(57)【要約】 【課題】高速ビット誤り率計算モードは、特に、量子鍵配布システムの迅速なセットアップ及び／又はキャリブレーションに有益であり、繰り返しも速くでき、量子鍵配布システムの調整後毎にビット誤り率の測定を更新することができる。【解決手段】量子鍵配布システム（１０）のための高速ビット誤り率（Ｆ−ＢＥＲ）計算モードを開示する。本方法では、各ＱＫＤステーション（アリスとボブ）のシフトビット（ＳＢ）バッファにシフト鍵の複数のバージョンを確立する。同方法はまた、ボブにアリスのバージョンのシフト鍵を送り、ボブは二つのシフト鍵のバージョンを比較する。シフト鍵の長さに対する二つのシフト鍵のバージョン間のビット誤り数が高速ビット誤り率となる。高速ビット誤り率は、比較的複雑な誤り訂正アルゴリズムを行う従来（通常）のビット誤り率計算（Ｎ−ＢＥＲ）よりはるかに高速に計算される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２ＱＫＤステーションを有する量子鍵配布システムにおいて、高速ビット誤り率（Ｆ−ＢＥＲ）を計算する方法であって、
前記第１及び第２ＱＫＤステーションの第１及び第２シフトビット（ＳＢ）バッファに、シフト鍵の第１及び第２バージョンをそれぞれ確立し、
前記第１ＱＫＤステーションの前記第１ＳＢバッファのシフト鍵の前記第１バージョンを、前記第２ＱＫＤステーションに移し、
前記第２ＱＫＤステーションにおいて、シフト鍵の前記第１及び第２バージョンを比較し、前記シフト鍵の長さに対するビット誤りの数を特定し、高速ビット誤り率を決定する、
方法。
【請求項２】
前記高速ビット誤り率を用いて量子鍵配布システムのセットアップ及び／又はキャリブレーションを行うことを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記高速ビット誤り率を前記量子鍵配布システムの高速ビット誤り率モード時に計算し、前記高速ビット誤り率モードと、誤り訂正アルゴリズムを実行して通常ビット誤り率（Ｎ−ＢＥＲ）を計算する通常ビット誤り率モードとを切り替えることを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記高速ビット誤り率モードで用いられるシフト鍵の第１のビット数は、前記通常ビット誤り率モードで用いられるシフト鍵の第２ビット数よりも少ない、
請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記高速ビット誤り率モードは、前記通常ビット誤り率モードの１００倍〜１０００倍の速さである、
請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記第１及び第２ＳＢバッファの消去及び書込みを繰り返して、前記高速ビット誤り率を繰り返し計算することを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記量子鍵配布システムは、第１の平均光子数を有する交換される量子信号に基づき誤り訂正アルゴリズムを実行することによって通常ビット誤り率（Ｎ−ＢＥＲ）を計算する通常ビット誤り率（Ｎ−ＢＥＲ）モードを有し、更に、前記第１の平均光子数よりも多い第２の平均光子数を有する量子信号を用いて前記高速ビット誤り率を計算する高速ビット誤り率モードで前記量子鍵配布システムを運転することを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項８】
第１及び第２ＱＫＤステーションを有する量子鍵配布システムにおいて、高速ビット誤り率（Ｆ−ＢＥＲ）を計算する方法であって、
前記第１及び第２ＱＫＤステーションのそれぞれにおいて、所定の長さを有するシフト鍵の第１及び第２バージョンを確立し、
シフト鍵の前記第１バージョンを前記第２ＱＫＤステーションに送り、
