(57)【要約】  【課題】  量子現金の発行機能と検証機能とを分離しつつ、安全性を確保した量子現金システムの提供。  【解決手段】  量子現金システムは、量子現金を発行する量子現金発行装置１と、該量子現金を検証する量子現金検証装置２−１〜ｎとを備え、量子現金を流通する。量子現金発行装置１は、秘匿される元データから生成した量子状態を保持した量子現金と、量子現金検証装置２−１〜ｎでの検証用の、互いに異なるユニタリ変換を作用させた量子状態を保持した複数の検証情報を生成する。このときユニタリ変換と逆作用の各値をリスト化する。検証情報は各装置２−１〜ｎにひとつずつ配布され、量子現金とリストは、ユーザに配布される。ユーザは、任意の量子現金検証装置２−ｉへ該装置２−ｉのリスト内の値と、量子現金を渡し、該装置２−ｉはこれらと、自装置２−ｉが備える検証情報とに基づいて、量子現金の正当性を検証する。【選択図】  図３ 
2005190272.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
量子現金を発行する量子現金発行装置と、該量子現金を検証するものであって、一意に識別可能な識別子が割り当てられている複数の量子現金検証装置とを備え、量子現金を流通可能とする量子現金システムであって、
量子現金発行装置は、
秘匿される元データから量子状態を生成し、この量子状態を保持する量子現金を生成する第1生成手段と、
前記元データと、前記識別子のそれぞれに割り当てられており互いに異なる複数の変換データとに基づいて、それぞれ異なる複数の量子状態を生成し、前記各識別子との対応付けが分かるように各量子状態を保持する量子検証情報を複数生成する第２生成手段と、
前記各識別子と、前記各変換データを用いた変換を打ち消すための各逆変換データとをそれぞれ対応づけた検証リストを生成する第３生成手段と、
前記第１生成手段で生成された量子現金と前記第３生成手段で生成された検証リストとを組として流通路へ出力する量子現金供給手段と、
前記第２生成手段で生成された前記各検証情報を、各識別子が示す各量子現金検証装置へ供給する検証情報供給手段とを備え、
各量子現金検証装置は、
前記検証リスト内の当該量子現金検証装置の前記逆変換データと、当該量子現金検証装置が備える前記量子検証情報とに基づいて、前記量子現金の正当性を検証する検証手段を備え、
量子現金を流通可能とすることを特徴とする量子現金システム。
【請求項２】
前記第1生成手段で生成された量子現金に、固有のシリアル番号を付加し、このシリアル番号を、前記第２生成手段で複数生成された量子検証情報にもそれぞれ付加したことを特徴とする請求項1に記載の量子現金システム。
【請求項３】
更に、前記検証手段によって、量子現金の正当性を検証した前記量子現金検証装置からの量子現金の清算要求に応答する清算装置を備え、この清算装置は、前記量子現金検証装置からの前記量子現金の正当性が検証された時に得られる２つの量子状態と、前記元データとに基づいて、前記量子現金検証装置の正当性を検証するようにしたことを特徴とする請求項１記載の量子現金システム。
【請求項４】
前記量子状態の生成は、元データに含まれる２つの異なる基底の列と、０または１のビットの列との組み合わせに基づくものであり、
更に、前記検証手段によって量子現金の正当性を検証した結果得られる２つの量子状態を、２つの前記基底のそれぞれから得られるデータとし、それらデータを送信路を介して前記量子現金発行装置へ送信し、
前記量子現金発行装置は、それらデータを、元データと比較することにより、前記量子現金検証装置の正当性を検証するようにしたことを特徴とする請求項１記載の量子現金システム。
【請求項５】
ユーザへ量子状態を含む量子現金を発行し、該量子現金を検証する多数の検証装置へ、量子現金の正当性を評価するための検証情報を発行する、量子現金発行装置であって、
秘匿される元データから量子状態を生成し、この量子状態を保持する量子現金を生成する第1生成手段と、
前記元データと、前記識別子のそれぞれに割り当てられており互いに異なる複数の変換データとに基づいて、それぞれ異なる複数の量子状態を生成し、前記各識別子との対応付けが分かるように各量子状態を保持する量子検証情報を複数生成する第２生成手段と、
前記各識別子と、前記各変換データを用いた変換を打ち消すための各逆変換データとをそれぞれ対応づけた検証リストを生成する第３生成手段と、
前記第１生成手段で生成された量子現金と前記第３生成手段で生成された検証リストとを組として流通路へ出力する量子現金供給手段と、
