(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送情報を有する伝送信号であって所定の強度以下の強度を有する信号光である伝送信号と、観測の対象である観測信号であって上記所定の強度よりも強い強度を有し所定の偏波状態を有する古典光である観測信号とが合波された光信号を伝送路を介して受信し、受信した光信号を伝送信号と観測信号とに分波する分波部と、
上記分波部が分波した所定の強度よりも強い強度を有する観測信号を入力し、入力した観測信号の偏波状態の変化を観測し、上記観測信号の偏波状態の変化分を表す変化情報を出力するモニタ部と、
上記モニタ部が出力した変化情報を入力し、入力した変化情報により表される変化分だけ上記光信号の偏波状態を上記所定の偏波状態に戻すように光信号の偏波状態を変化させて上記伝送信号の偏波状態を補正する制御部と
を備えることを特徴とする信号状態制御装置。
【請求項２】
上記分波部は、１信号が１以上１０以下の光子数からなる伝送信号と上記観測信号を分波することを特徴とする請求項１記載の信号状態制御装置。
【請求項３】
上記信号状態制御装置は、さらに、
光信号の偏波状態を制御する偏光器を備え、
上記制御部は、上記偏光器を用いて上記変化情報により表される変化分だけ上記光信号の偏波状態を上記所定の偏波状態に戻すように光信号の偏波状態を変化させて上記伝送信号の偏波状態を補正することを特徴とする請求項１または２記載の信号状態制御装置。
【請求項４】
上記分波部は、上記光信号として、上記伝送信号と観測信号とが異なる波長を有して波長分割多重方式により合波された光信号を受信し、受信した光信号を波長分割により伝送信号と観測信号とに分波することを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の信号状態制御装置。
【請求項５】
上記分波部は、上記光信号として、上記伝送信号と観測信号とが時分割多重方式により合波された光信号を受信し、受信した光信号を時分割により伝送信号と観測信号とに分波することを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の信号状態制御装置。
【請求項６】
伝送情報を有する伝送信号であって所定の強度以下の強度を有する信号光である伝送信号と、観測の対象である観測信号であって上記所定の強度よりも強い強度を有し所定の位相状態を有する古典光である観測信号とが合波された光信号を伝送路を介して受信し、受信した光信号を伝送信号と観測信号とに分波する分波部と、
上記分波部が分波した所定の強度よりも強い強度を有する観測信号を入力し、入力した観測信号の位相状態の変化を観測し、上記観測信号の位相状態の変化分を表す変化情報を出力するモニタ部と、
上記モニタ部が出力した変化情報を入力し、入力した変化情報により表される変化分だけ上記光信号の位相状態を上記所定の位相状態に戻すように光信号の位相状態を変化させて上記伝送信号の位相状態を補正する制御部と
を備えることを特徴とする信号状態制御装置。
【請求項７】
上記信号状態制御装置は、さらに、
伝送信号の位相を変調する位相変調器を用いて量子暗号を行い、１信号に含まれる光子数が０か１のいずれかの光子数からなる伝送信号を出力する量子暗号化部を備えた
ことを特徴とする請求項１または６記載の信号状態制御装置。
【請求項８】
伝送情報を有する伝送信号であって所定の強度以下の強度を有する信号光である伝送信号と、観測の対象である観測信号であって上記所定の強度よりも強い強度を有し所定の偏波状態を有する古典光である観測信号とが合波された光信号を伝送路を介して受信し、受信した光信号を伝送信号と観測信号とに分波し、
上記分波した所定の強度よりも強い強度を有する観測信号を入力し、入力した観測信号の偏波状態の変化を観測し、上記観測信号の偏波状態の変化分を表す変化情報を出力し、
上記出力された変化情報を入力し、入力した変化情報により表される変化分だけ上記光信号の偏波状態を上記所定の偏波状態に戻すように光信号の偏波状態を変化させて上記伝送信号の偏波状態を補正する