シフト鍵の前記第１及び第２バージョンを比較して、所定数のビット誤りを決定し、
前記所定数のビット誤りを前記シフト鍵の長さで除算することにより、前記高速ビット誤り率を確立する、
方法。
【請求項９】
前記第１及び第２ＱＫＤステーションの各シフトビット（ＳＢ）バッファに前記第１及び第２シフト鍵のバージョンを格納することを含む、
請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記量子鍵配布システムの複数の調整を行い、各調整後毎に前記高速ビット誤り率を計算することを含む、
請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記量子鍵配布システムは、第１の平均光子数を有する交換される量子信号に基づき誤り訂正アルゴリズムを実行することによって通常ビット誤り率（Ｎ−ＢＥＲ）を計算する通常ビット誤り率（Ｎ−ＢＥＲ）モードを有し、更に、前記第１の平均光子数よりも多い第２の平均光子数を有する量子信号を用いて前記高速ビット誤り率を計算する高速ビット誤り率モードで前記量子鍵配布システムを運転することを含む、
請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、量子暗号に関し、特に、量子鍵配布（ＱＫＤ）システムにおける誤り訂正及びビット誤り率（ＢＥＲ）の決定に関する。
【背景技術】
【０００２】
量子鍵配布は、「量子チャネル」を介して送信される単一光子、或いは弱い（例えば、平均で０．１フォトン）コヒーレントパルス（ＷＣＰｓ）−これらは「キュービット」又は「量子信号」とも呼ばれる−を用いて、送信者（「アリス」）と受信者（「ボブ」）との間で、鍵を設定することに関する。セキュリティが計算による実行不可能性に依存した古典的な暗号方式とは異なり、量子暗号のセキュリティは、不確定状態にある量子システムをどのように測定してもその状態は変化するという量子力学の原理に基づくものである。結果として、傍受や、交換された量子ビットの測定を試みる盗聴者（「イブ」と呼ぶ）は、誤りを引き起こし、自らの存在を暴くことになる。
【０００３】
一般的な量子暗号の原理は、ＢｅｎｅｔｔとＢｒａｓｓａｒｄの論文（非特許文献１参照）において初めて紹介された。具体的なＱＫＤシステムについては、Ｂｅｎｅｔｔの米国特許公報（特許文献１参照）や、Ｃ．Ｈ．Ｂｅｎｎｅｔｔによる論文（非特許文献２参照）に記述されている。
量子鍵配布を実行する一般的なプロセスは、Ｂｏｕｗｍｅｅｓｔｅｒらの著書（非特許文献３参照）に記述され、誤り訂正のプロセスの概要は、同文献の２．３．１章や２．５．１章に記述されている。
【特許文献１】米国特許第５，３０７，４１０号公報
【非特許文献１】“Ｑｕａｎｔｕｍ Ｃｒｙｐｔｏｇｒａｐｈｙ：Ｐｕｂｌｉｃ ｋｅｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｉｎ ｔｏｓｓｉｎｇ”（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ，Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｂａｎｇａｌｏｒｅ，Ｉｎｄｉａ，１９８４，ｐｐ．１７５−１７９）（ＩＥＥＥ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，１９８４）
【非特許文献２】“Ｑｕａｎｔｕｍ Ｃｒｙｐｔｏｇｒａｐｈｙ Ｕｓｉｎｇ Ａｎｙ Ｔｗｏ Ｎｏｎ−Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｓｔａｔｅｓ”（Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．６８ ３１２１（１９９２））
