(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信機と、受信機と、前記送信機と前記受信機との通信を行う第１の伝送路と第２の伝送路と、を有し、
前記送信機はマッハツェンダー型の第１の干渉計を有し、前記第１の干渉計は光信号の入力端と出力端とを有し、
前記受信機はマッハツェンダー型の第２の干渉計を有し、前記第２の干渉計は第１と第２の入力端と少なくとも第１と第２の出力端とを有し、
前記第１の伝送路は前記第２の干渉計の前記第１の入力端に接続し、
前記第２の伝送路は前記第２の干渉計の前記第２の入力端に接続し、
前記送信機は、前記第１の干渉計の前記出力端からの光信号を受けて、前記第１の伝送路と前記第２の伝送路のいずれか一方で前記通信を行うよう切り替える第１の切替部を有し、
前記送信機もしくは前記受信機は、前記切り替えたときの前記第２の干渉計の前記第１と第２の出力端の光信号の位相の反転を補正する機能を有する、量子鍵配送システム。
【請求項２】
前記送信機は、前記第１の干渉計の前記出力端が第１と第２の出力端を有し、前記第１の干渉計の前記第１の出力端が前記第１の伝送路に接続し、前記第１の干渉計の前記第２の出力端が前記第２の伝送路に接続し、前記第１の切替部を切り替えることで前記補正をする、請求項１記載の量子鍵配送システム。
【請求項３】
前記受信機は、前記第２の干渉計の前記第１と第２の出力端からの出力を切り替える第２の切替部を有し、前記第２の切替部を切り替えることで前記補正をする、請求項１記載の量子鍵配送システム。
【請求項４】
前記第２の切替部は、電気信号を切り替える、請求項３記載の量子鍵配送システム。
【請求項５】
前記第１の伝送路を現用伝送路とし、前記第２の伝送路を予備伝送路とする、請求項１から４の内の１項記載の量子鍵配送システム。
【請求項６】
前記第２の干渉計は２入力４出力を有する、請求項１から５の内の１項記載の量子鍵配送システム。
【請求項７】
光信号を、マッハツェンダー型の第１の干渉計の有する出力端から第１の伝送路を経由する送信から、前記出力端から第２の伝送路を経由する送信に、切り替えて送信し、
前記切り替えに連動して、前記光信号を、マッハツェンダー型の第２の干渉計の有する第１の入力端での受信から、前記第２の干渉計の有する第２の入力端での受信に、切り替えて受信し、
前記受信を切り替えたときの前記第２の干渉計の出力端の光信号の位相の反転を補正する、冗長化方法。
【請求項８】
前記補正は、前記第１の干渉計の前記出力端が第１と第２の出力端を有し、前記第１の干渉計の前記第１の出力端を前記第１の伝送路に接続し、前記第１の干渉計の前記第２の出力端を前記第２の伝送路に接続し、前記送信を切り替えることによる、請求項７記載の冗長化方法。
【請求項９】
前記補正は、前記第２の干渉計が第１と第２の出力端を有し、前記第１の伝送路から前記第２の伝送路への切り替えに伴って、前記第２の干渉計の前記第１と第２の出力端からの出力を切り替えることによる、請求項７記載の冗長化方法。
【請求項１０】
前記切り替えは、電気信号を切り替える、請求項９記載の冗長化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は量子鍵配送に関し、特に鍵配送の継続性向上のために伝送路の冗長化を行った量子鍵配送に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、盗聴行為に対する絶対安全性を持つ暗号化通信を実現する方法として量子鍵配送（Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｋｅｙ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ、ＱＫＤ）が盛んに研究され、実用化開発が進んでいる（特許文献１、非特許文献１）。
【０００３】
量子鍵配送が使用される場面では、高度な秘匿性とともに、有事の際にも通信が断絶しない継続性が求められる。そのため量子鍵配送に用いられる伝送路は、２つ以上の経路を利用した冗長化を行い、一方の伝送路が断絶したとしても他方の伝送路により秘匿通信を継続できるようにすることが重要である。
