デジタルコヒーレント方式物理暗号光通信
代表研究者

谷澤

健

玉川大学

量子情報科学研究所

准教授

1 研究の背景と目的
情報通信におけるセキュリティの担保は，IoT に代表される超情報化社会において喫緊の課題である．大容量・長距離の情報通信を支える光ファイバ通信システムにおいても，近年は，セキュリティの重要性が高まってきている．光ファイバ伝送路では，タッピング（一部の光パワーを分岐・観測すること）により，光信号が盗聴される危険性が潜在的に存在する．暗号技術を導入することが一つの解決策となる．
光の量子雑音（ショット雑音）の存在により安全性を担保する光ファイバ通信向けの物理暗号が 2000 年初
頭に提案された[1]．この暗号は，アルファ・エータ()[2]，Y-00 光通信量子暗号[3]等と呼ばれている（以下，Y-00 暗号と呼ぶ）．図 1 に示すように，この暗号は，あらかじめ共有した短い鍵を用いて送りたいデー
タ（平文）を直接暗号化する方式である．具体的な暗号化の方法としては，鍵の情報に基いて光の位相と振幅，もしくはその一方をシンボル毎に「極めて」多値に変調（ランダム化）する．鍵を共有する正規の受信者はこの多値変調信号をデータ変調に戻して平文を正しく受信・復調できる．一方で，鍵を持たない非正規の受信者は，多値変調信号を受信する必要があるため，受信時に生じるショット雑音の影響により正しい受信・復調ができない．つまり，鍵なしでは暗号化された光信号を正しく受信することができないことを特徴としており，タッピングに対して有効な暗号化である．Y-00 暗号は，チャネル当たり Gbit/s 以上の伝送速度，1,000km 級の伝送距離，古典システムと同様の波長多重化を実現できるため，既存の光ファイバ通信シ
ステムと非常に相性が良い．
Transmitter
Plaintext

1[010…] Ciphertext?

Tapping0
Eavesdropper
Receiver (legitimate)
Ciphertext[010…]

Plaintext

10

Optical fiber

図 1：Y-00 暗号のシステム構成概要
Y-00 暗号は，光の位相を多値化してランダム化する位相変調(PSK)方式[2]，[4],[5]光の強度（振幅）をランダム化する強度変調(IM)方式[6]-[8]，その両方を用いる直交振幅変調(QAM)方式[9]-[11]にて実現することができる．
本研究では，
長距離の伝送に有利である PSK 方式の Y-00 暗号に焦点をあてる．PSK 方式の Y-00
暗号は，として OC-12(622 Mbit/s)の伝送速度で 250-km の伝送距離にて実験実証された[4]．この実験では，鍵の情報に基いて暗号化とは逆の位相回転を施す復号化が，位相変調器を用いて光領域で実現されている．その後，差動の IQ 測定後にデジタル領域で復号化を行うシステムが，2.66Gbit/s のビットレートで実証されている[5]．最近，我々は，イントラダインのコヒーレント受信とデジタル信号処理を組み合わせる，
所謂，デジタルコヒーレント方式を利用して PSK Y-00 暗号を実現する方法を提案し，シミュレーションにて10Gbit/s の伝送速度における検証を行った[12]．
本研究では，デジタルコヒーレント方式との融合の核となる受信側のデジタル信号処理に焦点をあて，(a)
通信の安定化を実現するキャリア位相推定と(b)伝送により生じる波形歪を補償する波形等化を実験的に検証することを目的とする．具体的には，以下の 3 つの課題に取り組む．
① シミュレーションによるキャリア位相推定方式の比較・検討
暗号のデジタルコヒーレント受信の数値シミュレーションを構築する．フィードフォワード型とフィードバ
ック型の位相推定について暗号のデジタル復号化との関係を含めて検討し，最適な方式を確立する．