ことを特徴とする信号状態制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、伝送情報を有する伝送信号の状態を制御する装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信を行う場合、光信号が伝送路を伝送する時に、光の状態が変化してしまうことがある。光ファイバなどの伝送路媒体や合波器、分波器などの伝送路構成部品に、温度変化による屈折率変化が生じることや、振動・振幅などにより応力歪みが生じ偏波面揺らぎ、屈折率変化、損失変動、伝送路長変動が生じることがあるからである。そして、この光の状態変化としては、偏波状態の変化、位相状態の変化、信号パルス列の時間軸ジッタ等が挙げられる。この信号パルス列の時間軸ジッタとは、ファイバ自身の物理的な伸縮やファイバ中の波長分散により、本来規則的に到着すべきパルス列の間隔が短くなったり、長くなったりする時間軸上の揺らぎをいう。
これらの原因で生じる光の状態変化を適正に補正し、正しい情報の乗った信号を送信する手段として、光を分割して、一方の光の状態をモニタし、モニタ結果から他方の光の状態を帰還制御する方法がある。すなわち、一方の光信号にどのような状態変化が生じているかを把握し、他方の光信号を状態変化分補正することで、光の歪みを矯正する制御方法である。
しかし、量子暗号技術を用いた光通信では光子１個を１信号として情報を伝達するが、この場合１光子を分割することはできない。つまり、信号光そのものを分割することはできないため、分割した信号の一方をモニタとして用いるということも不可能である。
そこで、従来、光子１個を用いて信号伝達を行う量子暗号方式を使用する多元接続ネットワークにおいて、例えば特表平９−５０２３２０のように、光子１個を用いた単一光子信号を強い光と多重化し、多重化した強い光をモニタすることによって、単一光子信号を同期させる方法が採られていた。また、１９９５年に行われたＣ．ＭＡＲＡＮＤとＰ．Ｄ．ＴＯＷＮＳＥＮＤの実験レポート（ＯＰＴＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ  ＶＯＬ．２０，ＮＯ．１６）では同一の光源から出力される信号光に対し、時間的にタイミングをずらして光強度を変え、光強度の高い信号をモニタし、光位相制御を行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特表平９−５０２３２０では、数個程度の光子数からなる伝送信号と観測可能な光子数からなる観測信号とを多重化し、光の偏波面の制御、または、光の位相制御により光の状態を制御することはできなかった。また、Ｃ．ＭＡＲＡＮＤとＰ．Ｄ．ＴＯＷＮＳＥＮＤの実験レポートでは、時間的に光強度を変え、位相制御を行っている。すなわち、同一の光源から出た信号に対し、交互に光強度を行うため、光子の状態制御をリアルタイムで（同時に）制御することは行っておらず、光の状態制御の方法に問題があった。
したがって、上記文献に開示された制御方法では、光子数が多くとも数個であるような信号光（量子チャネル）と比較的強度の強い古典光（検査光、古典チャネル）とを合波し、前記信号光と前記検査光を同一の伝送路を通過させ、伝送路媒体あるいは伝送路を構成する光学部品によって前記信号光と前記検査光に同時に生じる光の状態変化をリアルタイムにモニタし、そのモニタされた検査光の情報を基に、伝送路中の信号光の状態を制御することはできなかった。
【０００４】
この発明は、伝送情報を有する伝送信号の状態を制御することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の信号状態制御装置は、
伝送情報を有する伝送信号と観測の対象である観測信号とが合波された信号を伝送信号と観測信号とに分波する分波部と、
上記分波部が分波する観測信号の信号状態の変化を観測するモニタ部と、
上記モニタ部が観測する観測信号の信号状態の変化を利用して伝送信号の信号状態の変化を補正する制御部とを備えることを特徴とする。
【０００６】
また、上記分波部は、光信号である伝送信号と観測信号とを分波することを特徴とする。
【０００７】
また、上記分波部は、１信号が１以上１０以下の光子数からなる伝送信号と観測可能な光子数からなる観測信号とを分波することを特徴とする。
【０００８】
また、上記信号状態制御装置は、さらに、
光信号の偏波状態を制御する偏光器を備え、
上記制御部は、上記偏光器を用いて伝送信号の偏波状態を制御することを利用して伝送信号の信号状態の変化を補正することを特徴とする。
【０００９】
また、上記信号状態制御装置は、さらに、
