通信信頼機関との量子通信が可能になるように基地局に結合されるように構成されたコネクタと、前記基地局を通じた前記量子通信の一部として量子チャネルにおいて情報を送信または受信するように構成され、前記コネクタに光学的に結合された、1つまたは複数の一体化された光学モジュールと、前記量子通信に少なくとも部分的に基づいて生成された1つまたは複数の鍵を格納するメモリとを備えることを特徴とする量子通信デバイス。前記1つまたは複数の一体化された光学モジュールは、量子チャネル用の非専用光ファイバを介した通信向けに構成され、前記量子チャネルとしての前記光ファイバを介した前記通信は、前記1つまたは複数の鍵を生成する際に量子状態の変調が測定されるバイナリ情報の送信または受信を含むことを特徴とする請求項1に記載の量子通信デバイス。前記1つまたは複数の一体化された光学モジュールは、前記非専用光ファイバ上のパブリックチャネルにおいて情報を送受信するように構成され、前記コネクタに光学的に結合されたネットワークトランシーバを含み、前記パブリックチャネルとしての前記光ファイバを介した通信は、前記1つまたは複数の鍵を生成する際に量子状態の変調が測定されないバイナリ情報の送受信を含むことを特徴とする請求項2に記載の量子通信デバイス。前記1つまたは複数の一体化された光学モジュールは、前記量子通信において送信される光子を生成するように構成されたレーザと、前記レーザの出力の量子状態を変調するように構成され、前記レーザに光学的に結合された変調器と、前記レーザおよび前記変調器の動作の調和を図るように構成され、前記レーザおよび前記変調器に電気的に結合されたプログラム可能な論理とを含むことを特徴とする請求項1に記載の量子通信デバイス。前記変調された量子状態は偏光であり、前記1つまたは複数の一体化された光学モジュールは、単一の基板上に、前記レーザ、前記変調器、および前記プログラム可能な論理を有し、前記レーザのパルス当たり光子数を減らすように構成され、前記レーザに光学的に結合された減衰器と、パルス当たり光子数を監視するように構成され、前記レーザに光学的に結合された光子検出器とをさらに含むことを特徴とする請求項4に記載の量子通信デバイス。前記プログラム可能な論理は、乱数発生装置によって生成される乱数に少なくとも部分的に基づいて前記変調器と一緒に設定すべき前記量子状態を制御する動作と、前記量子通信用のパルス当たりの前記量子状態および送信基底を記録する動作と、パブリックチャネルにおける前記通信信頼機関との非量子通信において、前記記録された送信基底を前記通信信頼機関に送信する動作と、前記量子通信の結果を処理して前記1つまたは複数の鍵を判定する動作とを含む動作を制御するように構成されることを特徴とする請求項4に記載の量子通信デバイス。前記プログラム可能な論理は、前記レーザによって前記量子通信のために生成される単一光子パルス並びにタイミング、前記非量子通信、および/またはその他の目的のために生成されるブライトパルスのタイミングおよびパターンを調節する動作と、前記量子通信用のパルス当たり光子数を監視する動作と、1つまたは複数の可変減衰器を制御して前記量子通信の前記レーザのパルス当たり光子数を減らす動作とを含む動作を制御するようにさらに構成されることを特徴とする請求項6に記載の量子通信デバイス。前記コネクタは、前記1つまたは複数の一体化された光学モジュールを前記基地局のファイバ接続部に光学的に接続するように構成されたファイバコネクタと、前記基地局から電力を引き込んで、前記1つまたは複数の一体化された光学モジュールの少なくともいくつかへの電力の供給、前記量子通信デバイスの電池の再充電、および前記1つまたは複数の一体化された光学モジュールの少なくともいくつかの動作温度までの冷却のうちの1つまたは複数を実施するように構成された電気的コネクタと、前記量子通信デバイスを前記基地局に機械的に取り付けるように構成された機械的コネクタとを含むことを特徴とする請求項1に記載の量子通信デバイス。請求項1に記載の量子通信デバイスを含むモバイルデバイスであって、プロセッサと、コンピュータメモリと、前記1つまたは複数の鍵を使用してパブリックチャネルにおける非量子通信に関する情報を暗号化するための命令を含むソフトウェアを格納するストレージと、ディスプレイとをさらに含むことを特徴とするモバイルデバイス。