ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する場合、前記デマルチプレクサはＣ帯デマルチプレクサである、
波長が前記Ｌ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する場合、前記デマルチプレクサはＬ帯デマルチプレクサである、又は、
波長が前記Ｃ帯にある古典的な光サブ信号及び波長が前記Ｌ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する場合、前記デマルチプレクサはＬ帯及びＣ帯デマルチプレクサである
という条件のうちのいずれか１つを満たす、請求項７から１１のいずれか一項に記載の受信装置。
【請求項１３】
異なる波長の複数の量子光サブ信号がある場合、
前記量子光信号受信器は、さらに、
Ｓ帯デマルチプレクサを用いることにより前記量子光信号を逆多重化して、前記量子光信号に含まれる前記複数の量子光サブ信号を取得するように構成される、請求項７から１２のいずれか一項に記載の受信装置。
【請求項１４】
前記Ｓ帯デマルチプレクサの各サブバンドの帯域幅の範囲は、０．１ｎｍから５ｎｍである、請求項１３に記載の受信装置。
【請求項１５】
量子通信方法であって、
送信装置により、処理対象の光信号及び量子光信号を生成する段階であって、前記量子光信号の波長はＳ帯にある、段階と、
前記送信装置により、前記処理対象の光信号及び前記量子光信号を結合して、結合された光信号を取得する段階と、
前記送信装置により、光ファイバを用いることにより前記結合された光信号を送信する段階であって、前記処理対象の光信号は、少なくとも古典的な光信号を有し、前記古典的な光信号は、少なくとも１つの古典的な光サブ信号を有する、段階と
を備え、
前記古典的な光信号が１つの古典的な光サブ信号を有する場合、前記古典的な光サブ信号の波長はＣ帯又はＬ帯にあり、
前記古典的な光信号が複数の古典的な光サブ信号を有する場合、前記複数の古典的な光サブ信号は、
波長が前記Ｃ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する、
波長が前記Ｌ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する、又は、
波長が前記Ｃ帯にある古典的な光サブ信号及び波長が前記Ｌ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する
という項目のうちのいずれか１つを満たす、方法。
【請求項１６】
前記送信装置により、前記処理対象の光信号及び前記量子光信号を前記結合して、結合された光信号を取得する段階は、
前記送信装置により、前記光ファイバのＳ帯カプラを用いることにより、前記光ファイバ内の第１のサブ光ファイバにおいて伝送される前記処理対象の光信号及び前記光ファイバ内の第２のサブ光ファイバにおいて伝送される前記量子光信号を結合して、前記結合された光信号を取得する段階を有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
送信装置により、処理対象の光信号を前記生成する段階は、
前記送信装置により、前記古典的な光信号を生成する段階と、
可変光減衰器（ＶＯＡ）を用いることにより、前記生成された古典的な光信号を減衰させて、前記処理対象の光信号を取得する段階と
を有する、請求項１５又は１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記処理対象の光信号は、監視光信号をさらに有し、前記監視光信号は前記Ｌ帯に属し、
送信装置により、処理対象の光信号を前記生成する段階は、
前記送信装置により、前記古典的な光信号及び前記監視光信号を生成する段階と、
可変光減衰器（ＶＯＡ）を用いることにより、前記生成された古典的な光信号を減衰させて、減衰させた古典的な光信号を取得する段階と、
前記送信装置により、Ｌ帯及びＣ帯マルチプレクサを用いることにより、前記減衰させた古典的な光信号及び前記監視光信号を結合して、前記処理対象の光信号を取得する段階と
を有する、請求項１５又は１６に記載の方法。
【請求項１９】
異なる波長の複数の古典的な光サブ信号がある場合、
前記送信装置により、前記古典的な光信号を前記生成する段階は、
前記送信装置により、第１のカプラ又はマルチプレクサを用いることにより、前記複数の古典的な光サブ信号を結合して、前記古典的な光信号を取得する段階を有し、前記マルチプレクサは、
波長が前記Ｃ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する場合、前記マルチプレクサはＣ帯マルチプレクサである、
波長が前記Ｌ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する場合、前記マルチプレクサはＬ帯マルチプレクサである、又は、
波長が前記Ｃ帯にある古典的な光サブ信号及び波長が前記Ｌ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する場合、前記マルチプレクサはＬ帯及びＣ帯マルチプレクサである
という条件のうちのいずれか１つを満たす、請求項１７又は１８に記載の方法。
【請求項２０】
異なる波長の複数の量子光サブ信号がある場合、
送信装置により、量子光信号を前記生成する段階は、
前記送信装置により、第２のカプラ又はＳ帯マルチプレクサを用いることにより、前記複数の量子光サブ信号を結合して、前記量子光信号を取得する段階を有する、請求項１５から１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
量子通信方法であって、
受信装置により、光ファイバを用いることにより送信装置により送信された結合された光信号を受信する段階であって、前記結合された光信号は、処理対象の光信号及び量子光信号を有し、前記量子光信号の波長はＳ帯にある、段階と、
前記受信装置により、前記結合された光信号に基づいて、古典的な光信号及び前記量子光信号を決定する段階であって、前記処理対象の光信号は、少なくとも前記古典的な光信号を有し、前記古典的な光信号は、少なくとも１つの古典的な光サブ信号を有する、段階と
を備え、
前記古典的な光信号が１つの古典的な光サブ信号を有する場合、前記古典的な光サブ信号の波長はＣ帯又はＬ帯にあり、
前記古典的な光信号が複数の古典的な光サブ信号を有する場合、前記複数の古典的な光サブ信号は、
波長が前記Ｃ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する、
波長が前記Ｌ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する、又は、
波長が前記Ｃ帯にある古典的な光サブ信号及び波長が前記Ｌ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する
という項目のうちのいずれか１つを満たす、方法。
【請求項２２】
前記受信装置により、前記結合された光信号に基づいて、古典的な光信号及び前記量子光信号を前記決定する段階は、
前記受信装置により、前記光ファイバのＳ帯バンドパスフィルタを用いることにより、前記結合された光信号内の前記量子光信号を前記光ファイバ内の第４のサブ光ファイバに分離する段階と、
前記光ファイバの前記Ｓ帯バンドパスフィルタを用いることにより、前記結合された光信号内の前記処理対象の光信号を、処理のために前記光ファイバ内の第３のサブ光ファイバに分離する段階と、
前記処理対象の光信号から前記古典的な光信号を決定する段階と
を有する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記Ｓ帯バンドパスフィルタの帯域幅の範囲は、０．１ｎｍから７０ｎｍである、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記受信装置により、前記処理対象の光信号から古典的な光信号を前記決定する段階は、
前記受信装置により、光増幅器（ＯＡ）を用いることにより、前記処理対象の光信号を増幅させて、前記古典的な光信号を取得する段階を有する、請求項２２又は２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記処理対象の光信号は、監視光信号をさらに有し、前記監視光信号は前記Ｌ帯に属し、
前記受信装置により、前記処理対象の光信号から古典的な光信号を前記決定する段階は、
前記受信装置により、Ｌ帯及びＣ帯デマルチプレクサを用いることにより、前記処理対象の光信号を逆多重化して、前記監視光信号及び逆多重化された光信号を取得する段階と、
前記受信装置により、光増幅器（ＯＡ）を用いることにより、前記逆多重化された光信号を増幅させて、前記古典的な光信号を取得する段階と
を有する、請求項２２又は２３に記載の方法。
【請求項２６】
異なる波長の複数の古典的な光サブ信号がある場合、
前記受信装置により、前記結合された光信号に基づいて、古典的な光信号を前記決定する段階の後に、前記方法は、
前記受信装置により、デマルチプレクサを用いることにより、前記古典的な光信号を逆多重化して、前記古典的な光信号に含まれる前記複数の古典的な光サブ信号を取得する段階をさらに備え、前記デマルチプレクサは、
波長が前記Ｃ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する場合、前記デマルチプレクサはＣ帯デマルチプレクサである、
波長が前記Ｌ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する場合、前記デマルチプレクサはＬ帯デマルチプレクサである、又は、
波長が前記Ｃ帯にある古典的な光サブ信号及び波長が前記Ｌ帯にある古典的な光サブ信号を、前記複数の古典的な光サブ信号が有する場合、前記デマルチプレクサはＬ帯及びＣ帯デマルチプレクサである
という条件のうちのいずれか１つを満たす、請求項２１から２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
異なる波長の複数の量子光サブ信号がある場合、
前記受信装置により、前記結合された光信号に基づいて、前記量子光信号を前記決定する段階の後に、前記方法は、
前記受信装置により、Ｓ帯デマルチプレクサを用いることにより前記量子光信号を逆多重化して、前記量子光信号に含まれる前記複数の量子光サブ信号を取得する段階をさらに備える、請求項２１から２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記Ｓ帯デマルチプレクサの各サブバンドの帯域幅の範囲は、０．１ｎｍから５ｎｍである、請求項２７に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１６年６月２日に中国特許庁に出願され、「量子通信方法及び関連装置」と題する中国特許出願第２０１６１０３８８５４７．２号に基づく優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明の実施形態は、通信技術の分野、特に、量子通信方法及び関連装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
情報セキュリティの課題を効果的に解決すべく、量子鍵配送（Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｋｅｙ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ、略してＱＫＤ）技術が現れ、市場向けに現在開発中であり、実用的になってきている。
【０００４】
一方向ＱＫＤシステムにおける実施例は、次の通りである。送信装置において、一群の乱数が量子光信号の量子状態でエンコードされる。量子チャネルを通じて伝送された後に、量子光信号は、受信装置の受信器により検出される。データの比較及びネゴシエーションのような、古典的なチャネル上での一連の処理プロセスを実施した後に、送信装置及び受信装置は、最終的に、一群の乱数を含むセキュアキーを共有する。典型的なＱＫＤシステムでは、送信装置と受信装置との間の通信に用いられる光ファイバは、量子光信号のみを搬送する。この場合、別の光信号によりもたらされる追加のノイズの影響がないので、これは、量子光信号検出に有利である。しかしながら、量子通信は、将来のネットワーキング及びグローバル化に向けて確実に発展する。現在のところ、メトロポリタンエリアネットワークの開発プロセスは、光ファイバネットワークの配置に基づいている。元の光ファイバネットワークを壊して、新しい量子ネットワークを配備することは不可能である。そのため、唯一の方法は、波長分割多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ、略してＷＤＭ）技術を用いることにより、元の光ファイバネットワークに基づいた統合を行って、量子−古典ハイブリッド光ネットワークを得ることである。言い換えれば、ＷＤＭ技術は、１つの光ファイバにおいて量子光信号及び古典的な光信号を同時に伝送するために用いられる必要がある。
【０００５】
ＷＤＭは、異なる波長からなる２つのタイプ又は複数のタイプの光キャリア信号（様々なタイプの情報を搬送する）が、マルチプレクサを用いることにより、送信装置において集約され、集約信号が伝送用の光回線の１つの光ファイバに結合される技術である。受信装置において、異なる波長の光キャリア信号が、デマルチプレクサを用いることにより分離され、元の信号に復元すべく、光受信機によりさらに処理される。
【０００６】
