(57)【要約】  第１の当事者Ａと第２の遠隔当事者Ｂの間で公開チャネルＦを介して古典的メッセージＭを伝送する方法（３００）を開示するものであり、本方法は、前記当事者間で、短期的に安全な鍵ＫＳおよび／または長期的に安全な鍵ＫＬを含む鍵である共有鍵Ｋを共有するステップ（３１０）と、Ａ側でＭを量子符号語として符号化するステップ、すなわちＡがＫを用いてＭを公知の量子符号に属する第１の暗号化符号語に符号化するステップ（３２０）と、第１の暗号化符号語をＡからＢへ、第２の符号語を出力するＦを介して伝送するステップ（３３０）と、チャネルＦの出力端に配置されていてＫによりキーイングされ且つＢにより制御されるＮモード干渉計を用いて第２の符号語を第３の符号語にユニタリ変換するステップ（３４０）と、Ｂ側で、第３の符号語に対して測定を実行することにより、およびＫを用いて前記測定値を処理することにより、Ｍの推定値を決定するステップ（３５０）とを含んでいる。
2018505599.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠隔当事者ＡとＢの間で古典的メッセージＭを、ＡとＢを接続する損失性および／またはノイズが多い公開チャネルＦを介して伝送する方法であって、
−ＡとＢの間で、短期的に安全な鍵ＫＳおよび／または長期的に安全な鍵ＫＬを含む鍵Ｋを共有するステップと、
−Ａ側で前記古典的メッセージＭを量子符号語として符号化するステップ、すなわちＡが前記共有鍵を用いて前記古典的メッセージＭを公知の量子符号Ｃに属する暗号化符号語ｒｈｏ１（Ｍ，Ｋ）に符号化するステップと、
−符号語ｒｈｏ２（Ｍ，Ｋ）を出力するチャネルＦを介して、前記暗号化符号語ｒｈｏ１（Ｍ，Ｋ）をＡからＢへ伝送するステップと、
−チャネルＦの出力端に配置されていてＫによりキーイングされ且つＢにより制御されるＮモード干渉計Ｉを用いてｒｈｏ２（Ｍ，Ｋ）をｒｈｏ３（Ｍ，Ｋ）にユニタリ変換するステップと、
−Ｂ側で局所的に、ｒｈｏ３（Ｍ、Ｋ）に対して測定を実行することにより、および前記共有鍵Ｋを用いて前記測定値を処理することにより、Ｍの推定値Ｍｅｓｔを決定するステップとを含む方法。
【請求項２】
−Ｍを前記暗号化符号語ｒｈｏ１（Ｍ，ＫＳ，ＫＬ）に符号化する前記ステップが、Ｍを公知の量子符号Ｃに属する符号語ｃ（Ｍ，ＫＬ）に符号化するステップと、前記短期的に安全な鍵ＫＳを用いてｃ（Ｍ，ＫＬ）に対して逐字的暗号化Ｕ（ＫＳ）を実行して前記暗号化符号語ｒｈｏ１（Ｍ，Ｋ）を得るステップとを含み、
−ＫＳによりキーイングされた前記干渉計Ｉが、逐字的復号化を介したＵ（ＫＳ）の逆変換に続いて、前記短期的に安全な鍵ＫＳから独立した別のユニタリ変換を実行するものである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
−前記長期的に安全な鍵ＫＬが、秘密符号Ｃ’を選択すべく用いられていて、前記秘密符号Ｃ’は前記公知の符号Ｃの部分集合に関連付けられており、
−前記短期的に安全な鍵ＫＳが、ｃ（Ｍ，ＫＬ）に対して逐字的暗号化を実行すべく用いられている、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記古典的メッセージＭをｒｈｏ１（Ｍ，Ｋ）に符号化するステップが光量子状態で実行され、前記光量子状態には複数の特徴が関連付けられていて、前記特徴が、
−Ｃの符号語が、Ｎ個のボゾンモードにわたるＮ個のコヒーレントの積状態であり、１個のボゾンモードは時間モード、周波数モード、および空間モードを含むリストから選択されていて、
−符号Ｃのアルファベットが、ｍ−ａｒｙ位相シフトキーイングコヒーレント状態で構成され、ｍ＝２＾ｐであって、各文字が｛｜ｅｘｐ（ｉ２Ｐｉｋ／ｍ）ａｌｐｈａ＞，ｋ＝０．．ｍ−１）｝の形式であり、固定された光子数｜ａｌｐｈａ＾２｜が１よりも大幅に小さく、
−ＫＳによるｃ（Ｍ，ＫＬ）の逐字的暗号化が位相暗号化ステップを含み、前記短期的に安全な鍵ＫＳがＮ個の独立位相シフトの値を導出すべく用いられ、前記符号語のＮ個のコヒーレント状態に対して逐字的に適用され、前記位相シフトがｐ＝ｌｏｇ２（ｍ）ビットで符号化される、ＫＳサイズが従ってｐ＊Ｎである、請求項１〜３のいずれが１項に記載の方法。
【請求項５】
Ｂにより制御される前記干渉計Ｉには以下の特徴、すなわち
−Ｉがビームスプリッタおよび位相シフタで構成されたＮ個のモードボゾン干渉計であり、
−少なくとも１個の位相シフトが位相変調器（前記位相変調器は前記ｍ−ａｒｙ位相シフトを適用すべく構成されていて、ｍ＝２＾ｐ）と、前記短期的に安全な鍵ＫＳに依存する値とにより制御され、
−前記短期的に安全な鍵ＫＳを前提として、前記干渉計Ｉが、位相復号を実行してｒｈｏ２（Ｍ，Ｋ）をｒｈｏ３（Ｍ，ＫＬ）に変換すべく構成されていて、
−前記干渉計Ｉの構造が、公開チャネルＦにノイズが無い場合にｒｈｏ３（Ｍ，ＫＬ）が単一モード状態に対応すべく選択されることにより、ｇが単一モード光検出器を用いてｒｈｏ３（Ｍ，ＫＬ）に対して前記測定を実行可能にすること、のうち少なくとも１個が関連付けられている、請求項１〜３のいずれかに１項に記載の方法。
【請求項６】
前記量子チャネルに配置された増幅器を含むリピータステーションが伝搬損失を補償し、前記リピータステーションがＫ＝（ＫＳ，ＫＬ）の知識を有していないか、または前記短期的に安全な鍵ＫＳへの部分的なアクセスが許されている、請求項４〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
−Ｍが１ビットのメッセージｂであり、
−前記量子チャネルが、ベキ乗で表す伝送率Ｔ＝ｔ＾２のボゾン損失性チャネルであり、
−使用する符号Ｃが、ｍ−ａｒｙＰＳＫアルファベット（ｍ＝２または４）にわたる［Ｎ，２、Ｎ］、（長さ、符号語個数、最短距離）の反復符号であり、
−ＫＳによる逐字的位相暗号化が、ＫＳのｌｏｇ２（ｍ）＊Ｎビットを用いて各コヒーレント状態の位相のワンタイムパッド暗号化を実行するものであり、前記位相が各コヒーレントに対してｌｏｇ２（ｍ）ビットにより記述されていて、
−前記干渉計Ｉが、Ｎ個のコヒーレント状態の振幅を１個の単一モードにコヒーレント的に加算する深さｌｏｇ２（Ｎ）の二進木であり、
−前記光検出器が、Ａにより位相をロックされた位相感応検出器を含み、前記位相感応検出器が、ホモダイン検出器、ヘテロダイン検出器、Ｋｅｎｎｅｄｙ受信器、Ｂｏｎｄｕｒａｎｔ受信器またはＤｏｌｉｎａｒ受信器を含むグループから選択されていて、
−前記リピータステーション内で用いる増幅器が、ＡおよびＢにより位相ロックされた感応増幅器ＰＳＡを含み、
−前記増幅器の値ａｌｐｈａ、Ｎ、位置、および利得が所与の値Ｔに対して最適化されている、請求項４〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
−Ｍが１ビットのメッセージｂであり、
−前記量子チャネルが、ベキ乗で表す伝送率Ｔ＝ｔ＾２のボゾン損失性チャネルであり、
−使用する符号Ｃが，２個の出力にわたるパルス−位置−符号化とユニタリ的に同値な長さＮのアダマール符号からの２個の符号語で構成され，Ｃのアルファベットがｍ−ａｒｙＰＳＫアルファベット（ｍ＝２または４）であり、
−ＫＳによる逐字的位相暗号化が、ＫＳのｌｏｇ２（ｍ）＊Ｎビットを用いて各コヒーレント状態の位相のワンタイムパッド暗号化を実行するものであり、前記位相が各コヒーレント状態に対してｌｏｇ２（ｍ）ビットにより記述されていて、
−前記干渉計Ｉが、Ｎ個のコヒーレント状態の振幅をベキ乗で表すｔ＾２Ｎａｌｐｈａのモードにコヒーレント的に加算する深さｌｏｇ２（Ｎ）の二進木であり、
−前記光検出器が位相不感応感応検出器で構成され、前記位相感応検出器が、単一光子検出器、フォトダイオード、またはヘテロダイン検出器を含むグループから選択されていて、
−前記リピータステーション内で用いる増幅器が、伝搬損失を補償する位相不感応増幅器ＰＩＡであり、
−前記値ａｌｐｈａおよびＮ、前記増幅器の位置および利得が、所与の値Ｔに対して最適化されている、請求項４〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記短期的に安全な鍵ＫＳをＡとＢの間で共有する前記ステップが、秘密の鍵暗号機構および／または公開鍵機構を含む１個以上の機構を用いることにより、計算量的に安全な技術を用いて実行される、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記長期的に安全な鍵ＫＬをＡとＢの間で共有する前記ステップが、長期的に安全な機構を用いて実行され、前記機構が、永続的なセキュリティおよび／または量子鍵配信および／または信頼できる配達人による鍵配信を行う請求項１のステップを用いてＡとＢの間で以前に交換された長期秘密ランダムメッセージまたは鍵を使用することを含んでいる、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
コンピュータ上で実行された際に請求項１〜１０のいずれか１項のステップを実行する符号命令を含むコンピュータプログラム製品。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれか１項による方法のステップを実行する手段を含むシステム。
【請求項１３】
−安全なデータ（ＫＳ，ＫＬ）が保存されているＡのセキュリティ境界と、
−安全なデータ（ＫＳ，ＫＬ）が保存されているＢのセキュリティ境界と、
−少なくともＮ個のモードで発光するコヒーレント光源と、
−Ｎ個のモードの各々または一部を分離すべく構成されたデマルチプレクサと、
−Ａにより制御されてＮ個のモードの各々作用する少なくとも１個の単一モード位相変調装置と、
−Ｎ個のモードの各々または一部を結合すべく構成されたＮモードマルチプレクサと、
−ＡからＢへの少なくとも１個の光量子チャネルＦと、
−Ｎ個のモードの各々または一部を分離すべく構成されたデマルチプレクサと、
−少なくとも１個がＢにより制御される、ビームスプリッタおよび／または位相シフタで構成されたＮモード干渉計Ｉと、
−単一モード光検出器
のうち１個以上を含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
−Ｎ個のモードでコヒーレント光を発するレーザーと、
−Ｎ個のモードの各々に配置されていて、コヒーレント状態のｍ−ａｒｙ位相シフトキーイング配置内で各モードの状態を変調する位相変調器であって、適用された位相変調がＫＳおよびＫＬに依存し、Ｎモード暗号化符号語ｒｈｏ１（Ｍ，Ｋ）を得る位相変調器と、
−ＡからＢへの少なくとも１個の光量子チャネルと、
−ビームスプリッタおよび能動的に制御位相シフタで構成されたＮモード干渉計と、
−Ｂ側の光検出器と、
−ＡおよびＢ側の計算手段とを含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
請求項４〜５に記載の方法を実行する手段を含むシステムであって、
−モードロックされたレーザーパルスレーザおよび／または連続波レーザーと、
−位相変調器および／または振幅変調器と、
−光スイッチと、
−位相感応増幅器および／または位相不感応増幅器と、
−ＷＤＭフィルタおよび／またはコンバイナ、および／またはアッドドロップマルチプレクサと、
−時間遅延干渉計および／または光高速フーリエ変換干渉計と、
