(57)【要約】【課題】単一光子の検出確率を正確に設定する。【解決手段】波高分布における任意の値のしきい値に対応する第１の検出確率とカウンタによる検出確率とをカウンタに対して任意の値のしきい値に固定した状態においてパルスジェネレータに対する遅延時間を変更することによって一致させる処理（ステップ２１〜２４）と、しきい値を他の値に固定した状態において（ステップ２５）検出確率を測定する（ステップ２６）と共に波高分布における他のしきい値に対応する第２の検出確率および測定した検出確率を比較する処理（ステップ２７）とを、２つの各しきい値に対応する各検出確率が第１、第２の検出確率に一致するまで遅延時間を変更しつつ実行し、その後に、しきい値を任意の値に設定して単一光子の検出確率を設定する（ステップ３１）。【選択図】        図１
2004309234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一光子発生源によって出射された単一光子が入射されるアバランシェフォトダイオードと、当該アバランシェフォトダイオードにブレークダウン電圧を下回る所定電圧を印加する直流バイアス電源と、前記単一光子発生源によって前記単一光子の出射と共に出力されるトリガ信号の入力時から予め設定された遅延時間が経過した時に前記所定電圧との合成電圧が前記ブレークダウン電圧を上回るパルス電圧を生成して前記アバランシェフォトダイオードに印加するパルスジェネレータと、前記パルス電圧を印加した状態において前記アバランシェフォトダイオードによって出力される出力信号の出力レベルが所定のしきい値を超えたときに前記単一光子の入射を検出するカウンタとを備えた単一光子検出装置に対して前記単一光子の検出確率を設定する単一光子検出確率設定方法であって、
前記パルスジェネレータに対する前記遅延時間および前記カウンタに対する前記しきい値を順次変更して当該カウンタによる前記単一光子の入射の検出確率についてのしきい値依存性を示す波高分布を前記変更した各遅延時間毎にそれぞれ測定することによって作成した波高分布についての遅延時間依存性データ中の所定の前記波高分布における任意の値のしきい値に対応する第１の検出確率と当該カウンタによる当該検出確率とを当該カウンタに対して当該任意の値のしきい値に固定した状態において当該パルスジェネレータに対する当該遅延時間を変更することによって一致させる処理と、
前記カウンタに対する前記しきい値を他の任意の値に固定した状態において前記カウンタによる前記検出確率を測定すると共に前記決定した波高分布における当該他の任意の値のしきい値に対応する第２の検出確率および当該測定した検出確率を互いに比較する処理とを、前記２つの任意の値の各しきい値に対応する各検出確率が前記第１および第２の各検出確率にそれぞれ一致するまで前記遅延時間を変更しつつ実行し、
その後に、前記カウンタに対する前記しきい値を任意の値に設定することによって前記単一光子の検出確率を設定する単一光子検出確率設定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単一光子発生源によって出射された単一光子をアバランシェフォトダイオードを用いて検出する単一光子検出装置に対して単一光子の検出確率を設定する単一光子検出確率設定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の単一光子検出装置として、図２に示す単一光子検出装置１が従来から知られている。この単一光子検出装置１は、単一光子発生源２によって出射された単一光子（以下、「光子」ともいう）Ｐｈを検出するためのアバランシェフォトダイオード（以下、「ＡＰＤ」ともいう）１１と、ＡＰＤ１１にバイアス電圧Ｖｂを印加するＤＣ（直流）バイアス電源１２と、単一光子発生源２によって光子Ｐｈの出射と共に出力されるトリガ信号Ｓｔに同期してパルス電圧ＶｐをＡＰＤ１１に出力するパルスジェネレータ１３と、ＡＰＤ１１によって出力されるパルス信号（出力信号）Ｓｐに基づいて光子Ｐｈの入射の有無を検出してその入射数をカウントするカウンタ１４とを備えている。