従来技術には、光キャリア信号を伝送するために用いられてよい複数の帯域、例えば、Ｌ帯、Ｃ帯、Ｓ帯、Ｅ帯及びＯ帯がある。全ての帯域に対応する波長範囲は互いに異なる。Ｌ帯の波長範囲は１５６５ナノメートル（ｎｍ）から１６２５ｎｍであり、Ｃ帯の波長範囲は１５３０ｎｍから１５６５ｎｍであり、Ｓ帯の波長範囲は１４６０ｎｍから１５３０ｎｍであり、Ｅ帯の波長範囲は１３６０ｎｍから１４６０ｎｍであり、Ｏ帯の波長範囲は１２６０ｎｍから１３６０ｎｍである。
【０００７】
同じ光ファイバにおいて古典的な光信号及び量子光信号のハイブリッド伝送を実施する解決手段は、ＷＤＭ技術に基づいて、Ｃ帯及びＬ帯において古典的な光信号及び量子光信号をそれぞれ伝送することである。しかしながら、光ファイバにおいて、非弾性散乱がポンプ光子と光学フォノンとの間に発生した後に、ラマンノイズが生成され、生成された散乱光子の波長は、ポンプ光の波長より小さいか、又は、より大きく、アンチストークス散乱領域又はストークス散乱領域に対応している。さらに、ストークス散乱領域の散乱強度は、アンチストークス散乱領域の散乱強度より大きい。そのため、量子光信号が、比較的大きな波長に対応するＬ帯に存在するように構成された場合に、量子光信号は、主に、ストークス散乱領域による影響を受ける。この場合、量子光信号は、ラマンノイズによって大きな影響を受ける。
【０００８】
結論として、古典的な光信号及び量子光信号のハイブリッド伝送が１つの光ファイバを用いることにより行われる場合の量子光信号におけるラマンノイズの影響を減らすための量子通信方法及び関連装置が至急必要とされている。
【発明の概要】
【０００９】
本発明の実施形態は、古典的な光信号及び量子光信号のハイブリッド伝送が１つの光ファイバを用いることにより行われる場合の量子光信号におけるラマンノイズの影響を減らための量子通信方法及び関連装置を提供する。
【００１０】
本発明の実施形態は、量子通信用の送信装置を提供し、送信装置は、
処理対象の光信号を生成するように構成される古典的な光信号送信器と、
量子光信号を生成するように構成される量子光信号送信器であって、量子光信号の波長はＳ帯にある、量子光信号送信器と、
処理対象の光信号及び量子光信号を結合して、結合された光信号を取得し、
光ファイバを用いることにより結合された光信号を送信するように構成される第１の結合ユニットであって、処理対象の光信号は、少なくとも古典的な光信号を含み、古典的な光信号は、少なくとも１つの古典的な光サブ信号を含む、第１の結合ユニットと
を含み、
古典的な光信号が１つの古典的な光サブ信号を含む場合、古典的な光サブ信号の波長はＣ帯又はＬ帯にあり、
古典的な光信号が複数の古典的な光サブ信号を含む場合、複数の古典的な光サブ信号は、
波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、又は、波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号及び波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む
という項目のうちのいずれか１つを満たす。
【００１１】
古典的な光信号の波長がＬ帯及び／又はＣ帯にあり、量子光信号の波長がＳ帯にあるので、古典的な光信号の帯域内の波長は、量子光信号の帯域内の波長より大きいことが分かり得る。そのため、量子光信号は、アンチストークス散乱領域にあってよい。さらに、アンチストークス散乱領域の散乱強度は、比較的低く、そのため、量子光信号におけるラマンノイズの影響を効果的に減らすことができ、古典的な光信号及び量子光信号のハイブリッド伝送が１つの光ファイバを用いることにより行われる場合の量子光信号の品質が改善される。
【００１２】
さらに、量子光信号の波長がＳ帯にあり、Ｓ帯の光ファイバの減衰係数が比較的小さいので、比較的低い挿入損失を有するＳ帯において、量子光信号が伝送される場合の量子光信号の損失を減らすことができ、量子鍵伝送の安全距離が大きくなる。
【００１３】
さらに、古典的な光信号の波長はＬ帯及び／又はＣ帯にあり、一方、量子光信号の波長はＳ帯にある、言い換えれば、古典的な光信号の帯域及び量子光信号の帯域は２つの異なる帯域であり、古典的な光信号の波長と量子光信号の波長との間の距離を保証する。このように、古典的な光信号のリークに起因して量子光信号に生じる干渉を効果的に減らすことができ、古典的な光信号の伝送中に生成される四波混合（Ｆｏｕｒ‐Ｗａｖｅ  Ｍｉｘｉｎｇ、略してＦＷＭ）に起因して量子光信号に生じる干渉を効果的に減らすことができる。
【００１４】
任意選択で、第１の結合ユニットは、具体的には、光ファイバのＳ帯カプラを用いることにより、光ファイバ内の第１のサブ光ファイバにおいて伝送される処理対象の光信号及び光ファイバ内の第２のサブ光ファイバにおいて伝送される量子光信号を結合して、結合された光信号を取得するように構成される。Ｓ帯カプラは、光ファイバカプラ、又は、Ｓ帯量子光信号及び処理対象の光信号の波長分割多重化装置であってよい。
【００１５】
任意選択で、古典的な光信号送信器は、具体的には、古典的な光信号を生成し、可変光減衰器（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ、略してＶＯＡ）を用いることにより、生成された古典的な光信号を減衰させて、処理対象の光信号を取得するように構成される。送信装置側において、ＶＯＡは、従来技術で一般的に用いられるＥＤＦＡを用いることなく、古典的な光信号を減衰させるために用いられる。このように、ＥＤＦＡにより引き起こされるＡＳＥノイズの、ＱＫＤチャネルに与える影響が取り除かれる。さらに、光ファイバ伝送は、損失が比較的少なく、そのため、メトロポリタンエリアネットワーク通信システムにおける古典的な光信号の光パワーに対する要件は比較的低い。この場合、古典的な光信号を減衰させるためにＶＯＡを用いることは、古典的な光信号のパワーが伝送要件を確実に満たすことができる。
【００１６】
任意選択で、処理対象の光信号は、監視光信号をさらに含み、監視光信号はＬ帯に属する。古典的な光信号送信器は、具体的には、古典的な光信号及び監視光信号を生成し、ＶＯＡを用いることにより、生成された古典的な光信号を減衰させて、減衰させた古典的な光信号を取得し、Ｌ帯及びＣ帯マルチプレクサを用いることにより、減衰させた古典的な光信号及び監視光信号を結合して、処理対象の光信号を取得するように構成される。
【００１７】
この場合、比較的長い距離をカバーする都市間量子通信が用いられる場合、光増幅局は、実際の伝送プロセスにおいて構成される。この場合、中間ノードが存在するので、第１の光監視チャネル２２０７により送信される監視光信号は、伝送線をモニタリングするために用いられる。第１に、これは、伝送セキュリティを改善する。第２に、これは、従来技術における監視チャネルのレイアウトとのより良い互換性がある。第３に、監視光信号がＬ帯に属し、監視光信号の帯域が量子光信号の帯域から比較的遠くに離れているので、監視光信号は、量子光信号に対するノイズ影響がほとんどない。
【００１８】
任意選択で、異なる波長の複数の古典的な光サブ信号がある場合、古典的な光信号送信器は、具体的には、第１のカプラ又はマルチプレクサを用いることにより、複数の古典的な光サブ信号を結合して、古典的な光信号を取得するように構成され、マルチプレクサは、
波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、マルチプレクサはＣ帯マルチプレクサである、波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、マルチプレクサはＬ帯マルチプレクサである、又は、波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号及び波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、マルチプレクサはＬ帯及びＣ帯マルチプレクサである、という条件のうちのいずれか１つを満たす。
【００１９】
複数の古典的な光サブ信号は、古典的な光信号を取得すべく、第１のカプラ又はマルチプレクサを用いることにより結合される。このように、通信システムは、さらに簡略化され、かつ、動作を容易にすることができ、システムにおける挿入損失がさらに低減される。
【００２０】
任意選択で、異なる波長の複数の量子光サブ信号がある場合、量子光信号送信器は、具体的には、第２のカプラ又はＳ帯マルチプレクサを用いることにより、複数の量子光サブ信号を結合して、量子光信号を取得するように構成される。量子光信号が別々に伝送される解決手段と比較して、１つの光ファイバにおける量子光信号及び古典的な光信号のハイブリッド伝送は、量子光信号に対する特定のノイズ影響を必然的に引き起こし、量子鍵の発生率を減らす。量子鍵の発生率をさらに改善すべく、本発明の本実施形態では、複数の波長が複数の量子光サブ信号を同時に伝送するために用いられ、それにより、量子光サブ信号の伝送レートを改善し、量子鍵の発生率を改善する。このように、より多くの古典的な光信号を暗号化することができ、量子通信の通信効率を改善する。
【００２１】
本発明の実施形態は、量子通信用の受信装置を提供し、受信装置は、
光ファイバを用いることにより送信装置により送信された結合された光信号を受信し、結合された光信号から処理対象の光信号及び量子光信号を決定するように構成される第２の結合ユニットであって、結合された光信号は、処理対象の光信号及び量子光信号を含み、量子光信号の波長はＳ帯にある、受信ユニットと、
第２の結合ユニットにより出力された処理対象の光信号を受信し、処理対象の光信号から古典的な光信号を決定するように構成される古典的な光信号受信器と、
第２の結合ユニットにより出力された量子光信号を受信して処理するように構成される量子光信号受信器であって、処理対象の光信号は、少なくとも古典的な光信号を含み、古典的な光信号は、少なくとも１つの古典的な光サブ信号を含む、量子光信号受信器と
を含み、
古典的な光信号が１つの古典的な光サブ信号を含む場合、古典的な光サブ信号の波長はＣ帯又はＬ帯にあり、
古典的な光信号が複数の古典的な光サブ信号を含む場合、複数の古典的な光サブ信号は、波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、又は、波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号及び波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、という項目のうちのいずれか１つを満たす。
【００２２】
古典的な光信号の波長がＬ帯及び／又はＣ帯にあり、量子光信号の波長がＳ帯にあるので、古典的な光信号の帯域内の波長は、量子光信号の帯域内の波長より大きいことが分かり得る。そのため、量子光信号は、アンチストークス散乱領域にあってよい。さらに、アンチストークス散乱領域の散乱強度が比較的低く、そのため、量子光信号におけるラマンノイズの影響を効果的に減らすことができ、古典的な光信号及び量子光信号のハイブリッド伝送が、１つの光ファイバを用いることにより行われる場合の量子光信号の品質が改善される。
【００２３】
さらに、量子光信号の波長がＳ帯にあり、Ｓ帯の光ファイバの減衰係数が比較的小さいので、比較的低い挿入損失を有するＳ帯において、量子光信号が伝送される場合の量子光信号の損失を減らすことができ、量子鍵伝送の安全距離が大きくなる。
【００２４】
さらに、古典的な光信号の波長はＬ帯及び／又はＣ帯にあり、一方、量子光信号の波長はＳ帯にある、言い換えれば、古典的な光信号の帯域及び量子光信号の帯域は２つの異なる帯域であり、古典的な光信号の波長と量子光信号の波長との間の距離を保証する。このように、古典的な光信号のリークに起因して量子光信号に生じる干渉を効果的に減らすことができ、古典的な光信号の伝送中に生成されるＦＷＭに起因して量子光信号に生じる干渉を効果的に減らすことができる。
【００２５】
任意選択で、第２の結合ユニットは、具体的には、光ファイバのＳ帯バンドパスフィルタを用いることにより、結合された光信号内の量子光信号を光ファイバ内の第４のサブ光ファイバに分離し、光ファイバのＳ帯バンドパスフィルタを用いることにより、結合された光信号内の処理対象の光信号を、処理のために光ファイバ内の第３のサブ光ファイバに分離し、処理対象の光信号から古典的な光信号を決定するように構成される。
【００２６】
本発明の本実施形態において、Ｓ帯バンドパスフィルタは、結合された光信号内の量子光信号を光ファイバ内の第４のサブ光ファイバに分離し、結合された光信号内の処理対象の光信号を、処理のために光ファイバ内の第３のサブ光ファイバに分離してよく、それにより、１つの光ファイバを用いることにより、古典的な光信号及び量子光信号を伝送するとともに、古典的な光信号及び量子光信号を別々に処理するという目的を達成する。さらに、本発明の本実施形態において、量子光信号は、ノイズ光子の影響を減らすべく、まず、Ｓ帯バンドパスフィルタを用いることによりフィルタリングされてよい。
【００２７】
任意選択で、量子光信号が１波長のみを有する場合、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６の帯域幅は、０．１ｎｍから５ｎｍである。実際の適用において、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６の帯域幅は０．６ｎｍであってよい。任意選択で、複数の量子光サブ信号がある場合、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６の帯域幅は、複数の量子光サブ信号の波長をカバーする必要がある、又は、Ｓ帯全体の波長範囲をカバーする必要がある。任意選択で、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６の帯域幅の範囲は、０．１ｎｍから７０ｎｍである。
