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未来ICT基盤技術

限りなく速く、そして絶対安全な通信に向けて／佐々木 雅英

限りなく速く、そして絶対安全な通信に向けて佐々木 雅英（ささき まさひで）
未来 ICT 研究所
量子 ICT 研究室 室長

1992 年、大学院博士課程修了後、日本銅管株式会社（現在の JFE ホールディングス）入社。1996 年、郵政省通信総合研究所（現 NICT）入所。それ以来、量子情報通信の研究開発に従事し、2011 年量子 ICT 研究室室長に。6 階にある私たちの研究室では、窓から見える景色の半分以上が空です。遠くまで広がる大きな空を臨みながら、はるか未来を見据えた研究に日々励んでいます。

「量子情報通信は、盗聴不可能な暗号通信（量子暗号）や、低電力・大容量通信（量子通信）を実現する技術として期待されています。長期に亘り情報通信社会を支えるための必須の技術となるでしょう。」

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が終結した頃で、核による抑止力から、情報通信

Ⅰ−１
光ネットワーク技術

量子通信の源流

技術でいかに優位に立つかということが国家の存亡を左右する時代になっていたため、現代暗号まで遡ります。それまで通信は電波を利用して行を解読する量子コンピュータをどの国よりも先にわれていましたが、レーザーに使う光の粒子のエ持とう、あるいはより安全性の高い量子暗号技

ネルギーは、周波数が電波に比べ 10 万倍あり、術を獲得しようという話になり、学術研究という温度に換算すると光子 1 つで 1 万度くらいに相当より国家戦略として研究開発が行われるようになします。光が粒子であるという量子効果が顕在化りました。
我が国でも、2000 年に科学技術振興事業団

伝送できるだろうというアイデアがあって、そこか（現在の（独）科学技術振興機構）が、量子暗号のら少しずつ量子通信は発展しました。ただ、当時プロジェクトを採択し、当時の郵政省でも量子暗はまだ光ファイバが実用化の段階にはなく、物理号や大容量化に向けた量子通信の研究開発をプ学の理論的な学問でしかありませんでした。

ロジェクト化して、2001 年に通信総合研究所（現

しかし、1980 年代に入って、量子通信は非常に大きな転換点を迎えます。完全に盗聴を見破

在の NICT）で量子情報通信の本格的な研究開発が始まりました。

る量子暗号が発明されたり、光子だけでなく原計算などあらゆる情報通信に量子効果を利用生まれるようになりました。量子暗号の発明はを毎回使い捨てで一度きり使って暗号化する）と偶然で、1982 年に IBM の物理学者のチャールいう 2 つのステップがあり、量子鍵配送では「0」ズ・ベネットとモントリオール大学の暗号学者ジと「1」のランダムな数列を使った鍵を作り、送受

ル・ブラサールがプエルトリコのプールで偶然信者以外には絶対傍受されない状況で共有しま出会って、何気ない会話から量子暗号が生まれす（図 1）。データに鍵を足し算して送信し、受信たと言われています。1984 年の国際会議で彼らしたデータにもう一度鍵を足せば元のデータにユニバーサルコミュニケーション基盤技術

量子暗号は、量子鍵配送とワンタイムパッド（鍵Ⅱするという量子情報技術のアイデアがどんどん

Ⅰ−４

量子暗号の暗号化技術

新世代ネットワーク基盤構成技術／
テストベッド技術

子や分子を操る技術が実現されたことで、量子Ⅰ−３
ネットワークセキュリティ技術するとともに、電波よりももっと大きな情報量をⅠ−２ワイヤレスネットワーク技術

量子通信の源流は 1960 年のレーザーの発明が発表した最初の量子暗号プロト
コルは、BB84 と名付けられましⅢ 未来

た。しかし、しばらくは大して注目されていませんでした。ところが、1994 年に 米ベル 研 究 所 のピー基盤技術IC
T

ター・ショアが「量子コンピュータが実現すれば、現在の暗号はすべⅣ 電磁波センシング基盤技術て破られてしまう」という理論を発表したことで、量子情報技術研究が一気に広がりました。量子暗号は量子コンピュータでも破れない究極の暗号として一気に注目されるようになりました。ちょうど冷戦

図1

量子暗号における操作の概要図
量 子鍵を共有していなければ、たとえデータを傍受できたとしても元のデータに戻すことはできない。

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Ⅲ

未来ICT基盤技術

限りなく速く、そして絶対安全な通信に向けて／佐々木 雅英

戻るという、極めて単純な方式です。量子暗号でた秘匿通信をしたいという用途に特化されます。

は傍受されれば必ず分かり、更に同じ状態での複国家機密や個人の生命にかかわる医療情報の安製が不可能という特性を持っているので、安全な全な通信などが用途として想定されます。欧米で暗号が可能となります。

