(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非理想素量システムを用いた量子暗号装置のための安全な暗号化キーの交換方法であって、
前記装置が、量子チャンネルと従来の通信チャンネルによって接続されている発信手段及び受信手段を備え、
前記発信手段が、各ビットを少なくとも２つの適切なセットに属する一対の非直交状態において、無作為に暗号化し、
すべてのセットの量子状態の重複を同時に減少させる量子演算が、１つも存在せず、
前記発信手段が、暗号化ビットを量子チャンネルに沿って前記受信手段へ送り、
前記受信手段が、前記適切なセット内の分析測定を無作為に選択し、
前記発信手段が、設定された情報を前記従来の通信チャンネルに沿って送り、
前記受信手段が、受信暗号化ビットに関してそれらが属するセットに不適合な異なる分析測定を選択したもののすべてを破棄し、適切な情報を前記従来の通信チャンネルに沿って前記発信手段へ送る、方法。
【請求項２】
前記発信手段が暗号化ビットを量子チャンネルに沿って前記受信手段へ送る段階において、前記発信手段と前記受信手段との間で、弱いコヒーレント状態が交換される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記弱いコヒーレント状態が、０．５光子よりも少ない、好ましくは、０．１光子よりも少ないパルス毎平均光子数を有するレーザーパルスである、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記発信手段が、│〈０ａ│１ａ〉│＝ηａ≠０，│〈０ｂ│１ｂ〉│＝ηｂ≠０となるように選択された２つのセットＡ＝｛│０ａ〉，│１ａ〉｝，及び，Ｂ＝｛│０ｂ〉，│１ｂ〉｝を使用し、
すべてのセットの量子状態の重複を同時に減少させる量子演算が、１つも存在せず、
前記受信手段が、（１）式及び（２）式から前記分析測定を無作為に選択し、
【数１】
0004696222.tif 000007
【数２】
0004696222.tif 000008
その後フォンノイマン測定によって│＋ｘ〉および│−ｘ〉を区別する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
いくつかの暗号化ビットが送信された後で、プロトコルステップが行われ、前記プロトコルステップでは、発信手段及び受信手段が、発信手段と受信手段との間で共有されるが、前記量子チャンネルと公共チャンネルを監視している場合がある他のすべてのユニットに対しては秘密とされる、一連の暗号化キー情報について合意するか、あるいは、前記暗号化ビットを前記暗号化キー情報として安全に用いることができないという結論に達する、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
非理想素量状態を用いた量子暗号システムのための安全な暗号化キーの交換方法であって、
鍵値が、確率的であるか否かに関わらず、すべてのセットの状態の重複を同時に減少させる単一の量子演算を発見することができないことを特徴とする、少なくとも２つのセットの非直交量子状態に暗号化される、方法。
【請求項７】
安全な暗号化キー情報を交換するための非理想素量状態を用いた量子暗号システムであって、前記量子暗号システムが、
非理想素量状態の発生源と、
量子チャンネルと従来の通信チャンネルによって接続されている、発信手段及び受信手段を具備してなり、
前記発信手段が、少なくとも２つの適切なセットに属するランダム非直交量子状態の準備を可能にする乱数発生器を備えるか、あるいは、それに接続され、
すべてのセットの量子状態の重複を同時に減少させる量子演算が１つも存在せず、
前記受信手段が、前記量子状態のための分析測定の選択を可能にする乱数発生器を備えるか、あるいは、それに接続され、