前記第２生成手段で生成された前記各検証情報を、各識別子が示す各量子現金検証装置
へ供給する検証情報供給手段とを備えたことを特徴とする量子現金発行装置。
【請求項６】
前記元データに含まれる２つの異なる基底の列と、０または１のビットの列との組み合わせからなるものであることを特徴とする請求項５に記載の量子現金発行装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、量子複製禁止定理を根拠に偽造に対して安全性を有する量子現金について、量子現金の正当性検証するための量子現金システムおよび量子現金発行装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
1969年にWiesnerにより考案された量子現金が知られている。ここでいう量子現金とは、シリアル番号と額面の情報に、検証用データを量子状態として記録し付与したものである。
量子状態は、元データが無い限り複製が不可能であり、複製に対する安全性が保証されている。このことは、一般に量子複製禁止定理と呼ばれている。
【０００３】
一方、量子状態は、それと同じ量子状態を備え、所定方法にて両者を比較し一致することにより、その量子状態が正しいものであることを検証できる。なお、異なる量子状態同士を比較すると一定の確率で不一致となり、多数の量子状態を検証に用いることにより、両者の量子状態は異なっているとの判断を保証できる。また、検証用データから量子状態が生成できるから、検証用データを持っていても量子現金の検証ができる。（特許文献１に、量子状態の検証の一例が記載されている）。
【０００４】
なお、量子状態の一例としては、単一光子の偏光状態を基底に利用するものが良く知られている。
【特許文献１】特開２００１−７７９８公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
量子現金の利用形態を考えた時、例えば銀行のように、量子現金を発行した店舗と異なる何れの店舗でも検証できるようにすることが望ましい。つまり、検証を代理で行って、代理先から発行元へ清算を行えるようにすることが望ましい。
【０００６】
しかしながら、検証するためには、上記で説明したように、検証用データ、または、検証用データから生成された量子状態が必要であり、これら何れかを配布すると、配布先で、量子現金が複製できることになってしまい、様々な不正行為が可能となってしまう。例えば、複製した１つをユーザから提示された量子現金であると偽った不正や、複製機能がないとしても、他の店舗と結託して、一方の検証用の量子状態をユーザから提示された量子現金であると偽った不正ができてしまい、発行側には、これらの不正を暴くことはできない。実際に、検証機能がすべて十分な信頼性を持って運用されるとは限らないので、現状では、検証を代理する有効な仕組みがなかった。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、量子現金の発行機能と検証機能とを分離しつつ、安全性を確保した量子現金システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、量子現金を発行する量子現金発行装置と、該量子現金を検証するものであって、一意に識別可能な識別子が割り当てられている複数の量子現金検証装置とを備え、量子現金を流通可能とする量子現金システムであって、量子現金発行装置は、秘匿される元データから量子状態を生成し、この量子状態を保持する量子現金を生成する第1生成手段と、前記元データと、前記識別子のそれぞれに割り当てられており互いに異なる複数の変
換データとに基づいて、それぞれ異なる複数の量子状態を生成し、前記各識別子との対応付けが分かるように各量子状態を保持する量子検証情報を複数生成する第２生成手段と、前記各識別子と、前記各変換データを用いた変換を打ち消すための各逆変換データとをそれぞれ対応づけた検証リストを生成する第３生成手段と、前記第１生成手段で生成された量子現金と前記第３生成手段で生成された検証リストとを組として流通路へ出力する量子現金供給手段と、前記第２生成手段で生成された前記各検証情報を、各識別子が示す各量子現金検証装置へ供給する検証情報供給手段とを備え、各量子現金検証装置は、前記検証リスト内の当該量子現金検証装置の前記逆変換データと、当該量子現金検証装置が備える前記量子検証情報とに基づいて、前記量子現金の正当性を検証する検証手段を備え、量子現金を流通可能とするようにした。