【０００４】
伝送路を冗長化した量子鍵配送システムとして、図４に示す量子鍵配送システム４が知られている。量子鍵配送システム４では、送信機４１は、レーザ光源４１１と干渉計４１２とデータ変調器４１３と強度調整器４１４とを有し、その出力端に１入力２出力の光スイッチ４１５を有する。さらに、伝送路は、現用伝送路４３と冗長系としての予備伝送路４４とを有する。さらに、受信機４２は、干渉計４２１と光子検出器４２２とを有し、その入力端に２入力１出力の光スイッチ４２３を有する。
【０００５】
量子鍵配送システム４では、通常の配送時には、現用伝送路４３を用いるように送信機４１側の光スイッチ４１５と受信機４２側の光スイッチ４２３とを設定しておく。もしも現用伝送路４３に断線などが発生して配送が継続できなくなった場合には、送信機４１と受信機４２の各々の光スイッチ４１５、４２３を切り替えて、予備用伝送路４４を用いて配送を行う。以上により、量子鍵配送の継続が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１６６２８５号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】ベネット（Ｂｅｎｎｅｔｔ）、ブラッサ−ド（Ｂｒａｓｓａｒｄ）著  ＩＥＥＥコンピュータ、システム、信号処理国際会議（ＩＥＥＥ  Ｉｎｔ．  Ｃｏｎｆ．  ｏｎ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ，  Ｓｙｓｔｅｍｓ，  ａｎｄ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，  Ｂａｎｇａｌｏｒｅ，  Ｉｎｄｉａ，  ｐ．  １７５  （１９８４））．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
量子鍵配送システムにおいては、高度な秘匿性とともに、通信が断絶しない継続性が求められる。図４に示す量子鍵配送システム４により、伝送路の冗長化を行うことで、通信の継続性を改善することができる。しかしながら、受信機４２に設置された光スイッチ４２３による光学損失は２０％程度と大きく、この損失により暗号鍵生成速度が低下していた。一方で、特許文献１に開示された光受信装置では、量子鍵配送の秘匿性を改善することが可能である。しかしながら、特許文献１には、この暗号鍵生成速度の低下に対する対策については開示されていない。
【０００９】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、暗号鍵生成速度を低下させないで通信の継続性を高めた量子鍵配送システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による量子鍵配送システムは、送信機と、受信機と、前記送信機と前記受信機との通信を行う第１の伝送路と第２の伝送路と、を有し、前記送信機はマッハツェンダー型の第１の干渉計を有し、前記第１の干渉計は光信号の入力端と出力端とを有し、前記受信機はマッハツェンダー型の第２の干渉計を有し、前記第２の干渉計は第１と第２の入力端と少なくとも第１と第２の出力端とを有し、前記第１の伝送路は前記第２の干渉計の前記第１の入力端に接続し、前記第２の伝送路は前記第２の干渉計の前記第２の入力端に接続し、前記送信機は、前記第１の干渉計の前記出力端からの光信号を受けて、前記第１の伝送路と前記第２の伝送路のいずれか一方で前記通信を行うよう切り替える第１の切替部を有し、前記送信機もしくは前記受信機は、前記切り替えたときの前記第２の干渉計の前記第１と第２の出力端の光信号の位相の反転を補正する機能を有する。
【００１１】
本発明による冗長化方法は、光信号を、マッハツェンダー型の第１の干渉計の有する出力端から第１の伝送路を経由する送信から、前記出力端から第２の伝送路を経由する送信に、切り替えて送信し、前記切り替えに連動して、前記光信号を、マッハツェンダー型の第２の干渉計の有する第１の入力端での受信から、前記第２の干渉計の有する第２の入力端での受信に、切り替えて受信し、前記受信を切り替えたときの前記第２の干渉計の出力端の光信号の位相の反転を補正する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、暗号鍵生成速度を低下させないで通信の継続性を高めた量子鍵配送システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態の量子鍵配送システムの構成を示すブロック図である。