前記1つまたは複数の鍵を別のデバイスに送信できるように前記量子通信デバイスを前記他のデバイスに結合するように構成された第2のコネクタをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の量子通信デバイス。ユーザのバイオメトリック証印を受け入れるように構成されたバイオメトリックスキャナと、前記バイオメトリック証印を暗号化するように構成された1つまたは複数の暗号化モジュールとをさらに備え、前記1つまたは複数の鍵の生成は、前記暗号化されたバイオメトリック証印を使用した前記通信信頼機関による前記ユーザの認証によって決まることを特徴とする請求項1に記載の量子通信デバイス。基地局を通じた量子通信デバイスと通信信頼機関との間の量子通信の一部として量子チャネルにおいて情報を伝達するネットワーク接続部と、前記量子通信デバイスと前記通信信頼機関との間の前記量子通信が可能になるように前記量子通信デバイスに結合されるように構成され、かつ前記量子通信デバイスが前記基地局に結合されるときに前記量子通信デバイスを前記ネットワーク接続部に光学的に結合するように構成されたコネクタとを備えることを特徴とする基地局。前記コネクタは、前記量子通信デバイスが前記基地局に結合されるときに前記量子通信デバイスに電力を供給するようにさらに構成されることを特徴とする請求項12に記載の基地局。前記ネットワーク接続部は、前記量子チャネルにおける前記量子通信用に非専用光ファイバを使用し、かつ前記ネットワーク接続部は、前記量子通信デバイスと前記通信信頼機関との間のパブリックチャネルにおける非量子通信用にも非専用光ファイバを使用することを特徴とする請求項12に記載の基地局。パルス当たり光子数を監視するように構成された光子検出器と、第1のレーザによって前記量子通信のために生成されるパルス並びに第2のレーザによってタイミングおよび/または非量子通信のために生成されるパルスのタイミングおよびパターンを制御するように構成されたプログラム可能な論理とをさらに備えることを特徴とする請求項12に記載の基地局。前記コネクタは、組み合わされたコネクタであり、前記量子通信デバイスを前記基地局の前記ネットワーク接続部に光学的に結合させるように構成されたファイバコネクタと、前記量子通信デバイスに電力を供給するように構成された電気的コネクタと、前記量子通信デバイスを前記基地局に機械的に取り付けるように構成された機械的コネクタとをさらに含むことを特徴とする請求項12に記載の基地局。基地局に結合された量子通信デバイスとの量子通信の一部として量子チャネルにおいて情報を送信または受信するように構成された量子通信モジュールと、パブリックチャネルにおいて情報を送受信するように構成されたネットワークトランシーバと、前記基地局に結合された前記量子通信デバイスからの暗号化されたメッセージを前記パブリックチャネルにおいて受信する動作、前記パブリックチャネルにおいて受信された前記暗号化されたメッセージの解読に少なくとも部分的に基づいて前記量子通信デバイスのユーザを認証する動作、前記基地局に結合された前記量子通信デバイスとの前記量子通信に少なくとも部分的に基づいて1つまたは複数の鍵を生成する動作、前記1つまたは複数の鍵を前記量子通信デバイスの前記ユーザに関連付けて格納する動作を含む動作を実行することによって前記通信信頼機関を実現するように構成されたプログラム可能な論理と、前記1つまたは複数の鍵を格納するメモリとを備えることを特徴とするコンピューティングシステム。前記量子チャネルおよびパブリックチャネルは、同じ光ファイバ上で実現されることを特徴とする請求項17に記載のコンピューティングシステム。前記プログラム可能な論理は、前記量子通信のパルス当たりの前記量子状態を測定する動作と、前記量子通信のパルス当たりの前記測定された量子状態および測定基底を記録する動作と、前記パブリックチャネルにおける前記量子通信デバイスとの非量子通信において、前記記録された測定基底を前記量子通信デバイスに送信する動作と、前記量子通信の結果を処理して前記1つまたは複数の鍵を判定する動作とを含む動作を制御するように構成されることを特徴とする請求項17に記載のコンピューティングシステム。