【０００９】
また、本発明は、ユーザへ量子状態を含む量子現金を発行し、該量子現金を検証する多数の検証装置へ、量子現金の正当性を評価するための検証情報を発行する、量子現金発行装置であって、秘匿される元データから量子状態を生成し、この量子状態を保持する量子現金を生成する第1生成手段と、前記元データと、前記識別子のそれぞれに割り当てられており互いに異なる複数の変換データとに基づいて、それぞれ異なる複数の量子状態を生成し、前記各識別子との対応付けが分かるように各量子状態を保持する量子検証情報を複数生成する第２生成手段と、前記各識別子と、前記各変換データを用いた変換を打ち消すための各逆変換データとをそれぞれ対応づけた検証リストを生成する第３生成手段と、前記第１生成手段で生成された量子現金と前記第３生成手段で生成された検証リストとを組として流通路へ出力する量子現金供給手段と、前記第２生成手段で生成された前記各検証情報を、各識別子が示す各量子現金検証装置へ供給する検証情報供給手段とを備えるようにした。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、量子現金発行装置と分離した量子現金検証装置を複数備えても、複製・偽造、等の危険を回避しつつ、それら量子現金検証装置に検証を行わせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１２】
量子状態とは、電子や光子など素粒子の波動的な性質も考慮した状態のことで、
複数の基本的状態の重ね合わせであり、測定によって状態の一部の情報しか得られず、測定によって状態は変化し、かつ、測定値も一意的には決まらないという性質を持つ。これらの性質により、量子状態は、量子状態の設計情報が無い未知の量子状態の複製を、元の状態を保ったまま作ることは不可能である特徴をもつ。
【００１３】
量子現金とは、小切手、証券、紙幣などのような、それ自身が価値を備えたものであり、且つ、この量子現金が正しいものであることを示している量子状態を情報として備えている。なお、価値は、必ずしも金銭である必要はなく、
量子検証情報とは、量子現金の真偽を確かめるための量子状態を検証用の情報として備えている。
【００１４】
量子状態の正当性の検証は、検証すべき量子状態が、検証用の量子状態と完全に一致するか否かを調べることによってのみ可能である。つまり、同じ量子状態が二つ存在することにより、正当である旨の判断ができる。
【００１５】
図１と図２は、本実施の形態の量子現金流通システムの全体を示している。本実施の形態の量子現金システムは、量子現金の発行機能と、量子現金の立替機能と、量子現金の清
算機能とに大別でき、図１は、量子現金の発行機能を示しており、図2は、量子現金の立替機能および量子現金の清算機能を示している。なお、立替とは、量子現金の発行元に代わり、量子現金を受けて、その対価として価値を供給することを言い、清算とは、量子現金の発行元が、価値を供給し、量子現金を回収することを言う。
【００１６】
このシステムは、量子現金発行装置１とｎ個の量子現金検証装置２−１〜２―ｎ（ｎは2以上の整数）とを備える。量子現金発行装置１は、ユーザへの量子現金の発行とそのための検証に係る各種情報（検証リスト、量子検証情報（１）〜（ｎ））の発行、及び、発行した量子現金の清算（量子検証情報（ｉ）、量子現金）を行うものである。一方、量子現金検証装置２−１〜２−ｎは、量子現金発行装置１に代わって立替を行うためのものである。量子現金検証装置２−１・・・２―ｎには、予め一意に識別可能な識別子（例えば、装置固有番号、装置名、等）が割り当てられている。
【００１７】
図３は、量子現金発行装置１の内部の機能ブロックを示す図である。
【００１８】
量子現金発行装置１は、量子状態を生成するためのものであって、秘密に管理される元データと、量子現金検証装置２−１・・・２―ｎにそれぞれ割り当てられた各識別子と、これら各識別子に対応付けた各変換データと、これら各変換データに対応する各逆変換データとを記憶する記憶部１１を備える。なお、記憶部１１に代え、これらのデータを量子現金発行装置１の管理者から都度入力するようにしても良いが、特に元データは、量子現金の発行時のみならず、回収時にも利用するため、不明となることなく何らかの方法で秘密に保管することが重要である。ここで、変換データおよび逆変換データは、所定の可逆性の変換方式（可逆性の変換方式を、一般にユニタリー変換と呼ぶ）に与えるパラメータであり、あるデータを所定のユニタリー変換へ変換データを作用させて変換した変換情報を得、この変換情報を前記ユニタリー変換へ逆変換データを作用させて変換することによって前記あるデータを得ることができる関係にあるデータを言う。つまり、所定のユニタリー変換に対し、逆変換データの作用は、変換データの作用を打ち消すことができるデータである。