【図２Ａ】本発明の第２の実施形態の量子鍵配送システムの構成を示すブロック図である。
【図２Ｂ】本発明の第２の実施形態の量子鍵配送システムの動作を示す図である。
【図２Ｃ】本発明の第２の実施形態の量子鍵配送システムの動作を示す図である。
【図３Ａ】本発明の第３の実施形態の量子鍵配送システムの構成を示すブロック図である。
【図３Ｂ】本発明の第３の実施形態の量子鍵配送システムの動作を示す図である。
【図３Ｃ】本発明の第３の実施形態の量子鍵配送システムの動作を示す図である。
【図３Ｄ】本発明の第３の実施形態の量子鍵配送システムの変形例の構成を示すブロック図である。
【図４】関連する量子鍵配送システムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の量子鍵配送システムの構成を示すブロック図である。本実施形態の量子鍵配送システム１は、送信機１１と、受信機１２と、送信機１１と受信機１２との通信を行う第１の伝送路１３と第２の伝送路１４とを有する。
【００１５】
送信機１１はマッハツェンダー型の第１の干渉計１１１を有し、第１の干渉計は光信号の入力端１１１１と出力端１１１２とを有する。受信機１２はマッハツェンダー型の第２の干渉計１２１を有し、第２の干渉計１２１は、第１の入力端１２１１と第２の入力端１２１２と、少なくとも第１の出力端１２１３と第２の出力端１２１４と、を有する。さらに、第１の伝送路１３は第２の干渉計１２１の第１の入力端１２１１に接続し、第２の伝送路１４は第２の干渉計１２１の第２の入力端１２１２に接続する。
【００１６】
さらに、送信機１１は、第１の干渉計１１１の出力端１１１２からの光信号を受けて、第１の伝送路１３と第２の伝送路１４のいずれか一方で前記通信を行うよう切り替える第１の切替部１１２を有する。さらに、送信機１１もしくは受信機１２は、伝送路を切り替えたときの第２の干渉計１２１の第１と第２の出力端１２１３、１２１４の光信号の位相の反転を補正する機能を有する。
【００１７】
本実施形態によれば、暗号鍵生成速度を低下させないで通信の継続性を高めた量子鍵配送システムを提供することができる。
（第２の実施形態）
（構成の説明）
図２Ａは、本発明の第２の実施形態の量子鍵配送システムの構成を示すブロック図である。本実施形態の量子鍵配送システム２は、送信機２１と、受信機２２と、送信機２１と受信機２２との通信を行う第１の伝送路２３と第２の伝送路２４とを有する。第１の伝送路２３と第２の伝送路２４とは、光ファイバによる伝送路である。第１の伝送路２３を現用伝送路とし、第２の伝送路２４を冗長系としての予備伝送路とすることができる。
【００１８】
送信機２１は、レーザ光源２１１、マッハツェンダー型の２入力２出力干渉計２１２、データ変調器２１３、強度調整器２１４、切替器２１５を有する。２入力２出力干渉計２１２は、第１の入力端２１２１、第２の入力端２１２２、第１の出力端２１２３、第２の出力端２１２４を有する。レーザ光源２１１から発せられた光信号は、第２の入力端２１２２に入力し、第２の出力端２１２４から出力される。第２の出力端２１２４から出力された光信号は、データ変調器２１３で暗号鍵情報として変調され、強度調整器２１４で量子鍵配送用に強度調整される。
【００１９】
さらに、光信号は、切替器２１５により、現用伝送路である第１の伝送路２３を通って、受信機２２に送られる。現用伝送路である第１の伝送路２３が断線などの障害を生じて通信に支障を来たす場合、切替器２１５は、第１の伝送路２３から予備伝送路である第２の伝送路２４に切り替える。切替器２１５は、ミラーやシャッターなどで光路を切り替えることができる。
【００２０】