前記プログラム可能な論理は、第1のレーザによって前記量子通信のために生成される単一光子パルスのタイミングおよびパターン並びにタイミングおよび/または前記非量子通信のために生成されるブライトパルスに前記量子通信モジュールおよび前記ネットワークトランシーバを適合させる動作を含む動作を制御するようにさらに構成されることを特徴とする請求項19に記載のコンピューティングシステム。量子通信デバイスと通信信頼機関との間の量子通信が可能になるように前記量子通信デバイスを基地局に結合するステップと、前記量子通信に少なくとも部分的に基づき、かつ前記通信信頼機関との非量子通信に少なくとも部分的に基づいて1つまたは複数の鍵を生成するステップと、前記量子通信デバイスを前記基地局から結合解除するステップとを含むことを特徴とする方法。前記1つまたは複数の鍵を前記量子通信デバイスのメモリに格納するステップをさらに含むことを特徴とする請求項21に記載の方法。前記量子通信デバイスによって、前記1つまたは複数の鍵を第2のデバイスのメモリに格納できるように前記第2のデバイスに送信するステップをさらに含むことを特徴とする請求項22に記載の方法。前記量子通信デバイスによって、前記基地局を通じた前記通信信頼機関との前記量子通信において、量子状態で符号化された情報を送信するステップをさらに含むことを特徴とする請求項21に記載の方法。前記量子通信デバイスは、前記基地局に結合されるように構成されたコネクタと、前記基地局を通じた前記量子通信の一部として量子チャネルにおいて前記情報を送信または受信するように構成され、前記コネクタに光学的に結合された1つまたは複数の一体化された光学モジュールと、前記1つまたは複数の鍵を格納するメモリとを含むことを特徴とする請求項21に記載の方法。前記非量子通信は、前記基地局を通じて前記量子通信デバイスと前記通信信頼機関との間で行われ、前記量子通信は、光ファイバ上の量子チャネルを使用し、前記非量子通信は、前記光ファイバ上のパブリックチャネルを使用することを特徴とする請求項21に記載の方法。量子通信の前に、前記量子通信デバイスによって、ユーザ用の識別情報を受信するステップと、前記量子通信デバイスによって、認証鍵を使用して前記識別情報を示すメッセージを暗号化するステップと、前記量子通信デバイスによって、前記通信信頼機関による前記ユーザの認証が可能になるように前記暗号化されたメッセージを前記通信信頼機関に送信するステップとをさらに含み、前記ユーザの前記認証は前記量子通信の条件であることを特徴とする請求項21に記載の方法。前記識別情報を受信する前記ステップは、前記ユーザのバイオメトリック証印を受信するステップと、前記ユーザの個人識別番号を示す数値入力を受信するステップのうちの1つまたは複数を含むことを特徴とする請求項27に記載の方法。前記認証鍵は、前記通信信頼機関に既知である、前記量子通信デバイスにおける事前に用意された鍵であることを特徴とする請求項27に記載の方法。前記認証鍵は、量子通信デバイスと前記通信信頼機関との間の量子通信の前回のセッションの間に生成され、次いで前記量子通信デバイスに格納された鍵であることを特徴とする請求項27に記載の方法。前記量子通信デバイスと前記通信信頼機関は、直接またはデバイスのネットワークの複数のスパンを通じて量子通信トランシーバと通信することを特徴とする請求項21に記載の方法。量子通信デバイスによって、レーザによって前記量子通信のために生成される単一光子パルス並びに第2のレーザによってタイミングおよび/または前記非量子通信のために生成されるパルスのタイミングおよびパターンを制御するステップと、前記量子通信のパルス当たり光子数を監視するステップと、1つまたは複数の可変減衰器を制御して前記量子通信用のレーザのパルス当たり光子数を減らすステップと、乱数発生装置によって生成される乱数に少なくとも部分的に基づいて変調器と一緒に設定すべき量子状態を制御するステップと、前記量子通信用のパルス当たりの前記量子状態および送信基底を記録するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項21に記載の方法。