【非特許文献３】“Ｔｈｅ Ｐｈｙｓｉｃｓ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ”（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ ２００１，ｉｎ Ｓｅｃｔｉｏｎ ２．３，ｐａｇｅｓ ２７−３３；Ｓｅｃｔｉｏｎ  ２．３．１  ａｎｄ  ２．５．１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
誤り訂正のプロセスは、ビットのブロックとサブブロックとを比較し、パリティエラーを訂正する複雑な再帰的アルゴリズムを含む。これは、アリスとボブが所定の誤り耐性（例えば、１０５ビット中１エラー）の範囲内で同一の鍵を共有するに至るまで行われる。このレベルの誤り訂正は、多数のビットを必要とし、結果として多数の交換された量子信号が必要ということになる。誤り訂正を行うのに十分なビットを取得するプロセスは、比較的長時間、例えば、通信距離や量子信号の強さに応じて、数分、数時間、数日とかかる場合がある。ビット誤り率（ＢＥＲ）は、誤り訂正のプロセスが完了しないと決められないので、ビット誤り率を確定することは比較的長時間かかることになる。
【０００５】
従来、ビット誤り率を決定するのにかかる時間は、問題ではなかった。これは、今日実施されている量子鍵配布システムがすべて、実質的には、研究のための実験用システムであるからである。しかし、ビット誤り率は、重要なパラメータであり、商業的に実施可能な鍵配布システムとして、鍵交換プロセスの有効性を監視する以上に、他の実用的側面にとっても有益である。例えば、ビット誤り率は、量子鍵配布システムのセットアップ、及び／又はシステムが現場で最初に設置されたとき或いはすでに設置されているときのシステムのキャリブレーションに重要なパラメータである。誤り率の決定前に誤り訂正プロセスが完了するのを待たなければならないことにより、セットアップ及び／又はキャリブレーションプロセスが冗長で面倒なものになってしまう。これは、システムに対し多くの調整がなされ、各調整につき誤りビット率の測定が必要な場合特に当てはまる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（発明の説明）
本発明の第１の態様は、第１及び第２ＱＫＤステーションを有する量子鍵配布システムにおける高速ビット誤り率（Ｆ−ＢＥＲ）を計算する方法である。同方法は、シフト鍵の第１及び第２バージョンを、第１及び第２ＱＫＤステーションの第１及び第２シフトビット（ＳＢ）バッファにそれぞれ確立することを含む。同方法はまた、第１ＱＫＤステーションの第１シフトビットバッファのシフト鍵の第１バージョンを第２ＱＫＤステーションに移すことを含む。同方法は更に、第２ＱＫＤステーションにおいて、シフト鍵の第１及び第２バージョンを比較してシフト鍵の長さに対する複数のビット誤りを特定し、高速ビット誤り率を決定することを含む。
【０００７】
本発明の第２の態様は、第１及び第２ＱＫＤステーションを有する量子鍵配布システムにおける高速ビット誤り率（Ｆ−ＢＥＲ）を計算する方法である。同方法は、第１及び第２ＱＫＤステーションにそれぞれ、シフト鍵の第１及び第２バージョンを確立することを含む。同方法はまた、シフト鍵の第１バージョンを第２ＱＫＤステーションに送り、シフト鍵の第１及び第２バージョンを比較して複数のビット誤りを決定することを含む。同方法はまた、前記複数のビット誤りをシフト鍵長さによって除算することにより、高速ビット誤り率を決定することを含む。
【０００８】
本発明の第３の態様は、高速ビット誤り率モードと通常ビット誤り率モード（「Ｎ−ＢＥＲ」モード）とに切替えることを含む。これは、例えば、量子鍵配布システムのセットアップ及び／又はキャリブレーションに関しては高速ビット誤り率モードで運転し、量子信号を交換し量子鍵を確立する通常運転モードで量子鍵配布システムを運転することに関しては通常ビット誤り率モードで運転することを含む。