切替器２１５は光スイッチであるため、光スイッチでの損失を考慮して強度調整器２１４による強度調整をする。すなわち、強度調整器２１４は、光信号が送信機２１から出た時点（光信号が伝送路に入力した時点）での強度を、量子鍵配送の理論で規定される値に調整する。伝送路の切り替えによって強度が変わってしまう場合には、強度調整器２１４はそれぞれの伝送路に最適な強度に調整する。
【００２１】
受信機２２は、マッハツェンダー型の２入力４出力干渉計２２１、光子検出器２２２、切替器２２３を有する。２入力４出力干渉計２２１は、第１の入力端２２１１、第２の入力端２２１２、第１の出力端２２１３、第２の出力端２２１４、第３の出力端２２１５、第４の出力端２２１６を有する。第１の伝送路２３は第１の入力端２２１１に接続する。第２の伝送路２４は第２の入力端２２１２に接続する。
【００２２】
切替器２２３は、光信号が第１の入力端２２１１から入力した場合と第２の入力端２２１２から入力した場合とで、第２の出力端２２１４と第３の出力端２２１５から出力される光信号が光子検出器２２２により電気信号とされた後に、切り替える。切替器２２３は、光子検出器２２２の後ろに配置され、電気信号を切り替えるため、切り替えによる光学損失を生じない。
（動作の説明）
図２Ｂは、本実施形態の量子鍵配送システム２の動作を示す図である。図２Ｂでは、現用伝送路である第１の伝送路２３で通信する場合の動作を示す。
【００２３】
送信機２１のレーザ光源２１１から発せられたパルス光は、２入力２出力干渉計２１２の第２の入力端２１２２に入力する。パルス光は、干渉計２１２内で短経路と長経路とに分岐し、両者の経路差による時間差を有する同位相の２連のパルス光となって、第２の出力端２１２４から出力される。その後、同位相の２連のパルス光は、変調、強度調整され、切替器２１５を介して第１の伝送路２３を通り、受信機２２の干渉計２２１の第１の入力端２２１１に入力する。
【００２４】
入力端２２１１に入力した同位相の２連のパルス光は、干渉計２２１内で分岐され４つの出力端から出力される。第１の出力端２２１３からは、長経路だけを経由し時間的に遅れた同位相の２連のパルス光（１）が、第４の出力端２２１６からは、短経路だけを経由し時間的に進んだ同位相の２連のパルス光（４）が、それぞれ出力される。
【００２５】
第２の出力端２２１４からは、長経路と短経路とを経由した同位相のパルス光（２）が出力される。ここで、干渉計２１２と干渉計２２１のそれぞれの長経路と短経路の経路差を等しくすることで、パルス光（２）のように、入力した同位相の２連のパルス光の内で、先行したパルス光の遅れ分と、後行したパルス光の進み分とが、中央で干渉した３連のパルス光が得られる。この場合、中央のパルスは、同位相のため強め合う。
【００２６】
第３の出力端２２１５からは、長経路と短経路とを経由した逆位相のパルス光（３）が出力される。ここでは、入力した同位相の２連のパルス光の内で、先行したパルス光の遅れ分と、後行したパルス光の進み分とが、中央で干渉した３連のパルス光が得られる。この場合、中央のパルスは、逆位相のため弱め合い相殺される。
【００２７】
切替部２２３は、第２の出力端２２１４からのパルス光（２）と第３の出力端２２１５からのパルス光（３）がそれぞれ光子検出器２２３で電気信号に変換された後に、そのまま通過させる。
【００２８】
図２Ｃは、量子鍵配送システム２の予備伝送路である第２の伝送路２４で通信する場合の動作を示す。第２の伝送路２４を通って、干渉計２２１の第２の入力端２２１２に入力した同位相の２連のパルス光は、干渉計２２１内で分岐され４つの出力端から出力される。第１の出力端２２１３からは、長経路だけを経由し時間的に遅れた同位相の２連のパルス光（１）が、第４の出力端２２１６からは、短経路だけを経由し時間的に進んだ同位相の２連のパルス光（４）が、それぞれ出力される。
【００２９】
第２の出力端２２１４からは、長経路と短経路とを経由した逆位相のパルス光（３）が出力される。ここでは、入力した同位相の２連のパルス光の内で、先行したパルス光の遅れ分と、後行したパルス光の進み分とが、中央で干渉した３連のパルス光が得られる。この場合、中央のパルスは、逆位相のため弱め合い相殺される。
【００３０】