量子通信デバイスが前記基地局に結合されるときに、前記量子通信デバイスによって、前記基地局から電力を引き込むステップと、前記量子通信デバイスの1つまたは複数の一体化された光学モジュールの少なくともいくつかに前記電力を供給するステップと、前記1つまたは複数の一体化された光学モジュールの少なくともいくつかを動作温度まで冷却するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項21に記載の方法。通信信頼機関を実現するコンピューティングシステムによって、基地局に結合された量子通信デバイスとの前記基地局を通じた量子通信を確立するステップと、前記基地局に結合された前記量子通信デバイスとの前記量子通信の一部として、量子状態で符号化された情報を送信または受信するステップと、前記量子通信に少なくとも部分的に基づき、かつ前記量子通信デバイスとの非量子通信に少なくとも部分的に基づいて1つまたは複数の鍵を生成するステップとを含むことを特徴とする方法。前記1つまたは複数の鍵を前記コンピューティングシステムのメモリに格納するステップをさらに含むことを特徴とする請求項34に記載の方法。前記非量子通信は、前記基地局を通じて前記量子通信デバイスと前記通信信頼機関との間で行われ、前記量子通信は、光ファイバ上の量子チャネルを使用し、前記非量子通信は、前記光ファイバ上のパブリックチャネルを使用することを特徴とする請求項34に記載の方法。前記量子通信を確立する前記ステップは、前記ユーザデバイスのユーザ用の識別情報を示し、かつ認証鍵によって暗号化された暗号化されたメッセージを受信するステップと、前記暗号化されたメッセージを解読するステップと、前記識別情報に少なくとも部分的に基づいて前記ユーザを認証すべきかどうかを判定するステップとを含み、前記ユーザの前記認証は前記量子通信の条件であることを特徴とする請求項34に記載の方法。前記識別情報は、前記ユーザの1つまたは複数のバイオメトリック証印および個人識別番号を含むことを特徴とする請求項37に記載の方法。前記認証鍵は、前記通信信頼機関に既知である、前記量子通信デバイスにおける事前に用意された鍵であることを特徴とする請求項37に記載の方法。前記認証鍵は、量子通信デバイスと前記通信信頼機関との間の量子通信の前回のセッションの間に生成され、次いで前記量子通信デバイスに格納されたことを特徴とする請求項37に記載の方法。第1のレーザによって前記量子通信のために生成される単一光子パルスのタイミングおよびパターン並びにタイミングおよび/または前記非量子通信のために生成されるブライトパルスに量子通信モジュールおよびネットワークトランシーバを適合させるステップと、前記量子通信の一部として、前記量子通信のパルス当たり量子状態を測定するステップと、前記量子通信のパルス当たりの前記測定された量子状態および測定基底を記録するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項34に記載の方法。通信信頼機関を実現するコンピューティングシステムである第2のデバイスとの非量子通信を行う、基地局に結合された量子通信デバイスである第1のデバイスによって、光ファイバ上のパブリックチャネルにおいて通信を行うステップと、前記第2のデバイスとの量子通信を行う前記第1のデバイスによって、量子状態で符号化された情報を前記光ファイバを介して量子チャネルにおいて通信を行うステップと、前記量子チャネルにおける前記通信および前記パブリックチャネルにおける前記通信の少なくとも一部の結果として得られた1つまたは複数の鍵を格納するステップとを含むことを特徴とする方法。前記量子通信デバイスは、前記コンピューティングシステムとの前記非量子通信の際に前記パブリックチャネルにおいて情報を送受信し、前記量子通信デバイスは、前記コンピューティングシステムとの前記量子通信の際に前記量子チャネルにおいて前記情報を送信または受信することを特徴とする請求項42に記載の方法。前記非量子通信は、前記量子通信が開始する前に、前記量子通信デバイスのユーザ用の暗号化された識別情報を認証が可能になるように前記コンピューティングシステムに送信するステップと、前記量子通信が終了してから前記1つまたは複数の鍵が完成するまでの間に、前記量子通信デバイスと前記コンピューティングシステムとの間でプロトコル要素を送受信するステップと、前記1つまたは複数の鍵が完成した後、前記コンピューティングシステムから少なくとも1つの格納されている鍵と一緒に使用可能な情報を受信するステップとを含むことを特徴とする請求項43に記載の方法。