この場合、ＡＰＤ１１は、光ケーブルＯＣを介して単一光子発生源２に接続されている。また、ＡＰＤ１１は、一例として抵抗を介してアノード端子が接地されると共にカソード端子がＤＣバイアス電源１２およびパルスジェネレータ１３に接続されている。カウンタ１４は、コンパレータ機能を有し、単一光子発生源２によって出力されたトリガ信号Ｓｔを入力して、その後の所定期間内に、設定されたしきい値を超えた出力レベルのパルス信号ＳｐがＡＰＤ１１によって出力されたか否かを検出する。
【０００３】
この単一光子検出装置１を用いて光子Ｐｈをカウント（検出）する際には、まず、ＤＣバイアス電源１２によってＡＰＤ１１のカソード端子にブレークダウン電圧（図３に示す電圧Ｖ１）を下回る正極性のバイアス電圧Ｖｂを印加する。次に、単一光子発生源２に対して光子Ｐｈを出射させる。この際に、単一光子発生源２は、トリガ信号Ｓｔを出力すると共に、そのトリガ信号Ｓｔの出力に同期して光子Ｐｈを出射する。これに応じて、パルスジェネレータ１３がトリガ信号Ｓｔに同期して、一例としてパルス幅が１ｎｓ〜２ｎｓのパルス電圧Ｖｐを生成すると共に、生成したパルス電圧ＶｐをＡＰＤ１１のカソード端子に印加する。具体的には、パルスジェネレータ１３は、ＡＰＤ１１への光子Ｐｈの入射タイミングに合わせてパルス電圧ＶｐをＡＰＤ１１に印加できるように、トリガ信号Ｓｔを入力した後、予め設定された遅延時間Ｔｄが経過した際にパルス電圧Ｖｐを生成してＡＰＤ１１に印加する。これにより、図３に示すように、ＤＣバイアス電源１２によって印加されているバイアス電圧Ｖｂにパルスジェネレータ１３から出力されるパルス電圧Ｖｐが合成されることにより、ブレークダウン電圧Ｖ１を超える電圧がＡＰＤ１１のカソード端子に印加される。この状態では、単一光子発生源２によって出射された光子ＰｈがＡＰＤ１１に入射されることにより、図２に示すように、ＡＰＤ１１内で発生したキャリアが増幅されてパルス信号Ｓｐとして出力される。
【０００４】
一方、カウンタ１４は、単一光子発生源２によって出力されたトリガ信号Ｓｔを入力して、所定のしきい値を超えた出力レベルのパルス信号ＳｐがＡＰＤ１１によって出力されたか否かを検出する検出処理を開始する。この処理では、しきい値を超えたパルス信号Ｓｐが出力された際に、光子Ｐｈが入射されたものとして１カウントする。次いで、パルスジェネレータ１３によるパルス電圧Ｖｐの出力が停止された時点で、カソード端子の印加電圧がブレークダウン電圧Ｖ１を下回る。このように、この単一光子検出装置１では、トリガ信号Ｓｔの出力時（光子Ｐｈの入射が期待される短期間）にのみＡＰＤ１１をアバランシェ降伏させることで、光子Ｐｈの未入射状態では、熱雑音などに起因するＡＰＤ１１によるダークパルス（光子Ｐｈの入射以外の原因でしきい値を超えて出力されるパルス信号Ｓｐ）の出力が低減されている。また、単一光子発生源２によって出力されるトリガ信号Ｓｔに同期してパルス幅の狭いパルス電圧ＶｐをＡＰＤ１１に印加することで、ＡＰＤ１１のアバランシェ降伏時間が短縮されるため、ダークパルスの発生がさらに低減されている。したがって、この単一光子検出装置１によれば、ダークパルスの発生を低減したことにより、このパルス信号Ｓｐの数をカウントすることで、光子Ｐｈの入射数をある程度正確に測定することが可能となっている。
【０００５】
このような単一光子検出装置１は、例えば、特開平１１−２３４２６５号公報に開示されているように、情報セキュリティ通信装置における量子暗号通信の受信装置に適用されている。
【０００６】