【００１９】
量子現金生成部１２は、元データから量子状態を生成し、この量子状態を保持する量子現金を生成する。
【００２０】
量子検証情報生成部１３は、元データから量子状態を生成し、所定のユニタリー変換に各変換データをそれぞれ作用させて、得られた各量子状態をそれぞれ個別に保持する量子検証情報を生成する。なお、ここでは、便宜的に量子現金生成部１２と検証情報生成部１３とを別々の構成としたが、同一の装置で構成するようにしても良いことは勿論である。この場合、量子現金を生成するには、ユニタリー変換へ変換データを０を与える、つまり変換しないとすれば良い。
【００２１】
検証リスト生成部１４は、前記各識別子と、前記各逆変換データとをそれぞれ対応づけた検証リストを生成する。
【００２２】
量子現金発行装置１は、量子現金と検証リストとの組をユーザへ発行する。この発行は、一つの量子現金に対して一度だけ行われる。また、量子現金発行装置１は、各量子現金検証装置２−１・・・２−ｎへ、各識別子に対応する量子検証情報を供給する。つまり、各量子現金検証装置２−１・・・２−ｎは、この量子現金に対し、互いに異なる、各量子現金検証装置２−１・・・２−ｎそれぞれに固有の量子検証情報を備えることとなる。
【００２３】
量子現金清算部１５は、発行した量子現金がユーザに利用された後、量子現金が利用された量子現金検証装置２−ｉ（ｉは、１〜ｎの何れか１つ）から、ユーザへ代行して支払
われた価値を清算するために、量子現金検証装置２−ｉが正当にユーザへの代行を果たしたかを検証し、清算するものである。
【００２４】
このような構成の量子現金発行装置から、量子現金を受けたユーザは、量子現金を換金する際に、ｎ個の量子現金検証装置２−１〜２−ｎの１つを選択し、検証リストの中から、その選択した量子現金検証装置２−ｉに対応する一つの逆変換データを選択し、量子現金とともに量子現金検証装置２−１へ供給する。
【００２５】
図４は、量子現金検証装置２−１・・・２−ｎのうちの、一つの内部の機能ブロックを示す図である。以後、説明を簡単にするために、量子現金検証装置２−ｉに着目して説明する。
【００２６】
検証用情報供給部２１は、量子現金発行装置１から量子現金検証装置２−ｉ用に供給された量子検証情報を、所定のユニタリー変換にユーザから供給された量子現金検証装置２−ｉ用の逆変換データを作用させて、得られた量子状態を量子状態検証部２２へ供給する。
【００２７】
量子状態検証部２２は、ユーザから供給された量子現金の量子状態と、検証用情報供給部２１からの量子状態との一致／不一致を検証するものである。量子状態検証部２２は、量子現金を所有するユーザ（正当な量子現金を持っているか否かは不明）から、量子現金と、検証リストからこの量子現金検証部２１の識別子に対応する逆変換データとを与えられると、検証用情報供給部２１が所有する量子検証情報に、ユーザーから与えられた逆変換データを作用させた量子状態を得、また、ユーザから与えられた量子現金から量子状態を得、これら与えられた量子状態が一致するか否かを確認する。一致すればこの量子現金は正当なものであると判断でき、一致しなければこの量子現金は不当なものであると判断できる。なお、量子状態の検証を行うと、検証結果が一致した場合には、それぞれ元の量子状態が得られる（同じ２つの量子状態）が、不一致の場合には、元の量子状態を得ることはできないことが、知られている。
【００２８】
量子現金検証装置２−ｉで、ユーザの量子現金が正当なものであると検証できた場合に、ユーザから提供された量子現金と引き換えに量子現金に設定されている対価がユーザへ提供される。この対価は量子現金に具体的な金額を印刷しておいても良いし、量子現金発行装置１から、ユーザと各量子現金検証装置２−１・・・２−ｎへ量子現金の価値を伝えておき、それら共通に認識される価値に基づくようにしても良い。
【００２９】
ユーザと量子現金検証装置２−ｉとの間での立替の処理が終了後、適切なタイミングで、量子現金検証装置２−ｉと量子現金発行装置１との間で清算の処理を行う。清算の処理とは、本来量子現金に対する対価を支払うべき量子現金発行装置１に代わって、量子現金検証装置２−ｉが代行して価値を支払っているため、量子現金発行装置１がその価値を量子現金検証装置２−ｉへ支払うこと、および、その際に量子現金検証装置２−ｉが不正を行っていないかを検証することを指す。