本明細書では、量子通信QCカードと基地局と通信信頼機関との間の量子鍵配送QKDのための技術およびツールについて説明する。例示的な実装形態では、QCカードは、基地局に結合され、通信信頼機関とのQKDによって鍵を取得する、比較的安価で携帯可能なデバイスである。これらの鍵は、安全な通信のセットアップ、認証、アクセス制御、またはその他の用途に使用されてもよい。QCカード/通信信頼機関構成は様々なプロトコルと一緒に使用されてもよい。説明の都合上、場合によっては、用語通信信頼機関は、通信信頼機関の役割を実施するコンピューティングシステムの省略表現として使用され、用語ユーザはユーザに関連するコンピューティングシステムを示すのに使用される。文脈によって明確に示されていないかぎり、本明細書に記載された動作は、コンピューティングシステムを用いて実施され、コンピューティングシステムによって実行される。例えば、通信信頼機関またはユーザに情報を送信すること、値を求めること、通信信頼機関またはユーザから情報を受信することについての記述は、概して、通信信頼機関またはユーザに関連するコンピューティングシステムとの動作を示す。一方、ユーザデバイスへのユーザ入力またはバイオメトリック入力についての記述は、人間のユーザがそのような入力を供給することを意味する。また、本明細書では用語システムとデバイスは同じ意味に使用される。文脈によって明確に示されていないかぎり、どちらの語もコンピューティングシステムまたはコンピューティングデバイスの種類に対する限定を意味しない。一般に、コンピューティングシステムまたはコンピューティングデバイスは、ローカルに配置されるかまたは分散配置されてもよく、本明細書に記載された機能を実現するソフトウェアを含む特殊用途ハードウェアおよび/または汎用コンピュータハードウェアの任意の組合せを含んでもよい。用語ユーザデバイスは概してユーザに関連するコンピューティングシステムを示す。本明細書に記載された実装形態の様々な代替実装形態が可能である。フローチャートを参照して説明するある技術は、フローチャートに示されている段階の順序を変更するか、ある段階を分割、反復、または省略することなどによって変更されてもよい。本明細書に記載されたQKD構成の様々な態様を組み合わせて使用しても、別々に使用してもよい。様々な実施形態は前述の技術およびツールのうちの1つまたは複数を実施する。本明細書に記載された技術およびツールのうちのいくつかは、背景技術において指摘した問題のうちの1つまたは複数に対処する。通常、所与の技術/ツールが全てのそのような問題を解決するわけではない。I.例示的な動作環境図1は、様々なユーザデバイスが通信信頼機関101とのQKDによって鍵を取得する例示的な動作環境100を示している。ユーザデバイスは、基地局103に結合されたQCカード102と、QCカードを有する携帯電話107と、衛星108と、従来のQC送信機105に接続されたいくつかのコンピュータ106とを含む。ユーザデバイスは個人ユーザ用のユーザデバイス、またはユーザとしての企業、金融機関、もしくは政府機関用のユーザデバイスであってもよい。コンピューティングシステムは通信信頼機関101を実現する。通信信頼機関101は、ユーザを認証し、ユーザデバイスまたは従来のQC送信機105との通信において量子鍵を生成し、量子鍵を格納する。ある時点で、通信信頼機関101は様々なデバイスとのQKDを実行し、通信信頼機関101は、様々なQKDセッションにおいて生成された量子鍵を格納する。所与のユーザデバイスは、通信信頼機関101から配布される量子鍵および他の情報を使用して、通信信頼機関101とのQKDから得られた量子鍵を有する他のユーザデバイスと安全に通信することができる。QCカード102は小型QC送信機を含む。QCカード102は、通信信頼機関101とのネットワーク接続を実現し、QCカード102に電力を供給することができる基地局103に結合されている。