この種の情報セキュリティ通信装置では、単一光子の偏光状態を用いて情報（「０」または「１」）を表現することによってデータ通信を行っている。具体的には、送信側では、単一光子発生装置（１）が、入力したトリガ信号に同期して単一光子を発生する。偏光変調素子（２）は、符号化装置（３）による設定内容に基づいて、入力した単一光子の偏光状態を制御して符号化する。また、偏光変調素子（２）は、偏光した単一光子を転送手段（６）である光ケーブルに出力する。この場合、送信側では、単一光子に同期してトリガ信号も出力する。一方、受信側では、偏光分離素子（９，１０）が単一光子の偏光状態に応じて光路を選択することにより、偏光状態ごとに設けられた単一光子検出装置（１１，１２，１３，１４）に単一光子を入光させる。各単一光子検出装置（１１〜１４）は、送信側から出力された単一光子を光検出素子を用いて検出する。さらに、受信側では、偏光解析装置（１５）、タイムスロット識別手段（１６）および復号化装置（１７）が、各単一光子検出装置（１１〜１４）の検出結果に基づいて、各単一光子に符号化された情報を復号する。この際に、単一光子検出装置１のように、光検出素子としてＡＰＤを用いた単一光子検出装置が各単一光子検出装置（１１〜１４）として使用される。
【０００７】
ところで、ＡＰＤを用いた単一光子検出装置１では、トリガ信号Ｓｔの入力タイミングに基づいてパルス電圧Ｖｐを生成してＡＰＤ１１をアバランシェ降伏状態に移行させているが、ＡＰＤ１１に対してパルス電圧Ｖｐが印加されている期間内のどのタイミングで光子Ｐｈを入射させるのか、またカウンタ１４に設定するしきい値をどのような値に設定するのかによって、光子Ｐｈの検出確率（パルス信号Ｓｐの発生確率）が大きく変化する。例えば、ＡＰＤ１１を用いた単一光子検出装置１を上記した情報セキュリティ通信装置に適用した場合、情報セキュリティ通信装置の設置場所毎に受信側と送信側との間の距離が変化するため、それに伴って光子Ｐｈが通過する光ケーブルＯＣの長さも変化する結果、単一光子検出装置１に対するトリガ信号Ｓｔと光子Ｐｈの入力タイミングが変化する。このため、単一光子検出装置１では、まず、パルス電圧Ｖｐが印加されている期間におけるＡＰＤ１１に対する光子Ｐｈの入射タイミングの設定、すなわちパルスジェネレータ１３におけるトリガ信号Ｓｔの入力からパルス電圧Ｖｐの印加までの遅延時間Ｔｄの設定を最初に行い、次いで、カウンタ１４に対するしきい値の設定を行うことにより、光子Ｐｈの検出確率を設定している。
【０００８】
この単一光子検出装置１に対する光子Ｐｈについての検出確率の設定に際して、従来は、単一光子発生源２を備えた試験器を用いて単一光子検出装置１に光子Ｐｈおよびトリガ信号Ｓｔを出力しつつ、遅延時間Ｔｄおよびしきい値を順次変更して、光子Ｐｈの検出確率についてのしきい値依存性を示す波高分布を、変更した各遅延時間Ｔｄ毎にそれぞれ測定することにより、図４に示すような波高分布についての遅延時間依存性データを予め測定している。一方、情報セキュリティ通信装置を設置した際は、この波高分布についての遅延時間依存性データを参照して所望の波高分布を決定し、この波高分布となるようにパルスジェネレータ１３における遅延時間Ｔｄを調整することにより、パルス電圧Ｖｐが印加されている期間におけるＡＰＤ１１に対する光子Ｐｈの入射タイミングを設定する。具体的に、図４において符号Ａで示す波高分布（以下、「波高分布Ａ」ともいう）に設定する例について説明する。まず、カウンタ１４のしきい値を一定の値（例えば２０ｍＶ）に固定し、その状態で、ＡＰＤ１１における光子Ｐｈの検出確率を測定する処理を行う。次いで、測定した検出確率が波高分布Ａ上の発生確率（この場合、４％）となるか否かを判別し、その発生確率ではないときには、検出確率が波高分布Ａ上に位置するまで（測定した検出確率が波高分布Ａにおける上記のしきい値に対応する発生確率と一致するまで。この例では、４％となるまで）、遅延時間を変化させる。