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研究調査助成報告書

② シミュレーションによる波形等化方式の比較・検討
先のシミュレーションに波形等化を追加し，前段と後段で，周波数領域等化と時間領域等化，またその併用など，どのような波形等化技術が適しているかを比較・検討する．特に前段の波形等化は暗号化された信号に用いるという点に着目して検討を進める．
③ 10Gbit/s 伝送実験による実験実証
10Gbit/s 位相変調方式の Y-00 暗号を実際に発生し，①②で検討した信号処理を用いてデジタルコヒーレン
ト受信を行う．信号処理の導入による通信性能の改善を評価する．

2 Y-00 光通信量子暗号
2-1 原理PSK Y-00 暗号は，通常の M-ary PSK データ変調の位相を鍵の情報に従ってシンボル毎にランダムに回転することで実現される．以下，簡単のために M=2 である BPSK 変調をデータ変調として採用した場合の動作原理を示す．
（本稿で紹介する実験についてもデータ変調としては BPSK を採用している．
）図 2 に暗号化されたシ
ンボル点の IQ 平面での配置を示す．ここで，基底(basis)という概念を導入する．基底は IQ 平面においてある基準位相から位相が離れた信号のペアであり，BPSK 変調ではこの信号をデータの 0 と 1 に割り当てる．
基準位相は 0~の間で任意に決めることができる．Y-00 暗号では，図に示すようにこの基準位相を等間隔に2m 個用意する．「データ変調の位相を鍵の情報に従ってシンボル毎にランダムに回転する」ということは，「シンボル毎に 2m 個の中からランダムに 1 つの基底を選んで BPSK 変調を行う」ということに対応する．その結果，コンスタレーションは 2m+1 PSK 信号となる．m が十分に大きい場合，拡大図に示すように，ショット雑音の広がり角度shot が隣接するシンボル間角度basis より大きくなり，受信時に避けられないショット
雑音により観測した信号に不確定性が生じる．これをショット雑音によるマスキング効果と呼んでおり，Y-00
暗号における秘匿性の根源である．ショット雑音によるマスキングは，送信端直後でのタッピングにも有効，
真にランダムかつ除去できない（理論的に保証）という点において非常に重要である．
Q

basis(2m-1)
basis(2m)Magnified image
basis4
basis3basis2
basis1shotIs of shot noisebasis

図 2: PSK Y-00 暗号における雑音マスキング
2- 2 光位相のランダム化による暗号化
Y-00 暗号は，例えば，マッハツェンダ変調器で BPSK 変調を行い，その後段で位相変調器により位相を回転することで発生する．ショット雑音によるマスキング効果は，m が大きいほど大きくなる．つまり，位相変調器を駆動するデジタル・アナログ変換（DA 変換）の分解能のビット数は大きいほど良い．しかしながら，
DA 変換のビット数とアナログ変調帯域にはトレードオフの関係があり，10Gbaud の変調に用いられる DA 変換のビット数は 10 ビット程度である．そこで，より大きなマスキング効果を得るために，粗密位相ランダマイ
ズ法を提案する．
図 3 に粗密位相ランダマイズ法の構成と動作原理を示す．マッハツェンダ変調器にて BPSK 変調を行い，後段の 2 つの位相変調器で粗な位相回転basis_c と密な位相回転basis_f を組み合わせて目標とする位相回転basis を実現する．それぞれの変調器を駆動する電気信号（電圧）は，疑似乱数発生器(PRNG)とマッパーからなる Y-00
数理暗号化部と DA 変換器から供給される．暗号化部では，典型的には 256 ビットの鍵が PRNG によって現実的に繰り返しが生じない長さ，例えば 2256 ビットに伸長され，その疑似乱数からシンボル毎に基底が選択される．選択された基底とマッパーから位相回転量basis が決まる．それが粗な回転量basis_c と密な位相回転basis_fに分離され，対応する電気信号が出力される．粗な位相回転として K ビット（2K の位相レベル），密な位相回L転として L ビット（2 の位相レベル）が用意され，DA 変換の出力をそれぞれのピーク・ピーク位相回転量pp_PM-1とpp_PM-2 が以下の式を満たすように調整する．

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


1 

2K 

(1)