【００２８】
任意選択で、古典的な光信号受信器は、具体的には、光増幅器（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ、略してＯＡ）を用いることにより、処理対象の光信号を増幅させて、古典的な光信号を取得するように構成される。ＯＡを用いることによる古典的な光信号の増幅が量子光信号に影響を与えることはない。さらに、古典的な光信号が、光ファイバを用いることにより伝送された後の損失を有するので、ＯＡを用いることにより増幅させた後に、古典的な光信号が処理されることで、古典的な光信号を処理するときの精度を向上させる。
【００２９】
任意選択で、処理対象の光信号は、監視光信号をさらに含み、監視光信号はＬ帯に属する。古典的な光信号受信器は、具体的には、Ｌ帯及びＣ帯デマルチプレクサを用いることにより、処理対象の光信号を逆多重化して、監視光信号及び逆多重化された光信号を取得し、ＯＡを用いることにより、逆多重化された光信号を増幅させて、古典的な光信号を取得するように構成される。
【００３０】
この場合、比較的長い距離をカバーする都市間量子通信が用いられる場合、光増幅局は、実際の伝送プロセスにおいて構成される。この場合、中間ノードが存在するので、第２の光監視チャネル２３０７により受信される監視光信号は、伝送線をモニタリングするために用いられる。第１に、これは、伝送セキュリティを改善する。第２に、これは、従来技術における監視チャネルのレイアウトとのより良い互換性がある。第３に、監視光信号がＬ帯に属し、監視光信号の帯域が量子光信号の帯域から比較的遠くに離れているので、監視光信号は、量子光信号に対するノイズ影響がほとんどない。
【００３１】
任意選択で、異なる波長の複数の古典的な光サブ信号がある場合、古典的な光信号受信器は、さらに、デマルチプレクサを用いることにより、古典的な光信号を逆多重化して、古典的な光信号に含まれる複数の古典的な光サブ信号を取得するように構成され、デマルチプレクサは、波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、デマルチプレクサはＣ帯デマルチプレクサである、波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、デマルチプレクサはＬ帯デマルチプレクサである、又は、波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号及び波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、デマルチプレクサはＬ帯及びＣ帯デマルチプレクサである、という条件のうちのいずれか１つを満たす。
【００３２】
任意選択で、異なる波長の複数の量子光サブ信号がある場合、量子光信号受信器は、さらに、Ｓ帯デマルチプレクサを用いることにより量子光信号を逆多重化して、量子光信号に含まれる複数の量子光サブ信号を取得するように構成される。この場合、複数の古典的な光サブ信号は、複数の波長を用いることにより同時に受信されてよく、複数の古典的な光サブ信号が分離される。このように、より古典的な光サブ信号が同時に伝送されてよい。
【００３３】
任意選択で、Ｓ帯デマルチプレクサの各サブバンドの帯域幅の範囲は、０．１ｎｍから５ｎｍである。この場合、システムの安定性、Ｓ帯デマルチプレクサの挿入損失などのファクタが考慮されてよい。本発明の本実施形態において構成されるＳ帯デマルチプレクサの各サブバンドの帯域幅は、レーザの中心波長がＳ帯デマルチプレクサの波長範囲から容易にドリフトしないことを保証することができ、それにより、通信システムの安定性を保証する。さらに、Ｓ帯デマルチプレクサは、損失が比較的少なく、それにより、量子通信の安全距離を大きくする。第３に、Ｓ帯デマルチプレクサの各サブバンドの帯域幅は、比較的小さく、そのため、量子光信号検出器にリークされるノイズ光子は多くはなく、それにより、量子鍵の最終的な鍵レートを改善する。
【００３４】
本発明の実施形態は、量子通信方法を提供し、量子通信方法は、
送信装置により、処理対象の光信号及び量子光信号を生成する段階であって、量子光信号の波長はＳ帯にある、段階と、
送信装置により、処理対象の光信号及び量子光信号を結合して、結合された光信号を取得する段階と、
送信装置により、光ファイバを用いることにより結合された光信号を送信する段階であって、処理対象の光信号は、少なくとも古典的な光信号を含み、古典的な光信号は、少なくとも１つの古典的な光サブ信号を含む、段階と
を含み、
古典的な光信号が１つの古典的な光サブ信号を含む場合、古典的な光サブ信号の波長はＣ帯又はＬ帯にあり、
古典的な光信号が複数の古典的な光サブ信号を含む場合、複数の古典的な光サブ信号は、波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、又は、波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号及び波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、という項目のうちのいずれか１つを満たす。
【００３５】
古典的な光信号の波長がＬ帯及び／又はＣ帯にあり、量子光信号の波長がＳ帯にあるので、古典的な光信号の帯域内の波長は、量子光信号の帯域内の波長より大きいことが分かり得る。そのため、量子光信号は、アンチストークス散乱領域にあってよいさらに、アンチストークス散乱領域の散乱強度が比較的低く、そのため、量子光信号におけるラマンノイズの影響を効果的に減らすことができ、古典的な光信号及び量子光信号のハイブリッド伝送が、１つの光ファイバを用いることにより行われる場合の量子光信号の品質が改善される。
【００３６】
さらに、量子光信号の波長がＳ帯にあり、Ｓ帯の光ファイバの減衰係数が比較的小さいので、比較的低い挿入損失を有するＳ帯において、量子光信号が伝送される場合の量子光信号の損失を減らすことができ、量子鍵伝送の安全距離が大きくなる。
【００３７】
さらに、古典的な光信号の波長はＬ帯及び／又はＣ帯にあり、一方、量子光信号の波長はＳ帯にある、言い換えれば、古典的な光信号の帯域及び量子光信号の帯域は２つの異なる帯域であり、古典的な光信号の波長と量子光信号の波長との間の距離を保証する。このように、古典的な光信号のリークに起因して量子光信号に生じる干渉を効果的に減らすことができ、古典的な光信号の伝送中に生成されるＦＷＭに起因して量子光信号に生じる干渉を効果的に減らすことができる。
【００３８】
任意選択で、送信装置により、処理対象の光信号及び量子光信号を結合して、結合された光信号を取得する段階は、送信装置により、光ファイバのＳ帯カプラを用いることにより、光ファイバ内の第１のサブ光ファイバにおいて伝送される処理対象の光信号及び光ファイバ内の第２のサブ光ファイバにおいて伝送される量子光信号を結合して、結合された光信号を取得する段階を含む。Ｓ帯カプラは、光ファイバカプラ、又は、Ｓ帯量子光信号及び処理対象の光信号の波長分割多重化装置であってよい。
【００３９】
任意選択で、送信装置により、処理対象の光信号を生成する段階は、送信装置により、古典的な光信号を生成する段階と、ＶＯＡを用いることにより、生成された古典的な光信号を減衰させて、処理対象の光信号を取得する段階とを含む。
【００４０】
任意選択で、処理対象の光信号は、監視光信号をさらに含み、監視光信号はＬ帯に属する。送信装置により、処理対象の光信号を生成する段階は、送信装置により、古典的な光信号及び監視光信号を生成する段階と、ＶＯＡを用いることにより、生成された古典的な光信号を減衰させて、減衰させた古典的な光信号を取得する段階と、送信装置により、Ｌ帯及びＣ帯マルチプレクサを用いることにより、減衰させた古典的な光信号及び監視光信号を結合して、処理対象の光信号を取得する段階とを含む。送信装置側において、ＶＯＡは、従来技術で一般的に用いられるＥＤＦＡを用いることなく、古典的な光信号を減衰させるために用いられる。このように、ＥＤＦＡにより引き起こされるＡＳＥノイズの、ＱＫＤチャネルに与える影響が取り除かれる。さらに、光ファイバ伝送は、損失が比較的少なく、そのため、メトロポリタンエリアネットワーク通信システムにおける古典的な光信号の光パワーに対する要件は比較的低い。この場合、古典的な光信号を減衰させるためにＶＯＡを用いることは、古典的な光信号のパワーが伝送要件を確実に満たすことができる。
【００４１】
任意選択で、異なる波長の複数の古典的な光サブ信号がある場合、送信装置により、古典的な光信号を生成する段階は、送信装置により、第１のカプラ又はマルチプレクサを用いることにより、複数の古典的な光サブ信号を結合して、古典的な光信号を取得する段階を含み、マルチプレクサは、
波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、マルチプレクサはＣ帯マルチプレクサである、波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、マルチプレクサはＬ帯マルチプレクサである、又は、波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号及び波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、マルチプレクサはＬ帯及びＣ帯マルチプレクサである、という条件のうちのいずれか１つを満たす。
【００４２】
任意選択で、異なる波長の複数の量子光サブ信号がある場合、送信装置により、量子光信号を生成する段階は、送信装置により、第２のカプラ又はＳ帯マルチプレクサを用いることにより、複数の量子光サブ信号を結合して、量子光信号を取得する段階を含む。
【００４３】
本発明の実施形態は、量子通信方法を提供し、量子通信方法は、
受信装置により、光ファイバを用いることにより送信装置により送信された結合された光信号を受信する段階であって、結合された光信号は、処理対象の光信号及び量子光信号を含み、量子光信号の波長はＳ帯にある、段階と、受信装置により、結合された光信号に基づいて、古典的な光信号及び量子光信号を決定する段階であって、処理対象の光信号は、少なくとも古典的な光信号を含み、古典的な光信号は、少なくとも１つの古典的な光サブ信号を含む、段階と
を含み、
古典的な光信号が１つの古典的な光サブ信号を含む場合、古典的な光サブ信号の波長はＣ帯又はＬ帯にあり、
古典的な光信号が複数の古典的な光サブ信号を含む場合、複数の古典的な光サブ信号は、波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、又は、波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号及び波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、という項目のうちのいずれか１つを満たす。
【００４４】
古典的な光信号の波長がＬ帯及び／又はＣ帯にあり、量子光信号の波長がＳ帯にあるので、古典的な光信号の帯域内の波長は、量子光信号の帯域内の波長より大きいことが分かり得る。そのため、量子光信号は、アンチストークス散乱領域にあってよいさらに、アンチストークス散乱領域の散乱強度が比較的低く、そのため、量子光信号におけるラマンノイズの影響を効果的に減らすことができ、古典的な光信号及び量子光信号のハイブリッド伝送が、１つの光ファイバを用いることにより行われる場合の量子光信号の品質が改善される。
【００４５】
さらに、量子光信号の波長がＳ帯にあり、Ｓ帯の光ファイバの減衰係数が比較的小さいので、比較的低い挿入損失を有するＳ帯において、量子光信号が伝送される場合の量子光信号の損失を減らすことができ、量子鍵伝送の安全距離が大きくなる。
【００４６】
さらに、古典的な光信号の波長はＬ帯及び／又はＣ帯にあり、一方、量子光信号の波長はＳ帯にある、言い換えれば、古典的な光信号の帯域及び量子光信号の帯域は２つの異なる帯域であり、古典的な光信号の波長と量子光信号の波長との間の距離を保証する。このように、古典的な光信号のリークに起因して量子光信号に生じる干渉を効果的に減らすことができ、古典的な光信号の伝送中に生成されるＦＷＭに起因して量子光信号に生じる干渉を効果的に減らすことができる。
【００４７】
任意選択で、受信装置により、結合された光信号に基づいて、古典的な光信号及び量子光信号を決定する段階は、受信装置により、光ファイバのＳ帯バンドパスフィルタを用いることにより、結合された光信号内の量子光信号を光ファイバ内の第４のサブ光ファイバに分離する段階と、光ファイバのＳ帯バンドパスフィルタを用いることにより、結合された光信号内の処理対象の光信号を、処理のために光ファイバ内の第３のサブ光ファイバに分離する段階と、処理対象の光信号から古典的な光信号を決定する段階とを含む。本発明の本実施形態において、Ｓ帯バンドパスフィルタは、結合された光信号内の量子光信号を光ファイバ内の第４のサブ光ファイバに分離し、結合された光信号内の処理対象の光信号を、処理のために光ファイバ内の第３のサブ光ファイバに分離してよく、それにより、１つの光ファイバを用いることにより、古典的な光信号及び量子光信号伝送するとともに、古典的な光信号及び量子光信号を別々に処理するという目的を達成する。さらに、本発明の本実施形態において、量子光信号は、ノイズ光子の影響を減らすべく、まず、Ｓ帯バンドパスフィルタを用いることによりフィルタリングされてよい。
【００４８】