測定した検出確率が、波高分布Ａにおける上記のしきい値に対応する発生確率と一致した場合、パルスジェネレータ１３に対する遅延時間Ｔｄの調整を終了する。その後、設定した波高分布（波高分布Ａ）を参照しつつ、単一光子検出装置１に対する光子Ｐｈの検出確率が所望の値となるしきい値を求め、求めたしきい値をカウンタ１４に設定する。これにより、単一光子検出装置１に対する光子Ｐｈの検出確率の設定が完了する。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−２３４２６５号公報（第８頁、第１図）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、単一光子検出装置１に対する従来の単一光子の検出確率設定方法には、以下の解決すべき課題がある。すなわち、従来の単一光子の検出確率設定方法では、パルスジェネレータ１３における遅延時間Ｔｄを設定する際に、カウンタ１４に対するしきい値を一定の値に固定した状態において、パルスジェネレータ１３における遅延時間Ｔｄを変化させつつ、この固定したしきい値における光子Ｐｈの検出確率（パルス信号Ｓｐの発生確率）が遅延時間依存性データを参照して決定した所望の波高分布上に位置するように設定している。しかしながら、図４に示すように、遅延時間Ｔｄ毎の各波高分布は、ダークパルスの発生率が実用上問題の生じない低いレベルとなるしきい値（約６ｍＶ）以上の範囲において、他のいずれかの波高分布と一点で交わる波形のため、一つのしきい値に基づく遅延時間Ｔｄの設定方法では、誤って他の波高分布に設定されるおそれがあるという課題が生じる。例えば、波高分布Ａとなるように、しきい値を２０ｍＶに固定して遅延時間Ｔｄを調整した場合であっても、しきい値が２０ｍＶの点で符号Ｂの波高分布（以下、「波高分布Ｂ」ともいう）と交わるために、誤って波高分布Ｂに設定されるおそれがある。
【００１１】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、単一光子の検出確率を正確に設定し得る単一光子検出確率設定方法を提供することを主目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく本発明に係る単一光子検出確率設定方法は、単一光子発生源によって出射された単一光子が入射されるアバランシェフォトダイオードと、当該アバランシェフォトダイオードにブレークダウン電圧を下回る所定電圧を印加する直流バイアス電源と、前記単一光子発生源によって前記単一光子の出射と共に出力されるトリガ信号の入力時から予め設定された遅延時間が経過した時に前記所定電圧との合成電圧が前記ブレークダウン電圧を上回るパルス電圧を生成して前記アバランシェフォトダイオードに印加するパルスジェネレータと、前記パルス電圧を印加した状態において前記アバランシェフォトダイオードによって出力される出力信号の出力レベルが所定のしきい値を超えたときに前記単一光子の入射を検出するカウンタとを備えた単一光子検出装置に対して前記単一光子の検出確率を設定する単一光子検出確率設定方法であって、前記パルスジェネレータに対する前記遅延時間および前記カウンタに対する前記しきい値を順次変更して当該カウンタによる前記単一光子の入射の検出確率についてのしきい値依存性を示す波高分布を前記変更した各遅延時間毎にそれぞれ測定することによって作成した波高分布についての遅延時間依存性データ中の所定の前記波高分布における任意の値のしきい値に対応する第１の検出確率と当該カウンタによる当該検出確率とを当該カウンタに対して当該任意の値のしきい値に固定した状態において当該パルスジェネレータに対する当該遅延時間を変更することによって一致させる処理と、前記カウンタに対する前記しきい値を他の任意の値に固定した状態において前記カウンタによる前記検出確率を測定すると共に前記決定した波高分布における当該他の任意の値のしきい値に対応する第２の検出確率および当該測定した検出確率を互いに比較する処理とを、前記２つの任意の値の各しきい値に対応する各検出確率が前記第１および第２の各検出確率にそれぞれ一致するまで前記遅延時間を変更しつつ実行し、その後に、前記カウンタに対する前記しきい値を任意の値に設定することによって前記単一光子の検出確率を設定する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る単一光子検出確率設定方法の好適な実施の形態について、図１，２，４を参照して説明する。