第３の出力端２２１５からは、長経路と短経路とを経由した同位相のパルス光（２）が出力される。ここでは、入力した同位相の２連のパルス光の内で、先行したパルス光の遅れ分と、後行したパルス光の進み分とが、中央で干渉した３連のパルス光が得られる。この場合、中央のパルスは、同位相のため強め合う。
【００３１】
図２Ｃのように第２の伝送路２４を経由した場合、第２の出力端２２１４と第３の出力端２２１５からの出力が、図２Ｂのように第１の伝送路２３を経由した場合とは逆になる。そこで、第２の伝送路２４を経由した場合、切替器２２３で第２の出力端２２１４の出力と第３の出力端２２１５の出力とを切り替えることによって、第１の伝送路２３を経由した場合と同じ出力を得ることができる。
【００３２】
マッハツェンダー型干渉計では、同じ光信号が第１の入力端２２１１と第２の入力端２２１２のように異なる入力端から入力した場合、異なる出力が得られることになる。よって、図４に示したように、伝送路を冗長化して現用系から予備系に切り替える場合には、受信機４２のマッハツェンダー型干渉計の入力端を同じにしていた。そのため、受信機４２には光スイッチ４２３を設ける必要があった。
【００３３】
それに対して、本実施形態では、受信機２２のマッハツェンダー型干渉計の２つの入力端をそれぞれ現用系と予備系とに使い分けることを可能にしている。これは、入力端を切り替えたときの第２の出力端２２１４と第３の出力端２２１５からの出力の光信号の位相の反転を補正する機能として、切替器２２３を設けたことによる。そのため、受信機２２には光スイッチを設ける必要がない。その結果、光スイッチによる光学損失の影響がなくなり、暗号鍵生成速度を低下させずに現用系から予備系への伝送路の切り替えが可能となっている。なお、本実施形態で使用される干渉計は、２入力２出力や２入力４出力に限定されず、マッハツェンダー型干渉計であれば同様に適用することができる。
【００３４】
以上のように、本実施形態によれば、暗号鍵生成速度を低下させないで通信の継続性を高めた量子鍵配送システムを提供することができる。
（第３の実施形態）
（構成の説明）
図３Ａは、本発明の第３の実施形態の量子鍵配送システムの構成を示すブロック図である。本実施形態の量子鍵配送システム３は、送信機３１と、受信機３２と、送信機３１と受信機３２との通信を行う第１の伝送路３３と第２の伝送路３４とを有する。第１の伝送路３３と第２の伝送路３４とは、光ファイバによる伝送路である。第１の伝送路３３を現用伝送路とし、第２の伝送路３４を冗長系としての予備伝送路とすることができる。
【００３５】
送信機３１は、レーザ光源３１１、マッハツェンダー型の２入力２出力干渉計３１２、データ変調器３１３−１、データ変調器３１３−２、強度調整器３１４−１、強度調整器３１４−２、切替器３１５を有する。２入力２出力干渉計３１２は、第１の入力端３１２１、第２の入力端３１２２、第１の出力端３１２３、第２の出力端３１２４を有する。レーザ光源３１１から発せられた光信号は、第２の入力端３１２２に入力し、第１の出力端３１２３と第２の出力端３１２４から出力される。
【００３６】
第１の出力端３１２３から出力された光信号は、データ変調器３１３−１で鍵情報として変調され、強度調整器３１４−１で量子鍵配送用に強度調整される。また、第２の出力端３１２４から出力された光信号は、データ変調器３１３−２で暗号鍵情報として変調され、強度調整器３１４−２で量子鍵配送用に強度調整される。
【００３７】
切替器３１５は、第１の出力端３１２３からの光信号を第１の伝送路３３を経由して受信機３２に送り、第２の出力端３１２４からの光信号を差し止める。現用伝送路である第１の伝送路３３が断線などの障害を生じて通信に支障を来たす場合、切替器３１５は、第１の出力端３１２３からの光信号を差し止め、第２の出力端３１２４からの光信号を第２の伝送路３４を経由して受信機３２に送るように切り替える。
【００３８】
受信機３２は、マッハツェンダー型の２入力４出力干渉計３２１、光子検出器３２２を有する。２入力４出力干渉計３２１は、第１の入力端３２１１、第２の入力端３２１２、第１の出力端３２１３、第２の出力端３２１４、第３の出力端３２１５、第４の出力端３２１６を有する。第１の伝送路３３は第１の入力端３２１１に接続する。第２の伝送路３４は第２の入力端３２１２に接続する。