前記発信手段が、暗号化ビットを前記量子チャンネルに沿って前記受信手段へ送ることができ、かつ、設定された情報を前記従来の通信チャンネルに沿って送ることができ、
前記受信手段が、異なる分析測定を選択したすべての受信暗号化ビットを破棄し、適切な情報を前記従来の通信チャンネルに沿って前記発信手段へ送ることができる、量子暗号システム。
【請求項８】
前記発生源がレーザー源であり、前記発信手段が、０．５光子よりも少ない、好ましくは、０．１光子よりも少ないパルス毎平均光子数を有するレーザーパルスを送る準備装置を備える、請求項７に記載の量子暗号システム。
【請求項９】
発信手段及び受信手段の両方が、いくつかの暗号化ビットの送信された後でプロトコルステップを行うことができる処理ユニットを備え、前記プロトコルステップでは、発信手段及び受信手段が、発信手段と受信手段との間で共有されるが、前記量子チャンネルと公共チャンネルを監視している場合がある他のすべてのユニットに対しては秘密とされる、一連の暗号化キー情報について合意するか、あるいは、前記暗号化ビットを暗号化キー情報として安全に用いることができないという結論に達する、請求項７に記載の量子暗号システム。
【請求項１０】
ビット毎に、前記発信手段が、０に対して、│±ｘ〉をコード化し、かつ、１に対して、│±ｙ〉をコード化するという規約によって、２つのセットに属する一対の非直交状態を示す４つの状態│±ｘ〉又は│±ｙ〉のいずれかを無作為に用い、それを前記量子チャンネルに沿って前記受信手段へ送り、前記受信手段が、σｘ又はσｙを無作為に測定し、前記発信手段がω，ω´∈｛＋，−｝のとき、４対の非直交状態のいずれかＡω，ω´＝｛│ωｘ〉，│ω´ｘ〉｝を公示し、前記状態のうちの１つが、前記従来の通信チャンネルに沿って適切なメッセージを送ることによって前記発信手段が送ったものであり、前記受信手段が、前記発信手段が公開した両方の状態に対して、前記受信手段が得た測定結果が可能であるすべての受信暗号化ビットを破棄し、かつ、適切な情報を前記従来の通信チャンネルに沿って前記発信手段へ送り、前記受信手段が、前記発信手段が実際に送った状態を演繹し、対応するビットを鍵に加える、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般的に量子暗号化の分野に関し、より詳細には、光子数分割（ＰＮＳ）攻撃に脆弱なシステムを用いて、安全を保障しながら鍵を交換する方法、すなわち、ＰＮＳ攻撃に対して強い量子暗号プロトコルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
二人のユーザが（鍵の下に）共有ランダム機密情報を所有している場合、二人のユーザは、立証可能な安全性をもって暗号化の目標の次の二つ：１）彼等のメッセージを盗聴者に対して理解できないものとすること、２）本物のメッセージを偽造または変造されたものと区別すること、を達成することができる。一回限りのパッド暗号アルゴリズムにより第一の目標が達成され、ウェッグマン−カーター（Ｗｅｇｍａｎ−Ｃａｒｔｅｒ）認証により第二の目標が達成される。残念ながら、これらの暗号方式は両方とも鍵材料を消費し、かつ、使用に不適当なものにしてしまう。したがって、これらの暗号技術のいずれか又は両方を用いて、交換するメッセージの保護を望む二者が、新たな鍵材料を交換する方法を考案する必要がある。第一の可能性としては、一方の者が鍵を生成し、それを第二者に送る前に物理媒体（ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＲＯＭ）に書き込むことである。このアプローチでは、鍵の安全性が、その生成からその使用に至り、最終的に破棄されるまでその全寿命の間に保護されているということに依存するという問題がある。さらに、これは非現実的でありかつ冗長である。
【０００３】