なお、図４に示す単一光子検出装置１における波高分布についての遅延時間依存性データは予め測定されているものとする。また、以下、上記した単一光子検出装置１の構成要素と同一の構成要素については同一の符号を使用して重複した説明を省略する。
【００１４】
単一光子検出確率を設定する際は、最初に、図２に示す単一光子検出装置１において、パルス電圧Ｖｐが印加されている期間におけるＡＰＤ１１に対する光子Ｐｈの相対的な入射タイミングを設定する。具体的には、図１に示すように、まず、図４に示す波高分布についての遅延時間依存性データを参照して、その遅延時間依存性データ中の所望の（所定の）遅延時間Ｔｄに対応する波高分布を決定する（ステップ２０）。例えば、図４における波高分布Ａに決定したものとする。
【００１５】
次いで、カウンタ１４に対するしきい値を任意の値Ｖｔｈ１に設定する（ステップ２１）。続いて、カウンタ１４における光子Ｐｈの検出確率Ｐｄを測定し（ステップ２２）、測定した検出確率Ｐｄと、決定した波高分布Ａにおけるしきい値（値Ｖｔｈ１）に対応する第１の検出確率Ｐａ１とを比較する（ステップ２３）。この際に、両検出確率Ｐｄ，Ｐａ１が一致しないときには、パルスジェネレータ１３に対する遅延時間Ｔｄを変更しつつ（ステップ２４）、このステップ２２，２３を繰り返し実行して、検出確率Ｐｄを第１の検出確率Ｐａ１に一致させる。例えば、図４に示すように、しきい値を値Ｖｔｈ１（２０ｍＶ）に設定した場合、波高分布Ａにおける第１の検出確率Ｐａ１が４％のため、カウンタ１４の検出確率Ｐｄが４％となるように遅延時間Ｔｄを変更する。
【００１６】
上記処理を終了した後に、カウンタ１４に対するしきい値を他の任意の値Ｖｔｈ２に設定する（ステップ２５）。次いで、カウンタ１４における光子Ｐｈの検出確率Ｐｄを測定し（ステップ２６）、測定した検出確率Ｐｄと、決定した波高分布Ａにおけるしきい値（値Ｖｔｈ２）に対応する第２の検出確率Ｐａ２とを比較する（ステップ２７）。この際に、両検出確率Ｐｄ，Ｐａ２が一致しないときには、パルスジェネレータ１３に対する遅延時間Ｔｄを変更しつつ（ステップ２８）、このステップ２６，２７を繰り返し実行して、検出確率Ｐｄを第２の検出確率Ｐａ２に一致させる。ステップ２７において両検出確率Ｐｄ，Ｐａ２が一致せずに遅延時間Ｔｄを変更する場合において、図４に示すように、しきい値の値Ｖｔｈ２を値Ｖｔｈ１よりも低い電圧（例えば８ｍＶ）に設定した際に、測定した検出確率Ｐｄが波高分布Ａにおける第２の検出確率Ｐａ２（６％）よりも大きいときは、遅延時間Ｔｄを増加させることにより、検出確率Ｐｄが第２の検出確率Ｐａ２に近づき、検出確率Ｐｄが第２の検出確率Ｐａ２よりも小さいときは、遅延時間Ｔｄを減少させることにより、検出確率Ｐｄが第２の検出確率Ｐａ２に近づくという傾向がある。逆に、しきい値の値Ｖｔｈ２を値Ｖｔｈ１よりも高い電圧に設定した場合、上記傾向と逆の傾向になる。したがって、遅延時間Ｔｄを変更する際は、この傾向に基づいて変更することにより、検出確率Ｐｄを容易に第２の検出確率Ｐａ２に一致させることができる。
【００１７】