−単一光子検出器、ホモダイン検出器、ヘテロダイン検出器、Ｋｅｎｎｅｄｙ受信器、Ｄｏｌｉｎａｒ受信器、Ｂｏｎｄｕｒａｎｔ受信器、または量子零調受信器を含むグループから選択された１個以上の検出器と、のうち１個以上を含むシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は量子暗号の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
暗号鍵の生成および配信は暗号化通信の前提条件である。量子鍵配信（ＱＫＤ）は暗号鍵を生成および配信に利用できるが、メッセージデータの送信には一切利用できない。ＱＫＤの重要な利点の一つは、計算量的に安全な鍵配信技術と比較して、情報理論的な仕組みによりセキュリティが公式に確立されたＱＫＤプロトコルが存在することである。古典チャネルの認証目的で何らかの計算量的技術を用いる場合であっても、ＱＫＤは永続的なセキュリティを保証することができる。
【０００３】
鍵生成プロトコルにおける永続的なセキュリティは特に、プロトコルが終了して鍵が配信されたならば、計算能力または潜在的攻撃者が行う暗号解析の進歩の如何によらず、将来のどの時点においても鍵のセキュリティが危険にさらされてはならないことを意味する。このような強いセキュリティ保証は計算量的技術では得られない。
【０００４】
永続的なセキュリティを提供可能であるにもかかわらず、ＱＫＤには性能およびリソース要件の観点から制約がある。現時点で、ＱＫＤは大都市圏内距離（８０キロメートル未満）では高い信頼性で運用可能である。長距離ＱＫＤは、光ファイバを介して数百キロメートル以内の距離で運用可能であるが、特定の用途で実現可能な鍵レートは低いかまたは不充分である。更に、距離が延びるに伴い検出器ノイズ、後処理効率、およびシステム安定性に対する要件が厳しくなるため、長距離でＱＫＤを高い信頼性で運用するのは困難である。
【０００５】
顕著な制約として、ＱＫＤは光増幅器と互換性を有していない。その結果、信頼性の高い量子リピータが無い状態で、ＱＫＤを用いて到達可能な距離は、古典的なトラステッド（高信頼）リピータを用いた単一のＱＫＤリンクを超えて延長できるに過ぎない。そのようなリピータは、自身のセキュリティを保証するために、一般に複雑且つ高価である特定の処置を必要とする。トラステッドリピータを用いるＱＫＤは従って終端間セキュリティのパラダイムに適応しておらず、この点が制約となる。ＱＫＤには他にも制約がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
２００５年公開の特許文献国際特許第２００５０４６１１４号パンフレット「Ｃｏｈｅｒｅｎｔ−ｓｔａｔｅｓ  ｂａｓｅｄ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｄａｔａ−ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ｏｐｔｉｃａｌｌｙ−ａｍｐｌｉｆｉｅｄ  ＷＤＭ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  ｎｅｔｗｏｒｋｓ」に、既存のＷＤＭインフラと互換性を有し、インライン増幅ラインを介した波長分割多重化ネットワークに適した安全なデータ暗号化を行う偏光無依存システムが得られる、光学的に増幅可能な２モードコヒーレント状態を用いる量子暗号プロトコルが開示されている。このスキームのセキュリティは本質的に、計算量的に安全な基本的暗号のセキュリティに関連している。計算量的に安全な暗号化に比較してそのようなスキームのセキュリティ利点、および特に永続的なセキュリティを保証することができない。従って上述の方法には制約がある。
【０００７】
遠距離にいる当事者ＡとＢの間で永続的なセキュリティを保証しながらメッセージＭを伝送する方法およびシステム、特に、アントラステッド（低信頼）リピータを実現可能な方法およびシステムに対するニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の当事者と第２の遠隔当事者の間で公開チャネルを介して古典的メッセージを伝送する方法を開示しており、本方法は、前記当事者間で、短期的に安全な鍵および／または長期的に安全な鍵を含む鍵を共有するステップと、第１の当事者側で第１の古典的メッセージを量子符号語に符号化するステップ、すなわち第１の当事者が共有鍵を用いて古典的メッセージを公知の量子符号に属する第１の暗号化符号語に符号化するステップと、第２の符号語を出力する公開チャネルを介して、第１の暗号化符号語を第１の当事者から第２の当事者へ伝送するステップと、公開チャネルの出力端に配置されて共有鍵によりキーイングされ且つ第２の当事者により制御されるＮモード干渉計を用いて第２の符号語を第３の符号語にユニタリ変換するステップと、第２の当事者側で、第３の符号語に対して測定を実行することにより、および共有鍵を用いて前記測定値を処理することにより古典的メッセージの推定値を決定するステップとを含んでいる。
【０００９】
一実施形態において、遠距離にいる当事者Ａｌｉｃｅ（Ａ）とＢｏｂ（Ｂ）の間で長期的に安全な古典的メッセージＭを、ＡとＢの間で短期的に安全な古典的鍵Ｋを共有することにより、および公開量子チャネルと古典的認証済みチャネルを用いることにより、伝送する方法を開示している。一実施形態において、古典的メッセージが長期的に安全であるのは、当該メッセージに関して盗聴者Ｅｖｅ（Ｅ）がアクセス可能な情報の上限を、いくらでもゼロに近く選択できる量に制約可能であって前記制約が常に有効な場合であり、古典的メッセージが持続時間タウにわたり短期的に安全であるのは、当該メッセージに関して盗聴者Ｅがアクセス可能な情報の上限を、いくらでもゼロに近く選択できる量に制約可能であって当該制約が少なくとも持続時間タウにわたり有効な場合である。記述する発展形は、古典的認証済みチャネルを介してＡとＢの間で短期的に安全な鍵Ｋを共有するステップと、Ａ側で短期的に安全な鍵Ｋを用いて古典的メッセージＭを量子状態に符号化して量子チャネルを介して当該量子状態をＢに送るステップと、量子チャネルの出力端で受信したＫおよび当該量子状態を用いてＢ側でメッセージＭを復号するステップとを含んでいる。更なる実施形態は、計算量的に安全な公開鍵および／または対称鍵暗号化の使用、誤り訂正符号の使用、入力端でのコヒーレント状態の積の使用、単一モード（適応的または非適応的）コヒーレントまたは直接検出受信器の使用を含んでいる。システムおよびソフトウェア態様について記述する。
【００１０】
有利な特徴として、古典的および量子暗号を混合した、開示する量子暗号プロトコルは、所与のリソースおよび攻撃戦略を有する量子的攻撃者に対抗して、所与のチャネルにおけるプロトコルの実現可能な性能を明示的に画定することが可能な総合的なセキュリティモデルを提供する。
【００１１】
有利な特徴として、いくつかの実施形態において、計算量的に安全な暗号化と比較して、ＡおよびＢは量子チャネルおよび短期的に安全な鍵Ｋを用いて長期的なセキュリティ、および交換された鍵Ｋが短期的に安全である時間タウよりも長時間にわたり盗聴者が量子情報をコヒーレント的に保存できない場合にはカスタマイズ可能な情報理論的セキュリティも提供することができる。
【００１２】
有利な特徴として、いくつかの実施形態において、安全なランダム鍵が共有されるＱＫＤと比較して、ＡとＢは決定論的なメッセージＭを安全に共有することができる。
【００１３】
有利な特徴として、本発明の複数の実施形態により「拡張セキュリティ」が可能になる。すなわち、量子符号化を行う間に誤り訂正符号を用いることでＱＫＤと比較して性能を向上させ、チャネル損失の許容度が増し、チャネル誤り率の許容度が増し、符号化器および受信器のノイズが大きくなり、フィードバックチャネルが必要なくなる。
【００１４】
有利な特徴として、いくつかの実施形態において、特にＱＫＤと比較して、ＡおよびＢは、Ｅが取得した情報に上限を設けるためにＢ側で測定を実行する必要さえないが、これは当該上限がＡから送られる状態だけに依存するためである。
【００１５】
有利な特徴として、いくつかの実施形態において、特にＱＫＤと比較して、本方法は光増幅器を含む光チャネル、およびＷＤＭ光ネットワークと互換性を有している。
【００１６】
いくつかの実施形態において、開示する方法およびシステムは有利な特徴として、ある程度の可制御性を有している。例えば、本方法のいくつかの実施形態に関連付けられた（ｎ，ａｌｐｈａ）等のパラメータは、（損失および誤り率により特徴付けられる）所与のチャネルでの性能（例：正確性パラメータｅｐｓｉｌｏｎの下で実現可能な通信レートＲ）を最適化すべく調整可能である。
【００１７】
有利な特徴として、本発明の複数の実施形態は、過度な労力およびコスト無しに、既存の遠隔通信構成要素およびシステムに最小限のハードウェア変更（例えば、長距離コヒーレント古典的通信で現在広範に用いられるコヒーレント状態の位相変調およびホモダイン検出を用いて）を施すことにより実装可能である。
【００１８】
有利な特徴として、本発明の複数の実施形態により、実際に使用されている既存の受信器により実装可能、すなわち現行技術で使用すべく小型化可能であると共に、最適な測定を実行してＡとＢの間で量子チャネルを介した通信を行う古典的能力に達するかまたは迫ることができる。
【００１９】
いくつかの実施形態において、開示する本発明は、既存のコヒーレント通信エミッタ、位相変調器、および受信器を用いて直接実装することができる。
【００２０】
有利な特徴として、本発明の複数の実施形態は、「待機データ」（例：データセンタにおけるデータ保存用の鍵管理、クラウドコンピューティングデータウェアハウス等）のセキュリティに適用することにより、「本番データ」（例：データ転送中のデータフロー）のセキュリティを可能にする。
【００２１】
有利な特徴として、本発明のいくつかの実施形態は、ＷＤＭ光ネットワークおよび光増幅器を含むネットワークを含む光ファイバネットワーク、または衛星ネットワークで実装可能である。用途は軍事目的から汎用および国内用途（例：銀行、政府、投票機、暗号通貨、電子商取引等）にわたる。
【００２２】
一実施形態において、遠隔当事者ＡとＢの間でメッセージを伝送する方法を開示しており、本方法は、計算量的に安全な暗号化機能Ｅｎｃを用いて積状態またはもつれ合わない量子符号語を暗号化するステップを含み、Ｅｎｃは少なくとも持続時間ｔａｕ＿ｅｎｃにわたり短期的に安全である一方、量子メモリに保存された任意の情報はｔａｕ＿ｅｎｃよりも厳密に短い時間ｔａｕ＿Ｑでコヒーレンス性を完全に喪失する。複数の発展形は、長期的に安全な対称鍵、量子データロッキング、短期的に安全な一時シールド、ＢＰＳＫ符号化、着信信号のエネルギーの物理的制約Ｌ、ＢＰＳＫアルファベットからなるアダマール符号、および伝搬損失の補償の利用を含んでいる。システム態様は、干渉計、単一シンボル受信器、単一光子検出器、ホモダインおよびヘテロダイン検出器、Ｋｅｎｎｅｄｙ受信器、Ｄｏｌｉｎａｒ受信器および量子零調受信器の利用を記述している。
【００２３】
有利な特徴として、本発明の複数の実施形態は、「ポスト量子」セキュリティモデル、すなわち、永続的なセキュリティが保証された鍵配信プロトコル、特に量子コンピュータを操作する攻撃者に対するセキュリティを可能にする。
【００２４】
有利な特徴として、本発明の複数の実施形態は、構造化された符号の優加法性と量子データロッキングの特性を組み合わせる。