任意選択で、量子光信号が１波長のみを有する場合、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６の帯域幅は、０．１ｎｍから５ｎｍである。実際の適用において、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６の帯域幅は０．６ｎｍであってよい。任意選択で、複数の量子光サブ信号がある場合、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６の帯域幅は、複数の量子光サブ信号の波長をカバーする必要がある、又は、Ｓ帯全体の波長範囲をカバーする必要がある。任意選択で、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６の帯域幅の範囲は、０．１ｎｍから７０ｎｍである。
【００４９】
任意選択で、受信装置により、処理対象の光信号から古典的な光信号を決定する段階は、受信装置により、ＯＡを用いることにより、処理対象の光信号を増幅させて、古典的な光信号を取得する段階を含む。ＯＡを用いることによる古典的な光信号の増幅が量子光信号に影響を与えることはない。さらに、古典的な光信号が、光ファイバを用いることにより伝送された後の損失を有するので、古典的な光信号は、ＯＡを用いることにより増幅させた後に処理され、古典的な光信号を処理するときの精度を向上させる。
【００５０】
任意選択で、処理対象の光信号は、監視光信号をさらに含み、監視光信号はＬ帯に属する。受信装置により、処理対象の光信号から古典的な光信号を決定する段階は、受信装置により、Ｌ帯及びＣ帯デマルチプレクサを用いることにより処理対象の光信号を逆多重化して、監視光信号及び逆多重化された光信号を取得する段階と、受信装置により、ＯＡを用いることにより、逆多重化された光信号を増幅させて、古典的な光信号を取得する段階とを含む。この場合、比較的長い距離をカバーする都市間量子通信が用いられる場合、光増幅局は、実際の伝送プロセスにおいて構成される。この場合、中間ノードが存在するので、第１の光監視チャネル２２０７により送信される監視光信号は、伝送線をモニタリングするために用いられる。第１に、これは、伝送セキュリティを改善する。第２に、これは、従来技術における監視チャネルのレイアウトとのより良い互換性がある。第３に、監視光信号がＬ帯に属し、監視光信号の帯域が量子光信号の帯域から比較的遠くに離れているので、監視光信号は、量子光信号に対するノイズ影響がほとんどない。
【００５１】
任意選択で、異なる波長の複数の古典的な光サブ信号がある場合、受信装置により、結合された光信号から古典的な光信号を決定する段階の後に、方法は、受信装置により、デマルチプレクサを用いることにより、古典的な光信号を逆多重化して、古典的な光信号に含まれる複数の古典的な光サブ信号を取得する段階をさらに含み、デマルチプレクサは、
波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、デマルチプレクサはＣ帯デマルチプレクサである、波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、デマルチプレクサはＬ帯デマルチプレクサである、又は、波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号及び波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、デマルチプレクサはＬ帯及びＣ帯デマルチプレクサである、という条件のうちのいずれか１つを満たす。
【００５２】
任意選択で、異なる波長の複数の量子光サブ信号がある場合、受信装置により、結合された光信号から量子光信号を決定する段階の後に、方法は、受信装置により、Ｓ帯デマルチプレクサを用いることにより量子光信号を逆多重化して、量子光信号に含まれる複数の量子光サブ信号を取得する段階をさらに含む。この場合、複数の古典的な光サブ信号は、複数の波長を用いることにより同時に受信されてよく、複数の古典的な光サブ信号が分離される。このように、より古典的な光サブ信号が同時に伝送されてよい。
【００５３】
任意選択で、Ｓ帯デマルチプレクサの各サブバンドの帯域幅の範囲は、０．１ｎｍから５ｎｍである。この場合、システムの安定性、Ｓ帯デマルチプレクサの挿入損失などのファクタが考慮されてよい。本発明の本実施形態において構成されるＳ帯デマルチプレクサの各サブバンドの帯域幅は、レーザの中心波長がＳ帯デマルチプレクサの波長範囲から容易にドリフトしないことを保証することができ、それにより、通信システムの安定性を保証する。さらに、Ｓ帯デマルチプレクサは、損失が比較的少なく、それにより、量子通信の安全距離を大きくする。第３に、Ｓ帯デマルチプレクサの各サブバンドの帯域幅は、比較的小さく、そのため、量子光信号検出器にリークするノイズ光子は多くはなく、それにより、量子鍵の最終的な鍵レートを改善する。
【００５４】
本発明の実施形態において、送信装置は、処理対象の光信号及び量子光信号を生成し、送信装置は、処理対象の光信号及び量子光信号を結合して、結合された光信号を取得し、送信装置は、光ファイバを用いることにより、結合された光信号を送信する。処理対象の光信号は、少なくとも古典的な光信号を含み、量子光信号の波長はＳ帯にあり、古典的な光信号は、少なくとも１つの古典的な光サブ信号を含む。古典的な光信号が１つの古典的な光サブ信号を含む場合、古典的な光サブ信号の波長は、Ｃ帯又はＬ帯にある。古典的な光信号が複数の古典的な光サブ信号を含む場合、波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号及び波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む。古典的な光信号の波長がＬ帯及び／又はＣ帯にあり、量子光信号の波長がＳ帯にあるので、古典的な光信号の帯域内の波長は、量子光信号の帯域内の波長より大きいことが分かり得る。そのため、量子光信号は、アンチストークス散乱領域にあってよいさらに、アンチストークス散乱領域の散乱強度が比較的低く、そのため、量子光信号におけるラマンノイズの影響を効果的に減らすことができ、古典的な光信号及び量子光信号のハイブリッド伝送が、１つの光ファイバを用いることにより行われる場合の量子光信号の品質が改善される。
【００５５】
さらに、量子光信号の波長がＳ帯にあり、Ｓ帯の光ファイバの減衰係数が比較的小さいので、比較的低い挿入損失を有するＳ帯において、量子光信号が伝送される場合の量子光信号の損失を減らすことができ、量子鍵伝送の安全距離が大きくなる。
【００５６】
さらに、古典的な光信号の波長はＬ帯及び／又はＣ帯にあり、一方、量子光信号の波長はＳ帯にある、言い換えれば、古典的な光信号の帯域及び量子光信号の帯域は２つの異なる帯域であり、古典的な光信号の波長と量子光信号の波長との間の距離を保証する。このように、古典的な光信号のリークに起因して量子光信号に生じる干渉を効果的に減らすことができ、古典的な光信号の伝送中に生成されるＦＷＭに起因して量子光信号に生じる干渉を効果的に減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
本発明の実施形態における技術的解決手段をより明確に説明すべく、以下では、実施形態を説明するために必要とされる添付の図面を簡潔に説明する。
【００５８】
【図１】本発明の実施形態に適用可能なシステムアーキテクチャの概略図である。
【００５９】
【図１ａ】本発明の実施形態に係る様々な帯域に対応する減衰係数の概略図の例を示す。
【００６０】
【図２】本発明の実施形態に係る量子通信方法の概略フローチャートである。
【００６１】
【図２ａ】本発明の実施形態に係る別の量子通信方法の概略フローチャートである。
【００６２】
【図２ｂ】量子光信号の波長が変化する場合に存在する、光ファイバ長とノイズ光子の数との間の対応関係についての概略図である。
【００６３】
【図２ｃ】本発明の実施形態に係る量子通信システムの概略構造図である。
【００６４】
【図２ｄ】本発明の実施形態に係る別の量子通信システムの概略構造図である。
【００６５】
【図２ｅ】本発明の実施形態に係る別の量子通信システムの概略構造図である。
【００６６】
【図２ｆ】本発明の実施形態に係る別の量子通信システムの概略構造図である。
【００６７】
【図３】本発明の実施形態に係る送信装置の概略構造図である。
【００６８】
【図４】本発明の実施形態に係る受信装置の概略構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００６９】
本発明の目的、技術的解決手段及び利点をより明確かつより分かり易くするために、以下ではさらに、添付の図面及び実施形態を参照して本発明を詳細に説明する。本明細書で説明される具体的な実施形態は、本発明を説明するために用いられるだけであり、本発明を限定することを意図するものでないことが理解されるべきである。
【００７０】
図１は、本発明の実施形態に適用可能なシステムアーキテクチャの概略図の例を示す。図１に示されるように、本発明の本実施形態に適用可能なシステムアーキテクチャは、送信装置１１０７及び受信装置１１０８を含む。本発明の本実施形態における送信装置１１０７及び受信装置１１０８は、２つのネットワークデバイス又は２つのユーザ機器に位置付けられ得る。あるいは、送信装置１１０７は、ネットワークデバイスに位置付けられ、受信装置１１０８は、ユーザ機器に位置付けられる。あるいは、送信装置は、ユーザ機器に位置付けられ、受信装置は、ネットワークデバイスに位置付けられる。任意選択で、ネットワークデバイスが送信機能及び受信機能の両方を有するように、１つの送信装置１１０７及び１つの受信装置１１０８は、通常、ネットワークデバイス内に配置される。他方の側におけるネットワークデバイスでも、１つの送信装置１１０７及び１つの受信装置１１０８が配置される。片側におけるネットワークデバイス内の送信装置１１０７及び他方の側におけるネットワークデバイス内の受信装置１１０８は、本発明の本実施形態における送信装置１１０７及び受信装置１１０８のペアである。片側におけるネットワークデバイス内の受信装置１１０８及び他方の側におけるネットワークデバイス内の送信装置１１０７は、本発明の本実施形態における送信装置１１０７及び受信装置１１０８の別のペアである。
【００７１】
ユーザ機器は、無線アクセスネットワーク（Ｒａｄｉｏ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｎｅｔｗｏｒｋ、略してＲＡＮ）を通じてして１又は複数のコアネットワークと通信してよい。端末デバイスは、ユーザ機器（Ｕｓｅｒ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ、略してＵＥ）、アクセス端末、ユーザユニット、加入者局、移動局、リモート局、リモート端末、モバイルデバイス、ユーザ端末、端末、無線通信装置、ユーザエージェント又はユーザ装置であってよい。アクセス端末は、携帯電話、コードレス電話、セッション開始プロトコル（Ｓｅｓｓｉｏｎ  Ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ、略してＳＩＰ）電話、ワイヤレスローカルループ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｌｏｃａｌ  Ｌｏｏｐ、略してＷＬＬ）局、パーソナルデジタルアシスタント（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ、略してＰＤＡ）、無線通信機能を有するハンドヘルドデバイス、無線モデムに接続されるコンピューティングデバイス又は別の処理デバイス、車載デバイス、ウェアラブルデバイス、将来の５Ｇネットワークにおける端末デバイスなどであってよい。
【００７２】
ネットワークデバイスは、端末デバイスと通信するように構成されるデバイスであってよく、例えば、ＧＳＭ（登録商標）又はＣＤＭＡシステムにおけるベーストランシーバ基地局（Ｂａｓｅ  Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ  Ｓｔａｔｉｏｎ、略してＢＴＳ）、ＷＣＤＭＡ（登録商標）システムにおけるノードＢ（ＮｏｄｅＢ、略してＮＢ）、ＬＴＥシステムにおける進化型ノードＢ（Ｅｖｏｌｖｅｄ  Ｎｏｄｅ  Ｂ、略してｅＮＢ又はｅＮｏｄｅＢ）であってよい。あるいは、ネットワークデバイスは、リレーノード、アクセスポイント、車載デバイス、ウェアラブルデバイス、将来の５Ｇネットワークにおけるネットワーク側デバイス、将来の進化型ＰＬＭＮネットワークにおけるネットワークデバイスなどであってよい。
【００７３】
本発明の本実施形態において、送信装置１１０７に含まれる古典的な光信号送信器２１０１は、古典的な光信号を生成するように構成され、送信装置１１０７に含まれる量子光信号送信器２１０３は、量子光信号を生成するように構成される。送信装置１１０７は、第１の結合ユニット１１０３を用いることにより、古典的な光信号及び量子光信号結合して、結合された光信号を取得する。送信装置１１０７は、光ファイバを用いることにより、結合された光信号を送信する。
【００７４】
受信装置１１０８は、光ファイバを用いることにより、結合された光信号を受信する。次に、第２の結合ユニット１１０４によるデカップリング処理を通じて、受信装置１１０８は、結合された光信号内の古典的な光信号を古典的な光信号受信器２１０２に分離し、結合された光信号内の量子光信号を量子光信号受信器２１０４に分離し、古典的な光信号及び量子光信号に対して対応する処理を実行する。
【００７５】