光信号の位相を変調する位相変調器を備え、
上記制御部は、上記位相変調器を用いて伝送信号の位相を位相変調することを利用して伝送信号の信号状態の変化を補正することを特徴とする。
【００１０】
また、上記分波部は、波長分割により分波することを特徴とする。
【００１１】
また、上記分波部は、時分割により分波することを特徴とする。
【００１２】
また、上記分波部は、１信号に含まれる光子数が０か１のいずれかの光子数からなる伝送信号と観測可能な光子数からなる観測信号とを分波し、
上記信号状態制御装置は、さらに、
伝送信号の位相を変調する位相変調器を用いて量子暗号を行う量子暗号化部を備え、
上記制御部は、上記量子暗号化部が行う量子暗号により生成された伝送信号の信号状態の変化を補正することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の信号状態制御方法は、
伝送情報を有する伝送信号と観測の対象である観測信号とが合波された信号を伝送信号と観測信号とに分波し、
上記分波する観測信号の信号状態の変化を観測し、
上記観測する観測信号の信号状態の変化を利用して伝送信号の信号状態の変化を補正することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、システム全体の概念図である。図１に基づき、システム全体の概念を説明する。
図１に示す光子発生器手段１０から生成された信号光と、古典光光源２０から生成された古典光は合波部３０で合波（多重化）される。ここで、光子発生器手段１０から生成された信号光は伝送信号である。また、古典光光源２０から生成された古典光は観測対象となる観測信号である。合波された信号光と古典光は、光ファイバ等の伝送路８０を伝送され、分波部４０で、再び、信号光と古典光に分波される。分波された古典光は、古典光モニタ部５０でモニタリングされ、古典光の状態がどのように変化したかが観測される。そして、その結果を、光状態制御部６０にフィードバックし、光状態制御部６０は信号光を帰還制御する。すなわち、古典光モニタ部５０でモニタされた古典光の状態の変化量を合波された信号光から差し引くことにより、信号光を補正し、補正後の信号光を分波部４０で分波することで、光子検出器手段７０を利用して光子のもつ情報を精度よく測定することが可能となる。
なお、光子検出器手段７０には、光子の検出を行う光子検出器のみならず、たとえば偏光ビームスプリッタ１１０や位相変調器６０ｂなどの光子検出器以外の装置をも含まれている。
以上のような全体の動作から、光状態制御部６０が帰還制御することにより、光子の状態を安定に制御し、目的に応じて光子のもつ情報を精度よく測定することができる。
【００１５】
上述の通り、光子発生器手段１０で生成された信号光は、伝送情報を有する伝送信号の一例である。また、古典光光源２０で生成された古典光は、観測の対象となる観測信号の一例である。また、合波機能を持つ合波部３０を用いて信号送信側で複数の光信号を一本の伝送路８０を通して伝送させることが可能となる。また、分波機能を持つ分波部４０を用いて信号受信側で複数の光信号を（たとえば、異なる波長ごとに）分離することが可能となる。
【００１６】
実施の形態１．
図２は実施の形態１を表す図である。この実施の形態１では、図１の光状態制御部６０が偏波面の制御をすることにより帰還制御を行う偏波コントローラ６０ａの場合を表している。偏波コントローラ６０ａは偏光器の一例である。
信号送信側では、レーザダイオード（ＬＤ）１０ａで出力された信号光を、光減衰器１００で光子１個を区別できるほどに減衰させる。また、古典光光源２０で出力された古典光を偏光子９０を通過させ、縦方向及び横方向の偏光成分のうち片方のみを透過させる。上記減衰された信号光と縦方向または横方向の偏光成分のいずれかを持つ古典光とを波長合波器３０ａにより合波（波長分割多重）し、伝送路８０を伝送させる。合波される信号光と古典光は異なる波長を持つ。
信号受信側において、再び、信号光と古典光を、波長分波器４０ａを用いて波長分割により分波し、古典光を偏光ビームスプリッタ１１０に入射し、光を偏光状態の横方向成分と縦方向成分とに分離して、二つの出力ポートからそれぞれのフォトダイオード（ＰＤ1、ＰＤ2）に出力後、偏光状態モニタ５０ａを用いて古典光の偏波状態の変化を観測する。