1 
1  L 2  2 (2)

 pp_PM1   1 
 pp_PM2  K

このとき，m=K+L となり，2K+L のレベルの位相のランダム化が実現できる．例えば，K=L=8 とすることで，8 ビットの DA 変換で 216 の基底数の Y-00 暗号を発生させることができる．なお，前段の BPSK 変調について
は，Y-00 数理暗号発生部でデータの極性がランダム化されている．
Y-00 mathematical encryption box
Binary data withrandom polarity

Fine randomization

Coarse randomization

DAC

MZM

2L phase levels

2K phase levels

Binary PSK mod.

PM-1

PM-2

Coarse basis mod.

Fine basis mod.
basis_fbasis_cbasis0

図 3: 粗密位相ランダマイズ法による PSK Y-00 暗号の発生

Cipher(comp. amp.)

Demodulation

Carrier phase
recoveryI
Q

Digitaldecryption

Y pol.

I
Q

Polarizationalign./demux.

X pol.

Dispersion
compensation

2- 3 デジタル信号処理
暗号は，90 度光ハイブリッド光回路とフリーランの局発光を用いたイントラダイン方式で受信される．典型的なデジタルコヒーレント受信器の構成と全く同一である．その後，デジタル信号処理により，波形等化，暗号の復号化，データの復調を行う．図 4 に信号処理のブロック図を示す．入力は，偏波・位相ダイバーシ
ティコヒーレント受信器で得られる両偏波の信号の電界と正規受信者に共有されている鍵である．まず，有限インパルス応答(FIR)フィルタによって分散補償を行う[13]．その後，偏波処理を行う．
単一偏波の場合は，SOP 法により偏波を調整する[14]．偏波多重の場合は，バタフライ構成の FIR フィルタを CMA にて収束させることで偏波分離を行う．次に，鍵と送信側と同一の Y-00 数理暗号化部を用いてシンボル毎の位相回転角をbasis 得て，exp(-jbasis)を乗じる，つまり，位相の逆回転を与えることで暗号の復号化を行う．最後に累乗法によるキャリア位相推定を行い[15]，データを復調する．本研究では，特に初段の分散補償とキャリア位相推定について，詳細な検討と実験での実証を行う．

Data[0,1,1,1,0,….](∙)×exp(−jbasis)basisShared key

Y-00 mathematicalencryption box

図 4: Y-00 暗号受信のためのデジタル信号処理フロー

3 シミュレーション
3-1 シミュレーションの構築
実験にてターゲットとする 10Gbaud/s の数値シミュレーションを MATLAB 環境で構築して，受信信号処理の益財団法人電気通信普及財団
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動作を比較・検証した．AWGN チャネルを仮定した．また，レーザ線幅f は 100kHz として，T = 1 / (baud rate)の間に変動するキャリア位相は，分散s2= fのガウス分布に従うと仮定した．
3- 2 キャリア位相推定方式の比較・検討
雑音マスキングによる位相変調方式の物理暗号をデジタルコヒーレント方式で受信するためには，時々刻々と変動するキャリアの位相変動に追尾するためのキャリア位相推定技術が必要である．その候補となる
フィードフォワード型とフィードバック型の信号処理について調査を行った．暗号のデジタル領域での復号化との関係を含めて仔細に検討した結果，復号化の後段にてフィードフォワード型を採用することとした．
この方式は，受信した信号の電界をデータ変調の次数 M 乗することで，データ変調の位相変化をキャンセル
してキャリア位相の変動を取り出すという方式である．ビタビ・ビタビ位相推定とも呼ばれている．構築した数値シミュレーション環境にて，暗号の復号化とフィードフォワード型の位相推定の組み合わせの有用性を確認した．また，この方式を受信 SNR があまり高くない状態で使うには，キャリア位相の変動がシンボルレートに対して十分に遅いという仮定の下，平均化を行う必要があるため，暗号の復号化は位相推定の前段で行う必要があるという知見を得た．
3- 3 波形等化方式の比較・検討
長距離・高速の光ファイバ通信では，光ファイバの波長分散による波形歪を等化する必要がある．デジタ
ルコヒーレント方式の一つの特徴は，この等化を受信後のデジタル信号処理として実施できる点にある．位
相変調方式の Y-00 暗号でもこれを導入する検討を行った．先に提案した暗号の復号化とキャリア位相推定処理の前段に有限インパルス応答フィルタを配置し，波長分散の逆特性を与えることで歪の補償を実現できる．
シミュレーションにより，波長分散による歪を補償できることを確認した．また，周波数領域と時間領域のフィルタの比較を行い，波形歪の補償の特性面では相違がないこと，および，光ファイバ伝送路が長く補償する波長分散量が大きい場合には，信号処理に要する時間が周波数領域でのフィルタのほうが短くなることを確認した．