送信装置１１０７は、古典的な光信号及び量子光信号を送信し、量子光信号送信器２１０３により生成された量子光信号から量子鍵を決定する。送信装置１１０７は、量子鍵を用いて、サービス情報を暗号化し、さらに、古典的な光信号送信器２１０１を用いることにより、暗号化されたサービス情報を処理し、量子光信号送信器２１０３により送信された暗号化されたサービス情報及び次の量子光信号を伝送用の光ファイバに結合する。結合された光信号を受信した後に、受信装置１１０８は、結合された光信号内の古典的な光信号を古典的な光信号受信器２１０２に分離し、結合された光信号内の量子光信号を量子光信号受信器２１０４に分離する。受信装置１１０８は、量子光信号受信器２１０４により受信された量子光信号から量子鍵を決定し、量子鍵を用いて、古典的な光信号受信器２１０２により受信された古典的な光信号内の処理済みの暗号化された情報を復号して、サービス情報を復元する。
【００７６】
図１ａは、本発明の実施形態に係る様々な帯域に対応する減衰係数の概略図の例を示す。図１ａに示されるように、横座標は、ｎｍで測定された波長を表し、縦座標は、デシベル毎キロメートル（ｄＢ／ｋｍ）で測定された光ファイバの減衰係数を表す。全ての帯域に対応する波長範囲は互いに異なる。Ｌ帯の波長範囲は１５６５ｎｍから１６２５ｎｍであり、Ｃ帯の波長範囲は１５３０ｎｍから１５６５ｎｍであり、Ｓ帯の波長範囲は１４６０ｎｍから１５３０ｎｍであり、Ｅ帯の波長範囲は１３６０ｎｍから１４６０ｎｍであり、Ｏ帯の波長範囲は１２６０ｎｍから１３６０ｎｍである。図１ａに示されるように、Ｓ帯、Ｃ帯及びＥ帯の光ファイバの減衰係数は、他の帯域の光ファイバの減衰係数より小さい。そのため、Ｓ帯、Ｃ帯及びＥ帯での光信号伝送中における損失は比較的少ない。
【００７７】
前述の内容に基づいて、本発明の実施形態は、１つの光ファイバにおいて古典的な光信号及び量子光信号を伝送するという目的を達成すべく、量子通信スキームを提供する。
【００７８】
図２は、本発明の実施形態に係る量子通信方法の概略フローチャートの例を示す。
【００７９】
図１に示されるシステムアーキテクチャに基づいて、図２に示されるように、本発明の本実施形態に規定される送信装置１１０７側で実施される量子通信方法は、以下の段階を含む。
【００８０】
段階２０１、送信装置は、処理対象の光信号及び量子光信号を生成し、量子光信号の波長はＳ帯にある。
【００８１】
段階２０２、送信装置は、処理対象の光信号及び量子光信号を結合して、結合された光信号を取得する。
【００８２】
段階２０３、送信装置は、光ファイバを用いることにより、結合された光信号を送信する。
【００８３】
処理対象の光信号は、少なくとも古典的な光信号を含み、古典的な光信号は、少なくとも１つの古典的な光サブ信号を含む。古典的な光信号が１つの古典的な光サブ信号を含む場合、古典的な光サブ信号の波長はＣ帯又はＬ帯にある。古典的な光信号が複数の古典的な光サブ信号を含む場合、複数の古典的な光サブ信号は、波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、又は、波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号及び波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、という項目のうちのいずれか１つを満たす。
【００８４】
任意選択で、古典的な光信号が１つの古典的な光サブ信号を含む場合、古典的な光サブ信号は古典的な光信号であり、古典的な光信号が複数の古典的な光サブ信号を含む場合、複数の古典的な光サブ信号は、古典的な光信号を取得すべく多重化又は結合されてよい。
【００８５】
古典的な光信号の波長がＬ帯及び／又はＣ帯にあり、量子光信号の波長がＳ帯にあるので、古典的な光信号の帯域内の波長は、量子光信号の帯域内の波長より大きいことが分かり得る。そのため、量子光信号は、アンチストークス散乱領域にあってよいさらに、アンチストークス散乱領域の散乱強度が比較的低く、そのため、量子光信号におけるラマンノイズの影響を効果的に減らすことができ、古典的な光信号及び量子光信号のハイブリッド伝送が、１つの光ファイバを用いることにより行われる場合の量子光信号の品質が改善される。
【００８６】
さらに、量子光信号の波長がＳ帯にあり、Ｓ帯の光ファイバの減衰係数が比較的小さいので、比較的低い挿入損失を有するＳ帯において、量子光信号が伝送される場合の量子光信号の損失を減らすことができ、量子鍵伝送の安全距離が大きくなる。
【００８７】
さらに、古典的な光信号の波長はＬ帯及び／又はＣ帯にあり、一方、量子光信号の波長はＳ帯にある、言い換えれば、古典的な光信号の帯域及び量子光信号の帯域は２つの異なる帯域であり、古典的な光信号の波長と量子光信号の波長との間の距離を保証する。このように、古典的な光信号のリークに起因して量子光信号に生じる干渉を効果的に減らすことができ、古典的な光信号の伝送中に生成されるＦＷＭに起因して量子光信号に生じる干渉を効果的に減らすことができる。
【００８８】
任意選択で、図２ａは、本発明の実施形態に係る別の量子通信方法の概略フローチャートの例を示す。図２ａに示されるように、本発明の本実施形態において規定される受信装置１１０８側で実施される量子通信方法は、以下の段階を含む。
【００８９】
段階２００１、受信装置は、光ファイバを用いることにより、送信装置により送信された結合された光信号を受信し、結合された光信号は、処理対象の光信号及び量子光信号を含み、量子光信号の波長はＳ帯にある。
【００９０】
段階２００２、受信装置は、結合された光信号に基づいて、古典的な光信号及び量子光信号を決定する。
【００９１】
処理対象の光信号は、少なくとも古典的な光信号を含み、古典的な光信号は、少なくとも１つの古典的な光サブ信号を含む。古典的な光信号が１つの古典的な光サブ信号を含む場合、古典的な光サブ信号の波長は、Ｃ帯又はＬ帯にある。古典的な光信号が複数の古典的な光サブ信号を含む場合、複数の古典的な光サブ信号は、波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、又は、波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号及び波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、という項目のうちのいずれか１つを満たす。
【００９２】
任意選択で、古典的な光信号が１つの古典的な光サブ信号を含む場合、古典的な光サブ信号は、古典的な光信号であり、古典的な光信号が複数の古典的な光サブ信号を含む場合、複数の古典的な光サブ信号は、古典的な光信号を取得すべく多重化又は結合されてよい。
【００９３】
図１ａを参照すると、量子光信号の波長はＳ帯にあり、Ｓ帯は、比較的小さい光ファイバの減衰係数を有する帯域である。具体的には、従来技術におけるＯ帯での量子光信号の伝送と比較すると、Ｓ帯の光ファイバの減衰係数は、Ｏ帯の光ファイバの減衰係数より小さいので、Ｓ帯での量子光信号の伝送における損失がより低い。量子光信号がＳ帯で伝送されると、その結果、量子光信号の挿入損失が低減され、量子鍵伝送の安全距離が大きくなることが分かり得る。
【００９４】
具体的な実施の間、光ファイバにおいて、非弾性散乱がポンプ光子と光学フォノンとの間に発生した後に、自発ラマン散乱ＳＲＳノイズが生成される。非弾性散乱は、ストークス散乱及びアンチストークス散乱を含む。利得範囲は、３０ＴＨｚに達する。利得ピーク周波数オフセットは、約１３．２ＴＨｚであり、光パワーの増加と共に指数関数的に増加する。アンチストークス散乱の強度は、一般的に、ストークス散乱の強度より低い。
【００９５】
本発明の本実施形態における解決手段が使用されず、代わりに、量子光信号の波長が古典的な光信号の波長より大きく設定されると仮定した場合、量子光信号の波長は、古典的な光信号のストークス散乱領域あることになる。以下の解析は、古典的な光信号がＣ帯にあり、量子光信号がＬ帯にある例を用いることにより行われる。
【００９６】
古典的な光信号のパワーがＰ０である場合、古典的な光信号により引き起こされるラマンノイズの強度は、式（１）を用いることにより表されてよい。
式（１）
【数１】
2019524015.tif 000021
【００９７】
式（１）において、Ｓ（Ｌ）は、古典的な光信号のパワーがＰ０である場合の古典的な光信号により引き起こされるラマンノイズの強度を示し、
Ｐ０は、古典的な光信号のパワーを示し、
αＰは、古典的な光信号の光ファイバの減衰係数を示し、αｓは、量子光信号の光ファイバの減衰係数を示し、
βｓは、量子光信号に対応する自発ラマン係数を示し、
Ｌは、伝送距離を示す。
【００９８】
システム内に複数の古典的なチャネルがある場合、複数の古典的なチャネルにより引き起こされるラマンノイズの強度は、式（２）を用いることにより表されてよい。
式（２）
【数２】
2019524015.tif 000022
【００９９】
式（２）において、
Ｓ（Ｌ）は、複数の古典的なチャネルにより引き起こされるラマンノイズの強度を示し、Ｐ０ｉは、ｉ番目の古典的な光信号に対応する光パワーを示し、ここで、ｉの値の範囲は、［１、古典的な光信号の総数量］であり、
【数３】
2019524015.tif 000023
は、全ての古典的な光信号の平均光ファイバ減衰係数を示し、
αｓは、量子光信号の光ファイバの減衰係数を示し、
βｓｉは、ｉ番目の古典的な光信号に対応する量子光信号の自発ラマン係数を示し、
Ｌは、伝送距離を示す。
【０１００】
式（２）において、複数の古典的な光信号が考慮され、それぞれの古典的な光信号の減衰係数が変化し、そのため
【数４】
2019524015.tif 000024
は、平均光ファイバ減衰係数を表すことに用いられる。
【０１０１】
一般的に、以下では、１つの古典的な光信号のみがある場合に基づいて、解析が行われる。
【０１０２】
検出器の波長帯域幅がΔλである場合、対応するラマンノイズ強度は、式（３）を用いることにより表される。
ＰＳＲＳ＝Ｓ（Ｌ）×Δλ    式（３）
【０１０３】
式（３）において、ＰＳＲＳは、検出器の波長帯域幅がΔλである場合に得られた対応するラマンノイズ強度を示し、
Ｓ（Ｌ）は、式（１）における古典的な光信号のパワーがＰ０である場合の古典的な光信号により引き起こされたラマンノイズの強度を示す。
【０１０４】
単位時間あたり及び単位空間あたりのモードにおける光子の平均数が推定される前に、波長帯域幅Δλ及びタイムウィンドウΔｔ＝１秒以内のモードの総数量をまず決定する必要がある。周波数と波長との間の関係に基づいて、式（４）を得ることができる。
式（４）
【数５】
2019524015.tif 000025
【０１０５】
式（４）において、Ｎｍｏｄは、帯域幅Δλ内及びタイムウィンドウΔｔ＝１秒以内のモードの総数量を示し、
λは、量子光信号の波長を示し、ｃは、光の速度を示し、ｖは、量子光信号の周波数を示し、ここで、ｖ＝ｃ／λであり、
Δｔは、タイムウィンドウを示し、Δλは、波長帯域幅を示し、Δｖは、周波数帯域幅を示す。
【０１０６】
そのため、単位時間あたり、単位空間あたり及び単位偏光あたりのモードにおけるノイズ光子の平均数は、式（５）を用いることにより表される。
式（５）
【数６】
2019524015.tif 000026
【０１０７】
式（５）において、
＜ＮＳＲＳ＞は、単位時間あたり、単位空間あたり及び単位偏光あたりのモードにおけるノイズ光子の平均数を示し、
ＰＳＲＳは、式（３）における検出器の波長帯域幅がΔλである場合に得られる対応するラマンノイズ強度を示し、
Ｎｍｏｄは、式（４）における波長帯域幅Δλ内及びタイムウィンドウΔｔ＝１秒以内のモードの総数量を示し、
ｖは、量子光信号の周波数を示し、
ｈは、プランク定数を示し、
ηＤは、デマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）の伝送係数を示す。
【０１０８】
式（１）から式（４）におけるパラメータが式（５）に代入された後に、式（５）は、以下の式（６）に変換されてよい。
式（６）
【数７】
2019524015.tif 000027
【０１０９】
式（６）において、
＜ＮＳＲＳ＞は、単位時間あたり、単位空間あたり及び単位偏光あたりのモードにおけるノイズ光子の平均数を示し、
Ｐ０は、古典的な光信号のパワーを示し、
αＰは、古典的な光信号の光ファイバの減衰係数を示し、αｓは、量子光信号の光ファイバの減衰係数を示し、
βｓは、量子光信号に対応する自発ラマン係数を示し、
Ｌは、伝送距離を示し、
λは、量子光信号の波長を示し、ｃは、光の速度を示し、
ｈは、プランク定数を示し、
ηＤは、デマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）の伝送係数を示す。
【０１１０】
前述の式の導出に基づいて、古典的な光信号の波長がＣ帯の１５５０ｎｍに設定されると仮定した場合、古典的な光信号のパワーは、０ｄＢｍであり、検出器のゲート幅は１ｎｓであり、フィルタリング帯域幅は、７５ＧＨｚであり、デマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）の挿入損失は、１．５ｄＢであり、図２ｂは、量子光信号の波長が変化する場合に存在する、光ファイバ長とノイズ光子の数との間の対応関係の概略図の例を示す。図２ｂに示されるように、水平軸は、キロメートルで測定される光ファイバ長を示し、縦軸は、ナノ秒あたりのノイズ光子の数を示す（図中、ノイズ光子の数／ナノ秒として表される）。Ｌ帯の波長範囲が、１５６５ｎｍから１６２５ｎｍであり、Ｓ帯の波長範囲が１４６０ｎｍから１５３０ｎｍであるので、光ファイバ長が固定される場合、Ｌ帯におけるナノメートルあたりに生成されるラマンノイズ光子の平均数は、Ｓ帯におけるそれより大きいことが分かり得る。例えば、１４７０ｎｍの波長に対応するノイズ光子の数は、１６３０ｎｍの波長に対応するノイズ光子のたった約１０分の１である。言い換えれば、実際のシステムにおいて、古典的な光信号がＣ帯に属するときに、量子光信号がＬ帯で動作する場合、量子光信号は、非常に多数のラマンノイズ光子による影響を受ける。この場合、量子鍵を成功裏に送信する割合及び量子鍵伝送の安全距離が低減される。そのため、量子光信号がＬ帯で動作することは適切でない。