偏光状態モニタ５０ａがモニタした古典光の偏波状態の変化と、合波されたのち分波された信号光の偏波状態の変化は同じため、モニタした古典光の偏波状態の変化から、それ自身では観測できない信号光の偏波状態の変化がわかる。よって、この観測された古典光の偏波状態の変化についての情報を基に、偏波コントローラ６０ａに帰還制御をかける。すなわち、偏波コントローラ６０ａは、偏波コントローラ６０ａに入射する伝送情報を有する信号光に対し、偏光状態モニタ５０ａでモニタされた古典光の偏波状態の変化を用いてその偏波状態を補正することにより、光子の状態を安定に制御し、光子検出器手段７０を経て、目的に応じて光子のもつ情報を精度よく測定することが可能となる。
具体的に説明すると、たとえば、波長合波器３０ａで合波された信号光と古典光が伝送路８０を通過して分波されるまでに偏波面が＋α歪んだとする。偏光状態モニタ５０ａは古典光の歪み＋αを観測し、偏波コントローラ６０ａに偏波状態の変化を＋αとして伝える。偏波コントローラ６０ａは、伝送路８０を通過して入射してくる古典光と信号光の合波から偏波状態の変化分であるαを差し引く。この結果、信号光の歪みが補正される。このように、受信側に到達する信号の偏波状態が一定に保たれるように、偏光ビームスプリッタ１１０を用いて分けられた二つの偏光成分の比をモニタし、その比が一定になるように偏波コントローラ６０ａに帰還制御をかける。なお、その比は、受信側量子チャネルの処理に都合がいいように自由に選ぶことができる。
ここで、偏光ビームスプリッタ１１０は、上述の通り、偏光状態の横方向成分と縦方向成分とに分離した光を二つの出力ポートに出力する光学部品である。また、偏光子９０は、縦方向及び横方向の偏光成分のうち片方のみを透過し、もう一方の偏光成分は捨ててしまう光学部品である。すなわち、偏光子９０は、光の偏光状態が直線偏光にない場合、偏光子９０を通すことにより決まった直線偏光の光を作る素子である。偏光ビームスプリッタ１１０と偏光子９０はともに光通信・光学実験で用いられる光学部品で、光ファイバによる光伝送と空間を媒体にした光伝送のいずれの場合も、ある種の結晶を用いたものが通常使用される。
したがって、本実施の形態では、図２に示すように、まず、偏光子９０を利用して、偏光状態が決定された古典光を伝送路８０に入射し、受信側でその偏光状態が決定されていたはずの古典光の偏光状態がどの程度揺らぐかを偏光ビームスプリッタ１１０を用いて観測し、その情報を元に偏波コントローラ６０ａに帰還制御をかけ、偏波コントローラ６０ａが減衰された信号光の偏波面の揺らぎを補正する仕組みになっている。ただし、古典光光源２０に偏波面の揺らぎがなければ、原理的には必ずしも偏光子は必要ではない。
【００１７】
以上のような全体の動作から、古典光を用いてモニタし、モニタ結果から偏波コントローラ６０ａが信号光の光子の状態を帰還制御することが可能となる。これにより、観測可能な古典光のモニタ結果を用いて、それ自身では観測対象として微少なためモニタできない信号光の偏波面を制御することが可能となる。その結果、伝送情報を持つ信号光が伝送路８０を通過中に生じた歪みを元の状態の信号光に補正することが可能となり、光子の状態を安定に制御し、目的に応じて光子のもつ情報を精度よく測定することができるという効果が得られる。
すなわち、本実施の形態の光子状態制御方法においては、光子数が少数（たとえば、減衰された信号光の１パルス（１信号）当りの光子数は１０光子以下）であるような信号光と比較的強度の強い古典光（検査光）とを合波し、微少な信号光と強度の強い古典光とを同一の伝送路８０で通過させ、信号受信側において合波された信号光と古典光を分離し、分離された古典光をモニタし、その結果を利用して、偏波コントローラ６０ａなどの光学部品によって信号光と古典光に同時に生じる光の状態変化を制御することが可能となる。
したがって、単一光子の状態制御を行うことが必要な量子暗号通信だけでなく、１信号あたりに含まれる光子数が１０個未満であるような（量子）光通信システム一般に利用できる光状態の制御が可能である。
【００１８】
なお、レーザダイオード１０ａは図１の光子発生器手段１０の一例であり、波長合波器３０ａは図１の合波部３０の一例であり、波長分波器４０ａは図１の分波部４０の一例である。また、偏光状態モニタ５０ａは図１の古典光モニタ部５０の一例であり、偏波コントローラ６０ａは図１の光状態制御部６０の一例である。また、図２の偏波コントローラ６０ａは、図２のように、送信側（波長合波器３０ａ）に配置しても図３のように受信側（波長分波器４０ａ）に配置してもよく、波長合波器３０ａと波長分波器４０ａの間の伝送路８０中であればよい。ただし、図２に示す構成のように受信側に配置した方が、帰還制御をすべて受信側で処理できるため、システム構成上望ましい。