（動作の説明）
図３Ｂは、本実施形態の量子鍵配送システム３の動作を示す図である。図３Ｂでは、現用伝送路である第１の伝送路３３で通信する場合の動作を示す。
【００３９】
送信機３１のレーザ光源３１１から発せられたパルス光は、２入力２出力干渉計３１２の第２の入力端３１２２に入力する。パルス光は、干渉計３１２内で短経路と長経路とに分岐し、両者の経路差による時間差を有する逆位相の２連のパルス光となって、第１の出力端３１２３から出力される。その後、逆位相の２連のパルス光は、変調、強度調整され、切替器３１５を介して第１の伝送路３３を通り、受信機３２の干渉計３２１の第１の入力端３２１１に入力する。
【００４０】
入力端３２１１に入力した逆位相の２連のパルス光は、干渉計３２１内で分岐され４つの出力端から出力される。第１の出力端３２１３からは、長経路だけを経由し時間的に遅れた逆位相の２連のパルス光（１）が、第４の出力端３２１６からは、短経路だけを経由し時間的に進んだ逆位相の２連のパルス光（４）が、それぞれ出力される。
【００４１】
第２の出力端３２１４からは、長経路と短経路とを経由し入力パルス光の位相を踏襲したパルス光（２）が出力される。ここで、干渉計３１２と干渉計３２１のそれぞれの長経路と短経路の経路差を等しくすることで、パルス光（２）のように、入力した逆位相の２連のパルス光の内で、先行したパルス光の遅れ分と、後行したパルス光の進み分とが、中央で干渉した３連のパルス光が得られる。この場合、中央のパルスは、逆位相のため弱め合い相殺する。
【００４２】
第３の出力端３２１５からは、長経路と短経路とを経由し、入力パルス光の位相を踏襲した分と、入力パルス光の位相を逆にした分とが重ねあわされたパルス光（３）が出力される。ここでは、入力した逆位相の２連のパルス光の内で、先行したパルス光の遅れ分と、後行したパルス光の進み分とが、中央で干渉した３連のパルス光が得られる。この場合、中央のパルスは、同位相のため強め合う。
【００４３】
図３Ｃは、量子鍵配送システム３の予備伝送路である第２の伝送路３４で通信する場合の動作を示す。
【００４４】
送信機３１のレーザ光源３１１から発せられたパルス光は、２入力２出力干渉計３１２の第２の入力端３１２２に入力する。パルス光は、干渉計３１２内で短経路と長経路とに分岐し、両者の経路差による時間差を有する同位相の２連のパルス光となって、第２の出力端３１２４から出力される。その後、同位相の２連のパルス光は、変調、強度調整され、切替器３１５を介して第２の伝送路３４を通り、受信機３２の干渉計３２１の第２の入力端３２１２に入力する。
【００４５】
入力端３２１２に入力した同位相の２連のパルス光は、干渉計３２１内で分岐され４つの出力端から出力される。第１の出力端３２１３からは、長経路だけを経由し時間的に遅れた同位相の２連のパルス光（５）が、第４の出力端３２１６からは、短経路だけを経由し時間的に進んだ同位相の２連のパルス光（８）が、それぞれ出力される。
【００４６】
第２の出力端３２１４からは、長経路と短経路とを経由し、入力パルス光の位相を踏襲した分と、入力パルス光の位相を逆にした分とが重ねあわされたパルス光（６）が出力される。ここでは、入力した同位相の２連のパルス光の内で、先行したパルス光の遅れ分と、後行したパルス光の進み分とが、中央で干渉した３連のパルス光が得られる。この場合、中央のパルスは、逆位相のため弱め合い相殺する。
【００４７】
第３の出力端３２１５からは、長経路と短経路とを経由し入力パルス光の位相を踏襲したパルス光（７）が出力される。ここでは、入力した逆位相の２連のパルス光の内で、先行したパルス光の遅れ分と、後行したパルス光の進み分とが、中央で干渉した３連のパルス光が得られる。この場合、中央のパルスは、同位相のため強め合う。
【００４８】
量子鍵配送では、４つの出力端から出力されるそれぞれのパルス光において、図中に下向き矢印（↓）で示した同時刻で検出されるパルスが用いられ、光子検出器３２２により検出され電気信号に変換される。この内、（１）（５）と（４）（８）では、↓の時刻で光の重ね合わせによる干渉効果がなく、位相が逆であっても光子の有無を検出した結果としては同じとなる。一方、（２）（６）と（３）（７）では、↓の時刻で重ね合わせる際の位相は異なるものの、同位相のため強め合うか、逆位相のため弱め合い相殺するかは同じであるため、やはり光子の有無を検出した結果としては同じとなる。よって、量子鍵配送システム３では、図３Ｂでの干渉計３２１の出力と図３Ｃでの干渉計３２１の出力とは、光子検出器３２２での検出後においては同じものとなる。