【００２５】
有利な特徴として、本発明の複数の実施形態は、効率的に復号可能ではないランダム符号に依存する既存の量子データロッキングスキームの主な制約の一つを外す。
【００２６】
有利な特徴として、本発明の複数の実施形態は、永続的にセキュリティを保証しながら、長距離且つ安全な通信または鍵配信を可能にする。
【００２７】
有利な特徴として、本発明の複数の実施形態は、既存の遠隔通信構成要素およびシステムに最小限のハードウェア変更を施すことにより実装可能である。
【００２８】
損失および／またはノイズが多い公開量子チャネルＦを介して遠隔当事者ＡとＢの間で古典的メッセージＭを安全へ伝送する方法および明示的なプロトコルを開示しており、本方法は、古典的量子符号化Ｃを用いて、Ｎ個のモードで、キュービットとして扱われる低い光子数を有するＮ個のコヒーレント状態の積としてＭを光符号語に符号化するステップと、計算量的に安全な機構を介して、ＡおよびＢにより共有される鍵ストリームＫＳが示す単一モードのユニタリ変換を行うことにより、当該キュービットにより搬送される情報を暗号化するステップとを含んでいる。（ノイズが多い）量子符号語を受信したならば、Ｂは、ビームスプリッタおよび位相シフタを含むＮモード光学干渉計を用いてＮ個の受信したモードを組み合わせる。ＢはＫＳを用いて、干渉計経路内で何らかの単一モードのユニタリ変換を施す。ＫＳ鍵を有する干渉計Ｉの全体的な効果を用いてキュービットレベルでの暗号化を取り消すと共にマルチモード干渉を得ることにより、Ａが用いるマルチモード符号語からなる符号Ｃが単一モード符号語からなる符号Ｃ’にユニタリ的にマッピングされ、従って実行時に既存の検出器により検出可能である。
【００２９】
本発明によれば、「ＥＳＱＵＩＭＯ」（「Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ  Ｓｔｒｏｎｇｅｒ  ｔｈａｎ  Ｑｕａｎｔｕｍ  ｎｏＩｓｙ  Ｍｅｍｏｒｙ」の略）と称するフレームワークにおいて、長さＮの量子符号語に符号化された取り出し可能な古典的情報の断片の少なくとも１／２が崩壊する量子記保存時間ｔａｕ＿Ｑ（Ｎ）が、ある数Ｎに対してｔａｙ＿Ｑ（Ｎ）＜＜ｔａｕ＿ｅｎｃであり、前記時間ｔａｕ＿ｅｎは、ＫＳの導出に用いる計算量的暗号化技術が安全であると考えられる時間である。
【００３０】
明示的なプロトコル（メッセージＭ、Ｃの符号化、ＫＳを用いる光符号語の位相暗号化、干渉計Ｉ、光受信器、およびＢｏｂによる後処理）を開示しており、Ｍに関してＥｖｅが知り得る情報ＩＥを、ＥＳＱＵＩＭＯフレームワーク（またはモデル）の下で、チャネルＦを介してＡｌｉｃｅとＢｏｂの間で共有される情報を下回るように制約することができる。
【００３１】
コヒーレント状態のマルチモード積に対して可能な符号化Ｃは、ＢＰＳＫまたはＭ−ａｒｙＰＳＫ変調されたコヒーレント状態に対する反復符号、すなわちＢＰＳＫ変調されたコヒーレント状態に対するアダマール符号を含んでいる。
【００３２】
Ｍ−ａｒｙＰＳＫ変調に対する反復符号からなる、符号化Ｃのためにアントラステッドリピータを実現するプロトコルおよび明示的設計を開示している。このようなリピータは例えば、損失を補償すべくチャネルＦに配置されていてよい。本発明の一態様において、（符号化、リピータ、復号の）パラメータが適切ならば、リピータが信頼できなくても、攻撃者（悪意のある受信者を含む）に関するＡＢ間の通信のセキュリティが危うくなることはない。
【００３３】
開示する方法およびプロトコルは、ＡｌｉｃｅとＢｏｂの間で効果的な古典的盗聴チャネルを確立できるようにする。古典的盗聴符号化（外部符号）は次いで、量子チャネルＦの特徴、およびプロトコル（符号化Ｃ、干渉計Ｉ、光受信器、およびＢｏｂに対する復号戦略）に依存するレートで、ＡとＢの間で確実且つ安全に古典的情報を伝送するために用いることができる。
【００３４】
システム態様は、位相変調器、位相感応増幅器（ＰＳＡ）、位相不感応増幅器（ＰＩＡ）、位相シフタおよびビームスプリッタで構成されたマルチモードボゾン干渉計、単一光子検出器、ホモダインおよびヘテロダイン検出器、Ｋｅｎｎｅｄｙ受信器、Ｄｏｌｉｎａｒ受信器、および量子零調受信器の利用について記述する。
【００３５】
有利な特徴として、本発明の複数の実施形態は、短期秘密の導出に際して対称暗号化技術だけに依存するため、「ポスト量子的」敵対的行為に対して永続的且つ安全な通信を可能にする。
【００３６】
有利な特徴として、本発明の複数の実施形態は、Ｍに関してＥｖｅがアクセス可能な情報を制約すべく、短期的な暗号化を用いて異なるモード間のコヒーレンス関係を難読化することができる。
【００３７】
有利な特徴として、本発明の複数の実施形態は、構造化された符号の優加法性と短期的に安全な暗号化の特性を組み合わせることにより、Ｅｖｅがアクセス可能な情報を制約することができる。
【００３８】
有利な特徴として、本発明の複数の実施形態は、量子データロッキング符号の特性を短期的に安全な暗号化と組み合わせることにより、Ｅｖｅがアクセス可能な情報を制約することができる。
【００３９】
有利な特徴として、本発明の複数の実施形態は、既存の量子データロッキングスキームの主な制約の一つを外すことができ、更に、構造化された量子データロッキング符号により実装可能である。
【００４０】
有利な特徴として、本発明の複数の実施形態は、永続的なセキュリティを保証しながら安全な通信を可能にする。
【００４１】
有利な特徴として、本発明の複数の実施形態は、位相感応増幅器または位相不感応増幅器を用いて損失を補償可能なアントラステッドリピータを実現することができ、従って、距離に対する制約無しに永続的なセキュリティおよび非減衰速度で安全な通信を可能にすることができる。
【００４２】
有利な特徴として、本発明の複数の実施形態は、既存の遠隔通信構成要素およびシステムに対して限定的なハードウェア変更を施すことにより、特に長距離ＱＫＤに要する検出器と比較してはるかにノイズが多い検出器により実装可能である。
【００４３】
有利な特徴として、本発明の複数の実施形態は、「待機データ」（例：データセンタにおけるデータ保存用の鍵管理、クラウドコンピューティングデータウェアハウス等）のセキュリティへの適用により、「本番データ」（例：データ転送中のデータフロー）のセキュリティを可能にする。
【００４４】
有利な特徴として、本発明のいくつかの実施形態は、ＷＤＭ光ネットワークおよび光増幅器を含むネットワークを含む光ファイバネットワーク、または衛星ネットワークで実装可能である。用途は軍事目的から汎用および国内用途（例：銀行、政府、投票機、暗号通貨、電子商取引等）にわたる。
【００４５】
永続的なセキュリティを保証しながら遠隔当事者間でメッセージを安全へ伝送する実用的なシステムおよび方法を開示している。
【００４６】
有利な特徴として、開示する方法およびシステムの永続的なセキュリティ特性は形式的に確立することができる（すなわち、数学的論理に従い証明される）。
【００４７】
有利な特徴として、本発明の複数の実施形態は、ＱＫＤが目標とする無条件セキュリティの基準を越える新たなセキュリティモデルを可能にする。
【００４８】
有利な特徴として、開示する方法およびシステムは、「実用的」、すなわち既存のハードウェアにより実装可能、および／またはより少ないリソースでＱＫＤと同等またはより良好な性能が得られるものと言える。
【００４９】
本発明の複数の実施形態について、同一参照符号が同一要素を示す添付の図面を参照しながら以下に記述する。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明によるセキュリティモデルの概要を示す。
【図２】本発明による例示的なシステムのいくつかの態様を示す。
【図３】本発明の一実施形態を示す。
【図４】本発明の例示的な一実施形態のいくつかの態様を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
発明の名称が「ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ  ＷＩＴＨ  ＥＶＥＲＬＡＳＴＩＮＧ  ＳＥＣＵＲＩＴＹ  ＦＲＯＭ  ＳＨＯＲＴ−ＴＥＲＭ−ＳＥＣＵＲＥ  ＥＮＣＲＹＰＴＥＤ  ＱＵＡＮＴＵＭ  ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ」である本特許出願は、２０１５年１０月１日出願のＥＰ１５１８７９０５．３「ＰＲＡＣＴＩＣＡＬ  ＱＵＡＮＴＵＭ  ＣＲＹＰＴＯＧＲＡＰＨＹ  ＷＩＴＨ  ＥＶＥＲＬＡＳＴＩＮＧ  ＳＥＣＵＲＩＴＹ」の改良特許出願であり、同特許自体が２０１５年１月９日出願のＥＰ１５３０５０１７．４「ＨＹＢＲＩＤ  ＣＬＡＳＳＩＣＡＬ  ＱＵＡＮＴＵＭ  ＣＲＹＰＴＯＧＲＡＰＨＹ」の改良特許であり、両者の内容を本明細書に引用している。
【００５２】
「アクセス可能な情報」すなわちｌａｃｃ（Ｍ；ｒｈｏ）は、古典的メッセージＭに関して量子状態ｒｈｏから知り得る最大の古典的相互情報（量子状態ｒｈｏに対する全ての可能な局所的測定値にわたる最大化）として定義される。
【００５３】
古典的メッセージが長期的に安全であるのは、当該メッセージに関して盗聴者Ｅがアクセス可能な情報の上限を、いくらでもゼロに近く選択できる量に制約可能であって当該制約が常に有効な場合である。
【００５４】
古典的メッセージが持続時間タウにわたり短期的に安全であるのは、当該メッセージに関して盗聴者Ｅがアクセス可能な情報の上限を、いくらでもゼロに近く選択できる量に制約可能であって当該制約が少なくとも持続時間タウにわたり有効な場合である。
【００５５】
量子状態ｒｈｏ＿Ｅを保持する盗聴者Ｅが量子メモリを有してないか、またはせいぜい短時間でコヒーレンス性を喪失する量子メモリを有しているという現実的な仮説の下で、長期的に安全な通信プロトコル（盗聴者が利用できる些末なアクセス可能情報よして定量化される）を、カスタマイズ可能な情報理論的セキュリティが成立する通信プロトコルに変換させることができる。
【００５６】
「計算量的に安全な」（ＣＳ）システムとは、全ての敵対的行為が実行されているとして、いかなる敵対的行為が計算量的に制約されると仮定する安全なシステムである。問題の困難性を証明するのは難しいため、実用的には特定の問題は困難である（計算量的困難性仮定）と「仮定する」。いくつかの一般的な暗号困難性仮定または問題の非網羅的リストは例えば、整数因数分解、ＲＳＡ問題（因数分解より手強い）、平方剰余問題（因数分解より手強い）、決定性合成数剰余仮定（因数分解より手強い）、高次剰余問題（因数分解より手強い）、φ隠蔽仮定（因数分解より手強い）、離散的対数問題（ＤＬＰ）、計算量的Ｄｉｆｆｉｅ−Ｈｅｌｌｍａｎ仮定（ＣＤＨ：ＤＬＰより手強い）、決定性Ｄｉｆｆｉｅ−Ｈｅｌｌｍａｎ仮定（ＤＤＨ：ＣＤＨより手強い）、および最短ベクトル問題を含んでいる。
【００５７】
非直交状態間の区別が不可能であることは量子力学の基本原理である。
【００５８】
物理学において、量子力学での「コヒーレント状態」は調和振動ハミルトニアンの固有ベクトルに対応する。このような状態は閾値をはるかに超えて動作する）レーザーは典型的に光のコヒーレント状態として記述できる光の状態を生成するため、特に光学において重要度が高い。
【００５９】
量子状態Ｐｓｉに対して古典的情報（ｘ）を「符号化する」ステップは、当該量子状態Ｐｓｉに対してユニタリ演算Ｕｘ（ｘに依存する）を適用することを意味する。