これらの困難のため、多くの用途においてはその代わりに純粋に数学的な方法に依存することより、二者が不確かな通信チャンネル上で共有機密について合意することが可能になる。残念ながら、鍵合意のこのような数学的方法のすべては、たとえば、大きな整数を因数分解することが困難であるような証明されていない仮定に基づくものである。したがって、それらの安全性は条件付きであるに過ぎず、疑わしいものである。今後の数学的な発展により、それらは完全に不確かなものと証明されるであろう。
【０００４】
量子暗号化（ＱＣ）は、立証可能な絶対的安全性をもって（非特許文献１参照）、離れた二者、発信者と受信者との間での秘密鍵の配信を可能にする唯一の方法である。両者は、光ファイバ等の量子チャンネル上で交換する量子等の素量システムで鍵を暗号化する。この方法の安全性は、未知の量子状態の測定によって状態自体が変化する、すなわち、量子チャンネルで盗聴するスパイが、発信者と受信者との間で交換される鍵にエラーを導入することなく、その鍵で情報を得ることができない、というよく知られた事実によるものである。同義語で、ＱＣは量子力学の非クローン定理のために安全であり、すなわち、スパイは、送信された量子システムを複製し、受信者に完全なコピーを送ることができない。
【０００５】
いくつかのＱＣプロトコルが存在している。これらのプロトコルは、ビット値がどのように量子状態に暗号化され、発信者及び受信者がどのように協力して秘密鍵を作成するかを記述するものである。これらのプロトコルのうちで、最も一般的に使用され、また、最初に発明されたものは、Ｂｅｎｎｅｔｔ−Ｂｒａｓｓａｒｄ８４プロトコル（ＢＢ８４）として知られている（非特許文献２参照）。発信者は、σｘ（０に対して、│±ｘ〉をコード化し、かつ、１に対して、│±ｙ〉をコード化する）の固有状態として、又は、同じ規約のσｙ（│＋ｙ  〉又は│−ｙ〉）の固有状態として、各ビットを２レベル量子システムで暗号化する。量子システムは受信者に送られ、この受信者が、σｘ又はσｙのいずれかを測定する。多数の量子システムを交換した後で、発信者および受信者は基礎調停（ｂａｓｉｓ  ｒｅｃｏｎｃｉｌｉａｔｉｏｎ）と呼ばれる手順を行う。発信者は受信者に対して、従来の、かつ、公共の通信チャンネルで、各量子システムが準備された基準ｘ又はｙ（σｘ又はσｙの固有状態）を知らせる。受信者が自身の測定に対して発信者と同一の基準を使用している場合、受信者は、自分が測定したビット値が発信者によって送られたものであるに違いないということが分かる。受信者は、これらの量子システムにこの条件が満たされたことを公式に示す。誤った基準が使用された測定は、単に破棄される。スパイがいない場合、共有ビットの連続にはエラーがない。交換されているビットの連続に関する情報を得たいスパイは、いくつかの攻撃から選択することができるが、量子物理学の法則によって、スパイが鍵に著しい混乱を導入することなしに情報を得ることができないことは、保証される。
【０００６】
Ｂｅｎｎｅｔｔ９２（Ｂ９２）（非特許文献３参照）のような他のプロトコルが提案されている。
【０００７】
実際に、これらの装置は、不完全であるとともに、ビット連続にいくつかのエラーを導入する。それでも秘密鍵の作成を可能にするためには、プロトコルの基礎調停部分を他のステップによって補完する。この全体の手順は鍵蒸留と呼ばれている。発信者及びび受信者は、送信の機密性を査定するために、ビット連続のサンプルで、量子ビット誤り率（ＱＢＥＲ）としても知られる混乱レベルをチェックする。原則として、エラーは、盗聴者がいる場合にのみ発生する。しかし、実際には、装置の不完全性のために、非ゼロエラー可能性も常に観測される。この可能性があまり大きくなければ、安全鍵の蒸留は防止されない。二者が、スパイの情報量子を任意の小さなレベルに低下させる、いわゆるプライバシー増幅アルゴリズムを適用する前は、当然これらのエラーを修正することができる。
【０００８】