4 実験
4-1 10-Gbit/s の暗号化・復号化実験によるキャリア位相推定の実証
はじめに，10Gbit/s の PSK Y-00 暗号の暗号化・復号化の実験を行い，キャリア位相推定の有効性を示した．図 5 に実験系を示す．オフラインで実装される Y-00 数理暗号化部に，PRBS データと鍵を入力して暗号化を行った．これを DA 変換として用いる 10Gsample/s の任意波形発生器（AWG）に入力して，対応する電圧を発生した．AWG からの出力電圧を増幅器とアッテネータを用いて適切に調整して，粗密位相ランダマイズ
法のための 3 つの変調器を駆動した．可変波長レーザからのコヒーレント光は，まずマッハツェンダ変調器
により BPSK 変調される．その後，一段目と二段目の位相変調器にて，それぞれ 6 ビット，8 ビットの分解能
で位相をランダム化する．こうして 216 の基底の Y-00 暗号を発生させた．最初の段階では，キャリア位相推
定のみを実験検証するために，光ファイバ伝送路のない状態（所謂，バック・トゥー・バック構成）にて実験を行った．可変アッテネータとエルビウム添加光ファイバアンプ(EDFA)によって，受信 OSNR を調整した．
受信では，フリーランの可変波長レーザを局発光として用いて，90 度光ハイブリッド回路とバランスディテ
クタにより，イントラダイン受信を行った．リアルタイムオシロスコープにて波形を取り込み，オフライン
にて 2.3.にて示したデジタル信号処理のうち波形等化である分散補償以外の処理を行った．
図 6 に実験の結果を示す．(a)の上段は暗号の復号化とキャリア位相推定前の受信コンスタレーションである．位相がランダム化されてコンスタレーションがドーナツのような形状であることがわかる．(a)の下段は，デジタル信号処理により暗号の復号化とキャリア位相推定を行った後のコンスタレーションである．デジタ
ル信号処理が正しく動作して BPSK のコンスタレーションが回復している様子が確認できる．(b)には，受信
OSNR を変化させたときの BER の測定結果を示している．基底数の異なる Y-00 暗号（210 と 216）の結果に加えて，リファレンスとして同じビットレートで暗号化を行っていない BPSK 信号の測定結果も示している．この結果より，暗号化と復号化によって生じる OSNR のペナルティはない，つまり，完全な暗号の復号化と復調ができていることを示している．さらに，基底数を変化させても信号品質に変化がないことも実験的に確認できた．

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Data (PRBS)
Key

Y-00 mathematicalencryption box

AWG (10Gsample/s)

Binary data
(random polarity)

TLD

6 bit
(coarse)MZM

10 bit(fine)

PM

Att.
PM

1550.12 nm

OSA
PC

VOA

Real-time OSC
BPF
TLD (LO)

Coherent
receiverfront-end

BPD

Offline
DSP

BPD
BPD
BPD

Intra-dyne coherent detection

図 5: 10-Gbit/s PSK Y-00 暗号の暗号化・復号化の動作実証のための実験系
0.1

Y-00 cipher with 217 levels

BPSK (reference)
Y-00 cipher (211 levels)
Y-00 cipher (217 levels)with coarse-to-fine mod.