【００６０】
量子状態ｒｈｏに対して符号化された情報Ｘを復号するステップは、Ｘの推定値を算出すべく、ｒｈｏに対して測定（合同測定も可能）を実行し、且つ得られた測定結果に対して後続の古典的後処理を恐らく実行するステップを指す。
【００６１】
ＡとＢの間で短期的に安全な古典的鍵Ｋを共有することにより、且つ公開量子チャネルおよび古典的認証済みチャネルを用いることにより、遠隔当事者ＡとＢの間で長期的に安全な古典的メッセージＭを伝送する（コンピュータ実装された）方法を開示している。
【００６２】
本発明の一態様によれば、「複合」セキュリティモデル（すなわち、特定の仕方で古典的暗号と量子暗号を組み合わせること）を開示している。開示する発明の複数の実施形態は例えば、安全な二者間暗号プリミティブを可能にする。このような発展形は、例えばビットコミットメント、コイントス、またはＸＯＲ計算を含んでいる。拡張により、このような二者間暗号プロトコルは次いで、任意の安全な多者間プロトコルの構築にも利用できる。
【００６３】
一発展形において、古典的メッセージが長期的に安全であるのは、当該メッセージに関して盗聴者Ｅがアクセス可能な情報の上限を、いくらでもゼロに近く選択できる量に制約可能であって前記制約が常に有効な場合である。
【００６４】
一発展形において、古典的メッセージが持続時間タウにわたり短期的に安全であるのは、当該メッセージに関して盗聴者Ｅがアクセス可能な情報の上限を、いくらでもゼロに近く選択できる量に制約可能であって当該制約が少なくとも持続時間タウにわたり有効な場合である。
【００６５】
一発展形において、本方法は、古典的認証済みチャネルを介してＡとＢの間で短期的に安全な鍵Ｋを共有するステップと、Ａ側で短期的に安全な鍵Ｋを用いて古典的メッセージＭを量子状態に符号化して量子チャネルを介して当該量子状態をＢに送るステップと、量子チャネルの出力端で受信したＫおよび当該量子状態を用いてＢ側でメッセージＭを復号するステップとを含んでいる。
【００６６】
一発展形において、短期的に安全な鍵Ｋは、定期的に更新可能である。Ａは、安全な乱数発生器（例えば量子乱数発生器）を用いて鍵ストリームＳを生成し、次いで上述の方法、および鍵ストリームＳを用いてＳをＢに安全に送信することができる。次いで鍵ストリームＳを用いてＫを置換することができる。
【００６７】
一発展形において、短期的に安全な鍵ＫをＡからＢへ渡すステップは、計算量的に安全な公開鍵暗号化に依存するかまたはこれを含んでいる。
【００６８】
一実施形態において、ＡはＢの公開鍵を用いてＫを暗号化して、古典的認証済みチャネルを介してＢに送ることができる。一実施形態において、ＡとＢは最初に、予め共有された長期的に安全な鍵となるＫｓｅｅｄを共有することができる。ＡとＢは共に計算量的に安全な対称鍵暗号化アルゴリズムを用いてＫｓｅｅｄをＫに拡張することができる。
【００６９】
一発展形において、計算量的に安全な暗号化スキームは、ブロックおよび／またはストリーム暗号を含んでいる。一実施形態においてＡＥＳ１２８を用いる。一実施形態においてＡＥＳ２５６を用いる。いくつかの実施形態において、Ｔｗｏｆｉｓｈ、Ｓｅｒｐｅｎｔ、ＡＥＳ（Ｒｉｊｎｄａｅｌ）、Ｂｌｏｗｆｉｓｈ、ＣＡＳＴ５、ＲＣ４、３ＤＥＳ、Ｓｋｉｐｊａｃｋ、Ｓａｆｅｒ＋／＋＋、およびＩＤＥＡ等のアルゴリズム（およびこれらの組み合わせ）を用いることができる。
【００７０】
一発展形において、ＡとＢの間で短期的に安全な鍵Ｋを共有するステップは、計算量的に安全な公開鍵暗号化と、対称鍵暗号化によりＫｓｅｅｄをＫに拡大するステップとにより鍵Ｋｓｅｅｄ（｜Ｋｓｅｅｄ｜＜＜｜Ｋ｜）を配信するステップを含んでいる。
【００７１】
一発展形において、Ａ側でＭを量子状態に符号化するステップは、Ｍを、量子チャネルをｎ回用いることで伝送されるサイズｎの積状態に符号化することにより実行され、復号化ステップの間にＢ側で実行される測定は、ｎ個のチャネル出力の各々の個別または１コピー毎の測定である。
【００７２】
本発明の一態様によれば、プロトコルによるセキュリティは、盗聴者が短寿命の量子メモリに制約され、コヒーレント情報を知り得ず、従って難読化された状態のアクセス可能な情報に限定される事実に基づいていてよい。このアクセス可能な情報の上限を、小さい量に制約することができる。一方、Ｂ側で局所的動作を、可能ならは適応的に用いて、連続的なチャネル出力を可読化および測定して、Ａ側から送られた情報を推定または判定することができる。いくつかの実施形態において、前記情報は最適情報に近いものであり得る。
【００７３】
一発展形において、Ａ側でメッセージＭを符号化するステップは、メッセージＭを光のｎ個の量子コヒーレント状態の積に光学的に符号化するステップを含み、全光子数はｎ＊ａｌｐｈａ＾２に等しい。
【００７４】
一発展形において、Ａ側でメッセージＭを光のｎ個の量子コヒーレント状態の積に符号化するステップは、Ａ側で各コヒーレント状態を同位相および／または同振幅に変調するステップを含んでいる。
【００７５】
一発展形において、鍵Ｋはｎ＊ｐビットで構成され、ここにｐは１より大きい整数であって、前記短期的に安全な鍵Ｋを用いて解像度２Ｐｉ／２＾ｐでｎ個の角｛Ｔｈｅｔａ１、Ｔｈｅｔａ２、．．．、Ｔｈｅｔａｎ｝を決定する。一発展形において、メッセージＭには｜Ｍ｜個の異なる値が関連付けられており、ビット長はｋ＝ｌｏｇ２｜Ｍ｜に等しい。一発展形において、Ａ側で短期的に安全な鍵Ｋを用いてメッセージＭを光量子符号語に符号化するステップは、秘密分散スキームＳ、次いで誤り訂正符号Ｃを適用してｋビットのメッセージＭをｌビット（ｌ＝ｎ＊ｍ）の古典的符号語ｃ（Ｍ）に符号化するステップと、ｌビットの古典的符号語ｃ（Ｍ）を、各々が振幅ａｌｐｈａおよびＭ−ａｒｙ位相配置から選択された位相のコヒーレント状態であるｎ個の位相符号化パルスの積に光学的に符号化するステップと、ｍビットを符号化するステップと、ｎ個のパルスの各々に角Ｔｈｅｔａ＿ｉ（ｉ＝１．．．ｎ）の位相回転を施すステップとを含んでいる。
【００７６】
上述のステップは、Ｍを長さｎの光量子符号語、すなわちチャネルをｎ回用いることにより量子チャネルへ送られたｎ個のコヒーレントな状態とｎ個の光パルスの積状態、に符号化するステップを定義する。
【００７７】
一発展形において、受信した光量子符号語をＢ側で短期的に安全な鍵Ｋを用いてＭの推定値に復号するステップは、ｉ番目に受信した光学パルスに対し角Ｔｈｅｔａ＿ｉ（ｉ＝１．．．ｎ）の逆位相回転を施すステップと、ｎ個の光パルスの各々に対し個別または適応的なコヒーレント測定を実行するステップと、ｎ個の測定値からメッセージＭを決定するステップとを含んでいる。
【００７８】
一発展形において、本方法は更に、秘密分散スキームＳ（ｔ，ｎｓ）に従い、メッセージＭを復元するためにｎｓ個の割り当て分のうち少なくともｔ個に関する知識が必要であるように、入力と考えられるメッセージＭのｎｓ個の割り当て分を生成するステップを含んでいる。
【００７９】
秘密分散（秘密分割とも称す）とは、ｎ名の参加者（例：Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ等）のグループ内で秘密を分散して各自に秘密の割り当て分を割り当てる方法を指す。秘密を再構築できるのは、可能ならば異なる種類の充分な個数の割り当て分が組み合わされた場合のみであり、個々の割り当て分はそれだけでは無用である。各々の参加者には、ｔ（閾値を指す）名以上の参加者のグループであればいずれも秘密を再構築できるのに対し、ｔ名未満の参加者のグループは再構築できないように割り当て分が与えられる。このようなシステムを（ｔ，ｎ）閾値スキームと呼ぶ。ｔが増大すれば、本発明の一実施形態を攻撃する量子メモリの必要サイズが大きくなるため、このような攻撃がより困難になる。いくつかの実施形態において、情報理論的に安全な秘密分散スキームが用いられる。いくつかの実施形態において、計算量的に安全な秘密分散スキームが用いられる。一実施形態において、同型秘密分散が用いられる。いくつかの実施形態において、Ｂｌａｋｌｅｙのスキーム（幾何学的スキーム）および／またはＳｈａｍｉｒのスキーム（例：多項式内挿）および／または、中国剰余定理（例：ＭｉｇｎｏｔｔｅおよびＡｓｍｕｔｈ−Ｂｌｏｏｍ）が用いられる。一実施形態において、秘密分散スキームはプロアクティブである。一実施形態において、秘密分散スキームは検証可能である。
【００８０】
秘密分散は安全な多者間計算の複数のプロトコルで基本的であることに注意されたい。
【００８１】
一発展形において、本方法は更に、誤り訂正符号Ｃを用いてメッセージＭをより大きいメッセージＭ２に符号化するステップを含んでいる。
【００８２】
誤り訂正符号は例えば、たとえチャネルにノイズが多くても必要な精度でメッセージＭを復元可能にする冗長性を用いることができる。いくつかの実施形態において、誤り訂正符号Ｃのパラメータは、量子チャネルパラメータ（例：損失とノイズ）に適応させることができる。オプションとして、能力達成的且つ効率的に復号可能な符号の系統、例えばＬＤＰＣ符号またはターボ符号（例えば復号の複雑度が低い）、畳み込み符号または極性符号（およびこれらの組み合わせ）を用いてもよい。
【００８３】
一発展形において、メッセージＭの長さは１ビットに等しく、秘密分散スキームは１個割り当て分を含み、誤り訂正符号Ｃは長さｌまたはｎの反復符号であって、Ｍ−ａｒｙ位相符号化は二値位相符号化である。
【００８４】
一実施形態において、ｋは１に等しく、すなわちメッセージＭは１ビットである。自明な秘密スキームは例えば、１個の割り当て分があることを意味する。反復符号は、長さｌがｎに等しくてもよい。二値位相符号化とは、Ｍ−ａｒｙ符号化においてｍが１に等しいことを意味する。例えば、二値位相はＢＰＳＫであってよい。
【００８５】
一発展形において、計算量的に安全な暗号化スキームは、ブロックおよび／またはストリーム暗号を含んでいる。
【００８６】
一発展形において、ｌｏｇ２｜Ｍ｜（ビット）の古典的メッセージＭをＡからＢへ伝送するために用いるプロトコルの性能には４個のパラメータ（Ｒ，ｎ，ａｌｐｈａ，ｅｐｓｉｌｏｎ）が関連付けられていて、ｎはプロトコルの１回の実行における量子チャネルの使用回数、ＲはＡからＢへ安全な情報を送ることができる通信速度でＲ＝ｌｏｇ２｜Ｍ｜／ｎ，ａｌｐｈａ＾２はプロトコルの１回の実行で量子チャネルへ送られる光子の平均個数、ｅｐｓｉｌｏｎはプロトコルの精度であって、Ｂ側でメッセージＭを復号するステップが１−ｅｐｓｉｌｏｎを上回る確率で実行されるのに対し、メッセージＭに関して盗聴者Ｅがアクセス可能な情報の上限はｅｐｓｉｌｏｎに制約される。
【００８７】
一方、光子の平均個数ａｌｐｈａ＾２が増大すれば、Ｂと共有される情報の量が典型的に多くなるが、Ｅに漏洩する情報も増える。一方、ｎを大きくすれば、Ｅに漏洩する情報だけが少なくなる。従って、所与のセキュリティレベル（パラメータｅｐｓｉｌｏｎ）を保証するためには，ａｌｐｈａ＾２の増大に伴いｎも増大させる必要があり、積ｎ＊ａｌｐｈａ＾２は１未満に制約される。固定された積ｎ＊ａｌｐｈａ＾２に対してｎを増大させることにより、信頼性が高く且つ安全な通信を（精度ｅｐｓｉｌｏｎで）実行可能な距離を延ばすことができる。これらは、開示する方法およびシステムによる通信プロトコルの制御に用いることができるパラメータの例である。
【００８８】