【００３０】
量子現金検証装置２−ｉは、検証の結果得られた２つの量子状態の組に基づいて、量子現金発行装置１へ清算の処理を依頼する。
【００３１】
量子現金発行装置１は、先に説明した量子現金清算部１５にて正当性の検証を行った上、正当と判断した場合に、ユーザへ量子現金に設定されている対価が提供されたと見なし、代替してもらっていた価値を提供する。
【００３２】
以上説明したことは、例えば、銀行を例に取ると、量子現金は預金の証書、量子現金発
行装置は、当該証書の発行元の銀行、量子現金検証装置は前記証書の発行元の銀行を除く各支店、ユーザは預金者とすると理解しやすいだろう。このような実施形態にすれば、変換データを量子現金検証装置へ隠蔽しつつ、ユーザが預金した銀行以外の銀行でも量子現金を換金することができるようになる。
【００３３】
なお、上記実施の形態では、量子現金の発行の処理と清算の処理を同じ装置内で行っていたが、別々の装置で行うようにしても良いことは勿論である。重要な点は、発行の処理および清算の処理は1箇所であるが、立替の処理が複数備えられることにある。
【００３４】
以上の様な本実施の形態によれば、量子現金発行装置１からみて、安全性を保ちつつ、且つ、ユーザからの量子現金の検証を、複数の量子現金検証装置２−１・・・２−ｎで行うことができるようになった。そのため、量子現金の所有者であるユーザにとっても、利用しやすいシステムを提供できるようになった。
【００３５】
次に本実施の形態の一具体例として、量子状態として単一光子の偏光方向を利用する場合についての、本実施の形態の各部の実現例について説明をする。
【００３６】
単一光子は、レーザー光を減衰機によって十分強度を弱めることで生成でき、また、この単一光子の偏光方向は、電気光学効果素子を用いた偏光子に通す際に、印加電圧の程度によって任意に切り替え制御可能なことが知られている。
【００３７】
本具体例では、偏光方向が水平（０°）および垂直（９０°）である直線偏光の組と、偏光方向が４５°およびー４５°である直線偏光の組との２つの基底を利用する。ここで、前者をプラス基底、後者をクロス基底と呼ぶこととする。そして、プラス基底において偏光方向が０°を論理値０、９０°を論理値１と割り当て、また、クロス基底において偏光方向がー４５°を論理値０、４５°を論理値１と割り当てる。プラス基底とクロス基底とは共役の関係とし、それぞれ論理値０および論理値１を取り得るから、単一光子に対し４つの量子状態を示し得る。この関係を図５に表として示しておく。
【００３８】
また、このように光子の偏光方向で生成した量子状態の保持には、例えば酸化物結晶（Y2SiO5）中に分散させた希土類イオン（Pr3＋）に上記単一光子を入射することで、固体中に光子の偏光方向を記録するＥＩＴ(Electromagnetically Induced Transparency)と呼ばれる技術が知られており、本具体例においてもＥＩＴを利用することとする。なお、ＥＩＴについては、［市村厚一,"周波数空間を利用した固体素子量子コンピュータ",  東芝レビュー Vol.57, No.9,( 2002 )］に記載されている。ＥＩＴによって量子状態を保持した固体を以下ではＥＩＴ固体と呼ぶこととする。
【００３９】
元データは、十分な長さのランダムなビット列と、前記ビット列の各ビットに対応してランダムな基底列との組で構成される。図６に、元データの生成についての一例を示す。
【００４０】
2つの乱数生成装置３１、３２は、乱数生成に関し互いに相関の無いものである。乱数生成装置３１は、所定長の０／１の乱数を生成し、これを元データのビット列とする。一方、乱数生成装置３２は、前記と同じ長さの０／１の乱数を生成する。この生成された０／１の乱数を、基底割り当て装置３３によって、０を＋（基底）、１をｘ（基底）と割り当てる。割り当てられた結果の、所定長の＋およびｘを基底列とする。以上のようにして生成されたビット列及び基底列の組を元データとする。
【００４１】
この元データは、他の元データと区別するためにシリアル番号と、この元データに与える額面とを対応付けて、記憶装置１１に記憶され、秘密に管理される。なお、シリアル番号および額面は、ユーザへ量子現金を発行するときに対応づけて記憶させるようにしても
良い。
【００４２】