（優先権主張）
本願は、２００６年４月４日に出願された米国特許出願第11/397,772号の優先権を主張する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図示された各種要素は代表的なものに過ぎず、必ずしも原寸に比例して示されていない。誇張して示された部分もあれば、最小限しか示されていない部分もある。図面は、本発明の一実施例を示したものであり、当業者により理解され適切に実施され得るものである。
【００１０】
（発明の詳細な説明）
本発明は、量子鍵配布システムの高速ビット誤り率（Ｆ−ＢＥＲ）計算モードに関する。本発明の一実施例においては、高速ビット誤り率モードは、量子鍵配布システムがユーザデータの送信中ではなく、また絶対的なセキュリティが問題とならないセットアップ及びキャリブレーションの間に用いられる。更に、通常ビット誤り率（Ｎ−ＢＥＲ）計算モードは、通常の量子鍵配布システム運転中（つまり、鍵交換プロセスが進行中）で、最も高レベルのセキュリティが必要なときに用いられる。量子鍵配布システムは、高速ビット誤り率モードと通常ビット誤り率モードとを、必要に応じて切り替える。本発明は、量子鍵配布システム全般に適用されるが、いわゆる「一方向」や「双方向」の量子鍵配布システムのいずれかに限定されるものではない。
【００１１】
ここでの記載、また後述する請求の範囲において、「バッファサイズ」（buffer size）という用語は、所定のバッファの記憶容量というより、所定のバッファに記憶されたビット数を説明するために用いる。
【００１２】
（通常ビット誤り率モード及び高速ビット誤り率モードを有する量子鍵配布システム）
図１は、本発明の高速ビット誤り率計算モードをサポートする量子鍵配布システム１０の一例の概略図である。量子鍵配布システム１０は、アリスとボブの二つのＱＫＤステーションを有し、双方は光ファイバ線１６によって動作可能に接続されている。量子鍵配布システムは、本発明の高速ビット誤り率計算モードを実行可能である。アリスとボブは、光学層２０Ａ及び２０Ｂをそれぞれ有し、各層は電子機器／ソフトウエア（Ｅ／Ｓ）層３０Ａ及び３０Ｂにそれぞれ動作可能に接続されている。光学層２０Ａ及び２０Ｂは、光ファイバ線１６によって互いに光学的に接続されている。光学層２０Ａ及び２０Ｂは、アリスからボブに送られた単一光子レベルの光パルス（「量子信号」）Ｐ、及び光同期信号（図示せず）等の非量子信号を処理する。Ｅ／Ｓ層３０Ａ及び３０Ｂは、対応する光学層２０Ａ及び２０Ｂの動作を制御し、（例えば、別の通信線３６や光ファイバ線１６上に多重化されて）互いに通信して、量子鍵配布システム１０全体の運転を制御する。ボブのＥ／Ｓ層３０Ｂは、アリスからボブに送信された量子信号Ｐを検出する単一光子検出（ＳＰＤ）部４０Ｂを有する。
【００１３】
実施例においては、Ｅ／Ｓ層３０Ａ及び３０Ｂはそれぞれ、他の構成要素の中でもとりわけ、記憶部３２Ａ及び３２Ｂを有する。これらの記憶部はそれぞれ、原鍵を構成するビットを格納する原ビット（ＲＢ）バッファ４４Ａ及び４４Ｂと、シフト鍵を構成するビットを格納するシフトビット（ＳＢ）バッファ５０Ａ及び５０Ｂとを有する。以下これらについて説明する。記憶部３２Ａ及び３２Ｂはまた、ＳＢバッファ５０Ａ及び５０Ｂからシフトビットを受け取り格納する誤り訂正（ＥＣ）バッファ６０Ａ及び６０Ｂをそれぞれ有する。ＥＣバッファに十分なシフトビットが送信され集積されると、処理されて誤り訂正された鍵が生成される。
【００１４】