固定された量子チャネルＮＡＢは、伝送率Ｔおよび所与の誤りモデル（ここではパラメータＸｉにより定量化）により特徴付けられる。達成可能レートＲは、Ｔの減少および誤差パラメータＸｉの増大に伴い減少する。達成可能レートＲは、ｅｐｓｉｌｏｎの減少に伴い減少する。実現可能なｅｐｓｉｌｏｎはｎと共に減少する。
【００８９】
通信速度は、例えばチャネル使用毎ビットで表すことができる。通信速度（例えば、毎秒送信されるメッセージの安全なビット数）は、同一チャネルでの同一ハードウェアによる位相変調古典的通信で達成可能な速度より劣る場合がある。これは特に冗長性（パラメータｎ）に起因し得る。
【００９０】
前記コンピュータプログラムが適切なコンピュータ装置で実行された際に本方法の１個以上のステップを実行する命令を含むコンピュータプログラムを開示している。
【００９１】
本方法の１個以上のステップを実行すべく適応した手段を含むシステムを開示している。
【００９２】
一発展形において、本システムは、連続波的に動作するＡ側のレーザーと、各々が振幅ａｌｐｈａのコヒーレント状態にあるｎ個のパルスを変調すべく当該レーザーの後方に配置された振幅変調器と、位相シフトＴｈｅｔａ１、Ｔｈｅｔａ２、．．．Ｔｈｅｔａｎおよび二値ＢＰＳＫ変調を変調すべく当該レーザーの後方に配置された位相変調器と、ＡからのＢへの少なくとも１個の光量子チャネルと、ＡからのＢへの少なくとも１個の古典チャネルと、Ｂ側の位相変調器と、Ｂ側の（適応的または非適応的であってよい）コヒーレント受信器と、ＡおよびＢ側の計算手段とを含んでいる。
【００９３】
一実施形態において、Ａ側のレーザーの時間的コヒーレンスは、ｎ回のチャネル使用にわたり安定した位相関係を保証するのに充分高くできる。一実施形態において、Ｂ側のコヒーレント受信器は適応的である。一実施形態において、コヒーレント受信器は、非適応的である。
【００９４】
一発展形において、二値変調からのマルチコピーコヒーレント状態の区別は、適応的な個別測定を含んでいる。
【００９５】
一発展形において、二値変調からの多コピーコヒーレント状態の区別は、Ｄｏｌｉｎａｒ受信器を用いて実行され、適応的置換および光子カウンティングを含んでいる。そのようなＤｏｌｉｎａｒ受信器はコヒーレント状態の二値変調を区別するために最適である。
【００９６】
一発展形において、適応的な個別測定はＤｏｌｉｎａｒ受信器、ＢｏｎｄｕｒａｎｔＩＩ受信器、Ｂｅｃｅｒｒａ受信器、連続波形零調受信器、またはこれらの組み合わせを用いて実行される。
【００９７】
一発展形において、二値変調からの多コピーコヒーレント状態の区別は、非適応的な個別測定を含んでいる。
【００９８】
一発展形において、非適応的な個別測定値は、ホモダイン受信機、ヘテロダイン受信器、Ｋｅｎｎｅｄｙ受信器、ＢｏｎｄｕｒａｎｔＩ受信器、またはこれらの組み合わせを用いて実行される。
【００９９】
一実施形態において、いかなる量子メモリも、有限時間Ｔｅｎｃ内で対称暗号化が完全、すなわち乱数関数から区別不可能であると考えられる有限時間Ｔｅｎｃ内にコヒーレンス性を喪失する（但しｔ＞Ｔｅｎｃでは成立しない）との仮定を利用する量子暗号のセキュリティモデルを開示している。
【０１００】
図１に、本発明によるセキュリティモデルの概要を示す。
【０１０１】
本モデル（またはフレームワーク）１００はｅｓｑｕｉｍｏ（Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ  Ｓｔｒｏｎｇｅｒ  ｔｈａｎ  Ｑｕａｎｔｕｍ  ｎｏｉｓｙ  ｍｅＭＯｒｙ＝量子多ノイズメモリよりも堅牢な暗号化）と呼ばれ、多ノイズ量子メモリモデル１０２を用いる時限式暗号化１０１の組み合わせとみなすことができる。
【０１０２】
当該モデルは（計算量的セキュリティが成立するとみなされる短期的スケールに限って）情報理論的セキュリティから逸脱するにせよ、少なくとも以下の点で二重に倍興味深い。
１）当該モデルは、現実的な仮定、すなわちＡＥＳ的な暗号化機能が最良高の量子メモリのコヒーレンス性喪失時間よりも短い時間では破られないとの仮定に基づいている。
２）当該モデルは、対称暗号の（短期的）セキュリティだけを仮定しているため「ポスト量子」セキュリティモデルであり、永続的なセキュリティを保証しながら鍵配信プロトコルを構築可能にする。
【０１０３】
ｅｓｑｕｉｍｏフレームワークは、量子暗号に有利且つ未踏の可能性を開くものである。このことは、今日の技術で実用的に実装可能な鍵配信プロトコルを提案することで示すことができ、構造化された符号１１１および量子データロッキング１１２の優加法性を利用することにより基本的なレート低下のトレードオフをＱＫＤに比べて大幅に向上させることができる。
【０１０４】
アクセス可能な情報を考慮に入れたセキュリティを実現する量子データロッキング関連の最近の研究は、現在ＱＫＤで一般に用いられるカスタマイズ可能なセキュリティ基準の緩和により、性能が向上した、安全な通信用の新たな量子暗号プロトコルを設計することができる。
【０１０５】
敵対的行為に対して、量子データロッキングのカスタマイズ可能なセキュリティが更に、有限時間量子メモリにより、従ってｅｓｑｕｉｍｏフレームワーク内で得られる。
【０１０６】
また、完全な短期（一時）対称暗号化機能が存在するという仮定により、更に一歩進んで、既存の量子データロッキングスキームの主な制約の一つを外すことができ、そのようなスキームは、実用的なデコーダを設計する方法が知られていないランダム符号化構造に依存している。
【０１０７】
逆に、損失性ボゾンチャネルに対して優加法的符号の明示的構造の使用、二値位相シフトキーイング（ＢＰＳＫ）アルファベットにわたり、パルス位置変調（ＰＰＭ）符号（ＰＰＭ）符号を用いてそのような符号のユニタリ同値性を利用する方法を開示している。一時暗号化を利用して、ＢＰＳＫ符号表を（ワンタイムパッドにより）難読化させて均一性を保証することができる。この難読化は一時的に過ぎないが、盗聴者Ｅｖｅ（自身の量子メモリはｅｓｑｕｉｍｏによりｔ＞Ｔｅｎｃでコヒーレンス性を喪失する）にチャネルの入力に対して直接単一シンボル測定を実行する以外に良い方策を与えない。Ｅｖｅは従って単一シンボル測定でアクセス可能な情報ｌａｃｃ（Ｍ；Ｑ）に制約されるのに対し、（一時暗号化の難読性を解除できる）Ｂｏｂは構造化された優加法的受信器を用いることができる。
【０１０８】
また、量子データロッキングを用いて、Ｅｖｅがアクセス可能な情報を減らす、すなわち、ｍ（符号語毎に送信されるビット数）が各符号語に適用されたユニタリの符号化に用いる秘密鍵Ｋのビット数ｋよりも大きい前提で、ｋ個の秘密ビットを用いて符号の構造を隠蔽することができる。
【０１０９】
（２ｍ−１，２ｍ，２ｍ−１）（長さ、符号語数、最短距離）のアダマール符号に依存する、「実用的な」量子データロッキングの最適且つ明示的な構造を開示している。提案する構成は、ロッキングにｋビットを使用し、ｌａｃｃ（Ｍ；Ｑ）を２ｋ分の一に減らせるものと仮定できる。実現可能ではあるが困難な値ｍ＝１６の場合、損失性ボゾンチャネルにわたり到達可能な最長距離は、Ｂｏｂ  ｌａｃｃ（Ｍ；Ｋ，Ｑ）により復号可能な情報に対する優加法的利得と、ｌａｃｃ（Ｍ；Ｑ）に対するロッキング減少との組み合わせにより延長されるが、レートは、ｍに対しアダマール符号の指数的に減少するレートに制約される。実現可能な安全な鍵として、比較的ノイズが多いアバランシェフォトダイオード（ｐｄ＝１０−５）であっても、最長１６０ｋｍの距離に対してＢＰＳＫシンボル毎に１０−１０ビットが得られる。
【０１１０】
鍵配信の改良された符号および変調フォーマットをｅｓｑｕｉｍｏフレームワークで用いることができる。
【０１１１】
本発明の複数の実施形態を開示している。
【０１１２】
開示する方法は、
−損失性ボゾンチャネルに対して優加法的符号の明示的な構造を用いるステップと、
−二値位相シフトキーイング（ＢＰＳＫ）アルファベットにわたる優加法的符号と、パルス位置変調（ＰＰＭ）符号とのユニタリ同値性を利用するステップとを含んでいる。
【０１１３】
一発展形において、本方法は更に一時暗号化を用いるステップを含んでいる。「一時的」の定義は既に与えている。
【０１１４】
一発展形において、前記一時暗号化はＢＰＳＫ符号表を、ワンタイムパッドを施して均一性を保証することにより難読化する。
【０１１５】
一発展形において、本方法は更に、量子データロッキングを用いるステップを含んでいる。
【０１１６】
一発展形において、量子データロッキングを用いることステップは、符号語毎に送信されるビット数ｍが各符号語に適用されたユニタリ符号化に用いる秘密鍵Ｋのビットｋの個数よりも大きい前提で、ｋ個の秘密ビットを用いて符号の構造を隠蔽するステップを含んでいる。
【０１１７】
一発展形において、量子データロッキングを用いるステップは、アダマール符号を用いるステップを含んでいる。
【０１１８】
図２に、本発明による例示的なシステムのいくつかの態様を示す。
【０１１９】
本発明のハードウェア（システム）態様に関して、本発明のいくつかの特定の実施形態（例えば後述する発展形Ｃ５、Ｃ６）は有利な特徴として、Ｂ側での検出の優加法性の特性に依存することができる（一方、Ｅは１シンボルずつ測定せざるを得ない）。にもかかわらず、発展形Ｃ１で開示するように、Ｂは１シンボルずつ測定する検出器を使用できるが、Ｂは干渉計Ｉ（当該干渉計は複数のシンボルを組み合わせて単一シンボルとする）を使用した後でこれらの処置を行うことができる。この具体的なハードウェア態様から、比較的容易に実行できるように簡素化可能な実施形態（例：Ｃ５またはＣ６）が得られる。
【０１２０】
換言すれば、一実施形態において、Ｂ側の受信器は、干渉計、検出器（単一シンボル）、および古典的（標準）復号（および後処理）を組み合わせることができる。更に換言すれば、Ｂ側の受信器は、優加法的受信器として認識され得るが、実際には単一シンボル検出器と合わせて製造することができる。
【０１２１】
図２に、遠隔当事者ＡおよびＢを相互接続するシステム２００の概要を示す。Ａには光電子部品２０１と、計算、記憶および通信リソース２８０が関連付けられている。Ｂには同様に光電子部品２０２と、計算、記憶および通信リソース２９０が関連付けられている。
【０１２２】
そのような光電子部品は例えば、連続波的に動作するＡ１０１側のレーザー（光源）２１０と、各々が振幅ａｌｐｈａのコヒーレント状態にあるｎ個のパルスを変調すべく当該レーザーの後方に配置された振幅変調器２２０と、位相シフトＴｈｅｔａ１、Ｔｈｅｔａ２、．．．Ｔｈｅｔａｎおよび二値ＢＰＳＫ変調を変調すべく当該レーザーの後方に配置された位相変調器２３０と、Ａ１０１からＢ１０２への少なくとも１個の光量子チャネル２４０と、Ａ１０１からＢ１０２への少なくとも１個の古典チャネル２５０と、Ｂ１０２側の位相変調器２６０と、Ｂ１０２側の（適応的または非適応的）コヒーレント受信器２７０とを含んでいてよい。
【０１２３】
上述のように、有利な実施形態において、Ｂは（例えば単一シンボル受信器および干渉計からなる）構造化された優加法的受信器を含んでいてよい。
【０１２４】