Bit error rate

0.01
10-2

0.001
10-3

After decryption and CPR

10-4
0.000110-50.00001

4

5

6

7

8

9

OSNR [dB](Noise bandwidth = 0.1 nm)

(a)

(b)

図 6: キャリア位相推定の実験結果（a）コンスタレーション，(b)BER 特性
4- 2 10-Gbit/s の Y-00 暗号の 400km 伝送による波形等化（分散補償）の実証
次に，10Gbit/s の PSK Y-00 暗号の伝送実験を行い，キャリア位相推定に加えて波形等化の有効性を実験的に示した．図 7 に実験系を示す．オフラインで実装される Y-00 数理暗号化部に，PRBS データと鍵を入力して暗号化を行った．これを DA 変換として用いる 10Gsample/s の任意波形発生器（AWG）に入力して，対応する電圧を発生した．AWG からの出力電圧を増幅器とアッテネータを用いて適切に調整して，粗密位相ランダマイズ法のための 3 つの変調器を駆動した．可変波長レーザからのコヒーレント光は，まずマッハツェン
ダ変調器により BPSK 変調される．その後，一段目と二段目の位相変調器にて，それぞれ 6 ビット，8 ビットの分解能で位相をランダム化する．こうして発生した 216 の基底の Y-00 暗号は，可変アッテネータでパワーを調整されたのちに光ファイバリンクを伝送する．光ファイバリンクは 100km のシングルモード光ファイバとエルビウム添加光ファイバアンプ(EDFA)により構成される．つまり，100km の伝送と増幅が繰り返されるようなリンクとなっている．今回は，伝送距離として 400km とした．受信では，フリーランの可変波長レー
ザを局発光として用いて，90 度光ハイブリッド回路とバランスディテクタにより，イントラダイン受信を行った．リアルタイムオシロスコープにて波形を取り込み，オフラインにて 2.3.にて示したデジタル信号処理を行った．
図 8 に実験の結果を示す．(a)の上段は伝送距離がない場合において，暗号の復号化とキャリア位相推定の前の受信コンスタレーションである．位相がランダム化されてコンスタレーションがドーナツのような形状であることがわかる．(a)の下段は，伝送距離がない場合において，デジタル信号処理により暗号の復号化とキャリア位相推定を行った後のコンスタレーションである．次に，(b)の上段は 400-km の伝送後に分散補償のために波形等化を行った後のコンスタレーションである．波形等化を行うことで(a)の上段，つまり伝送距益財団法人電気通信普及財団
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離がなく分散の影響を受けていないときと同等のコンスタレーションが得られることがわかる．(b)の下段には，波形等化後にさらに暗号の復号化とキャリア位相推定を行ったコンスタレーションを示す．デジタル信号処理が正しく動作して BPSK のコンスタレーションが回復している様子が確認できる．(c)には，受信 OSNRを変化させたときの BER の測定結果を示している．基底数 216 の Y-00 暗号において伝送距離が 0 の場合と400km の場合の結果に加えて，リファレンスとして同じビットレートで暗号化を行っていない BPSK 信号の測定結果も示している．3 つのカーブに大きな違いは見られない．これは，光ファイバを伝送後でも適切な波形等化を含むデジタル信号処理が実施されれば，OSNR のペナルティのない暗号通信が可能であることを示している．
Y-00 mathematicalencryption box

Data (PRBS)KeyAWG (10Gsample/s)

Binary data
(random polarity)

TLD

6 bit
(coarse)MZM

10 bit(fine)

PM

Att.
PM

PC

1550.12 nm

Fiber link
SSMF
EDFA
(100 km)

P0

VOA

OSA

×4

Real-time OSC
BPF
Span-launchsignal power: P0

TLD (LO)

Coherent
receiverfront-end

BPD

Offline
DSP

BPD
BPD
BPD

Intra-dyne coherent detection

図 7: 10-Gbit/s PSK Y-00 暗号の 400km 伝送の実験系
Before decryption

0.1

Before decryption

BPSK (B-to-B)
Y-00 cipher (B-to-B)
Y-00 cipher (400 km)