実施例においては、各Ｅ／Ｓ層３０Ａ及び３０Ｂは、それぞれ、中央計算部（ＣＰＵ）６２Ａ及び６２Ｂを有し、同中央計算部は、各ＱＫＤステーションと量子鍵配布システム全体の論理計算やその他の制御機能を実行する。実施例においては、Ｅ／Ｓ層３０Ａ及び３０Ｂは、それぞれフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡｓ）を有するか、これらから形成されている。
【００１５】
（通常ビット誤り率の計算）
誤り訂正プロセス及びビット誤り率計算方法を説明するために、量子鍵配布システム１０は、位相変調方式を用いるものとする。また、図２のフロー図１００を参照すると、１０１において、アリスとボブは両者間の原鍵を生成する。これは、アリスが量子信号Ｐの基底と位相をランダムに選択し光ファイバ線１６を介してボブに送信することにより行われる。アリスは、ＲＢバッファ４４Ａ内の送信する量子信号の基底と位相とを記録する。ボブは、ランダムな位相を有する各量子信号を測定（符号化）し、ＳＰＤ部４０Ｂで符号化量子信号を検出する。次いでボブは、ＲＢバッファ４４Ｂの各期待光子時間スロットの測定を記録する。Ｅ／Ｓ層３０Ａ及び３０Ｂは、アリスから送信された量子信号に関連付けられたバッファのアドレスを、ボブにおける量子信号の期待到着時間とを相互に関連付ける。
【００１６】
十分な数の量子信号が交換された後、アリスとボブは、ＲＢバッファ４４Ａ及び４４Ｂにそれぞれ二つの異なるバージョンの原ビットセットを格納している。これらの原ビットは、対応する送信／測定基底を有する。これらの原ビットは原鍵を構成する。
１０２において、アリスとボブは原鍵からシフト鍵を生成する。これは、アリスとボブそれぞれが検出した量子信号の測定基底を公に共有することによりなされる。同一の基底でなされた測定は、保持されたビットの完全な相関を達成するが、異なる基底でなされた測定は破棄される。実際には、誤りは、システムの欠陥や、量子信号を測定しようとする盗聴者によって発生する。したがって、アリスとボブは、更に原鍵を改善しようと測定基底を比較しても、完全に同一の鍵（ビット）を共有するには至らない。原鍵の処理後残ったビットセットは、「シフト鍵」と呼び、その異なるバージョンはＳＢバッファ５０Ａ及び５０Ｂにある。
【００１７】
アリスとボブは、情報を安全に暗号化するために、（実質的に）同一の量子鍵を有する必要がある。これは、１０３において、シフトビットを、ＳＢバッファ５０Ａ及び５０Ｂからより大きいＥＣバッファ６０Ａ及び６０Ｂに、いっぱいになるまで送信し、次いで蓄積されたシフト鍵ビットの「誤り訂正」を行うことによりなされる。上述したように、誤り訂正プロセスは、通常は、Ｅ／Ｓ層３０Ａ及び３０Ｂの対応するＣＰＵ部６２Ａ及び６２Ｂを用いた複雑なアルゴリズムを実行する。
【００１８】
誤り訂正のアルゴリズムの一例として、アリスとボブのＥＣバッファ６０Ａ及び６０Ｂに保持されたシフトビットを、均等サイズの「ブロック」に分割し、ブロック間のビットパリティをチェックするものがある。パリティの不一致がある場合は、ブロックのうちの一つが奇数の誤りを有する。この場合、ブロックはサブブロックに分割され、再帰的に検索され、誤りが特定され訂正されてパリティを回復する。この手順により、偶数の誤りまたは誤りがないサブブロックとなる。そしてアリスとボブはビットを再シャッフルし、より大きいブロックサイズでその手順を繰り返す。しかし、このようにより大きな尺度でビットを訂正することにより、以前にチェックしたサブブロックの誤りを取り込む。したがって、同手順はより小さなブロックサイズのステップを繰り返す。
【００１９】
このパリティチェック／誤り訂正のプロセスは、鍵パリティが許容可能な誤り範囲内になるまで繰り返す。誤り訂正プロセス後、１０４において、通常ビット誤り率は、パリティビットの不一致のカウントとして誤り訂正データから抽出される。１０５において、誤り訂正がされた鍵は、更に処理され（例えばプライバシー増幅を実行する）、ボブとアリスの双方によって共有される最終的な量子鍵を取得する。そして最終的な量子鍵はデータを暗号化するのに用いられる。