基地局103、QCカード102、およびQCカード102とのQKD向けに構成された通信信頼機関の例示的な実装形態については第II節において詳しく説明する。従来のQKD解決手段は高価で実施が困難である傾向があるが、QCカード102および基地局103の例示的な実装形態は比較的安価である。QCカード102は携帯が容易であり、QKDによって生成された量子鍵は、従来の非量子鍵配送によってもたらされるセキュリティよりも強力なセキュリティを促進する。ユーザは、量子鍵を生成するために、QCカード102を基地局103に挿入する。通常、QKDの前提条件として、通信信頼機関101はユーザを認証する。例えば、QCカード102は、ユーザからの指紋スキャンおよび個人識別番号PINを受け入れ、PINおよび指紋スキャンデータを暗号化し、暗号化された材料を事前に通信信頼機関101から供給されている情報と比較するために通信信頼機関101に送信する。あるいは、QCカード102は、ユーザを識別する他のバイオメトリック情報および/またはその他の情報を受け入れる。QCカード102は次いで、通信信頼機関101とのQKDを実行し、結果として得られた量子鍵をQCカード102上のセキュアメモリに格納する。図1において、基地局103は、設置されたファイバ104を介して通信信頼機関101に接続されている。設置されたファイバ104は、QCカード102と通信信頼機関101との間のポイントツーポイントQKD、例えば、量子状態情報を用いて符号化された光子の送信用の量子チャネルとして使用される。ポイントツーポイントQKDは、トポロジーがQKDをサポートするファイバネットワークにおいて単一光学スパンまたは複数のスパンにわたって行われてもよい。例えば、このトポロジーは、QCカードと通信信頼機関との間の中間ルータを含むが、このルータは量子状態情報を保存する。図1では、設置されたファイバ104は、QCカード102と通信信頼機関101との間で非量子情報、例えば、認証情報、QKDにおける測定基底、基底記録に関する非量子情報、および/または通信信頼機関101からの非秘密鍵情報を交換するときにパブリックチャネルとしても使用される。あるいは、QCカード102と通信信頼機関101は、別の種類のネットワーク媒体例えば、銅、RFもしくは自由空間光学または別のネットワークトポロジーを有するファイバネットワークを介して非光量子情報を伝達する。一使用シナリオでは、ある企業が、その従業員用のQCカード102を購入し、かつその施設に配置された1つまたは複数の基地局103を購入する。従業員は、定期的に自分のQCカード102を基地局に挿入して量子鍵をロードする。従業員は次いで、インターネットを介した購入、リモートサイトでの認証またはアクセス制御のような活動に量子鍵を使用する。携帯電話107は、QCカード102と従来の携帯電話構成要素とを含む。携帯電話107は、携帯電話107に接続されるようになっている基地局103に結合され、通信信頼機関101とのネットワーク接続を実現する。携帯電話の基地局103は、電力を供給するとともに、携帯電話107上で情報を同期させるためのデータ接続も実現する。携帯電話107は、QCカード102および通信信頼機関101によって生成された量子鍵を格納する。QCカードを含む携帯電話107の例示的な実装形態については以下に第II節において説明する。図1に示されているように、通信信頼機関101は、QCカード102以外のデバイス用の量子鍵を生成してもよい。例えば、通信信頼機関101は、自由空間を通じたQC送受信用の機器を使用して低軌道衛星108に量子鍵を配送するQKDを実行する。あるいは、通信信頼機関101は、安全な施設においてQKDによって生成された量子鍵をローカルに接続されたコンピュータ106に直接伝達する従来のQC送信機105とのQKDを実行する。従来のQC送信機105は、設置されたファイバ104例えば、建物、FTTxリンク、メトロ領域などにおける電気通信用の標準的なファイバまたは自由空間例えば、屋根から屋根、飛行機から地面、船から船、衛星から地面を介して通信信頼機関101に接続されてもよい。