【００４９】
以上のように、本実施形態では、受信機３２のマッハツェンダー型干渉計の２つの入力端をそれぞれ現用系と予備系とに使い分けることを可能にしている。これは、入力端を切り替えたときの第２の出力端３２１４と第３の出力端３２１５からの出力の光信号の位相の反転を補正する機能として、干渉計３１２の第１の出力端３１２３を第１の伝送路３３に接続し、第２の出力端３１２４を第２の伝送路３４に接続し、切替器３１５で伝送路の切り替えをするようにしたことによる。
【００５０】
そのため、受信機３２には光スイッチを設ける必要がない。その結果、光スイッチによる光学損失の影響がなくなり、暗号鍵生成速度を低下させずに現用系から予備系への伝送路の切り替えが可能となる。なお、本実施形態で使用される干渉計は、２入力２出力や２入力４出力に限定されず、マッハツェンダー型干渉計であれば同様に適用することができる。
【００５１】
図３Ｄは、本実施形態の変形例の量子鍵配送システム３’の構成を示すブロック図である。量子鍵配送システム３’の量子鍵配送システム３と異なる点は、量子鍵配送システム３’では、送信機３１’の強度調整器３１４’−１と強度調整器３１４’−２とが、送信機３１の切替器３１５の切り替え機能を兼ねている点である。
【００５２】
すなわち、現用伝送路である第１の伝送路３３を使用する場合は、強度調整器３１４’−１は量子鍵配送に適した強度に光信号を調整し、強度調整器３１４’−２は光信号の強度をゼロにする。一方、予備伝送路である第２の伝送路３４を使用する場合は、強度調整器３１４’−１は光信号の強度をゼロにし、強度調整器３１４’−２は量子鍵配送に適した強度に光信号を調整する。これにより、量子鍵配送システム３’は、量子鍵配送システム３と同様の機能を有する。
【００５３】
以上のように、本実施形態によれば、暗号鍵生成速度を低下させないで通信の継続性を高めた量子鍵配送システムを提供することができる。
【００５４】
本発明は上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものである。
【００５５】
また、上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
【００５６】
付記
（付記１）
送信機と、受信機と、前記送信機と前記受信機との通信を行う第１の伝送路と第２の伝送路と、を有し、前記送信機はマッハツェンダー型の第１の干渉計を有し、前記第１の干渉計は光信号の入力端と出力端とを有し、前記受信機はマッハツェンダー型の第２の干渉計を有し、前記第２の干渉計は第１と第２の入力端と少なくとも第１と第２の出力端とを有し、前記第１の伝送路は前記第２の干渉計の前記第１の入力端に接続し、前記第２の伝送路は前記第２の干渉計の前記第２の入力端に接続し、前記送信機は、前記第１の干渉計の前記出力端からの光信号を受けて、前記第１の伝送路と前記第２の伝送路のいずれか一方で前記通信を行うよう切り替える第１の切替部を有し、前記送信機もしくは前記受信機は、前記切り替えたときの前記第２の干渉計の前記第１と第２の出力端の光信号の位相の反転を補正する機能を有する、量子鍵配送システム。
（付記２）
前記送信機は、前記第１の干渉計の前記出力端が第１と第２の出力端を有し、前記第１の干渉計の前記第１の出力端が前記第１の伝送路に接続し、前記第１の干渉計の前記第２の出力端が前記第２の伝送路に接続し、前記第１の切替部を切り替えることで前記補正をする、付記１記載の量子鍵配送システム。
（付記３）
前記受信機は、前記第２の干渉計の前記第１と第２の出力端からの出力を切り替える第２の切替部を有し、前記第２の切替部を切り替えることで前記補正をする、付記１記載の量子鍵配送システム。
（付記４）
前記第２の切替部は、電気信号を切り替える、付記３記載の量子鍵配送システム。
（付記５）