次いで、しきい値を値Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２にそれぞれ設定した際の各検出確率Ｐｄを再度測定して（ステップ２９）、測定した各検出確率Ｐｄと対応する検出確率Ｐａ１，Ｐａ２とを比較する（ステップ３０）。各検出確率Ｐｄの少なくとも一方が対応する検出確率（Ｐａ１またはＰａ２）と一致していない場合、各検出確率Ｐｄと対応する検出確率Ｐａ１，Ｐａ２とが一致するまで上記ステップ２１〜３０を繰り返し実行する。一方、ステップ３０において、測定した各検出確率Ｐｄと対応する検出確率Ｐａ１，Ｐａ２とが互いに一致した場合には、しきい値に対する光子Ｐｈについての検出確率が波高分布Ａに示す特性となるように、パルスジェネレータ１３に対して遅延時間Ｔｄ（つまり、パルス電圧Ｖｐが印加されている期間におけるＡＰＤ１１に対する光子Ｐｈの入射タイミング）が設定されたと判別して、次の処理に移行する。
【００１８】
続いて、図４に示す波高分布Ａを参照して、単一光子検出装置１による光子Ｐｈについての検出確率が所望の値となるしきい値を求め、求めたしきい値をパルスジェネレータ１３に設定する（ステップ３１）。これにより、単一光子検出装置１に対する光子Ｐｈについての検出確率Ｐｄの設定が完了する。
【００１９】
このように、この単一光子検出確率設定方法によれば、パルス電圧Ｖｐが印加されている期間における単一光子検出装置１のＡＰＤ１１に対する光子Ｐｈの入射タイミングを設定する際に、遅延時間Ｔｄを変更して、図４に示す波高分布についての遅延時間依存性データを参照して決定した波高分布における２つの異なる値Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２のしきい値に対する各検出確率Ｐａ１，Ｐａ２と、２つの異なる値Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２をしきい値としてカウンタ１４に設定した際に測定される各検出確率Ｐｄとが共に一致する遅延時間Ｔｄを求め、求めた遅延時間Ｔｄをパルスジェネレータ１３に遅延時間Ｔｄとして設定することにより、しきい値に対する光子Ｐｈの検出確率を、決定した波高分布の特性となるように確実かつ正確に設定（調整）することができる。したがって、その後に、決定した波高分布に基づいてしきい値を設定することにより、単一光子検出装置１における光子Ｐｈの検出確率を所望の値に確実に設定することができる。
【００２０】
なお、本発明は、上記した本発明の実施の形態に示した構成に限定されない。例えば、しきい値に対する光子Ｐｈについての検出確率が波高分布Ａ（所望の波高分布）に示す特性となるように、パルスジェネレータ１３に対して遅延時間Ｔｄ（つまり、パルス電圧Ｖｐが印加されている期間におけるＡＰＤ１１に対する光子Ｐｈの入射タイミング）を設定する作業を単一光子検出装置が自動的に行うように構成することもできる。この単一光子検出装置１Ａは、図５に示すように、単一光子検出装置１の構成に加えて、メモリ４１、入力部４２および制御部４３を備えて構成されている。この場合、メモリ４１には、図４に示す遅延時間Ｔｄ毎の波高分布についての遅延時間依存性データが予め記憶されている。入力部４２は、例えば、操作パネルやキーボード等で構成されて、所望の波高分布を示す特定データＤｓやカウンタ１４に対するしきい値Ｖｔｈ（Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２）を制御部４３に入力可能に構成されている。制御部４３は、ＣＰＵ等によって構成されて、入力部４２から入力したしきい値Ｖｔｈをカウンタ１４に設定すると共に、カウンタ１４における光子Ｐｈの検出確率Ｐｄを測定する機能を備えている。また、制御部４３は、パルスジェネレータ１３の遅延時間Ｔｄを調整する機能を備えている。さらに、制御部４３は、入力部４２から特定データＤｓが入力された際に、メモリ４１に記憶されている複数の波高分布の内の入力した特定データＤｓによって特定される波高分布を所望の波高分布として決定し、決定した波高分布についての遅延時間依存性データを参照することにより、決定した波高分布における入力したしきい値Ｖｔｈに対応する光子Ｐｈの各検出確率Ｐａ１，Ｐａ２を算出する機能を備えている。