OSNR = 8.8 [dB]

After decryption and CPR

OSNR = 9.0 [dB]

BER

0.01
10-2

0.001
10-3

After decryption and CPR
10-4
0.000110-50.00001

4
OSNR = 8.8 [dB](a) B-to-B

OSNR = 9.0 [dB](b) 400 km

5

6

7

8

9

10

OSNR [dB](Noise bandwidth = 0.1 nm)(c)

図 8: 400-km 伝送実験の結果（a）伝送距離無しのコンスタレーション，（ｂ）400-km 伝送後のコンスタレー
ション，(c)BER 特性
4- 3 10-Gbit/s の Y-00 暗号の実敷設光ファイバ 240km 伝送
4-2 における光ファイバ伝送路は，比較的安定した環境である実験室内に置かれた光ファイバスプールであった．ここでは，温度や振動等の環境変動がある光ファイバ回線においても 10Gbit/s の PSK Y-00 暗号の伝送ができることを実証するために，実験を大学内に実際に敷設された 240-km の光ファイバ回線を用いて伝送実験を行った．図 9 に実験系を示す．オフラインで実装される Y-00 数理暗号化部に，PRBS データと鍵を入力して暗号化を行った．これを DA 変換として用いる 10Gsample/s の任意波形発生器（AWG）に入力して，対応する電圧を発生した．AWG からの出力電圧を増幅器とアッテネータを用いて適切に調整して，粗密位相ランダマイズ法のための 3 つの変調器を駆動した．可変波長レーザからのコヒーレント光は，まずマッハツ
ェンダ変調器により BPSK 変調される．その後，一段目と二段目の位相変調器にて，それぞれ 6 ビット，8 ビ
ットの分解能で位相をランダム化する．こうして発生した 216 の基底の Y-00 暗号は，可変アッテネータでパ益財団法人電気通信普及財団
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ワーを調整されたのちに光ファイバリンクを伝送する．光ファイバリンクは図に示すように大学構内に実際に敷設されているシングルモード光ファイバ回線でる．40km のシングルモード光ファイバとエルビウム添加
光ファイバアンプ(EDFA)が 6 段連なる構成となっており，伝送距離は 240km となる．受信では，フリーランの可変波長レーザを局発光として用いて，90 度光ハイブリッド回路とバランスディテクタにより，イントラ
ダイン受信を行った．リアルタイムオシロスコープにて波形を取り込み，オフラインにて 2.3.にて示したデ
ジタル信号処理を行った．
図 10 に実験の結果を示す．(a)は伝送後のコンスタレーションである．左側は，波形等化を行った後のコンスタレーションであり，波形等化によりドーナツ形状のコンスタレーションになる．右側は，波形等化後にさらに暗号の復号化とキャリア位相推定を行ったコンスタレーションを示す．デジタル信号処理が正しく動作して BPSK のコンスタレーションが回復している様子が確認できる．(b)には，光ファイバリンクへの入力パワーを変化させたときに信号の品質を示す Q 値がどのように変化するのかを測定した結果（赤実線）である．光入力パワーが増加すると Q 値が上がる，つまり信号品質が改善する様子がわかる．青実線で示されるのは，ショット雑音によりマスクされる信号数である．この値は大きいほど鍵を持たない非正規の受信者の観測の不確定性が大きくなるため，暗号として安全になる．マスク数は Q 値とは逆に光入力パワーが大きくなるにつれて小さくなる．この結果は受信した暗号の伝送品質とマスク数にトレードオフがあることを示している．図中には一例として硬判定の誤り訂正符号でエラーフリーを実現できる Q 値の限界を示しているが，必要とされる信号品質を満たす範囲において光入力パワーを下げることで，安全かつ十分な信号品質の暗号伝送が実現できる．
Y-00 mathematicalencryption box

Data (PRBS)
Shared key

AWG (10Gsample/s)
bases(coarse)data
1550.12 nm (binary)