近年、情報担体としての光子及び量子チャンネルとしての光ファイバを用いて、ＱＣシステムのいくつかの実証が行われた。元の提案は、鍵を暗号化するために、単一の光子を素量システムとして使用する必要があったが、それらの生成は困難であり、良い単一光子源はまだ存在していない。その代わり、多くの実施では、理想的な素量システムの近似として、弱いレーザーパルス等の弱いコヒーレント状態の発信手段と受信手段との間の交換に依存していた。各パルスは、推測的に強度の弱いコヒーレント状態│μｅｉθ〉（通常、パルス毎平均光子数μ≒０．１光子）にある。しかし、発信手段の位相基準は、受信手段またはスパイには利用できないので、彼らは混合状態を見ることとなり、これをフォック状態の混合Σｎｐｎ│ｎ〉〈ｎ│と書き換えることができ、ここで、光子の数ｎは平均μおよびｐｎ＝ｅ−μμｎ／ｎ！でポアソン統計にしたがって分配される。弱いパルスを有するＱＣは、以下のように再解釈することができる：発信手段によって送られたパルスの部分ｐ１は、正確に１つの光子を含み、部分ｐ２は２つの光子を含み、以下同様となり、パルスの部分ｐ０は単に空であり、鍵送信に寄与しない。その結果、弱いパルスを用いるＱＣ装置においては、空でないパルスのかなり重要な部分は、実際には２つ以上の光子を含んでいる。したがって、スパイは、もはや非クローン定理によって制限されない。スパイは、光子のいくつかを単に保持し、その他を受信手段に手放すことができる。このような攻撃は、光子数分割（ＰＮＳ）攻撃と呼ばれている。スパイの技術的能力を制限する唯一の制約は、物理の法則であると仮定すると、原則として以下の攻撃が可能である；（１）パルス毎に、スパイは、光子数量子非破壊測定を用いて光子の数をカウントする。；（２）スパイは、多光子パルスの１つの光子を量子メモリに保持し、残りの光子を完全にトランスペアレントな量子チャンネルを用いて受信手段へ送る間に、単一光子パルスを遮断する。；（３）スパイは、発信手段および受信手段が使用した基準を公式に明らかにするまで待機し、それに応じて自身の量子メモリに記憶されている光子を測定する。：スパイは、２つの直交状態を区別しなければならず、これは決定論的に行うことができる。このようにして、スパイは、鍵に関する完全な情報を入手し、これは、正規のユーザの秘密鍵を蒸留することが可能な手順がないことを意味している。さらに、スパイは、発信手段および受信手段のビット連続に不一致を導入しない。ＰＮＳ攻撃の唯一の抑制は、スパイの存在が検出されないままとなることである。特に、スパイは、受信手段によって受信される光子の速度が変更されないことを確実にしなけばならない。
【０００９】
スパイがいない場合、受信手段に到達する光子の未加工の速度は、（３）式のとおりである。
【数３】
0004696222.tif 000002
ここで、δ＝αＬは、長さＬの量子チャンネルのｄＢにおける全減衰である。
したがって、ＲＲｅｃｅｉｖｅｒ（δｃ）≒ｐ２で、δ＞δｃであるときにのみ、すべての通過するパルスに対してＰＮＳ攻撃を行うことができ、すなわち、ファイバー減衰のために受信手段が予想する損失が、光子を記憶、遮断するスパイの行動によって導入されたものと等しくなる。より短い距離では、スパイは、何もせずに自分が完全に理解したチャンネルでパルスの部分ｑを送り、パルスの残りの１−ｑ部分に対してＰＮＳ攻撃を行う。受信手段は未加工の検出率を、（４）式より測定する。
【数４】
0004696222.tif 000003
ここでＢ＝Σｎ＞２ｐｎ（ｎ−１）である。
パラメータｑは、ＲＲｅｃｅｉｖｅｒ│Ｓｐｙ（ｑ）＝ＲＲｅｃｅｉｖｅｒ（δ）となるように選択される。
発信手段によって送られたビットでスパイが得る情報は、（５）式で求められ、当然受信手段が少なくとも１つの光子を受信していると仮定すると、スパイが何もしない場合は０であり、ＰＮＳ攻撃を行った場合は１である。
【数５】