はすでに製品も市販されています。購入している現在の暗号化技術でも鍵は使われていますが、単純な足し算ではなく素因数分解を使った複雑のは研究機関がほとんどですが、一部は銀行などにも納入されています。

な仕組みを使っており、めったに解けるものでは

日本 では、2001 年から日本 電 気 株 式 会 社ありませんが、コンピュータの能力が上がれば解（NEC）と三菱電機株式会社（三菱電機）、日本けるようになります。1 つの暗号化方式が破られ電信電話株式会社（NTT）が、ま た、2011 年

るまでの平均寿命は、約 13 年と言われています。

からは新たに株 式会社 東 芝（東 芝）も加わって量子暗号は、理論上こうした問題はありません。

NICT からの委託や共同研究で量子暗号技 術の開発を行っています。特に、NICT が 有する量子暗号の利用用途

光テストベッド JGN-X を用いて、都市圏 敷 設ファイバで量子暗号ネットワークを構築し長期量子暗号は原理的に盗聴できない究極的暗号運用試験を行っています。図 2 は 2010 年末時ですが、性能はまだ低く、敷設ファイバ 50km で点でのネットワーク構成を示したものです。図 3

秘密鍵の生成速度が数 100kbps で MPEG4 のは実際の量子暗号装置の一部です。2010 年 10

動画データをワンタイムパッド暗号化できるレベ

月に公開した実験では、6 カ所の拠点を結んでルです。1 対 1 でこの程度の距離で厳格に管理し量子暗号ネットワークを構築し、途中に高度な

図2176

2010年10月に行われた実験。各ノードに配置された量子暗号装置は、既存の光回線で繋がれている。

かるか」「、傍受されたら別の経路に迂回させらには、約半世紀ほどかかったことになります。量れるか」「、その間データは途切れることはない

子通信が実際の我々の生活に使われ世の中を変か」、といった試験を行いました。2015 年頃にえていくのにも半世紀はかかるでしょう。半世紀は、実際のネットワーク環境で利用する計画で後の社会はおそらく現在想像もできないような技術のブラッシュアップが進んでいます。ただ新機能を自在に使いこなしているかも知れませし、一般のユーザーが量子暗号を利用するようん。その夢を 1 つひとつ見つけ出していこうと思になるためには、伝送距離や伝送速度の課題がい、今日も産学官連携で研究開発に取り組んであるため、まだ 10 年以上はかかるだろうと思います。

Ⅰ−１

Ⅰ−２
ワイヤレスネットワーク技術

は、最近のことです。現実が理論に追いつくため光ネットワーク技術

傍受装置を配置し、「実際に傍受されたことが分われます。

ネットワークセキュリティ技術

Ⅰ−３

大容量化に向けた量子通信の必要性
実利用に近づいた量子暗号に比べ、大容量化に向けた量子通信はまだ基礎研究の段階です。
今の光通信は、光パルスの有無で「0」と「1」の信Ⅰ−４
新世代ネットワーク基盤構成技術／テストベッド技術号を表し光をエネルギーの塊としてしか制御していません。しかし、光を波と考えた場合、波と波がぶつかると波が強くなったり弱くなったりと相互に作用し、このような性質まで使うと、今の光通信よりもはるかに多くの情報量を伝えることⅡ
ユニバーサルコミュニケーション基盤技術ができるようになります。さらに、光は波であると同時に粒子でもあり、光子としての性質を制御することで、与えられた送信エネルギーを最も効率よく使い、今よりも遙かに多くの情報を伝送する量子通信が可能になります。実現には受信側で光子を制御し、光子 1 個 1 個から最大の情報だ実験室での原理実証の段階であり、今後多く量子暗号ネットワーク監視装置一般に普及するためには、小型化する必要がある。

IC
T基盤技術の未踏技術の開発が必要ですが、実現の暁には図3

Ⅲ 未来を取り出せる量子受信器の開発が必要です。ま通信のほか計測技術にも革命をもたらすと期待されています。

Ⅳ 電磁波センシング基盤技術

現在、誰もが使っている携帯電話も、元々の理論は 1948 年にクロード・シャノンが発表した、「0」と「1」で画像や音声などの情報を送るための「情報理論」が最初で、当時はどうやって実現すればいいのかは全く分からない状態でありました。シャノンが予言した通信性能に到達したの௶ၡฆఒɈ჎ᅰɬȾȩɥॸ࢞ଞȹȻ177