TLD

MZM

bases
(fine)

EDFA

Att.
PM
VOA

PM

Tamagawa Academy & Univ. Campus
Upper Campus

Transmission over 240-km
field-installed fiber
OSA

Kindergarten

FST

×6

SMF(40 km)
P0Education School
Office Branch
Univ. Building #8

Real-time OSC

Memorial field

BPF
Research &Management
Headquarters

TAMA net #1

TLD
(LO)

(Installed optical fiber)

Coherent
Receiver
Front-end

BPD

Offline
DSP

BPD

BPD
BPD

Memorial
Gymnasium

ResearchCenter

図 9: 10-Gbit/s PSK Y-00 暗号の実敷設回線 240km 伝送の実験系
15After decryption and CPR

OSNR = 10 [dB]OSNR = 10 [dB]

300
260

13
12

220

11
180

10
9

140

8

Masking number

14

Q factor [dB]

Before decryption

HD-FEC threshold

7

100

-29

-28

-27

-26

-25

-24

-23

-22

-21

Span launch power [dBm]

(a)

(b)

図 10: 10-Gbit/s PSK Y-00 暗号の実敷設回線 240km 伝送の実験系

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5 まとめと今後の展望
本助成による研究により，デジタルコヒーレント方式を PSK Y-00 暗号と融合するためのデジタル信号処理の基盤を構築することに成功した．また，光ファイバ伝送実験の結果から，高い安全性と信号品質を両立できる可能性を見出した．伝送距離については，本実験の範囲では 400km 程度であるが，波長分散を適切に補償できることからこれに制限されることはなく，所用 OSNR から考えると数 1,000km の伝送が可能であると見込まれる．また，伝送速度についても現状 10 Gbit/s であるが，偏波多重や多値データ変調の採用，さらにシンボルレートの高速化により 100Gbit/s 級の飛躍的な向上が期待できる．さらに，Y-00 暗号は波長多重が適用できることから，高密度に波長多重を行い暗号伝送システムとして 1Tb/s など，現在商用で実運用されている光ファイバ通信システム並みの通信容量を実現できる可能性がある．

【参考文献】
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coherent states,” Phys. Rev. Lett. 90, 227901 (2003).
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Design and experiment by intensity modulation scheme,” Phys. Rev. A, 72(2), 022335, 2005.
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益財団法人電気通信普及財団
2019年度第34号
研究調査助成報告書

15. D.-S. Ly-Gagnon, S. Tsukamoto, K. Katoh, and K. Kikuchi, “Coherent detection of opticalquadrature phase-shift keying signals with carrier phase estimation,” J. Lightwave Technol.,24, 12-21 (2006).

〈発
題

名

Digital coherent PSK Y-00 quantum
stream cipher with 217 randomized
phase levels
Digital Coherent 20-Gbit/s DP-PSK
Y-00
Quantum
StreamCipherTransmission over 800-km SSMF

表

資

料〉

掲載誌・学会名等

Optics Express

Optical Fiber Communication
Conference and Exhibition(OFC 2019)
Proc. SPIE 10946, Metro andDigital-coherent PSK Y-00 quantum
Data
CenterOpticalstreamcipherfor
secureNetworks and Short-Reachfiber-optic transmission
Links IIPSK Y-00 Quantum Stream Cipher with
44th European Conference on
217
LevelsEnabledby
OpticalCommunications
Coarse-to-Fine Modulation Using(ECOC 2018)
Cascaded Phase Modulators
Digital Coherent Detection with 23rd Opto-Electronics andDecryption in PSK Y-00 Quantum Communications Conference
Stream Cipher(OECC 2018)
偏波多重 PSK Y-00 光通信量子暗号の 電子情報通信学会 2019 年総デジタルコヒーレント受信
合大会

発表年月
2019 年

1月

2019 年3月

2019 年2月2018 年9月

2018 年7月

2019 年3月

益財団法人電気通信普及財団
2019年度第34号
研究調査助成報告書