一般に、Ａ側の計算、記憶および通信リソース２８０、またはＢ側の計算、記憶および通信リソース２９０は、処理手段（２８１，２９１）（例：１個以上のＣＰＵ）、メモリ手段（２８２，２９２）、入／出力（Ｉ／Ｏ）手段（２８３，２９３）、記憶手段（２８４，２９４）、およびネットワークアクセス手段（２８５，２９５）を含んでいてよく、前記手段は恐らく互いに対話している（キャッシング、スワッピング、分散コンピューティング、負荷バランシング等）。処理手段（２８１，２９１）は、ＣＰＵ（マルチコアまたは多コア）、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、またはこれらの組み合わせを含んでいてよい。メモリ手段（２８２，２９２）は例えば、１個以上のフラッシュメモリまたはランダムアクセスメモリを含んでいる。ＡまたはＢに取り付けられた光電子ハードウェアは、Ｉ／Ｏ手段（２８３，２９３）を介して古典的計算、記憶および通信手段（２８０，２９０）と対話している。Ｉ／Ｏ手段（２８３，２９３）は例えば、デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）またはアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）を含んでいてよい。デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ、Ｄ／Ａ、Ｄ２ＡまたはＤ−ｔｏ−Ａ）は、デジタルデータ（通常は二値）をアナログ信号（電流、電圧または電荷）に変換する。アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）は逆向きの機能を実行する。記憶手段（２８４，２９４）は１個以上のハードディスクドライブまたはＳＳＤを含んでいてよい。
【０１２５】
オプションとして、計算、記憶および通信手段２８０または２９０は、（グラフィカル）ユーザーインターフェースを可能にする、すなわちマンマシン対話を可能にする手段を含んでいてよい。例えば、本システムは更に、ディスプレイ等の出力周辺機器およびマウスまたはキーボード等の入力周辺機器（例えば、付随するグラフィカルユーザーインターフェースを介して通信速度の制御に使用できる）を含んでいてよい。
【０１２６】
いくつかの実施形態において、他のハードウェア装置（図示せず）、例えば１個以上の光スイッチ、光マルチプレクサ、光デマルチプレクサ、光増幅器、ビームスプリッタ、光非線形素子、光アイソレータ、フィルタ、光ヒューズその他の装置等を用いてもよい。使用するハードウェアは、高速（例：毎秒メガバイト〜テラバイト）および／または高変調深度（例：１０ビット以上）を扱うのに適した（または適応した）ものであってよい。
【０１２７】
ＡとＢ（すなわち認証済みチャネル２５０と量子チャネル２４０）を相互接続するネットワークは有線および／または無線であってよい。いくつかの実施形態において、このようなネットワークは無線ネットワーク（例：Ｗｉｆｉおよび／または衛星）である。いくつかの実施形態において、ネットワークは有線ネットワーク（例：例えばインターネットを介した光ファイバおよび／またはＡＤＳＬ）である。有利な特徴として、有線ネットワーク（すなわちＡとＢの間の有線接続）は信頼性の高い接続を与える。他のいくつかの実施形態において、ＡとＢを相互接続するネットワークは、無線および有線ネットワークの両方を含んでいてよい（例えば、認証済みチャネルが無線である一方、量子チャネルは光ファイバにより実行される）。
【０１２８】
一実施形態において、Ａ（またはＢ）はＦＰＧＡにより制御される光電子部品を備えている。有利な特徴として、このような実施形態は小型である。いくつかの実施形態において、特定のＡＳＩＣを用いることができる（例：極めて高速を提供する大量生産品）。マルチコアプロセッサおよび多コアプロセッサを用いてもよい。
【０１２９】
いくつかの実施形態において、本発明は、集積度が極めて高いフォトニックチップにより実装され、例えば、スマートフォンまたはスマート腕時計等の小型端末または終端機器に埋め込まれている。
【０１３０】
開示する実施形態は、全てハードウェアによる実施形態（例えばＦＰＧＡを含む）、全てソフトウェアによる実施形態（例えば本発明によるシステムを制御するため）、またはハードウェアおよびソフトウェア要素の両方を含む実施形態の形式であってよい。ソフトウェア実施形態は、ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード等を含んでいるが、これに限定されない。本発明のいくつかの実施形態は、コンピュータまたは命令実行システムで使用すべく、またはこれらとの関連でプログラムコードを提供するコンピュータ可用またはコンピュータ可読な媒体からアクセス可能なコンピュータプログラム製品の形式であってよい。コンピュータ−可用またはコンピュータ可読媒体は、命令実行システム、装置、または機器での使用またはこれらとの関連でプログラムを包含、保存、伝送、伝播、または搬送可能な任意の装置であってよい。当該媒体は、電子回路、磁気、光、電磁気、赤外線、または半導体システム（あるいは装置または機器）あるいは伝搬媒体であってよい。
【０１３１】
更なる実施形態について以下に述べる。
【０１３２】
長期的に安全な暗号プリミティブの実用性および／または性能および／または実現可能性を向上させるべく適用できる新たなセキュリティモデルである方法Ｍを開示するものであり、そのために新たな一般的構造または更には新たな明示的プロトコルをも提供する。
【０１３３】
方法Ｍは、計算量的に安全な暗号化機能Ｅｎｃを用いて積状態（もつれ合わない）量子符号語を暗号化するステップを含んでいる。
【０１３４】
ＥＳＱＵＩＭＯ（Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ  Ｓｔｒｏｎｇｅｒ  ｔｈａｎ  Ｑｕａｎｔｕｍ  ｎｏｉｓｙ  ｍｅＭＯｒｙ＝量子多ノイズメモリよりも堅牢な暗号化）と呼ばれる本セキュリティモデルの一限定的なケースによれば、Ｅｎｃは少なくとも時間ｔａｕ＿ｅｎｃにわたり短期的に安全あるのに対し、量子メモリに保存された情報は全て、時間ｔａｕ＿Ｑ＜ｔａｕ＿ｅｎｃでコヒーレンス性を完全に喪失する。これは、本発明のより高レベルの抽象化（Ｃ０）に対応する。
【０１３５】
第１の発展形（Ｃ０のＣ１）において、メッセージｍの送信者Ａと受信者Ｂの間での実用的な、長距離にわたる、長期的に安全な通信または鍵配信の（新たな）明示的プロトコルを開示する。
【０１３６】
そのような第１の発展形において、
−ＡとＢは、長期的に安全な対称鍵Ｋ＝Ｋ１｜｜Ｋ２｜｜Ｋａｕｔｈを共有し、
−ＡとＢは、公開古典チャネルおよび公開量子チャネルを介して通信可能であり、
−ＡとＢは、Ｋａｕｔｈにより自身の古典的通信を認証し、
−ＡとＢは、量子データロッキングに使用すべく、長期的に安全な対称副鍵Ｋ１をＫから導出可能であり、
−Ａは認証済み告知ｎをＢに送り、
−ＡとＢは、暗号化アルゴリズムＥｎｃ、Ｋ２およびｎを用いて、長い疑似乱数ビット列Ｓからなる短期的に安全な一時シールドＳを導出し、
−Ａはメッセージｍをマルチシンボル積状態の古典的量子符号ｃ（ｍ，Ｋ１，Ｓ）に符号化し、その際に当該シンボルは、特にＢＰＳＫ符号化のように、低エネルギー、非直交コヒーレント状態の組からなるアルファベットから取られていてパルス毎の光子数は１未満または１に近く、且つ対応するシンボルの古典的指数のワンタイムパッド暗号化を１シンボルずつ行うことによりシールドＳを用いて符号の構造を完全に難読化する。
【０１３７】
マルチシンボル符号語は、ユニタリ変換Ｕを用いて、ユニタリ的に単一文字符号語に変換可能であり、受信者Ｂは、シールドＳを除去した後でユニタリ変換Ｕの逆変換を実行することに対応するユニタリ変換を実行する再設定可能な干渉システムＩを構築することができる。
【０１３８】
復号を行うため、ＢｏｂはＩを用いて、着信する光符号語をシールド除去してユニタリ的に変換し、単一光子検出器、ホモダイン検出器、ヘテロダイン検出器、Ｋｅｎｎｅｄｙ受信器、Ｄｏｌｉｎａｒ受信器、量子零調受信器等の実用的に実現可能な検出器を用いて単一シンボル測定を実行する。
【０１３９】
第２の発展形（Ｃ０のＣ２）において、方法Ｍを用いてｅｓｑｕｉｍｏモデルでの長期的に安全な鍵配信／長期的に安全な通信を行うべく以下の機能性を実現するリピータを構築することができる。すなわち、
−リピータステーションは高信頼性ではないが、方法Ｍで量子符号語を暗号化すべく送信者が用いる短期秘密にアクセス可能であり、
−リピータステーションを用いて伝搬損失を補償可能であり、
−明らかに、リピータはもつれおよび量子メモリのいずれも使用しない。
【０１４０】
更なる発展形（Ｃ１のＣ４）において、鍵となる長期的に安全な副鍵Ｋ１を量子データロッキングに用いて、適切なロッキング特性を有する２＾｜Ｋ１｜個のユニタリ変換の適切な組から１個のユニタリ変換Ｕｌｏｃｋ＿Ｋ１を安全に選択する。サイズの大きい符号語の制約内で、サイズｎのメッセージに関するアクセス可能な情報を任意にゼロに近い値まで減らすにはサイズが｜Ｋ１＝Ｏ（ｌｏｇ（ｎ））｜のロッキング鍵で充分であるような適切な組が存在する。
【０１４１】
量子データロッキングおよび方法Ｍを用いることで、ロッキングおよび共同の復号利得を用いてセキュリティを保証しながら、ＡとＢの間でメッセージｍを確実に送信可能にする構造化された符号に依存する実用的なスキームを構築することができる。
【０１４２】
このようなスキームにおいて、鍵配信および安全なメッセージ伝送は協調的に行われ、秘密鍵レートが量子データロッキングに用いるＬＴＳ秘密ビットの更新に充分であるように符号パラメータが選択される。
【０１４３】
更なる発展形（Ｃ１のＣ５）において、ＢＰＳＫ符号化を介した反復符号を用いる秘密メッセージ伝送の明示的な構築を開示している。例えば、以下のように秘密メッセージ伝送の明示的な構築を開示する。すなわち、
−量子チャネルは、伝送率がＴ＝ｔ＾２（ベキ乗表現）のボゾン損失性チャネルであり、
−使用する古典的量子符号はＢＰＳＫアルファベット｛ａｌｐｈａ＞，｜−ａｌｐｈａ＞｝にわたる（ｒ，２，ｒ）（長さ、次元、最短距離）反復符号であり、
−干渉計Ｉにより、Ｂｏｂはｒ個の受信信号をコヒーレント的に加算して、受信強度ｔ＾２ｒ＾２｜ａｌｐｈａ｜＾２およびレート１／ｒで単一シンボル測定を実行することができる。従ってＡｌｉｃｅとＢｏｂ間のシンボル毎の伝送能力はｒと共に上昇する。
【０１４４】
ｅｓｑｕｉｍｏフレームワークにおいて、攻撃者は単一シンボルアクセス可能な情報ＩＥ＜１−ｈ（ｐｈｅｌｌ（｜ａｌｐｈａ｜＾２）に制約され、
ここに、ｐｈｅｌｌ（｜ａｌｐｈａ＾２｜＝１／２（１−ｓｑｒｔ（１−ｅｘｐ（−４＊｜ａｌｐｈａ｜＾２））はＢＰＳＫシンボルの最適誤り識別確率である。
【０１４５】
Ｍに関してＥｖｅがアクセス可能な情報は概ねｓｑｒｔ（ｎ）｜ａｌｐｈａ＾２｜である。
【０１４６】
内部古典的量子符号は、ＡｌｉｃｅとＢｏｂの間に古典的盗聴チャネルを誘導するものであり、安全なメッセージ伝送を実行するために効率的な古典的外部を用いてよい。
【０１４７】
任意の距離および対応する伝送率Ｔに対して、ｒを増やすことで常に正の秘密通信容量が得られる、（リピータが無い場合）当該能力は１／ｒに比例する。
【０１４８】
一定の距離で、ｒが増大するとＳＮＲが向上し、極めてノイズが多い検出器を用いて安全なメッセージの伝送動作が可能になる。
【０１４９】
更なる発展形（Ｃ１のＣ６）において、秘密メッセージ伝送の明示的な構造を開示している。すなわち、
−量子チャネルは、伝送率Ｔ＝ｔ＾２（ベキ乗表現）のボゾン損失性チャネルであり、