【００２１】
このように構成された単一光子検出装置１Ａでは、入力部４２から特定データＤｓおよびしきい値Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２を入力した制御部４３が、上記した図１に示すステップ２０〜ステップ３０を実行することにより、しきい値Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２に対する光子Ｐｈについての検出確率が所望の波高分布に示す特性となるように、パルスジェネレータ１３に対して遅延時間Ｔｄを自動的に設定する。一例として、入力部４２から波高分布Ａを示す特定データＤｓを入力した際に、制御部４３は、メモリ４１を参照することにより、特定データＤｓによって特定される波高分布を所望の波高分布（一例として波高分布Ａ）として決定する（ステップ２０）。次いで、制御部４３は、入力部４２から入力したしきい値Ｖｔｈ１をカウンタ１４に設定することにより、カウンタ１４のしきい値を固定する（ステップ２１）。次いで、制御部４３は、この状態において、カウンタ１４における光子Ｐｈの検出確率Ｐｄを測定しつつ（ステップ２２）、この測定した検出確率Ｐｄとメモリ４１を参照して算出したしきい値Ｖｔｈ１に対応する第１の検出確率Ｐａ１とを比較しつつ（ステップ２３）、パルスジェネレータ１３の遅延時間Ｔｄを変更することにより（ステップ２４）、カウンタ１４による検出確率Ｐｄを第１の検出確率Ｐａ１に一致させる処理を実行する。
【００２２】
次いで、制御部４３は、入力部４２から入力したしきい値Ｖｔｈ２をカウンタ１４に設定することにより、カウンタ１４のしきい値を固定する（ステップ２５）。次いで、制御部４３は、この状態において、カウンタ１４における光子Ｐｈの検出確率Ｐｄを測定しつつ（ステップ２６）、この測定した検出確率Ｐｄとメモリ４１を参照して算出したしきい値Ｖｔｈ２に対応する第２の検出確率Ｐａ２とを比較しつつ（ステップ２７）、パルスジェネレータ１３の遅延時間Ｔｄを変更することにより（ステップ２８）、カウンタ１４による検出確率Ｐｄを第２の検出確率Ｐａ２に一致させる処理を実行する。次いで、制御部４３は、カウンタ１４に対してしきい値Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２を順次設定すると共に、各しきい値Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２における各検出確率Ｐｄを測定して（ステップ２９）、測定した各しきい値Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２における各検出確率Ｐｄが検出確率Ｐａ１，Ｐａ２に共に一致しているか否かを判別する（ステップ３０）。制御部４３は、ステップ３０において、測定した各しきい値Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２における各検出確率Ｐｄが第１の検出確率Ｐａ１，Ｐａ２に共に一致するまで、ステップ２１〜３０を繰り返し実行する。これにより、各しきい値に対する光子Ｐｈについての検出確率Ｐｄが波高分布Ａに示す特性となるように、パルスジェネレータ１３に対する遅延時間Ｔｄが制御部４３によって自動設定される。この後、制御部４３は、入力部４２から入力したしきい値Ｖｔｈをカウンタ１４に設定する。これにより、単一光子検出装置１Ａに対する光子Ｐｈの検出確率の設定が完了する。
【００２３】