いずれの場合も、QKDは、暗号化、安全なマルチパーティ音声通信または映像通信、認証、銀行取引、施設アクセス制御、コンピューティングシステムまたはデータベースのアクセス制御、オンライン制御システムのアクセス制御、車両アクセス、デジタル署名、電子投票、テレプレゼンス、またはそのような用途に量子鍵として使用されてもよい安全な暗号並みの乱数を生成する。乱数として、量子鍵はフォワード秘匿性を有する。量子鍵は、事前に用意された秘密鍵に依存せず、従来のアタックを受けず、また、将来技術が発展して使用するコンピューティング電力が高くなったり、鍵生成アルゴリズムにおいて欠陥が発見されたりしても影響を受けることがない。QKDによって生成された量子鍵のうちのいくつかを認証および以後のQKDセッションの前の他のセットアップ動作に使用してもよく、従って、そのようなセットアップ動作はユーザに対して自動的であり連続的である。図1に示されている例では、通信信頼機関101を実現するコンピューティングシステムはQC受信機を有する。あるいは、通信信頼機関101を実現するコンピューティングシステムはQC送信機を有し、QKDの他方の当事者はQC受信機を含む。図2は、QCカード102が通信信頼機関101とのQKDによって得られた量子鍵をさらに配送する例示的な動作環境200を示している。QCカード102は、格納されている量子鍵を携帯電話107またはユーザのコンピュータ116に配送してもよい。例えば、QCカード102はポイントツーポイントファイバ接続または無線接続を介して量子鍵を送信する。あるいは、QCカード102は、衛星管制センタ113に量子鍵を配布し、衛星管制センタ113が量子鍵を衛星118にアップロードする。このように、QCカード102は、量子鍵をQCカード102のセキュアメモリから宇宙船、船舶、またはその他の乗物上のリモート暗号化装置にロードするときにフィルガンfillgunとして使用されてもよい。例えば、QCカード102は、端末において基地局に結合されている間に量子鍵をロードし、発射の前に宇宙船に運ばれ、次いで量子鍵を宇宙船上のコンピューティングデバイスにロードする。宇宙船上のコンピューティングデバイスは次いで、端末または別のデバイスとの安全な通信に量子鍵を使用してもよい。図3は、QKDによって配送される量子鍵が、安全な通信を確立するために使用され、認証に使用されるかまたはアクセス制御に使用される例示的な動作環境300を示している。ユーザデバイスは、通信信頼機関101から供給される1つまたは複数の量子鍵および情報を用いて、直接またはインターネットなどの公衆網130を介して別のユーザデバイスと安全に通信することができる。あるいは、ユーザデバイスは、量子鍵を使用してユーザデバイス自体を別のユーザデバイスに対して認証するかまたはアクセス制御デバイス120を通じてある施設にアクセスしてもよい。各ユーザデバイスが通信信頼機関とのQKDから量子鍵を受信しているユーザデバイスのネットワーク内で、あるユーザデバイスが、任意の他のユーザデバイスとの安全な接続を、2つのユーザデバイス間のQKDなしに、例えば、通信信頼機関から2つのユーザデバイスの各々に別個に供給されるセッション鍵を使用して確立してもよく、このセッション鍵は、そのユーザデバイスおよび通信信頼機関に既知の量子鍵によって符号化されている。図3に示されているユーザデバイスは、通信信頼機関101との任意の形態のQKDによってその量子鍵を取得することができる。図3に示されているユーザデバイスのうちのいくつかは、図1に示されているように、通信信頼機関101とのQKDによって直接量子鍵を取得している。例えば、携帯電話107およびQCカード102は、通信信頼機関とのQKDから量子鍵を取得している。ユーザコンピュータ106は、通信信頼機関とのQKDにおいて従来のQC送信機とのローカルな接続から直接量子鍵を取得している。図3に示されている他のユーザデバイスは、図2に示されているようにQCカードから量子鍵を取得している。例えば、衛星118、携帯電話117、およびユーザコンピュータ116は、QCカード102から量子鍵を取得している。いずれの場合も、ユーザデバイスは、量子鍵がユーザデバイスに配送された位置とは異なる位置でユーザデバイスの量子鍵を使用することができる。通信信頼機関101は、図1のようにQCノードであるとともに従来のネットワークコンタクトポイントでもある。