【０１１１】
図２ｂに示されるように、光ファイバ長が固定されている場合、量子光信号の波長が大きくなればなるほど、量子光信号に対応するノイズ光子の数が多くなることを示す。そのため、本発明の本実施形態において、量子光信号はＳ帯において伝送される。古典的な光信号が１つの古典的な光サブ信号を含む場合、古典的な光サブ信号の波長は、Ｃ帯又はＬ帯にある。古典的な光信号が複数の古典的な光サブ信号を含む場合、複数の古典的な光サブ信号は、以下の項目のうちのいずれか１つを満たす。
【０１１２】
波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む、又は、波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号及び波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む。任意選択で、古典的な光信号が１つの古典的な光サブ信号を含む場合、古典的な光サブ信号は、古典的な光信号であり、古典的な光信号が複数の古典的な光サブ信号を含む場合、複数の古典的な光サブ信号は、古典的な光信号を取得すべく多重化又は結合されてよい。言い換えれば、古典的な光信号に含まれる古典的な光サブ信号の波長は、１５３０ｎｍから１５６５ｎｍのＣ帯の波長範囲内にある、古典的な光信号に含まれる古典的な光サブ信号の波長は、１５６５ｎｍから１６２５ｎｍのＬ帯の波長範囲内にある、又は、古典的な光信号に含まれる古典的な光サブ信号の波長は、１５３０ｎｍから１６２５ｎｍのＬ帯及びＣ帯の波長範囲内にある。
【０１１３】
この場合、古典的な光信号の波長は、量子光信号の波長より大きくなり得、その結果、量子光信号がアンチストークス散乱領域にあり、それにより、量子光信号の波長に対応するラマンノイズ光子の数を減らす。具体的には、量子光信号がＬ帯にあるように構成される解決手段と比較すると、本発明の本実施形態では、量子光信号の波長がＳ帯にある場合、量子光信号に影響を与えるラマンノイズ光子の数が、１０倍近く減少する。言い換えれば、量子光信号の帯域がＬ帯に設定される解決手段と比較すると、本発明の本実施形態では、古典的な光信号の波長がＣ帯にあり、量子光信号の波長がＳ帯にあり、Ｃ帯にあるラマンノイズに抵抗する量子光信号の能力は１０倍に増加し、それにより、システムのビットエラーレートを減らし、さらに、量子鍵を成功裏に送信する割合を向上させることができる。任意選択で、量子光信号の波長の選択中に、ストークス散乱及びアンチストークス散乱の利得ピーク周波数オフセット（例えば、１３．２ＴＨｚ）を回避する必要がある。
【０１１４】
さらに、量子光信号の波長（例えば、１４７０ｎｍ）がＳ帯にあり、古典的な光信号により用いられるＣ帯及びＬ帯の波長から比較的遠くに離れている。言い換えれば、量子光信号の帯域及び古典的な光信号の帯域が異なる帯域であり、それにより、量子光信号がＦＷＭ及び増幅自然放出（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ、略してＡＳＥ）ノイズによる影響を的確に阻止し、システムのビットエラーレートを減らし、さらに、量子鍵を成功裏に送信する割合を向上させることができる。
【０１１５】
本発明の本実施形態において、同じ光ファイバにおける古典的な光信号及び量子光信号のハイブリッド伝送の実施中に、量子光信号の損失の低減が考慮されており、古典的な光信号により引き起こされるノイズ光子の量子光信号に対する影響も低減され、量子鍵伝送の安全距離がさらに大きくなることが前述の解析を通じて分かり得る。
【０１１６】
図２ｃは、本発明の実施形態に係る量子通信システムの概略構造図の例を示す。図２ｃに示されるように、送信装置１１０７は、Ｓ帯カプラ２１０５を含み、受信装置１１０８は、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６を含む。Ｓ帯カプラ２１０５は、図１の第１の結合ユニット１１０３であってよい。Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６は、図１の第２の結合ユニット１１０４であってよい。
【０１１７】
任意選択で、図２ｃに示されるように、送信装置１１０７が処理対象の光信号及び量子光信号を結合して、結合された光信号を取得することは、
送信装置１１０７が、光ファイバ２１０９のＳ帯カプラ２１０５を用いることにより、光ファイバ２１０９内の第１のサブ光ファイバ２１０７において伝送される処理対象の光信号及び光ファイバ２１０９内の第２のサブ光ファイバ２１０８において伝送される量子光信号を結合して、結合された光信号を取得することを含む。
【０１１８】
本発明の本実施形態において、Ｓ帯カプラ２１０５は、第１のサブ光ファイバ２１０７において伝送される処理対象の光信号及び光ファイバ２１０９内の第２のサブ光ファイバ２１０８において伝送されるＳ帯量子光信号を結合してよく、それにより、１つの光ファイバを用いることによって、古典的な光信号とＳ帯量子光信号とを伝送することについての目的を実現する。Ｓ帯カプラは、光ファイバカプラ、又は、Ｓ帯量子光信号及び処理対象の光信号の波長分割多重化装置であってよい。
【０１１９】
具体的な実施の間、量子光信号に対するノイズ光子の影響を減らすという性質は、最終的に量子光信号検出器にリークされるノイズ光子の数を減らしている。そのため、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６は、量子光信号の帯域の周囲のノイズ光子を効果的にフィルタするために用いられてよく、それにより、量子光信号検出器に最終的に到達するノイズ光子の数を減らすことができる。任意選択で、図２ｃに示されるように、受信装置１１０８が、結合された光信号から古典的な光信号及び量子光信号を決定することは、
受信装置１１０８が、光ファイバ２１０９のＳ帯バンドパスフィルタ２１０６を用いることにより、結合された光信号内の量子光信号を光ファイバ２１０９内の第４のサブ光ファイバ２１１１に分離し、光ファイバ２１０９のＳ帯バンドパスフィルタ２１０６を用いることにより、結合された光信号内の処理対象の光信号を、処理のために光ファイバ２１０９内の第３のサブ光ファイバ２１１０に分離し、処理対象の光信号から古典的な光信号を決定することを含む。
【０１２０】
本発明の本実施形態において、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６は、結合された光信号内の量子光信号を光ファイバ２１０９内の第４のサブ光ファイバ２１１１に分離し、結合された光信号内の処理対象の光信号を、処理のために光ファイバ２１０９内の第３のサブ光ファイバ２１１０に分離してよく、それにより、１つの光ファイバを用いることにより、古典的な光信号及び量子光信号を伝送するとともに、古典的な光信号及び量子光信号を別々に処理するという目的を達成する。さらに、本発明の本実施形態において、量子光信号は、ノイズ光子の影響を減らすべく、まず、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６を用いることによりフィルタリングされてよい。
【０１２１】
具体的な実施の間、量子光信号送信器２１０３により出力されたＳ帯量子光信号及び古典的な光信号を分離するためにＳ帯バンドパスフィルタ２１０６が用いられる場合、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６のフィルタリング帯域幅及び量子光信号を出力するレーザの安定性のバランスをとる必要がある。温度変化、大気変化、機械的振動又は磁場変化などの様々な不確実性の影響のために、実際には、量子光信号のレーザ周波数が明らかにドリフトされる。本発明の本実施形態におけるＳ帯バンドパスフィルタ２１０６は使用されないが、超狭帯域バンドパスフィルタが用いられる場合、量子光信号の中心波長は、超狭帯域バンドパスフィルタのフィルタリング範囲から容易にドリフトし得る。その結果、超狭帯域バンドパスフィルタは量子光信号もフィルタリングしてしまい、量子光信号を伝送することに失敗する原因となる。さらに、超狭帯域バンドパスフィルタは、損失が比較的高い。しかしながら、一方では、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６の帯域幅が比較的大きい場合、より多くのノイズ光子が量子光信号検出器にリークされ、それにより最終的な量子鍵の最終的な鍵レートに影響を与える。
【０１２２】
任意選択で、量子光信号が１波長のみを有する場合、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６の帯域幅は、０．１ｎｍから５ｎｍである。実際の適用において、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６の帯域幅は０．６ｎｍであってよい。任意選択で、複数の量子光サブ信号がある場合、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６の帯域幅は、複数の量子光サブ信号の波長をカバーする必要がある、又は、Ｓ帯全体の波長範囲をカバーする必要がある。任意選択で、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６の帯域幅の範囲は、０．１ｎｍから７０ｎｍである。
【０１２３】
この場合、システムの安定性、フィルタリング範囲及びＳ帯バンドパスフィルタ２１０６の挿入損失などのファクタが考慮されてよい。本発明の本実施形態において構成されるＳ帯バンドパスフィルタ２１０６の帯域幅は、レーザの中心波長がＳ帯バンドパスフィルタ２１０６のフィルタリング範囲から容易にドリフトしないことを保証することができ、それにより、通信システムの安定性を保証する。さらに、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６は、損失が比較的少なく、それにより、量子通信の安全距離を大きくする。第３に、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６の帯域幅は、比較的小さく、そのため、量子光信号検出器にリークされるノイズ光子は多くはなく、それにより、量子鍵の最終的な鍵レートを改善する。
【０１２４】
さらに、古典的な光信号及び量子光信号は、異なる帯域に属しており、互いに比較的遠くに離れているので、量子光信号に対して古典的な光信号により引き起こされるノイズ光子をフィルタリングするという目的を達成し、それにより、量子通信システムのコストを減らすには、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６が、かなり高い性能を有することが必要とされる。
【０１２５】
図２ｄは、本発明の実施形態に係る別の量子通信システムの概略構造図の例を示す。図２ｄに示されるように、任意選択で、送信装置１１０７が、処理対象の光信号を生成することは、送信装置１１０７が、古典的な光信号を生成し、ＶＯＡ２２０５を用いることにより、生成された古典的な光信号を減衰させて、処理対象の光信号を取得することを含む。
【０１２６】
送信装置１１０７側において、ＶＯＡ２２０５は、従来技術で一般的に用いられるＥＤＦＡを用いることなく、古典的な光信号を減衰させるために用いられる。このように、ＥＤＦＡにより引き起こされるＡＳＥノイズの、ＱＫＤチャネルに与える影響が取り除かれる。さらに、光ファイバ伝送は、損失が比較的少なく、そのため、メトロポリタンエリアネットワーク通信システムにおける古典的な光信号の光パワーに対する要件は比較的低い。この場合、古典的な光信号を減衰させるためにＶＯＡ２２０５を用いることは、古典的な光信号のパワーが伝送要件を確実に満たすことができる。
【０１２７】
任意選択で、受信装置１１０８が、処理対象の光信号から古典的な光信号を決定することは、受信装置１１０８が、ＯＡ２３０５を用いることにより、処理対象の光信号を増幅させて、古典的な光信号を取得することを含む。具体的には、量子光信号から古典的な光信号を分離させた後に、受信装置１１０８は、量子光信号に影響を与えることなく、ＯＡを用いることにより、古典的な光信号を増幅させる。さらに、古典的な光信号は、光ファイバを用いることにより伝送された後の損失があるので、ＯＡを用いることにより増幅された後に、古典的な光信号が処理されることで、古典的な光信号を処理するときの精度を向上させる。
【０１２８】
図２ｅは、本発明の実施形態に係る別の量子通信システムの概略構造図の例を示す。図２ｅに示されるように、古典的な光信号送信器２１０１は、Ｌ帯及びＣ帯マルチプレクサ２２０６を用いることにより、第１のサブ光ファイバ２１０７への伝送のために、第１の光監視チャネル２２０７により生成された古典的な光信号及び監視光信号を結合する。任意選択で、本発明の本実施形態におけるデマルチプレクサ及びマルチプレクサは、波長分割多重化システムに基づいている。言い換えれば、量子光信号送信器２１０３は、本発明の本実施形態において、従来技術のＷＤＭシステム（プライマリチャネル＋監視チャネル）に追加される。任意選択で、図２ｅに示されるように、送信装置１１０７側において、処理対象の光信号は、監視光信号をさらに含み、監視光信号はＬ帯に属する。