このように、この単一光子検出装置１Ａによれば、制御部４３が、入力部４２から入力した特定データＤｓとしきい値Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２とに基づいて、しきい値Ｖｔｈに対する光子Ｐｈについての検出確率Ｐｄが特定データＤｓによって特定される所望の波高分布に示す特性となるようにパルスジェネレータ１３に対して遅延時間Ｔｄを自動的に設定することにより、しきい値に対する光子Ｐｈの検出確率が決定した波高分布の特性に一致するように、迅速かつ簡単に、しかも確実かつ正確に設定（調整）することができる。したがって、その後に、決定した波高分布に基づいてしきい値を設定することにより、単一光子検出装置１Ａにおける光子Ｐｈの検出確率を迅速かつ簡単に、しかも確実に所望の値に設定することができる。
【００２４】
なお、本発明は、上記した本発明の実施の形態に示した構成に限定されない。例えば、単一光子検出装置１，１Ａは情報セキュリティ通信装置における量子暗号通信の受信装置への適用のみならず、他の任意の装置に適用することができるのは勿論である。さらに、本発明の実施の形態では、カウンタ１４にコンパレータ機能を設けてしきい値を設定する構成を例に挙げて説明したが、この構成に代えて、ＡＰＤ１１とカウンタ１４との間にコンパレータを配置して、このコンパレータに対してしきい値を設定する構成を採用することもできる。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る単一光子検出確率設定方法によれば、波高分布についての遅延時間依存性データ中の所定の波高分布における任意の値のしきい値に対応する第１の検出確率とカウンタによる検出確率とをカウンタに対して任意の値のしきい値に固定した状態においてパルスジェネレータに対する遅延時間を変更することによって一致させる処理と、カウンタに対するしきい値を他の任意の値に固定した状態においてカウンタによる検出確率を測定すると共に決定した波高分布における他の任意の値のしきい値に対応する第２の検出確率および測定した検出確率を互いに比較する処理とを、２つの任意の値の各しきい値に対応する各検出確率が第１および第２の各検出確率にそれぞれ一致するまで遅延時間を変更しつつ実行することにより、しきい値に対する単一光子の検出確率の特性が決定した波高分布の示す特性に一致するように、パルスジェネレータに対する遅延時間を確実かつ正確に設定することができる。したがって、この決定した波高分布に基づいてしきい値を設定することにより、単一光子検出装置における単一光子の検出確率を所望の値に確実に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る単一光子検出確率設定方法を説明するためのフローチャートである。
【図２】単一光子検出装置１の構成図である。
【図３】単一光子検出装置１による単一光子の検出に際して、パルスジェネレータ１３へのトリガ信号Ｓｔの入力タイミング、ＡＰＤ１１への光子Ｐｈの入射タイミング、およびＡＰＤ１１にパルス電圧Ｖｐを印加するタイミングの関係を示すタイミングチャートである。
【図４】単一光子検出装置１の波高分布についての遅延時間依存性データを示す特性図である。
【図５】単一光子検出装置１Ａの構成図である。
【符号の説明】
１，１Ａ  単一光子検出装置
２  単一光子発生源
１１  アバランシェフォトダイオード
１２  ＤＣバイアス電源
１３  パルスジェネレータ
１４  カウンタ
４１  メモリ
４２  入力部
４３  制御部
Ｄｓ  特定データ
ＯＣ  光ケーブル
Ｐｄ  検出確率
Ｐｈ  光子
Ｓｐ  パルス信号
Ｓｔ  トリガ信号
Ｖｂ  バイアス電圧
Ｖｐ  パルス電圧
Ｖｔｈ  しきい値
Ｔｄ  遅延時間
【図１】
2004309234.tif 000003
【図２】
2004309234.tif 000004
【図３】
2004309234.tif 000005
【図４】
2004309234.tif 000006
【図５】
2004309234.tif 000007