【００２０】
（高速ビット誤り率の計算）
商業用の量子鍵配布システムにおいては、誤り訂正アルゴリズムは、ＳＰＤ部４０Ｂから得られた量子信号の数が十分であること（例えば、１０４から１０５）にかかっている。アリスとボブ間の距離が比較的長い（例えば、約１２０ｋｍ）である光ファイバによる量子鍵配布システムでは、有用なＳＰＤ部のカウント数は、実際に送信された量子信号Ｐの数に対して少なくなる傾向にある（例えば送信された１００量子信号に対して１カウント）。これは、ファイバによる損失や、ファイバ内のノイズ、その他の要因によるものである。その結果、ＳＢバッファやＥＣバッファに必要な数のビットを書き込む時間は、通常長くなる傾向にある。これによる誤り訂正プロセスを含む量子鍵配布プロセスの遅延は深刻である。
【００２１】
誤り訂正プロセスが遅いと、量子鍵配布システムの、通常ビット誤り率を早く決定するという能力に支障をきたす。量子鍵配布システムの通常ビット誤り率の計算時間は通常、比較的長距離（例えば１２０ｋｍ）の光ファイバ線１６の場合、数分、数時間、或いは数日である。通常ビット誤り率により、量子鍵配布システムのユーザは、量子鍵配布システムの適切な手順やパラメータ（例えば、検出器のゲートの間隔、同期信号のタイミング、フォトンパルス当たりの平均フォトンの数等）を確立することができる。しかし、長時間の通常ビット誤り率の計算により、商業用の量子鍵配布システムの迅速なセットアップやキャリブレーションができなくなる。調整毎に新しいビット誤り率の測定が必要な場合は特にである。
【００２２】
したがって、本発明は高速ビット誤り率計算モードを有する。図３は、本発明による、高速ビット誤り率計算方法の実施例のフロー図２００である。高速ビット誤り率計算方法は、図２の通常ビット誤り率計算方法の１０１及び１０２と同じ動作でスタートする。ここでは、アリスとボブは、（「原鍵」を生成する）それぞれのＲＢバッファ４４Ａ及び４４Ｂの原ビットを生成し、そしてＳＢバッファ５０Ａ及び５０Ｂにシフト鍵を確立する。繰り返すと、二つの異なるバージョンのシフト鍵が存在することになる。一つはアリスのＳＢバッファ５０Ａにあり、もう一つはボブのＳＢバッファ５０Ｂにある。
【００２３】
実施例では、高速ビット誤り率モードのＳＢバッファのサイズ（つまり、使用されるシフトビットの数）は、およそ１００バイトである。一方、通常ビット誤り率モードに関しては、ＳＢバッファは誤り訂正が行われる前に８Ｋバイトまで書き込まれる。実施例では、高速ビット誤り率モードのＳＢバッファ５０Ａ及び５０Ｂのサイズは、ＲＢバッファ４４Ａ及び４４Ｂの一セットの原ビットによって決められる。高速ビット誤り率モードのＳＢバッファにおいては、用いるスペースを少なくすることにより、ビット誤り率計算を更に高速化する。
【００２４】
ここで、通常ビット誤り率モード（図２）においては、アリスとボブはそれぞれ、１０３及び１０４の動作に沿って自身の誤り訂正を複数のＳＢバッファで行い、誤り訂正アルゴリズムを実行するのに必要な情報のみアリス及びボブ間で送信されている。一方、高速ビット誤り率モードにおいては、２０１で、アリスのＳＢバッファ５０Ａのデータはすべてボブに送信されて高速ビット誤り率が計算される。高速ビット誤り率計算は、ボブにおいてＳＢバッファの全体ビット量に基づいて行われる。そしてボブは、シフト鍵の自身のバージョンをアリスのバージョンと比較する。アリス及びボブ間のシフト鍵ビットにおける相違がビット誤りである。ビット誤りの数をシフト鍵を形成するシフト鍵ビットの総数によって除算することにより、高速ビット誤り率が算出される。他の高速ビット誤り率計算方法の実施例として、ボブは自身のＳＢバッファの日付をアリスに送信し、アリスが高速ビット誤り率計算を行ってもよい。実際に高速ビット誤り率計算を行うのがいずれのＱＫＤステーションかは、重要でない。