前記第１の伝送路を現用伝送路とし、前記第２の伝送路を予備伝送路とする、付記１から４の内の１項記載の量子鍵配送システム。
（付記６）
前記第１の干渉計は２入力２出力を有する、付記１から５の内の１項記載の量子鍵配送システム。
（付記７）
前記第２の干渉計は２入力４出力を有する、付記１から６の内の１項記載の量子鍵配送システム。
（付記８）
マッハツェンダー型の第１の干渉計を有し、前記第１の干渉計は光信号の入力端と出力端とを有し、前記第１の干渉計の前記出力端からの光信号を、第１の伝送路と第２の伝送路のいずれか一方で通信を行うよう切り替える第１の切替部を有し、前記第１の切替部を切り替えたときの、受信機の有する第２の干渉計の出力端の光信号の位相の反転を補正する機能を有する、送信機。
（付記９）
前記第１の干渉計の前記出力端は、第１と第２の出力端を有し、前記第１の干渉計の前記第１の出力端は前記第１の伝送路に接続し、前記第１の干渉計の前記第２の出力端は前記第２の伝送路に接続し、前記第１の切替部を切り替えることで前記補正をする、付記８記載の送信機。
（付記１０）
マッハツェンダー型の第２の干渉計を有し、前記第２の干渉計は第１と第２の入力端と少なくとも第１と第２の出力端とを有し、前記第１の入力端は第１の伝送路に接続し、前記第２の入力端は第２の伝送路に接続し、前記第１の伝送路から前記第２の伝送路への切り替えに伴って前記第１と第２の出力端からの出力を切り替える第２の切替部を有する、受信機。
（付記１１）
前記第２の切替部は、電気信号を切り替える、付記１０記載の受信機。
（付記１２）
光信号を、マッハツェンダー型の第１の干渉計の有する出力端から第１の伝送路を経由する送信から、前記出力端から第２の伝送路を経由する送信に、切り替えて送信し、前記切り替えに連動して、前記光信号を、マッハツェンダー型の第２の干渉計の有する第１の入力端での受信から、前記第２の干渉計の有する第２の入力端での受信に、切り替えて受信し、前記受信を切り替えたときの前記第２の干渉計の出力端の光信号の位相の反転を補正する、冗長化方法。
（付記１３）
前記補正は、前記第１の干渉計の前記出力端が第１と第２の出力端を有し、前記第１の干渉計の前記第１の出力端を前記第１の伝送路に接続し、前記第１の干渉計の前記第２の出力端を前記第２の伝送路に接続し、前記送信を切り替えることによる、付記１２記載の冗長化方法。
（付記１４）
前記補正は、前記第２の干渉計が第１と第２の出力端を有し、前記第１の伝送路から前記第２の伝送路への切り替えに伴って、前記第２の干渉計の前記第１と第２の出力端からの出力を切り替えることによる、付記１２記載の冗長化方法。
（付記１５）
前記切り替えは、電気信号を切り替える、付記１４記載の冗長化方法。
（付記１６）
前記第１の伝送路を現用伝送路とし、前記第２の伝送路を予備伝送路とする、付記１２から１５の内の１項記載の冗長化方法。
【符号の説明】
【００５７】
１、２、３、３’、４    量子鍵配送システム
１１、２１、３１、３１’、４１    送信機
１２、２２、３２、４２    受信機
１１１    第１の干渉計
１１１１  入力端
１１１２  出力端
１１２    第１の切替部
１２１    第２の干渉計
１２１１    第１の入力端
１２１２    第２の入力端
１２１３    第１の出力端
１２１４    第２の出力端
１３、２３、３３    第１の伝送路
１４、２４、３４    第２の伝送路
２１１、３１１、４１１    レーザ光源
２１２、３１２    ２入力２出力干渉計
２１３、３１３−１、３１３−２、４１３    データ変調器
２１４、３１４−１、３１４’−１、３１４−２、３１４’−２、４１４    強度調整器
２１５、２２３、３１５    切替器
２２１、３２１    ２入力４出力干渉計
２２２、３２２、４２２    光子検出器
４３    現用伝送路
４４    予備伝送路
４１２、４２１    干渉計
４１５、４２３    光スイッチ
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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