−使用する古典的量子符号はＢＰＳＫアルファベット｛ａｌｐｈａ＞，｜−ａｌｐｈａ＞）｝にわたる（２＾ｍ−１，２＾ｍ，２＾（ｍ−１））（長さ、符号語個数、最短距離）アダマール符号であって、（２＾ｍ，ｍ，（２＾ｍ−１））にユニタリ的に同値である。
【０１５０】
干渉計Ｉは、ｍｌｏｇｍビームスプリッタおよびｍｌｏｇｍ位相シフタから構築されたグリーンマシン（環境配慮機器）であり、これによりＢｏｂは、受信した２＾ｍ個の単一シンボルをコヒーレント的に単一モードに集約して、受信強度ｔ＾２｜２＾ｍ＊ａｌｐｈａ｜＾２および単一シンボル測定をレートｍ／２＾ｍで実行することができる。
【０１５１】
符号語毎に送信されるｍビットの断片ｋｌをロッキングに用いる。
【０１５２】
計算量的に安全な暗号化機能Ｅｎｃを用いて積状態またはもつれ合わない量子符号語を暗号化するステップを含む、遠隔当事者ＡとＢの間でメッセージを伝送する方法を以下に開示しており、Ｅｎｃは少なくとも時間ｔａｕ＿ｅｎｃにわたり短期的に安全であるのに対し、量子メモリに保存された情報は全て、ｔａｕ＿ｅｎｃより厳密に短い時間ｔａｕ＿Ｑでコヒーレンス性を完全に喪失する。
【０１５３】
一発展形において、本方法は以下のステップ、すなわちＡとＢが長期的に安全な対称鍵Ｋ＝Ｋ１｜｜Ｋ２｜｜Ｋａｕｔｈを共有するステップと、ＡとＢが公開古典チャネルおよび公開量子チャネルを介して通信するステップと、ＡとＢがＫａｕｔｈにより自身の古典的通信を認証するステップと、ＡとＢが量子データロッキングに使用すべく、長期的に安全な対称形の副鍵Ｋ１をＫから導出するステップと、Ａが認証済み告知ｎをＢに送るステップと、ＡとＢが暗号化アルゴリズムＥｎｃ、Ｋ２およびｎを用いて、長い疑似乱数ビット列Ｓからなる短期的に安全な一時シールドＳを導出するステップと、Ａがメッセージｍをマルチシンボル積状態の古典的量子符号ｃ（ｍ，Ｋ１，Ｓ）に符号化、その際に当該シンボルは、ＢＰＳＫ符号化のように、低エネルギー、非直交コヒーレント状態の組からなるアルファベットから取られていてパルス毎の光子数は１未満または１に近く、且つ対応するシンボルの古典的指数のワンタイムパッド暗号化を１シンボルずつ行うことによりシールドＳを用いて符号の構造を完全に難読化するステップとを含んでいる。
【０１５４】
一発展形において、本方法は更に、ユニタリＵを用いてマルチシンボル符号語を単一文字符号語に変換するステップと、受信者Ｂが再設定可能な干渉システムＩを用いてユニタリ変換を実行するステップとを含み、前記ユニタリ変換はシールドＳを除去するステップとユニタリ変換Ｕの逆変換を実行するステップを含んでいる。
【０１５５】
一発展形において、本方法は更に、ＢがＩを用いて、着信する光符号語をシールド除去してユニタリ的に変換し、単一シンボル測定を実行するステップを含んでいる。
【０１５６】
一発展形において、本方法は更に、光回路の構造を難読化するステップと、Ａだけが知る長期的に安全な鍵ｋｐｒｉｖに対して秘密ユニタリ変換Ｕ（ｋｐｒｉｖ）を実行することにより、着信信号のエネルギーの物理的制約Ｌを課すステップとを含み、本方法は以下のステップ、すなわち、Ａがハードウェア機器を備えた光学回路Ｃを用いてＵｋｐを実行する制約Ｌを強化するステップと、Ａが公開鍵ｋｐｕｂの認証された値を公的に通知するステップとを含み、回路Ｃを、鍵ｋの入力を局所的に受信することにより、Ａだけが反転可能なユニタリ変換Ｕ（ｋｐｒｉｖ  ｘｏｒ  ｋ）を実行する回路に適応させることができる。
【０１５７】
一発展形において、鍵となる長期的に安全な副鍵Ｋ１を用いて、適切なロッキング特性を有する２＾｜Ｋ１｜個のユニタリ変換の適切な組から１個のユニタリ変換Ｕｌｏｃｋ＿Ｋ１を安全に選択し、前記選択されたロッキング特性は、サイズｎのメッセージに関するアクセス可能な情報が任意にゼロに近い値まで減らすものである。
【０１５８】
一発展形において、ＢＰＳＫ符号化を介した反復符号を用いる秘密メッセージ伝送の場合、量子チャネルは、伝送率がＴ＝ｔ＾２（ベキ乗表現）のボゾン損失性チャネルであり、使用する古典的量子符号はＢＰＳＫアルファベット｛ａｌｐｈａ＞，｜−ａｌｐｈａ＞）｝にわたる（ｒ，２，ｒ）（長さ、次元、最短距離）反復符号であり、干渉計ＩによりＢはｒ個の受信信号をコヒーレント的に加算して、受信強度ｔ＾２ｒ＾２｜ａｌｐｈａ｜＾２およびレート１／ｒで単一シンボル測定を実行することができ、攻撃者は単一シンボルのアクセス可能な情報ＩＥ＜１−ｈ（ｐｈｅｌｌ（｜ａｌｐｈａ｜＾２）に制約され、ここにｐｈｅｌｌ（｜ａｌｐｈａ＾２｜＝１／２（１−ｓｑｒｔ，１−ｅｘｐ（−４＊｜ａｌｐｈａ｜＾２））はＢＰＳＫシンボルの最適誤り識別確率であって、Ｅがアクセス可能な情報はｒから独立していて、｜ａｌｐｈａ＾２｜〜１／ｒを選択することにより制約される。
【０１５９】
一発展形において、量子チャネルは、伝送率Ｔ＝ｔ＾２（ベキ乗表現）のボゾン損失性チャネルであり、使用する古典的量子符号はＢＰＳＫアルファベット｛ａｌｐｈａ＞，｜−ａｌｐｈａ＞）｝にわたる（２＾ｍ−１，２＾ｍ，２＾（ｍ−１））（長さ、符号語個数、最短距離）アダマール符号であって（２＾ｍ，ｍ，（２＾ｍ−１））にユニタリ的に同値であり、符号語毎に送信されるｍビットの断片ｋｌを量子ロッキング用いる。
【０１６０】
本方法のステップを実行する手段を含むシステムを開示するものであり、本システムは、１個以上のリピータステーションを含み、前記ステーションの少なくとも１個は高信頼性ではないが、送信者が本方法に従い量子符号語を暗号化すべく用いる短期秘密にアクセス可能であって、前記１個以上リピータステーションは、本方法に従い伝搬損失を補償する。
【０１６１】
一発展形において、本システムは、単一光子検出器、ホモダイン検出器、ヘテロダイン検出器、Ｋｅｎｎｅｄｙ受信器、Ｄｏｌｉｎａｒ受信器、または量子零調受信器の１個以上を含んでいる。
【０１６２】
一発展形において、本システムは干渉計Ｉ、例えばｍｌｏｇｍビームスプリッタおよびｍｌｏｇｍ位相シフタから構築されたグリーンマシンを含み、これによりＢｏｂは、受信した２＾ｍ個の単一シンボルをコヒーレント的に単一モードに集約して、受信強度ｔ＾２  ｜２＾ｍ＊ａｌｐｈａ｜＾２およびレートｍ／２＾ｍで単一シンボル測定を実行することができる。
【０１６３】
図３に本発明の一実施形態を示す。
【０１６４】
第１の当事者と第２の遠隔当事者の間で公開チャネルを介して古典的メッセージを伝送する方法（３００）を開示するものであり、本方法は、前記当事者間で、短期的に安全な鍵および／または長期的に安全な鍵を含む鍵を共有するステップ（３１０）と、第１の当事者側で古典的メッセージを量子符号語として符号化するステップ、すなわち第１の当事者が共有鍵を用いて古典的メッセージを公知の量子符号に属する第１の暗号化符号語に符号化するステップ（３２０）と、第１の暗号化符号語を第１の当事者から第２の当事者へ、第２の符号語を出力する公開チャネルを介して伝送するステップ（３３０）と、第２の当事者により制御され、公開チャネルの出力端に配置されていて、共有鍵によりキーイングされたＮモード干渉計を用いて第２の符号語を第３の符号語にユニタリ変換するステップ（３４０）と、第２の当事者側で、第３の符号語に対して測定を実行することにより、および共有鍵を用いて前記測定値を処理することにより、古典的メッセージの推定値を決定するステップ（３５０）とを含んでいる。
【０１６５】
図４に本発明の例示的な一実施形態のいくつかの態様を示す。同図は、レーザー４０１、当事者Ａの安全な境界４１０、当事者Ｂの安全な境界４２０、公開チャネルＦ４３０、古典的メッセージＭ４０２、メッセージＭ４０３の推定値、デマルチプレクサ４１１，４３１、マルチプレクサ４１３、位相変調器４１２、干渉計Ｉ４４０、量子チャネル４９９（太い破線）、古典的情報チャネル４９８（細い破線）、単一モード光検出器４４１を示している。第１の当事者Ａは、Ｎ個の位相変調器を用いて、ＫＬおよび／またはＫＳによりＭをマルチモード光量子符号語に符号化し、Ｂの入力端にあるＮモード干渉計Ｉはビームスプリッタおよび位相シフタで構成されており、位相シフト値はＫＳおよびＫＬによりキーイングされる。干渉計Ｉは、測定を実行するのに単一モード光検出器を有する単一モード測定値で充分であるように、受信した符号語を変換する。遠隔当事者Ｂは、測定結果ＫＳおよびＫＬからＭの推定値を決定する。
【０１６６】
遠隔当事者ＡとＢの間で古典的メッセージＭを、ＡとＢを接続する損失性および／またはノイズが多い公開チャネルＦを介して伝送する方法を開示するものであり、本方法は、ＡとＢの間で、短期的に安全な鍵ＫＳおよび／または長期的に安全な鍵ＫＬを含む鍵Ｋを共有するステップと、Ａ側で古典的メッセージＭを量子符号語として符号化するステップ、すなわちＡが共有鍵Ｋ＝（ＫＬ，ＫＳ）を用いて古典的メッセージＭを公知の量子符号Ｃに属する暗号化符号語ｒｈｏ１（Ｍ，Ｋ）に符号化するステップと、符号語ｒｈｏ２（Ｍ，Ｋ）を出力するチャネルＦを介して、暗号化符号語ｒｈｏ１（Ｍ，Ｋ）をＡからＢへ伝送するステップと、チャネルＦの出力端に配置されていてＫによりキーイングされ且つＢにより制御されるＮモード干渉計Ｉを用いてｒｈｏ２（Ｍ，Ｋ）をｒｈｏ３（Ｍ，Ｋ）にユニタリ変換するステップと、Ｂ側で局所的に、ｒｈｏ３（Ｍ、Ｋ）に対して測定を実行することにより、および共有鍵Ｋを用いて前記測定値を処理することにより、Ｍの推定値Ｍｅｓｔを決定するステップとを含んでいる。
【０１６７】
一発展形において、Ｍを暗号化符号語ｒｈｏ１（Ｍ，ＫＳ，ＫＬ）に符号化するステップは、Ｍを公知の量子符号Ｃに属する符号語ｃ（Ｍ，ＫＬ）に符号化するステップと、短期的に安全な鍵ＫＳを用いてｃ（Ｍ，ＫＬ）に対して逐字的暗号化Ｕ（ＫＳ）を実行して暗号化符号語ｒｈｏ１（Ｍ，Ｋ）を得るステップとを含み、ＫＳによりキーイングされた干渉計Ｉが、逐字的復号化を介したＵ（ＫＳ）の逆変換に続いて、短期的に安全な鍵ＫＳから独立した別のユニタリ変換を実行する。
【０１６８】
一発展形において、長期的に安全な鍵ＫＬは秘密符号Ｃ’を選択すべく使用され、前記秘密符号Ｃ’は公知の符号Ｃの部分集合に関連付けられていて、短期的に安全な鍵ＫＳはｃ（Ｍ，ＫＬ）に対して逐字的暗号化を実行すべく用いられている。
【０１６９】
ＫＬの機能は量子データロッキングである。適切な符号Ｃ、Ｃ’、および大サイズのメッセージＭに対して、ＫＳおよび長期的に安全な鍵ＫＬを前提として、ｒｈｏ１からＭに関するアクセス可能な情報は、デコーダが長期的に安全な鍵ＫＬ（サイズがＯ（ｌｏｇ｜Ｍ）｜あり得る）を無視すれば、量子データロッキングにより、大幅に減らすことができるため、ＡとＢの間で秘密通信が可能になる。
【０１７０】
ＫＳの機能は、量子符号語Ｃ（Ｍ，ＫＬ）の逐字的暗号化である。このような暗号化は、いかなる攻撃者Ｅに対して符号語ｃ（Ｍ，ＫＬ）の構造を難読化させ、Ｍについて知るためにｒｈｏ１（Ｍ，Ｋ）の合同測定を行なう能力を制約する。逆に、Ｂは干渉計Ｉを用いて合同検出を実行することができ、且つ優加法的利得の恩恵が得られる。
【０１７１】
有利な特徴として、依然として永続的なセキュリティを保証しながら構造化された、効率的に復号可能な符号Ｃ’＝Ｃ（ＫＬ）が選択可能であるため、量子データロッキングをＫＬと、および逐字的暗号化をＫＳと組み合わせることで、ＥＳＱＵＩＭＯフレームワークにおける量子データロッキングの実装が簡素になる。
【０１７２】
有利な特徴として、ＫＬによる量子データロッキングおよびＫＳによる逐字的暗号を組み合わせることで、ＥＳＱＵＩＭＯフレームワークにおいて永続的にセキュリティを保証しながら量子チャネルの秘密通信よりも高速で安全な通信を行うことができる。