【００１９】
実施の形態２．
図３は本発明の実施の形態２を表す図である。この実施の形態２ではレーザダイオード１０ａから出力された信号光と複数の古典光１〜古典光ｎを波長合波器３０ａで合波（ＭＵＬＴＩＰＬＥＸＩＮＧ）し、伝送路８０を伝送させた後、波長分波器４０ａにより分波（ＤＥＭＵＬＴＩＰＬＥＸＩＮＧ）している。
具体的には、信号送信側では、レーザダイオード（ＬＤ）１０ａから出力された光を光減衰器１００で光子１個を区別できるほどに減衰させた信号光と、複数の古典光光源から出力された複数の古典光（２０ａ〜２０ｎ）とを波長合波器３０ａにより波長分割多重し、一本の伝送路８０を伝送させる。実施の形態１と同様、減衰された信号光と複数の古典光１〜古典光ｎとはそれぞれ異なる波長をもつ。
信号受信側では、再び、信号光と複数の古典光とを分波し、図３では、偏光状態モニタ５０ａを用いて複数の古典光のうち、古典光ｎの偏波状態を観測する。この観測した古典光ｎの偏波状態の変化情報をもとに、偏波コントローラ６０ａに帰還制御をかける。すなわち、偏光状態モニタ５０ａでモニタされた古典光ｎの偏波状態の変化量を信号光から差し引くことにより、伝送情報を持つ信号光を補正する。その結果、光子の状態が安定に制御され、目的に応じて光子のもつ情報を精度よく測定することが可能となる。
図３では図示していないが、図２に示す場合と同様に、各古典光光源と波長合波器３０ａとの間には、偏光子９０がある。また、古典光ｎが通過する古典光の伝送路と偏光状態モニタ５０ａの間には、偏光ビームスプリッタ１１０とフォトダイオード（ＰＤ1、ＰＤ2）がある。
また、図３では、偏光状態モニタ５０ａは古典光ｎの通過する古典光の伝送路にのみ接続されているが、他の古典光（古典光１〜古典光１−ｎ）と接続することも可能である。その場合には、図示していない上記他の古典光が通過するそれぞれの古典光の伝送路と図示していない偏光状態モニタ５０ａの間には、偏光ビームスプリッタ１１０とフォトダイオード（ＰＤ1、ＰＤ2）が存在する。そして、複数の古典光（古典光１〜古典光ｎ）を同一の測定方法で観測し、観測結果を平均化することで、より精度のよい光子状態の制御を行うことができる。また、複数の古典光でそれぞれ別の観測方法（たとえば、位相制御と偏波面制御と同期制御を用いる方法）を用い、より精度のよい光子状態の制御を行うことも可能である。
また、古典光１は光子状態の制御用に用い、他の古典光は、通常の古典的な情報を送る目的のために用いるというような使い方も可能である。
【００２０】
以上のような動作から、光子の状態を同時に合波された複数の古典光を用いてモニタし、モニタ結果から偏波コントローラ６０ａが伝送情報を持つ信号光に対し帰還制御を行う。これにより、それ自身では観測対象として微少なためモニタできない減衰された信号光の偏波面を、観測可能な複数の古典光のモニタ結果を用いてより精密に制御することが可能となる。その結果、信号光の的確な補正により、光子の状態を安定に制御し、目的に応じて光子のもつ情報を精度よく測定することが可能となる。
【００２１】
以上に説明した実施の形態１と実施の形態２は、波長分割多重方式（ＷＤＭ：ＷＡＶＥＬＥＮＧＴＨ  ＤＩＶＩＳＩＯＮ  ＭＵＬＴＩＰＬＥＸ）を利用した伝送手段により、光状態の制御を行っている。波長分割多重方式とは、異なった波長にそれぞれの信号を割り当てることによって複数の信号を共通の伝送路で送信させる方式をいう。
【００２２】
これに対し、図４に示すように、時分割多重方式（ＴＤＭ：ＴＩＭＥ  ＤＩＶＩＳＩＯＮ  ＭＵＬＴＩＰＬＥＸ）を利用した伝送手段により、光状態の制御を行うこともできる。時分割多重方式とは、継続している時間領域を異なった信号に割り当てることによって複数の信号を共通の伝送路で送信させる方式をいう。具体的手段は、図４に示すとおり、信号送信側で、レーザダイオード１０ａから出力された光を、光減衰器１００で光子数個を区別できるほどに減衰させた信号光とは古典光光源２０から出力され、偏光子９０を通過した古典光とを時分割合波器３０ｂにより時分割多重し、一本の伝送路８０を伝送させる。