次に、本具体例の量子現金生成部１２を図７に示す。量子現金生成部１２は、量子状態生成部４１とＥＩＴ部４２とを備える。量子状態生成部４１は、量子現金の量子状態を生成するものであり、その内部構成を図8に示す。量子状態生成部４１は、レーザー光を発光するレーザー光部４３と、レーザー光を減衰させる減衰機４４と、減衰機４４からの光子を、入力される元データのビット列および基底列によって制御され、上記で説明した４状態の何れかの量子状態を持った光子を出力する偏光子４５とを備える。偏向子４５から出力された光子の量子状態は、ＥＩＴ部４２によってＥＩＴ固体に保持する。
【００４３】
変換データのそれぞれは、所定のユニタリー変換に対して与える変換パラメータであり、量子現金検証部２−１・・・２−ｎのそれぞれに一つずつ、それぞれ異なった値として割り当てられる。一方、逆変換データのそれぞれは、前記所定のユニタリー変換に与える変換パラメータとして先に説明した変換データとしての変換パラメータの逆変換、つまり、変換を打ち消すためのパラメータである。本具体例でのユニタリー変換は、角度変換を想定する。各変換パラメータと、各逆変換パラメータとは、一意に識別可能な識別子と対応付けて記憶される。これら識別子は、量子現金検証装置２−１・・・２−ｎのそれぞれを識別する識別子である（識別子、変換データ、逆変換データの関係の一例・・・図９）。
【００４４】
次に、量子検証情報生成部１３の構成について図１０を用いて説明する。量子検証情報生成部１３は、量子現金検証装置２−１・・・２−ｎへ、検証を行うためのそれぞれ異なる量子検証情報を生成するためのものであり、量子状態生成部５１とユニタリー変換部５２とＥＩＴ部５３とを備える。量子状態生成部５１は、量子状態生成部４１と同一の構成であり、および、ＥＩＴ部５３は、ＥＩＴ部４２と同一構成である。ユニタリー変換部５２は、量子状態生成部４１から出力される光子状態を、順次与えられた変換データに基づき、順次作用（ここでは、角度変換）させて、順次得られた光子状態をＥＩＴ部５３によって、それぞれ別個のＥＩＴ固体に保持する。
【００４５】
光子状態にユニタリー変換の実現方法としては、例えば、ハーフビームスプリッターを用いることにより実現できる。ハーフビームスプリッターについては、「M. A. Nielsen and I. Chuang, "Quantum Computation and QuantumInformation", Cambridge Univ., 2000,Chap. 7.4.2 (pp290-296).」に詳しく記載されており、ここでは説明を省略する。以上のようにして、量子検証情報生成部１３は、量子現金検証装置２−１・・・２−ｎごとに異なる検証用の量子状態を保持したそれぞれのＥＩＴ固体を生成できる。
【００４６】
検証リスト生成部１４は、対応付けて記憶される各逆変換データと各識別子との一覧リストを生成する。
【００４７】
記憶部１１に記憶された元データに対応するシリアル番号と額面、該元データに基づいて量子現金生成部１２によって生成されたＥＩＴ固体と、検証リスト生成部１４によって、生成された検証リストとは、特に図示しない量子現金発行部によって、例えば図１１のような形態で発行する。図１１は、例えば、ＩＣカードのような形状で構成でき、シリアル番号と額面は、表面に印刷され、検証リストは、例えばＥＥＰＲＯＭに記憶され、ＥＩＴ固体は、埋め込まれるように付着されるようなものを想定しているが、これに限るものではない。この発行は、一つの量子状態（ＥＩＴ固体）に対して１度のみ発行する。なお、ここでは、このようにして発行されたものを量子現金カードと呼ぶこととする。
【００４８】
一方、量子検証情報生成部１３で生成されたそれぞれのＥＩＴ固体は、それぞれの識別子に対応する量子現金検証装置２−１・・・２−ｎへ配布する。この配布は、物の配布で
あり、例えば郵便などで配布すればよい。
【００４９】
次に、量子現金検証装置２−１・・・２−ｎについて説明する。いずれの量子現金検証装置２−１・・・２−ｎも同じ構成であるので、ここでは、量子現金検証装置２−１を図１２に示し、説明する。
【００５０】
量子現金の検証は、量子状態を検証することによって行う。具体的には、偏光方向の基底列とそれによって埋め込まれたランダムなビット列とを用意し、量子現金のＥＩＴ固体を復元した光子を偏光基底で測定し、埋め込まれたビット列と一致するか確認する。正当な量子状態の場合は必ず一致するが、量子状態が異なる場合、一定の確率で不一致となる。例えば、単一光子に着目すると、量子現金発行検証装置２−１が保持するビットが0°の偏光である場合、測定値が一致する確率は、量子現金の偏光が0°では100%、-45°と45°では50%、90°では0%になる。つまり、単一光子に着目し、量子現金の量子情報の１ビットを値と基底をランダムに選んだ場合には、量子情報（偏光方向）が異なるにもかかわらず、「正しい」と誤って判定する確率は1/4となる。