【００２５】
高速ビット誤り率の決定では、システムは誤り訂正を行わず、プライバシー増幅等の処理も更に行うことなく、量子鍵も生成しない。換言すると、高速ビット誤り率計算は、誤り訂正プロセスを実行しなければならないものではない。
高速ビット誤り率モードで量子鍵配布システムを実行することで不利な点は、通常ビット誤り率モードに比べ相対的に小さなＳＢバッファサイズを用いて高速ビット誤り率を計算することにより、通常ビット誤り率の測定に比べて高速ビット誤り率測定における変動がやや大きくなることである。換言すると、通常ビット誤り率の手法により、ユーザが鍵交換プロセスにおいて実際に経験するであろうビット誤り率の測定をより正確に行うことができる。また、高速ビット誤り率モードで生成されたビットは、鍵を生成するのには役に立たず、破棄される。しかし、高速ビット誤り率モードを用いることの利点は、正確性の問題を凌ぐものである。なぜなら、高速ビット誤り率の計算は、量子鍵配布システムの通常運転を監視することよりも、量子鍵配布システムのセットアップやキャリブレーションに用いられるからである。更に、高速ビット誤り率モードは、１０〜１００ビットの小さいバッファで動作することができる。よって、高速ビット誤り率モードは通常ビット誤り率モードよりも１００倍から１０００倍の速さとなる。したがって、通常ビット誤り率モードがおよそ２０分かかるのに対し、高速ビット誤り率モードはおよそ１秒しかかからない。
【００２６】
また、高速ビット誤り率は、ＳＢバッファ５０Ａ及び５０Ｂに書き込むのと同じ速さで生成されるため、高速ビット誤り率が高速に定期的にアップデートされる。よって、量子鍵配布システムのユーザは、単一光子検出のカウントレベルや高速ビット誤り率を評価することによって迅速にシステムの性能を確認することができる。更に、高速ビット誤り率モードでは、セキュアなビットは生成されないため、光学層における光パワーを増加させることができる。例えば、弱いコヒーレントパルス（ＷＣＰｓ）の平均光子数を、量子鍵を生成するために交換する量子信号に通常用いられるよりも多くすることができる。
【００２７】
量子信号の強度をわずかに上げることは、高速ビット誤り率に重大な影響を及ぼさない。ただし、量子信号のパワーが、信号によるカウント数がダークカウントと同等になる程に低い場合はこの限りでない。後者の場合、信号強度によるビット誤り率の変化は、実験的に決定して、より弱い信号強度で高速ビット誤り率を測定することが可能となる。本発明の実施例は、より速く高速ビット誤り率の値を決定するために、高速ビット誤り率における量子信号の平均光子数を、通常運転モードで用いられるものよりも増加させることを含む。
【００２８】
量子鍵配布システム１０は、高速ビット誤り率モード及び通常ビット誤り率モード間を簡単に切り替えることができる。これは、最初のキャリブレーションが成功した後に通常運転モードを確立したり、再キャリブレーションのために高速ビット誤り率に再度切り替えたりするのに特に有益である。再キャリブレーションは、量子鍵配布システムの部品を交換したり、光ファイバ線の長さを変更したりするとき等、量子鍵配布システムの変更がある場合にしばしば必要となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の高速ビット誤り率の計算モードをサポートする量子鍵配布システムの一例の概略図である。
【図２】図１の量子鍵配布システムの通常ビット誤り率（Ｎ−ＢＥＲ）計算モードのフロー図である。
【図３】図１の量子鍵配布システムの高速ビット誤り率（Ｆ−ＢＥＲ）計算モードのフロー図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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