信号受信側において、再び、信号光と古典光を時分割分波器４０ｂによって分波し、偏光状態モニタ５０ａを用いて古典光の偏波状態を観測する。この観測された古典光の偏波状態の変化情報をもとに、偏波コントローラ６０ａに帰還制御をかける。
図５は、減衰された信号光の各光子１１と古典光２１の時分割多重の模式図である。１１は、レーザダイオード１０ａから出力され、減衰されることにより、一個の光子をもつに至った信号光を表している。２１は、古典光光源２０から出力され、偏光子９０を通過した光の強度の高い古典光２１である。光子１１と古典光２１は、時分割合波器３０ｂを用いて合波され、伝送路８０を伝送される。その後、時分割分波器４０ｂを用いて光子１１と古典光２１に分波される。図５に示すように、光子１１のみが伝送する伝送路が量子チャネル７５、古典光２１のみが伝送する伝送路が古典光チャネル５５である。また、図５では、光子１１と古典光２１が交互に多重化され伝送路８０を伝送されているが、古典光２１と古典光２１の間に存在する光子列の数は不規則になってもよい。
【００２３】
このように、時分割合波器３０ｂと時分割分波器４０ｂを用いた時分割多重方式により、合波した後、分波した古典光２１を偏光状態モニタ５０ａでモニタリングし、偏波コントローラ６０ａで帰還制御することにより、光子１１の状態制御をリアルタイムに、すなわち、同時に行うことができる。したがって、同一光源から出た信号に対し、交互に光強度を行うことで光子１１の状態を制御する場合に比べ、制御の時間遅延がないことから、伝送状態をリアルタイムに把握でき、より的確かつ精密に制御を行うことができる。
また、図５では１信号に対し１個の光子を持つ信号光の時分割多重方式による制御を説明したが、１信号に対し数個（１個以上１０個以下）の光子を持つ信号光の帰還制御を、時分割多重方式を用いて達成することも可能である。
【００２４】
また、光状態制御部６０は、位相変調器６０ｂによって光の状態を位相制御することも可能である。図６は、位相変調器６０ｂによる制御システムを表している。図６では、図２〜図４に示した偏波コントローラ６０ａが位相変調器６０ｂに置き換えられている。また、図２〜図４に示す偏光状態モニタ５０ａが位相状態モニタ５０ｂに置き換えられている。そして、古典光の位相状態を位相状態モニタ５０ｂを用いてモニタし、モニタ結果を位相変調器６０ｂにフィードバックすることによって帰還制御を行う。なお、このような位相制御の場合、図２および図４に示す偏光ビームスプリッタ１１０、フォトダイオード（ＰＤ1、ＰＤ2）は不要である。
また、図３のシステムでは、図示していないが、複数の古典光のうち、古典光１は位相状態モニタ５０ｂを用いて位相状態をモニタし、古典光２は偏光状態モニタ５０ａにより偏光状態をモニタするというように、複数の古典光でそれぞれ別の測定方法を行い、その結果を光状態制御部６０にある偏波コントローラ６０ａと位相変調器６０ｂ（図示していない）により帰還制御することにより、より精度のよい光子状態の制御を行うことも可能である。
【００２５】
実施の形態３．
図７は実施の形態３を表す図である。この実施の形態３では量子暗号装置に上述した光の状態制御を付加することにより、安定的に暗号鍵の共有を行うことができる。
具体的には、信号送信側である量子暗号送信装置（例えばアリス：ＡＬＩＣＥが挙げられる）と信号受信側である量子暗号受信装置（例えばボブ：ＢＯＢが挙げられる）が量子暗号による暗号処理を行う時に以下のような光状態制御を行う。
まず、信号送信側では、量子暗号送信装置（図７ではＡＬＩＣＥ）の暗号送信部１０ｂが出力する伝送情報を持つ伝送信号と古典光光源２０が出力する古典光とが合波部３０で合波され、光ファイバなど伝送媒体を通過する。ここで、伝送情報を持つ伝送信号は信号１パルスあたり高々１光子を含んだ信号である。すなわち、１パルスに含まれる光子数が０の場合（空パルス）と、１パルスに含まれる光子数が１の場合がある。たとえば、１０パルスに一つの割合で、光子１個が含まれた信号が送信されてくる場合（１０パルス中９パルスは空パルスの場合）、１信号あたり０．１個の光子が含まれると表現されるが、現実には１パルスに０．１個の光子を含んだ信号が送信されることはなく、上述の通り、１０パルス中、１パルスは１光子を含み、残りの９パルスは空パルスであることから平均光子数をとってこのように表現される。