【０１２９】
送信装置１１０７が、処理対象の光信号を生成することは、
送信装置１１０７が、古典的な光信号及び監視光信号を生成すること、及び、ＶＯＡを用いることにより、生成された古典的な光信号を減衰させて、減衰させた古典的な光信号を取得することと、
送信装置１１０７が、Ｌ帯及びＣ帯マルチプレクサ２２０６を用いることにより、減衰させた古典的な光信号及び監視光信号を結合して、処理対象の光信号を取得することと
を含む。
【０１３０】
この場合、比較的長い距離をカバーする都市間量子通信が用いられる場合、光増幅局は、実際の伝送プロセスにおいて構成される。この場合、中間ノードが存在するので、第１の光監視チャネル２２０７により送信される監視光信号は、伝送線をモニタリングするために用いられる。第１に、これは、伝送セキュリティを改善する。第２に、これは、従来技術における監視チャネルのレイアウトとのより良い互換性がある。第３に、監視光信号がＬ帯に属し、監視光信号の帯域が量子光信号の帯域から比較的遠くに離れているので、監視光信号は、量子光信号に対するノイズ影響がほとんどない。
【０１３１】
任意選択で、図２ｅに示されるように、受信装置１１０８側において、処理対象の光信号は、監視光信号をさらに含み、監視光信号はＬ帯に属する。
【０１３２】
受信装置１１０８が処理対象の光信号から古典的な光信号を決定することは、
受信装置１１０８が、Ｌ帯及びＣ帯デマルチプレクサ２３０６を用いることにより、処理対象の光信号を逆多重化して、監視光信号及び逆多重化された光信号を取得すること、及び、受信装置１１０８が、ＯＡを用いることにより、逆多重化された光信号を増幅させて、古典的な光信号を取得することを含む。
【０１３３】
この場合、比較的長い距離をカバーする都市間量子通信が用いられる場合、光増幅局は、実際の伝送プロセスにおいて構成される。この場合、中間ノードが存在するので、第２の光監視チャネル２３０７により受信される監視光信号は、伝送線をモニタリングするために用いられる。第１に、これは伝送セキュリティを改善する。第２に、これは、従来技術における監視チャネルのレイアウトとのより良い互換性がある。第３に、監視光信号がＬ帯に属し、監視光信号の帯域が量子光信号の帯域から比較的遠くに離れているので、監視光信号は、量子光信号に対するノイズ影響がほとんどない。第４に、古典的な光信号及び監視光信号の成功した分割が実施され、その結果、古典的な光信号及び監視光信号は、別々に処理され、それらの各機能を実施する。
【０１３４】
図２ｆは、本発明の実施形態に係る別の量子通信システムの概略構造図の例を示す。図２ｆに示されるように、任意選択で、送信装置１１０７側において、異なる波長の複数の古典的な光サブ信号がある場合、送信装置１１０７が古典的な光信号を生成することは、送信装置１１０７が、第１のカプラ又はマルチプレクサ２２０４を用いることにより、複数の古典的な光サブ信号を結合して、古典的な光信号を取得することを含む。マルチプレクサ２２０４は、
波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、マルチプレクサ２２０４はＣ帯マルチプレクサである、
波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、マルチプレクサ２２０４はＬ帯マルチプレクサである、又は、
波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号及び波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、マルチプレクサ２２０４はＬ帯及びＣ帯マルチプレクサである、
という条件のうちのいずれか１つを満たす。
【０１３５】
任意選択で、送信装置１１０７は、第１のカプラ又はマルチプレクサ２２０４を用いることにより、複数の古典的な光サブ信号を結合して、古典的な光信号を取得する。このように、通信システムは、さらに簡略化され、かつ、動作を容易にすることができ、システムにおける挿入損失がさらに低減される。
【０１３６】
この場合、図２ｆ中の古典的な光サブ信号２２０１、古典的な光サブ信号２２０２及び古典的な光サブ信号２２０３などの複数の古典的な光サブ信号は、複数の波長を用いることにより同時に送信されてよい。複数の古典的な光サブ信号は、第１のカプラ又はマルチプレクサ２２０４を用いることにより結合され、結合された光信号は、光ファイバを用いることにより伝送される。このように、より古典的な光サブ信号が同時に伝送されてよい。本発明の本実施形態において、古典的な情報は、ネゴシエーション情報、サービス情報及び同期クロック信号のうちの任意の１つ又は複数であってよく、各古典的な光サブ信号は、ネゴシエーション情報、サービス情報及び同期クロック信号のうちの任意の１つ又は複数であってもよい。具体的には、例えば、古典的な光サブ信号は、量子鍵、又は、量子鍵を用いることにより暗号化されたサービス情報をネゴシエートすべく、受信装置及び送信装置により用いられるネゴシエーション情報であってよい。
【０１３７】
任意選択で、受信装置１１０８側において、異なる波長の複数の古典的な光サブ信号がある場合、受信装置１１０８が、結合された光信号から古典的な光信号を決定した後に、受信装置１１０８は、デマルチプレクサ２３０４を用いることにより、古典的な光信号を逆多重化して、古典的な光信号に含まれる複数の古典的な光サブ信号を取得する。デマルチプレクサは、
波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、デマルチプレクサはＣ帯デマルチプレクサである、
波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、デマルチプレクサはＬ帯デマルチプレクサである、又は、
波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号及び波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、デマルチプレクサはＬ帯及びＣ帯デマルチプレクサである、
という条件のうちのいずれか１つを満たす。
【０１３８】
この場合、図２ｆ中の古典的な光サブ信号２３０１、古典的な光サブ信号２３０２及び古典的な光サブ信号２３０３などの複数の古典的な光サブ信号は、複数の波長を用いることにより同時に受信され得る。複数の古典的な光サブ信号は、デマルチプレクサ２３０４を用いることにより分離される。このように、より多くの古典的な光サブ信号が同時に伝送され得る。
【０１３９】
図２ｆに示されるように、任意選択で、送信装置１１０７側において、異なる波長の複数の量子光サブ信号がある場合、送信装置１１０７が量子光信号を生成することは、送信装置１１０７が、第２のカプラ又はＳ帯マルチプレクサ２４０４を用いることにより複数の量子光サブ信号を結合して、量子光信号を取得することを含む。
【０１４０】
任意選択で、送信装置１１０７は、第２のカプラを用いることにより、図２ｆにおける量子光サブ信号２４０１、量子光サブ信号２４０２及び量子光サブ信号２４０３などの複数の量子光サブ信号を結合して、量子光信号を取得する。このように、通信システムは、さらに簡略化され、かつ、動作を容易にすることができ、システムにおける挿入損失がさらに低減される。本発明の本実施形態において、量子光信号は、量子状態が情報キャリアである光信号であってよく、例えば、一群の乱数であってよい。一群の乱数は、最終的な量子鍵を生成することに用いられてよい。本発明の本実施形態において、各量子光サブ信号は、量子状態が情報キャリアである光信号であってよい。例えば、量子光サブ信号は、一群の乱数であってよく、一群の乱数は、最終的な量子鍵を生成することに用いられてよい。
【０１４１】
量子光信号が別々に伝送される解決手段と比較して、１つの光ファイバにおける量子光信号及び古典的な光信号のハイブリッド伝送は、量子光信号に対する特定のノイズ影響を必然的に引き起こし、量子鍵の発生率を減らす。量子鍵の発生率をさらに改善すべく、本発明の本実施形態では、複数の波長が複数の量子光サブ信号を同時に伝送するために用いられ、それにより、量子光サブ信号の伝送レートを向上させ、量子鍵の発生率を改善する。このように、より多くの古典的な光信号を暗号化することができ、量子通信の通信効率を向上させる。
【０１４２】
図２ｆに示されるように、任意選択で、受信装置１１０８側において、異なる波長の複数の量子光サブ信号がある場合、受信装置１１０８が、結合された光信号から量子光信号を決定した後に、受信装置１１０８は、Ｓ帯デマルチプレクサ２５０４を用いることにより、量子光信号を逆多重化して、例えば、図２ｆ中の量子光サブ信号２５０１、量子光サブ信号２５０２及び量子光サブ信号２５０３などの量子光信号に含まれる複数の量子光サブ信号を取得する。
【０１４３】
量子光信号が別々に伝送される解決手段と比較して、１つの光ファイバにおける量子光信号及び古典的な光信号のハイブリッド伝送は、量子光信号に対する特定のノイズ影響を必然的に引き起こし、量子鍵の発生率を減らす。量子鍵の発生率をさらに改善すべく、本発明の本実施形態では、複数の波長が複数の量子光サブ信号を同時に伝送するために用いられ、それにより、量子光サブ信号の伝送レートを改善し、量子鍵の発生率を改善する。このように、より多くの古典的な光信号を暗号化することができ、量子通信の通信効率を改善する。
【０１４４】
具体的な実施の間、Ｓ帯デマルチプレクサ２５０４が量子光信号を逆多重化するために用いられる場合、Ｓ帯デマルチプレクサ２５０４の各サブバンドの帯域幅と量子光信号を出力するレーザの安定性とのバランスをとる必要がある。温度変化、大気変化、機械的振動又は磁場変化などの様々な不確実性の影響のために、実際には、量子光信号のレーザ周波数が明らかにドリフトされる。本発明の本実施形態におけるＳ帯デマルチプレクサ２５０４は使用されないが、超狭帯域バンドパスフィルタが用いられる場合、量子光信号の中心波長は、超狭帯域バンドパスフィルタのフィルタリング範囲から容易にドリフトし得る。その結果、超狭帯域バンドパスフィルタは量子光信号もフィルタリングしてしまい、量子光信号を伝送することに失敗する原因となる。さらに、超狭帯域バンドパスフィルタは、損失が比較的高い。しかしながら、一方では、Ｓ帯デマルチプレクサ２５０４の各サブバンドの帯域幅が比較的大きい場合、より多くのノイズ光子が量子光信号検出器にリークされ、それにより、最終的な量子鍵の最終的な鍵レートに影響を与える。任意選択で、Ｓ帯デマルチプレクサ２５０４の各サブバンドの帯域幅の範囲は、０．１ｎｍから５ｎｍである。実際の適用において、Ｓ帯デマルチプレクサ２５０４の各サブバンドの帯域幅は０．６ｎｍであってよい。この場合、システムの安定性、波長範囲及びＳ帯デマルチプレクサ２５０４の挿入損失などのファクタが考慮されてよい。本発明の本実施形態において構成されるＳ帯デマルチプレクサ２５０４の各サブバンドの帯域幅は、レーザの中心波長がＳ帯デマルチプレクサ２５０４の波長範囲から容易にドリフトしないことを保証することができ、それにより、通信システムの安定性を保証する。さらに、Ｓ帯デマルチプレクサ２５０４は、損失が比較的少なく、それにより、量子通信の安全距離を大きくする。第３に、Ｓ帯デマルチプレクサ２５０４の各サブバンドの帯域幅は、比較的小さく、そのため、量子光信号検出器にリークされるノイズ光子は多くはなく、それにより、量子鍵の最終的な鍵レートを改善する。
【０１４５】
前述の説明に基づいて、本発明の本実施形態をより明確に説明すべく、以下では、一例として、図２ｆを用いることにより、本発明の本実施形態を詳細に説明する。
【０１４６】
図２ｆに示されるように、送信装置１１０７側である。
【０１４７】
任意選択で、異なる波長の複数の古典的な光サブ信号がある場合、複数の古典的な光サブ信号は、古典的な光信号を取得すべく、第１のカプラ又はマルチプレクサ２２０４を用いることにより結合される。古典的な光信号は、減衰させた古典的な光信号を取得すべく、可変光減衰器２２０５を用いることにより減衰される。第１の光監視チャネル２２０７は、監視光信号を生成する。Ｌ帯及びＣ帯マルチプレクサ２２０６は、減衰させた古典的な光信号及び監視光信号を結合して、処理対象の光信号を取得し、第１のサブ光ファイバ２１０７において処理対象の光信号を伝送する。
【０１４８】
任意選択で、異なる波長の複数の量子光サブ信号がある場合、複数の量子光サブ信号は、量子光信号を取得すべく、第２のカプラ又はＳ帯マルチプレクサ２４０４を用いることにより結合される。量子光信号は、第２のサブ光ファイバ２１０８において伝送される。
【０１４９】
送信装置１１０７は、光ファイバ２１０９のＳ帯カプラ２１０５を用いて、光ファイバ２１０９内の第１のサブ光ファイバ２１０７において伝送される処理対象の光信号及び光ファイバ２１０９内の第２のサブ光ファイバ２１０８において伝送される量子光信号を結合して、結合された光信号を取得する。
【０１５０】
送信装置１１０７は、光ファイバを用いることにより、結合された光信号を送信する。
【０１５１】
受信装置１１０８側：
【０１５２】
受信装置１１０８は、光ファイバを用いることにより、結合された光信号を受信する。
【０１５３】
光ファイバ２１０９のＳ帯バンドパスフィルタ２１０６を用いることにより、受信装置１１０８は、結合された光信号内の量子光信号を光ファイバ２１０９内の第４のサブ光ファイバ２１１１に分離し、結合された光信号内の処理対象の光信号を、処理のために光ファイバ２１０９内の第３のサブ光ファイバ２１１０に分離する。
【０１５４】
受信装置１１０８は、Ｌ帯及びＣ帯デマルチプレクサ２３０６を用いることにより、処理対象の光信号を逆多重化して、監視光信号及び逆多重化された光信号を取得する。
【０１５５】