【００５１】
量子現金検証装置２−１側では、量子現金発行装置１から量子現金の発行ごとに、配布された検証用のＥＩＴ固体を発行時のシリアル番号と対応付けて多数所有しており、ユーザから量子現金カードを提示されたとき、その表面に印刷されるシリアル番号で、ＥＩＴ固体の一つを特定する。
【００５２】
量子現金検証装置２−１は、量子状態復元部６１、６２、ユニタリ変換部６３、検証用量子ゲート６４を備える。
【００５３】
量子状態復元部６１は、シリアル番号から特定したＥＩＴ固体から光子状態を復元するものである。一方、量子状態復元部６２は、量子現金カードに付着されるＥＩＴ固体から光子状態を復元するものである。量子状態復元部６１で復元された光子状態は、ユニタリー変換部６３へ入力され、量子現金カードに記憶されるこの量子現金検証装置２−１の識別子に対応する逆変換データに基づいて、ユニタリー変換を施して光子状態を生成する。
【００５４】
ユニタリー変換部６３からの光子状態と、量子状態復元部６２からの光子状態は、検証用量子ゲート６４に入射され、偏光方向が一致するか否かを判定し、両者が一致するか否かを検証する。
【００５５】
検証用量子ゲート６４は、アダマールゲートとスワップゲートの組み合わせで実現できることが、「H. Buhrman,R. Cleve, J. Watrous, and R. de Wolf, Phys. Rev. Lett., 87, 167902(2003)」によって知られ、また、アダマールゲートとスワップゲートは、単一光子源と単一光子検出器があれば、線形光学素子のみによって構成できることが「E.Knill, L. Laflamme, and G.J. Milburn, Nature 409, 46 (2001)」によって知られており、ここでは説明を省略する。
【００５６】
検証用量子ゲート６４からのそれぞれの量子状態は、ユニタリー変換部６３からの光子状態と量子状態復元部６２からの光子状態そのものであり、ＥＩＴ部６５、６６によってＥＩＴ固体に保持し、先のシリアル番号および額面と対応付けて、組として保管する。検証用量子ゲート６４によって、両者が完全に一致すると、量子現金検証装置２−１側は、量子現金カードの正当性が保証され、量子現金カードに印刷される価値をユーザへ支払う。なお、量子現金検証装置２−１は、2つの量子状態の一致・不一致を知ることはできるが、量子状態そのものについては知ることができない。この性質によって、量子現金の偽造の不可能性が保証される。
【００５７】
量子現金検証装置２−１は、支払後に、量子現金発行装置１へ量子現金の精算の処理を行なう。この精算の処理は、主に次の２通りの何れかで実現すればよい。
【００５８】
まず、一つ目の方法は、保管しているシリアル番号、額面と２つのＥＩＴ固体の組を、量子現金発行装置１側へ持って行き、検証する方法である。
【００５９】
この際の量子現金発行装置１の精算部１５の機能ブロックを図１３に示す。
【００６０】
シリアル番号から、量子現金発行装置１の記憶部１１に記憶する、基底列およびビット列からなる元データを特定し、基底列および元データを量子状態生成部７１へ供給し、量子状態を生成する。これにより、量子現金の発行の際に生成された量子状態と完全に同一のものが生成される。一方、２つのＥＩＴ固体を一方を量子状態復元部７２で復元し、量子状態を生成する。これらの量子状態を検証用量子ゲート６４と同一構成の検証用量子ゲート７３で検証することにより一致の有無を調べる。同様に、２つのＥＩＴ固体のもう一方についても検証を行う。それぞれが、同一であると判定されたとき、量子現金検証装置２−１は適切に量子現金の立替の処理が行われたと判断し、量子現金発行装置１は、量子現金検証装置２−１へ立て替えられた価値を支払う。これによって精算の処理が完了する。
【００６１】
次に精算の処理の２つ目の方法について説明する。２つ目の方法は、保管しているシリアル番号、額面と２つのＥＩＴ固体の組を、量子現金検証装置２−１側で電子的な情報に変換してから、量子現金発行装置１で検証する方法である。
【００６２】
この際の量子現金検証装置２−１側に備える電子的情報変換する機能を図１４に示す。
【００６３】