信号受信側において信号１パルスあたり高々１光子を含んだ伝送信号と一定の光強度を持つ古典光とが分波部４０によって分波され、古典光モニタ部５０を用いて分派された古典光の偏波状態または位相状態（または偏波状態及び位相状態）を観測する。光状態制御部６０は、古典光モニタ部５０で観測された光状態の変化についての情報をもとに、帰還制御を行う。すなわち、古典光モニタ部５０でモニタされた光の状態の変化量を伝送信号から差し引くことにより伝送情報を持つ伝送信号を暗号送信部１０ｂが送信した時の状態に補正する。その結果、量子暗号受信装置（図７ではＢＯＢ）の暗号受信部７０ｂが、暗号送信部１０ｂが送信した伝送情報を持つ伝送信号を正確に受信できるため、以上のような帰還制御をしない場合と比べて、伝送路などを通過中に誤った伝送情報を有するに至った伝送信号が減り、安定的に暗号鍵の共有を行うことができ、暗号鍵の共有の高速化が図れる。
【００２６】
以上の実施の形態では、光信号に対するシステムについて説明した。しかし、本発明の信号状態制御装置及び信号状態制御方法は、光信号の帰還制御による状態制御装置及び方法に限る必要はなく、伝送情報を有する伝送信号全般の帰還制御装置及び帰還制御方法として用いることが可能である。すなわち、本発明の信号状態制御装置及び信号状態制御方法は、伝送信号と同一の伝送路を伝送する観測信号をモニタし、その状態変化の観測結果を伝送信号にフィードバックさせ、伝送情報を有する伝送信号が伝送路を通過する時に生じる状態変化を補正することができる装置及び方法である。特に、伝送情報を有する伝送信号がそれ自身では観測不可能な場合や観測困難な場合など、補正を必要とする信号（伝送信号）それ自身を観測するのに多大な支障が生じる場合に本発明の有用性が顕著となる。
【００２７】
上述したすべての実施の形態では、各構成要素の各動作はお互いに関連しており、各構成要素の動作は、上記に示された動作の関連を考慮しながら、一連の動作として置き換えることができる。そして、このこのように置き換えることにより、方法の発明の実施形態とすることができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は、観測信号の信号状態の変化から、伝送信号の信号状態の変化を補正することができる。
【００２９】
また、光信号の信号状態の変化を補正することができる。
【００３０】
また、１信号が１以上１０以下の光子数からなる光信号の信号状態の変化を補正することができる。
【００３１】
また、偏光器を用いて偏波方向の制御を行うことで信号状態の変化を補正することができる。
【００３２】
また、位相変調器を用いて位相変調の制御を行うことで信号状態の変化を補正することができる。
【００３３】
また、波長分割多重方式を利用して、信号状態の変化を補正することができる。
【００３４】
また、時分割多重方式を利用して、信号状態の変化を補正することができる。
【００３５】
また、量子暗号システムに用いることにより、安定的に暗号鍵の共有を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  システム概念図を表す図である。
【図２】  波長多重を利用した波長制御を行うシステム構成図である。
【図３】  複数の古典光を用いたシステム構成図である。
【図４】  時分割多重を利用した波長制御を行うシステム構成図である。
【図５】  時分割多重方式の例を表す図である。
【図６】  波長多重を利用した位相制御を行うシステム構成図である。
【図７】  量子暗号方式に光の状態制御を利用するシステム構成図である。
【符号の説明】
１０  光子発生器手段、１０ａ  レーザダイオード、１０ｂ  暗号送信部、１１  光子、２０  古典光光源、２１  古典光、３０  合波部、３０ａ  波長合波器、３０ｂ  時分割合波器、４０  分波部、４０ａ  波長分波器、４０ｂ  時分割分波器、５０  古典光モニタ部、５０ａ  偏光状態モニタ、６０  光状態制御部、６０ａ  偏波コントローラ、６０ｂ  位相変調器、７０  光子検出器手段、７０ｂ  暗号受信部、８０  伝送路、９０  偏光子、１００  光減衰器、１１０偏光ビームスプリッタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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