0004696222.tif 000004
ここで、Ｓ＝Σｎ＞２ｐｎである。
量子チャンネルの臨界長は、条件ＲＲｅｃｅｉｖｅｒ（δｃ）＝ＲＲｅｃｅｉｖｅｒ│Ｓｐｙ（ｑ＝０）によって決定される。平均光子数μ＝０．１の場合、δｃ＝１３［ｄＢ］となり、これはほぼ５０ｋｍ（α＝０．２５［ｄＢ／ｋｍ］）の距離に相当する。
【００１０】
ＰＮＳ攻撃は、今日の技術にははるかに及ばないが、それらがセキュリティ解析に含まれる場合には、弱いコヒーレント状態に依存するＱＣシステムの安全性に対する結果は破壊的である（非特許文献４参照）。ＰＮＳ攻撃に対するＢＢ８４プロトコルの極端な脆弱性は、スパイが１つの光子を保持することができる場合には必ず、既知のエルミート演算子の２つの固有状態を区別しなければならず、これは量子物理学の法則によって可能であるため、スパイは、すべての情報を得る。
【非特許文献１】Ｎｉｃｏｌａｓ  Ｇｉｓｉｎ，  Ｇｒｅｇｏｉｒｅ，  Ｒｉｂｏｒｄｙ，  Ｗｏｌｆｇａｎｇ  Ｔｉｔｔｅｌ，  ａｎｄ  Ｈｕｇｏ  Ｚｂｉｎｄｅｎ，  “Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｃｒｙｐｔｏｇｒａｐｈｙ”，  Ｒｅｖ．  ｏｆ  Ｍｏｄ．  Ｐｈｙｓ．  ７４，  （２００２）．
【非特許文献２】Ｃｈａｒｌｅｓ  Ｂｅｎｎｅｔｔ  ａｎｄ  Ｇｉｌｌｅｓ  Ｂｒａｓｓａｒｄ，  ｉｎ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ＩＥＥＥ  Ｉｎｔ．  Ｃｏｎｆ．  ｏｎ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ，  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，  Ｂａｎｇａｌｏｒｅ，  Ｉｎｄｉａ  （ＩＥＥＥ，  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，  １９８４），  ｐｐ．  １７５−１７９．
【非特許文献３】Ｃｈａｒｌｅｓ  Ｂｅｎｎｅｔｔ，  Ｐｈｙｓ．  Ｒｅｖ．  Ｌｅｔｔ．  ６８，  ３１２１  （１９９２）．
【非特許文献４】Ｇｉｌｌｅｓ  Ｂｒａｓｓａｒｄ，  Ｎｏｒｂｅｒｔ  Ｌｕｔｋｅｎｈａｕｓ，  Ｔａｌ  Ｍｏｒ，  ａｎｄ  Ｂａｒｒｙ  Ｃ．  Ｓａｎｄｅｒｓ，  Ｐｈｙｓ．  Ｒｅｖ．  Ｌｅｔｔ．  ８５，  １３３０  （２０００）．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の主な目的は、弱いコヒーレント状態のような、理想的な素量システムへの近似を使用する量子暗号装置を用いて、絶対的な安全性を特徴とする鍵の交換を可能にすることである。
【００１２】
これは、発信手段が各ビットを少なくとも２つの適切なセットに属する一対の非直交状態に暗号化する、新たな種類のＱＣのプロトコルを含み、それによってＰＮＳ攻撃を無効にして、現在のプロトコルよりも長い距離にわたって弱いコヒーレント状態のＱＣの安全な実施を可能にする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
発信手段の装置（図１参照）は、量子状態源及び準備装置で構成されている。これらの要素の両方とも処理ユニットによって制御される。この処理ユニットには、量子状態の無作為な準備が可能となるように、乱数発生器が接続されている。準備後に、これらの状態は量子チャンネルに沿って受信手段へ送られる。受信手段は、分析装置と、それに続く検出ユニットとで構成され、両方とも処理ユニットによって制御される。乱数発生器によって、処理ユニットが分析原理を無作為に選択することが可能となる。発信手段および受信手段は従来の通信チャンネルによって接続される。
【００１４】