量子現金検証装置２−１は、精算したいＥＩＴ固体の組を取り出して、量子状態復元部８１、８２で２つの光子状態を取り出し、一方には＋基底で光子状態を測定する＋基底測定器８３で偏光の測定を行い、他方にはｘ基底で光子状態を測定するｘ基底測定器８４で偏光の測定を行い、全測定結果を図示しない送信部により量子現金発行装置１へ送信する。
【００６４】
量子現金発行装置１は、受信した全測定結果と、記憶装置１に保持していた元データの基底列およびビット列とを、検証部８５に入力し、この測定結果の正当性を判定する。具体的には、図１５のように、1ビットずつ基底列で、＋基底で測定された測定結果またはｘ基底で測定された測定結果の何れかを選択し、その選択した測定結果の値をビット列の対応するビット値で一致するか否かを比較する。なお、選択されない基底の測定ビット値については判定に利用しない。これを全ての測定結果に対して行って、全部一致する場合は正当と判断し、１ビットでも一致しないものがある場合は正当でないと判断する。なお、偏光方向が異なる不正な光子が誤って正しいと検証される確率は単一光子１個あたり1/4であり、光子数を十分多くすることで誤って判定する確率を所与の値に抑えることが可能である。また、量子複製禁止定理により、量子現金の偽造が不可能であることが保証できる。
【００６５】
なお、上記の検証方法では、量子状態を一旦ＥＩＴ固体に保持したものを利用したが、検証用量子ゲート６４からのそれぞれの量子状態をそのまま量子テレポテーションという技術を用いて、量子状態を量子現金発行装置１へ転送することも可能である。この量子テレポテーションでの転送の利点は、安全性を有している点にある。なお、量子テレポテーションについては、文献「M. A. Nielsen and I. Chuang, "Quantum Computation and QuantumInformation", Cambridge Univ., 2000,Chap. 1.3.7 (pp26-28).」に詳しく記載されており、ここでは説明を省略する。
【００６６】
このようにして、正当と判断した場合は、額面の実現金を量子現金検証支払機能に対して支払う。
【００６７】
以上のような具体例によれば、量子現金発行装置１と分離した複数の量子現金検証装置２−１・・・２−ｎを備えても、複製・偽造、等の危険を回避しつつ、それら量子現金検証装置に検証を行わせることができるようになった。これにユーザにとっても、利便性の高い量子現金のシステムが提供できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本実施の形態の量子現金流通システムの全体を示す図（その１）。
【図２】本実施の形態の量子現金流通システムの全体を示す図（その２）。
【図３】量子現金発行装置１の内部の機能ブロックを示す図。
【図４】量子現金検証装置２−１・・・２−ｎのうちの、一つの内部の機能ブロックを示す図。
【図５】量子状態の検出確率表
【図６】元データの生成についての一例を示す図。
【図７】本具体例の量子現金生成部１２を示す図。
【図８】量子状態生成部４１の内部構成を示す図。
【図９】識別子、変換データ、逆変換データの関係の一例。
【図１０】量子検証情報生成部１３の構成を示す
【図１１】量子現金の一例。
【図１２】量子現金検証装置２−１を示す図。
【図１３】量子現金発行装置１の精算部１５の機能ブロックを示す図。
【図１４】量子現金検証装置２−１側に備える電子的情報変換する機能を示す図。
【図１５】＋基底測定結果及びｘ基底測定結果を用いた検証を示す図。
【符号の説明】
【００６９】
１・・・量子現金発行装置
２−１〜２―ｎ・・・量子現金検証装置
１１・・・記憶部
１２・・・量子現金生成部
１３・・・量子検証情報生成部
１４・・・検証リスト生成部
１５・・・量子現金清算部
２１・・・検証用情報供給部
２２・・・量子状態検証部
３１、３２・・・乱数生成装置
３３・・・基底割り当て装置
４１、５１、７１・・・量子状態生成部
４２、５３・・・ＥＩＴ部
４３・・・レーザー光部
４４・・・減衰機
４５・・・偏向子
５２・・・ユニタリー変換部
６１、６２、７２、８１、８２・・・量子状態復元部
６３・・・ユニタリ変換部
６４、７３・・・検証用量子ゲート
８３・・・＋基底測定器
８４・・・ｘ基底測定器
８５・・・検証部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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