受信装置１１０８は、ＯＡを用いることにより、逆多重化された光信号を増幅させて、古典的な光信号を取得する。
【０１５６】
受信装置１１０８は、Ｓ帯デマルチプレクサ２５０４を用いることにより、量子光信号を逆多重化して、量子光信号に含まれる複数の量子光サブ信号を取得する。
【０１５７】
受信装置１１０８及び送信装置１１０７は、さらに、古典的な光信号に基づいて、受信装置１１０８及び送信装置１１０７により受信した量子鍵、量子光信号又は監視光信号を決定する。次に、送信装置１１０７は、量子鍵を用いることにより、サービス情報を暗号化し、暗号化されたサービス情報を受信装置１１０８に送信し、受信装置１１０８は、決定された量子鍵を用いることにより、暗号化されたサービス情報を復号して、サービス情報を取得する。
【０１５８】
古典的な光信号の波長がＬ帯及び／又はＣ帯にあり、量子光信号の波長がＳ帯にあるので、古典的な光信号の帯域内の波長は、量子光信号の帯域内の波長より大きいことが、前述の内容から分かり得る。そのため、量子光信号は、アンチストークス散乱領域にあってよいさらに、アンチストークス散乱領域の散乱強度が比較的低く、そのため、量子光信号におけるラマンノイズの影響を効果的に減らすことができ、古典的な光信号及び量子光信号のハイブリッド伝送が、１つの光ファイバを用いることにより行われる場合の量子光信号の品質が改善される。
【０１５９】
図３は、本発明の実施形態に係る量子通信用の送信装置１１０７の概略構造図の例を示す。
【０１６０】
同じ概念に基づいて、本発明の本実施形態は、量子通信用の送信装置１１０７を提供する。図３に示されるように、送信装置１１０７は、古典的な光信号送信器２１０１、量子光信号送信器２１０３、第１の結合ユニット１１０３及び送信ユニット３１０１を含む。
【０１６１】
古典的な光信号送信器２１０１は、処理対象の光信号を生成するように構成される。
【０１６２】
量子光信号送信器２１０３は、量子光信号を生成するように構成される。処理対象の光信号は、少なくとも古典的な光信号を含み、量子光信号の波長はＳ帯にある。
【０１６３】
第１の結合ユニット１１０３は、処理対象の光信号及び量子光信号結合して、結合された光信号を取得するように構成される。
【０１６４】
送信ユニット３１０１は、光ファイバを用いることにより、結合された光信号を送信するように構成される。
【０１６５】
任意選択で、古典的な光信号の波長は、Ｃ帯、Ｌ帯、又はＬ帯及びＣ帯のうちのいずれか１つの帯域にある。
【０１６６】
任意選択で、第１の結合ユニット１１０３は、具体的には、
光ファイバ２１０９のＳ帯カプラ２１０５を用いて、光ファイバ２１０９内の第１のサブ光ファイバ２１０７において伝送される処理対象の光信号及び光ファイバ２１０９内の第２のサブ光ファイバ２１０８において伝送される量子光信号を結合して、結合された光信号を取得するように構成される。
【０１６７】
任意選択で、古典的な光信号送信器２１０１は、具体的には、
古典的な光信号を生成し、
ＶＯＡを用いることにより、生成された古典的な光信号を減衰させて、処理対象の光信号を取得する
ように構成される。
【０１６８】
任意選択で、処理対象の光信号は、監視光信号をさらに含み、監視光信号はＬ帯に属する。
【０１６９】
古典的な光信号送信器２１０１は、具体的には、
古典的な光信号及び監視光信号を生成し、
ＶＯＡを用いることにより、生成された古典的な光信号を減衰させて、減衰させた古典的な光信号を取得し、
Ｌ帯及びＣ帯マルチプレクサ２２０６を用いることにより、減衰させた古典的な光信号及び監視光信号を結合して、処理対象の光信号を取得する
ように構成される。
【０１７０】
任意選択で、異なる波長の複数の古典的な光サブ信号がある場合、古典的な光信号送信器２１０１は、具体的に、
第１のカプラ又はマルチプレクサ２２０４を用いることにより、複数の古典的な光サブ信号を結合して、古典的な光信号を取得するように構成され、マルチプレクサは、
波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、マルチプレクサはＣ帯マルチプレクサである、
波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、マルチプレクサはＬ帯マルチプレクサである、又は、
波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号及び波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、マルチプレクサはＬ帯及びＣ帯マルチプレクサである、
という条件のうちのいずれか１つを満たす。
【０１７１】
任意選択で、異なる波長の複数の量子光サブ信号がある場合、
量子光信号送信器２１０３は、具体的には、
第２のカプラ又はＳ帯マルチプレクサ２４０４を用いることにより、複数の量子光サブ信号を結合して、量子光信号を取得するように構成される。
【０１７２】
本発明の本実施形態において、古典的な光信号の波長がＬ帯及び／又はＣ帯にあり、量子光信号の波長がＳ帯にあるので、古典的な光信号の帯域内の波長は、量子光信号の帯域内の波長より大きいことが前述の内容から分かり得る。そのため、量子光信号は、アンチストークス散乱領域にあってよいさらに、アンチストークス散乱領域の散乱強度が比較的低く、そのため、量子光信号におけるラマンノイズの影響を効果的に減らすことができ、古典的な光信号及び量子光信号のハイブリッド伝送が、１つの光ファイバを用いることにより行われる場合の量子光信号の品質が改善される。
【０１７３】
図４は、本発明の実施形態に係る量子通信用の受信装置１１０８の概略構造図の例を示す。
【０１７４】
同じ概念に基づいて、本発明の本実施形態は、量子通信用の受信装置１１０８を提供する。図４に示されるように、受信装置１１０８は、古典的な光信号受信器２１０２、量子光信号受信器２１０４、第２の結合ユニット１１０４及び受信ユニット４１０１を含む。
【０１７５】
受信ユニット４１０１は、光ファイバを用いることにより、送信装置１１０７により送信された結合された光信号を受信するように構成され、結合された光信号は、処理対象の光信号及び量子光信号を含み、処理対象の光信号は、少なくとも古典的な光信号を含み、量子光信号の波長はＳ帯にある。
【０１７６】
第２の結合ユニット１１０４は、結合された光信号から処理対象の光信号及び量子光信号を決定するように構成される。
【０１７７】
古典的な光信号受信器２１０２は、第２の結合ユニット１１０４により出力された処理対象の光信号を受信し、処理対象の光信号から古典的な光信号を決定するように構成される。
【０１７８】
量子光信号受信器２１０４は、第２の結合ユニット１１０４により出力された量子光信号を受信して処理するように構成される。
【０１７９】
任意選択で、古典的な光信号の波長は、Ｃ帯、Ｌ帯、又はＬ帯及びＣ帯のうちのいずれか１つの帯域にある。
【０１８０】
任意選択で、第２の結合ユニット１１０４は、具体的には、
光ファイバ２１０９のＳ帯バンドパスフィルタ２１０６を用いることにより、結合された光信号内の量子光信号を光ファイバ２１０９内の第４のサブ光ファイバ２１１１に分離し、光ファイバ２１０９のＳ帯バンドパスフィルタ２１０６を用いることにより、結合された光信号内の処理対象の光信号を、処理のために光ファイバ２１０９内の第３のサブ光ファイバ２１１０に分離し、処理対象の光信号から古典的な光信号を決定するように構成される。
【０１８１】
任意選択で、Ｓ帯バンドパスフィルタ２１０６の帯域幅の範囲は、０．１ｎｍから７０ｎｍである。
【０１８２】
任意選択で、古典的な光信号受信器２１０２は、具体的には、
ＯＡを用いることにより、処理対象の光信号を増幅させて、古典的な光信号を取得するように構成される。
【０１８３】
任意選択で、処理対象の光信号は、監視光信号をさらに含み、監視光信号はＬ帯に属する。
【０１８４】
古典的な光信号受信器２１０２は、具体的には、
Ｌ帯及びＣ帯デマルチプレクサ２３０６を用いることにより、処理対象の光信号を逆多重化して、監視光信号及び逆多重化された光信号を取得し、
ＯＡを用いることにより、逆多重化された光信号を増幅させて、古典的な光信号を取得する
ように構成される。
【０１８５】
任意選択で、異なる波長の複数の古典的な光サブ信号がある場合、古典的な光信号受信器２１０２は、さらに、
デマルチプレクサ２３０４を用いることにより、古典的な光信号を逆多重化して、古典的な光信号に含まれる複数の古典的な光サブ信号を取得するように構成され、デマルチプレクサは、
波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、デマルチプレクサはＣ帯デマルチプレクサである、
波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、デマルチプレクサはＬ帯デマルチプレクサである、又は、
波長がＣ帯にある古典的な光サブ信号及び波長がＬ帯にある古典的な光サブ信号を、複数の古典的な光サブ信号が含む場合、デマルチプレクサはＬ帯及びＣ帯デマルチプレクサである、という条件のうちのいずれか１つを満たす。
【０１８６】
任意選択で、異なる波長の複数の量子光サブ信号がある場合、
量子光信号受信器２１０４は、さらに、
Ｓ帯デマルチプレクサ２５０４を用いることにより量子光信号を逆多重化して、量子光信号に含まれる複数の量子光サブ信号を取得するように構成される。
【０１８７】
任意選択で、Ｓ帯デマルチプレクサの各サブバンドの帯域幅の範囲は、０．１ｎｍから５ｎｍである。
【０１８８】
古典的な光信号の波長がＬ帯及び／又はＣ帯にあり、量子光信号の波長がＳ帯にあるので、古典的な光信号の帯域内の波長は、量子光信号の帯域内の波長より大きいことが、前述の内容から分かり得る。そのため、量子光信号は、アンチストークス散乱領域にあってよいさらに、アンチストークス散乱領域の散乱強度が比較的低く、そのため、量子光信号におけるラマンノイズの影響を効果的に減らすことができ、古典的な光信号及び量子光信号のハイブリッド伝送が、１つの光ファイバを用いることにより行われる場合の量子光信号の品質が改善される。
【０１８９】
当業者であれば、本発明の実施形態が、方法又はコンピュータプログラム製品として規定され得ることを理解するはずである。そのため、本発明は、ハードウェアのみ実施形態、ソフトウェアのみの実施形態又はソフトウェア及びハードウェアの組み合わせを用いた実施形態の形式を用いてよい。さらに、本発明は、コンピュータ利用可能プログラムコードを含む１又は複数のコンピュータ利用可能記憶媒体（限定されるものではないが、ディスクメモリ、ＣＤ‐ＲＯＭ、光メモリなどを含む）に実装されるコンピュータプログラム製品の形式を用いてよい。
【０１９０】
本発明は、本発明の実施形態に係る方法、デバイス（システム）及びコンピュータプログラム製品についてのフローチャート及び／又はブロック図を関連して説明されている。コンピュータプログラム命令は、フローチャート及び／又はブロック図における各プロセス及び／又は各ブロック、並びに、フローチャート及び／又はブロック図におけるプロセス及び／又はブロックの組み合わせを実装するために用いられ得ることが理解されるべきである。これらのコンピュータプログラム命令は、マシンを生成する汎用コンピュータ、専用コンピュータ、組み込みプロセッサ、又は、任意の他のプログラム可能なデータ処理デバイスのプロセッサに対して規定されてよく、その結果、コンピュータ又は任意の他のプログラム可能なデータ処理デバイスのプロセッサにより実行される命令は、フローチャートにおける１又は複数のプロセス及び／又はブロック図における１又は複数のブロックにおける特定の機能を実施するための装置を生成する。
【０１９１】
これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ又は任意の他のプログラム可能なデータ処理デバイスに命令して、特定の方式で動作させることができるコンピュータ可読メモリに代替的に格納されてよく、その結果、コンピュータ可読メモリに格納される命令は、命令装置を含むアーチファクトを生成する。命令装置は、フローチャート内の１又は複数のプロセス及び／又はブロック図内の１又は複数のブロックにおける特定の機能を実装する。
【０１９２】
これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ又は別のプログラマブルデータ処理デバイスに代替的にロードされてよく、その結果、一連のオペレーション及び段階が、コンピュータ又は別のプログラム可能デバイス上で実行され、それにより、コンピュータ実装処理を生成する。そのため、コンピュータ又は別のプログラム可能デバイス上で実行される命令は、フローチャート内の１又は複数のプロセス及び／又はブロック図内の１又は複数のブロックにおける特定の機能を実施するための段階を規定する。
【０１９３】
本発明のいくつかの実施形態が説明されてきたが、当業者は、基本的な発明のコンセプトを習得すると、これらの実施形態に対する変更及び修正を加えることができる。そのため、以下の特許請求の範囲では、実施形態と、本発明の範囲内に含まれる全ての変更及び修正とをカバーするものとして解釈されることが意図されている。
【０１９４】
当業者であれば、本発明の主旨及び範囲から逸脱することなく、本発明に対する様々な修正及び変形を加えることができることが明らかである。以下の特許請求の範囲及びこれらの均等な技術により定義される保護の範囲に含まれるならば、本発明は、これらの修正及び変形をカバーすることが意図される。
【国際調査報告】
2019524015.tif 000028
2019524015.tif 000029
2019524015.tif 000030
2019524015.tif 000031