発信手段は、│〈０ａ│１ａ〉│＝ηａ≠０，│〈０ｂ│１ｂ〉│＝ηｂ≠０となるように選択された２つのセットＡ＝｛│０ａ〉，│１ａ〉｝又はＢ＝｛│０ｂ〉，│１ｂ〉｝のいずれかが属する素量システムの状態の各ビットを暗号化する。また、確率的であるか否かに関わらず、すべてのセットの量子状態の重複を同時に減少させる量子演算が、１つも存在しない（図２の左を参照）。
【００１５】
発信手段と相関関係のある結果を得るためには、受信手段は、２つの非直交状態を区別しなければならない。受信手段は、それを、自身の分析装置において、場合によっては結論に達しない結果を得ることとなっても、これら２つの状態を明らかに区別する一般化された測定を実施することによって、行うことができる。このような測定は、すべての状態に対して効果が同一ではない選択フィルタリング、それに続いて、フィルタを通過する状態に対するフォンノイマン測定により実現可能である。図２の例において、Ａの要素を区別するこのフィルタは、（１）式によって与えられ、
【数６】
0004696222.tif 000005
ここで│Ψ⊥〉は│Ψ〉に直交する状態である。
セットＡの状態の部分１−ηは、このフィルタを通過する。通過する状態の場合、σｘのフォンノイマン測定によってそれらの区別が可能になる。発信手段は、各量子システムに、２つのフィルタＦＡ又はＦＢのいずれかを無作為に適用し、結果に対するσｘを測定する。次に、発信手段は、ビットごとに関連する量子システムがセットＡまたはＢのどちらに属するかを公開する。その後、受信手段は、自分が誤ったフィルタを選択したすべての項目を破棄し、発信手段に通知する。
【００１６】
この新たな種類に属するプロトコルの１つの特定の例として、ＢＢ８４プロトコルで通常使用される装置が発生させたビットに適用される、鍵作成手順の単純な変形がある。
【００１７】
発信手段は、４つの状態│±ｘ〉又は│±ｙ〉のいずれかを無作為に送る。発信手段は、０に対して、│±ｘ〉をコード化し、１に対して、│±ｙ〉をコード化するという規約を適用する。所定の状態で、受信手段はσｘ又はσｙを無作為に測定し、これは、これらの状態を区別する最も効果的な明白な方法である。十分に多くの数の状態を交換した後で、発信手段は４対の非直交状態のいずれかＡω，ω´＝｛│ωｘ〉，│ω´ｙ〉｝を公示し、ここでω，ω´∈｛＋，−｝である。各セット内では、２つの状態の重複は、η＝１／（２）１／２である。
【００１８】
例えば、発信手段によって│＋ｘ〉が送られ、発信手段は後にセットＡ＋，＋を公表したと仮定する。受信手段が５０％の確立で起こるσｘを測定した場合、受信手段は必ず結果＋１を得る。しかし、この結果は公開されたセットＡ＋，＋における両方の状態に可能であるため、破棄しなければならない。受信手段がσｙを測定し＋１を得た場合も、受信手段は発信手段によってどの状態が送られたのかを決定することができない。しかし、受信手段がσｙを測定し−１を得た場合には、受信手段は、発信手段が│＋ｘ〉を送ったのではないかということが分かり、自分の鍵に０を加える。
【００１９】
鍵蒸留の他のステップ（ＱＢＥＲ概算、エラー補正およびプライバシー増幅）は変更されない。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の他の目的および利点は、例証および一例として本発明の実施の形態が開示されている添付された図面に基づく以下の説明から明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
添付された図面を参照して、本発明の実施の形態を単なる一例として以下に説明する。
ここには好ましい実施の形態の詳細な説明が与えられている。しかし、本発明を様々な形態で実施してもよい。したがって、ここに開示された特定の詳細は限定するものとして解釈されるべきではなく、請求の範囲の基礎として、かつ本発明は事実上どのような適切な細部を備えるシステム、構造または方法でも用いられることを当業者に教示するための代表的な基礎として解釈されるべきである。