【０１７３】
一発展形において、古典的メッセージＭをｒｈｏ１（Ｍ，Ｋ）に符号化するステップは光量子状態で実行され、前記光量子状態には複数の特徴が関連付けられていて、前記特徴は、Ｃの符号語がＮ個のボゾンモードにわたるＮ個のコヒーレント状態の積状態であり、ボゾンモードは時間モード、周波数モード、および空間モードを含むリストから選択され、符号Ｃのアルファベットはコヒーレント状態をキーイングするｍ−ａｒｙ位相シフトで構成され、ｍ＝２＾ｐで、各文字は｛｜ｅｘｐ（ｉ２Ｐｉｋ／ｍ）ａｌｐｈａ＞，ｋ＝０．．ｍ−１）｝の形式であって、固定された光子数｜ａｌｐｈａ＾２｜は１よりも大幅に小さく、ＫＳによるｃ（Ｍ，ＫＬ）の逐字的暗号化は、位相暗号化ステップを含み、短期的に安全な鍵ＫＳがＮ個の独立位相シフトの値を導出すべく用いられ、符号語のＮ個のコヒーレント状態に対して逐字的に適用され、前記位相シフトはｐ＝ｌｏｇ２（ｍ）ビットで符号化され、ＫＳのサイズは従ってｐ＊Ｎであることを含んでいる。
【０１７４】
一発展形において、Ｂにより制御される干渉計Ｉには、以下を含む特徴のうち少なくとも１個が関連付けられている。すなわちＩはビームスプリッタおよび位相シフタで構成されたＮモードボゾン干渉計であり、少なくとも１個の位相シフトが位相変調器（前記位相変調器は前記ｍ−ａｒｙ位相シフトを適用すべく構成されていて、ｍ＝２＾ｐ）と、短期的に安全な鍵ＫＳに依存する値とにより制御され、短期的に安全な鍵ＫＳを前提として、干渉計Ｉは、位相復号を実行してｒｈｏ２（Ｍ，Ｋ）をｒｈｏ３（Ｍ，ＫＬ）に変換すべく構成されていて、干渉計Ｉの構造は、公開チャネルＦにノイズが無い場合にｒｈｏ３（Ｍ，ＫＬ）が単一モード状態に対応すべく選択されることにより、ｇは単一モード光検出器を用いてｒｈｏ３（Ｍ，ＫＬ）に対して測定を実行可能にする。
【０１７５】
一発展形において、本方法はリピータステーションに使用を含んでいて、前記リピータステーションは、伝搬損失を補償する量子チャネルに配置された増幅器を含み、一実施形態において前記リピータステーションはＫ＝（ＫＳ，ＫＬ）の知識を有していないか、または別の実施形態では短期的に安全な鍵ＫＳへの部分的なアクセスが許されている。
【０１７６】
このような増幅器はアントラステッドリピータを構成する。ｒｈｏ１（Ｋ，Ｍ）およびＫＳへの部分的なアクセスを前提として、Ｍに関してリピータでアクセス可能な情報はＭがアクセス可能な情報よりも少なく制約され、リピータステーションを含む、いかなる攻撃者に対しても、ＡとＢの間で秘密が保持されることになり、従ってトラステッドである必要はない。いくつかの実施形態において、当該アルファベットは、ｐ＝２に対応する四進位相シフトキーイング（ＱＰＳＫ）であり、文字は２ビット、すなわちＰｉ位相シフトを符号化するｂ１およびＰｉ／２位相シフトを符号化すｂ２により記述できる。逆に、Ｋｓは、符号語Ｃ（Ｍ，ＫＬ）内のＮ個のコヒーレント状態の各々について、位相を暗号化する２個のビットｃ１、ｃ２を含んでいる。この場合、およびリピータ内で位相感応増幅器を用いる場合、Ｎ個のモードに対して位相感応増幅を実行する前に、各モードに対してＰｉ／２位相シフトを適用できるように（但しｃ２＝１）ｃ２のＮ個の値をリピータステーションに送る必要がある。
【０１７７】
一実施形態（特定のプロトコル）において、Ｍは１ビットのメッセージｂであり、量子チャネルは、ベキ乗で表す伝送率Ｔ＝ｔ＾２のボゾン損失性チャネルであり、使用する符号Ｃは、ｍ−ａｒｙＰＳＫアルファベット（ｍ＝２または４）にわたる［Ｎ，２、Ｎ］、（長さ、符号語個数、最短距離）の反復符号であり、ＫＳによる逐字的位相暗号化は、ＫＳのｌｏｇ２（ｍ）＊Ｎビットを用いて各コヒーレント状態の位相のワンタイムパッド暗号化を実行するものであり、前記位相は各コヒーレント状態に対してｌｏｇ２（ｍ）ビットにより記述されていて、干渉計Ｉは、Ｎ個のコヒーレント状態の振幅を１個の単一モードにコヒーレント的に加算する深さｌｏｇ２（Ｎ）の二進木であり、光検出器は、Ａにより位相ロックされた位相感応検出器を含み、前記位相感応検出器は、ホモダイン検出器、ヘテロダイン検出器、Ｋｅｎｎｅｄｙ受信器、Ｂｏｎｄｕｒａｎｔ受信器、またはＤｏｌｉｎａｒ受信器を含むグループから選択されていて、リピータステーション内で用いる増幅器は、ＡとＢにより位相ロックされた感応増幅器ＰＳＡを含み、値ａｌｐｈａ、Ｎ、増幅器の位置および利得は所与の値Ｔに対して最適化されている。ｍ＝４の場合、ＫＳのビットの半数（ＰＩ／２位相の符号化）がリピータへ送られることで、増幅の前に適切なＰｉ／２位相回転を施すことができる。
【０１７８】
Ｏ（Ｎ）個の位相シフトが適切に設定されている場合、干渉計はＮ個のコヒーレント状態の振幅を１個のモードにコヒーレント的に加算して、出力状態［（−１）＾ｂｔｓｑｒｔ（Ｎ）ａｌｐｈａ＞を得ることができる。
【０１７９】
１個のリピータステーションを用いる場合、ＰＳＡは有利な特徴としてＡＢチャネル（損失ｓｑｒｔ（Ｔ）に同値）の中央に置かれ、その利得の強度は１／ｓｑｒｔ（Ｔ）に設定される。
【０１８０】
一実施形態（特定のプロトコル）において、Ｍは１ビットのメッセージｂであり、量子チャネルは、ベキ乗で表す伝送率Ｔ＝ｔ＾２のボゾン損失性チャネルであり、使用する符号Ｃは、２個の出力にわたるパルス−位置−符号化とユニタリ的に同値な長さＮのアダマール符号からの２個の符号語で構成され、Ｃのアルファベットはｍ−ａｒｙＰＳＫアルファベット（ｍ＝２または４）であり、ＫＳによる逐字的位相暗号化は、ＫＳのｌｏｇ２（ｍ）＊Ｎビットを用いて各コヒーレント状態の位相のワンタイムパッド暗号化を実行するものであり、前記位相は各コヒーレント状態に対してｌｏｇ２（ｍ）ビットにより記述されていて、干渉計Ｉは、Ｎ個のコヒーレント状態の振幅をベキ乗で表すｔ＾２Ｎａｌｐｈａのモードにコヒーレント的に加算する深さｌｏｇ２（Ｎ）の二進木であり、光検出器は位相不感応感応検出器で構成され、前記位相感応検出器は、単一光子検出器、フォトダイオード、またはヘテロダイン検出器を含むグループから選択されていて、リピータステーション内で用いる増幅器は、伝搬損失を補償する位相不感応増幅器ＰＩＡであり、値ａｌｐｈａおよびＮ、増幅器の位置および利得は所与の値Ｔに対して最適化されている。
【０１８１】
Ｏ（Ｎ）個の位相シフトが適切に設定されている場合、干渉計はＮ個のコヒーレント状態の振幅をコヒーレント的に加算して、出力強度ｔ＾２Ｎａｌｐｈａをモードｂに集中させることを得ることができる。
【０１８２】
一発展形において、短期的に安全な鍵ＫＳをＡとＢの間で共有するステップは、秘密鍵暗号機構および／または公開鍵機構を含む１個以上の機構を用いることにより、計算量的に安全な技術を用いて実行される。
【０１８３】
一実施形態において、当該機構は秘密鍵機構である。初期の共有秘密鍵Ｋ＝Ｋ１｜｜ＫａｕｔｈがＡとＢの間で共有されており、その時点では安全である。ＡとＢは、両者間の通信を認証し、ＫＳは、対称技術により（例えば、カウンタモードでＡＥＳ＿Ｋ１を用いて）鍵の拡張を実行することによりＫ１から導出される。
【０１８４】
一実施形態において、当該機構は公開鍵機構である。公開鍵暗号法の短期セキュリティを仮定すれば、公開鍵暗号化をＫＳの鍵配信に用いることができる。従って請求項１の方法は、依然として永続的なセキュリティを保証しながら公開ネットワークで用いることができる。
【０１８５】
一発展形において、長期的に安全な鍵ＫＬをＡとＢの間で共有するステップは、長期的に安全な機構を用いて実行され、前記機構は、永続的なセキュリティおよび／または量子鍵配信および／または信頼できる配達人による鍵配信を行う請求項１のステップを用いてＡとＢの間で以前に交換された長期秘密ランダムメッセージまたは鍵を使用することを含んでいる。
【０１８６】
コンピュータ上で実行された際に請求項１〜１０のいずれか１項のステップを実行する符号命令を含むコンピュータプログラム製品を開示している。
【０１８７】
本方法の１個以上のステップを実行する手段を含むシステムを開示している。
【０１８８】
一発展形において、本システムは、安全なデータ（ＫＳ，ＫＬ）が保存されているＡのセキュリティ境界（Ａ）と、安全なデータ（ＫＳ，ＫＬ）が保存されているＢのセキュリティ境界（Ｂ）と、少なくともＮ個モードで発光するコヒーレント光源（Ｓ）と、Ｎ個のモードの各々または一部を分離可能なオプションのデマルチプレクサ（Ｄ）と、Ａにより制御されてＮ個のモードの各々に作用する単一モード位相変調装置（ＰＭ）と、Ｎ個のモードの各々または一部を結合可能なオプションのＮモードマルチプレクサ（Ｍ）と、ＡからのＢへの少なくとも１個の光量子チャネルＦと、Ｎ個のモードの各々または一部を分離可能なオプションのデマルチプレクサ（Ｄ）と、一部がＢにより能動的に制御される、ビームスプリッタおよび位相シフタで構成されたＮモード干渉計Ｉと、単一モード光検出器（ＳＭＤ）をと含んでいる。
【０１８９】
一発展形において、本システムは、Ｎ個のモードでコヒーレント光を発するレーザーと、Ｎ個のモードの各々に配置されていて、コヒーレント状態のｍ−ａｒｙ位相シフトキーイング配置内で各モードの状態を変調する位相変調器であって、適用された位相変調はＫＳおよびＫＬに依存し、Ｎモード暗号化符号語ｒｈｏ１（Ｍ，Ｋ）を得る位相変調器と、ＡからのＢへの少なくとも１個の光量子チャネルと、ビームスプリッタおよび能動的に制御される位相シフタで構成されたＮモード干渉計と、Ｂ側の光検出器と、ＡおよびＢ側の計算手段とを含んでいる。
【０１９０】
一発展形において、本方法の１個以上のステップを実行する、本発明によるシステムは、Ｎ個のモードでコヒーレント光を発するレーザーと、Ｎ個のモードの各々に配置されていて、ｃ（Ｍ，ＫＬ）のＢＰＳＫ符号化と共にＫＳ｛Ｔｈｅｔａ１、Ｔｈｅｔａ２、．．．ＴｈｅｔａＮ｝により暗号化された位相シフトを変調して、Ｎモード符号語ｒｈｏ１（Ｍ，Ｋ）を得る位相変調器と、ＡからのＢへの少なくとも１個の光量子チャネルと、ビームスプリッタおよび能動的に制御される位相シフタを含むＮモード干渉計と、Ｂ側の光検出器と、ＡおよびＢ側の計算手段のうち１個以上を含んでいる。
【０１９１】
いくつかの実施形態において、光ＣＤＭＡ技術を用いて本発明の複数の実施形態を実装することができる。いくつかの実施形態において、特にスペクトル符号化およびモードロックされたレーザーに依存するＯＦＤＭ技術が用いることができる。いくつかの実施形態において、光学的符号化は、空間光変調器と組み合わせた複数の空間モードにわたり実行可能である。
【０１９２】
一発展形において、本発明によるシステムは、モードロックされたレーザーパルスレーザおよび／または連続波レーザーと、位相変調器および／または振幅変調器と、光スイッチと、位相感応増幅器および／または位相不感応増幅器と、ＷＤＭフィルタおよび／またはコンバイナ、および／またはアッドドロップマルチプレクサと、時間遅延干渉計および／または光高速フーリエ変換干渉計と、単一光子検出器、ホモダイン検出器、ヘテロダイン検出器、Ｋｅｎｎｅｄｙ受信器、Ｄｏｌｉｎａｒ受信器、Ｂｏｎｄｕｒａｎｔ受信器または量子零調受信器を含むグループから選択された１個以上の検出器と、のうち１個以上を含んでいる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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