【００２２】
図１を参照すると、本発明の一実施の形態では、量子チャンネル２０と従来のチャンネル３０によって接続された発信手段１０及び受信手段４０を備える。発信手段は、処理ユニット１３によって制御される量子状態源１１と準備装置１２で構成されている。処理ユニット１３には乱数発生器１４が接続されている。受信手段４０は、処理ユニット４３によって制御される分析装置４１と検出ユニット４２で構成されている。処理ユニット４３には乱数発生器４４が接続されている。
【００２３】
発信手段は、自分の発生源１１を用いて量子状態を発生させ、準備装置１２を用いて、│〈０ａ│１ａ〉│＝ηａ≠０，│〈０ｂ│１ｂ〉│＝ηｂ≠０となるように選択された２つのセットＡ＝｛│０ａ〉，│１ａ〉｝又はＢ＝｛│０ｂ〉，│１ｂ〉｝のいずれかが属するこの量子状態の各ビットの値を暗号化する。また、確率的であるか否かに関わらず、すべてのセットの量子状態の重複を同時に減少させる量子演算が、１つも存在しない（図２の左を参照）。その後、これらの状態は量子チャンネル２０で受信手段へ送られる。
【００２４】
受信手段は自身の分析装置４１を用いて、場合によっては結論に達しない結果を得ることとなってもこれら２つの状態を明らかに区別する一般化された測定を行う。このような測定はすべての状態に対して効果が同一ではない選択フィルタリング、それに続いてフィルタを通過する状態に対するフォンノイマン測定により実現可能である。Ａの要素を区別するこのようなフィルタの例は、（１）式によって与えられ、
【数７】
0004696222.tif 000006
ここで│Ψ⊥〉は│Ψ〉に直交する状態である。
セットＡの状態の部分１−ηはこのフィルタを通過する。通過する状態の場合、σｘのフォンノイマン測定によってそれらの区別が可能になる。検出ユニット４２は一般化測定の結果を記録する。発信手段の処理ユニット４３は、各量子ビットに、２つのフィルタＦＡ又はＦＢのいずれかを無作為に適用し、結果に対するσｘを測定する。次に、発信手段はビットごとにセットＡ又はＢを公開する。その後、受信手段は自分が誤ったフィルタを選択したすべての項目を破棄し、従来のチャンネル３０でメッセージにより発信手段に通知する。
【００２５】
次に、発信手段および受信手段は、ＱＢＥＲ概算，エラー補正及びプライバシー増幅のステップを含む鍵蒸留の手順に従う。
【００２６】
この新たな種類のプロトコルは、３つ以上のレベルを含む量子システムの使用に直接的に一般化される。
【００２７】
これはまた、３つ以上の状態のセットが用いられる場合にも一般化することができる。
【００２８】
本発明を好ましい実施の形態に関連して説明したが、それによって上述の特定の形態に本発明の範囲を制限するのではなく、逆に、添付された請求の範囲に定義されるような本発明の趣旨および範囲内に含まれるような変更，変形及びそれに相当するものを包含することを目的としている。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施の形態を概略的に示している。
【図２】新たな種類のＱＣプロトコルで用いられる２つのセットの非直交状態の例を示しており、４つの状態がポアンカレ球の平面に配置され、その中央を通過している。フィルタＦＡの効果である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  発信手段
１１  発生源
１２  準備装置
１３  処理ユニット
２０  量子チャンネル
３０  従来のチャンネル
４０  受信手段
４１  分析装置
４２  検出ユニット
４３  処理ユニット
【図１】
0004696222.tif 000009
【図２】
0004696222.tif 000010