通信信頼機関101は、ネットワークサーバの役割を果たすQKDの他に、ネットワーククライアントの役割を果たすユーザデバイスとの従来のネットワーク通信を使用して情報を交換してもよい。例えば、ユーザデバイスは、それに格納されている量子鍵によって暗号化された材料materialを通信信頼機関101から受信してもよい。量子鍵は、アルゴリズム暗号化に使用されないときでも安全な通信を促進することができる。2つのユーザデバイスが同じ量子鍵を有する場合、第1のユーザデバイスは格納されている量子鍵を使用して、信号の波長および/またはタイムスロット同士の間で情報内容を拡散するためのパターンを求め、次いで送信時にこのパターンに従って情報を拡散してもよい。第2のユーザデバイスは、格納されている量子鍵からパターンを求め、第2のユーザデバイスが受信した信号からの情報内容を逆拡散する。パターンは、格納されている量子鍵によって決まるが、格納されている量子鍵を暗号化時に使用しなくても、送信時に物理層においてセキュリティが実現される。II.QCカード、基地局、および通信信頼機関を使用したQKD代表的なスマートカードは、マイクロプロセッサが埋め込まれた、クレジットカード大の小型プラスチック製デバイスである。いくつかのスマートカードはハッシング関数および事前に用意された秘密鍵を使用して暗号鍵を生成する。次いで、通信、認証、アクセス制御などのための従来の暗号化技術に従って暗号化鍵を使用する。スマートカードは比較的安価であり携帯が容易であるが、多くのシナリオに十分なセキュリティを実現しない。ハッシング関数を使用して暗号化鍵を生成する機構は、従来のコンピュータによる攻撃を受けやすい。従来、ハッシング関数は、アルゴリズム攻撃がより強力になっているために弱体化しており、現在のスマートカード技術がまだ弱体化されていないという保証はない。要するに、既知のアルゴリズムを使用して鍵を生成するスマートカードは、完全なフォワード秘匿性を有さない乱数を生成し、すなわち、現在の鍵を直前の鍵から予測することができることを意味する。敵対者は、正当なユーザによって入力された数をこのユーザのスマートカードから再符号化し、アルゴリズムを破るかあるいは事前に用意された秘密鍵を求めることができ、それによって、正当なユーザになりすますための鍵を使用可能にすることができる。一方、QKDによって生成された量子鍵は強力なフォワード秘匿性を有する。しかし、現在まで、QCセキュリティ解決手段は高価であり実施が困難である傾向がある。QCカードは、スマートカード技術の利点をQKDの利点と組み合わせる。例示的な実装形態では、QCカードは比較的安価であり、軽量で携帯可能である。QCカードは、通信信頼機関とのQKDによって生成された量子鍵を格納し、量子鍵は強力なフォワードセキュリティを有する。一般に、QCカードは基地局に結合され、通信信頼機関とのQKDによって量子鍵を生成する。例えば、ユーザはQCカードを基地局に挿入し、QCカードは、通信信頼機関に認証情報を送信する。ユーザが認証された場合、QCカードと通信信頼機関は、量子鍵用の暗号並みの秘密乱数を生成する。QCカードは、量子鍵をセキュアメモリに格納する。QCカードは後に、量子鍵を使用するかまたは量子鍵を別のデバイスが使用できるようにそのデバイスに配送してもよい。いずれにしても、ユーザは量子鍵を暗号化、認証、アクセス制御、またはデジタル署名に使用してもよい。QKDにおいて生成される量子鍵はランダムに生成され、事前に用意された秘密鍵に依存しないので、量子鍵は、施設へのアクセス、コンピューティングシステムへのアクセス、銀行取引、安全なマルチパーティ通信、およびその他の用途に関して強力なセキュリティを実現する。いくつかの実施形態では、QCカードは、小型QC送信機を含み、通信信頼機関のコンピューティングシステムはQC受信機を含む。例えば、QCカードは、QKD用の4つの非直交偏光状態のいずれか例えば、0°、45°、90°、または135°を有する個々の光子を選択的に生成することのできる一体化された電子光学モジュールを含む。QCカードは、フットプリントの小さな単一の一体化ユニットとして製造されてもよい。従来QC送信機と比べて、QCカード内のQC送信機は低出力送信機である。それにもかかわらず、QCカードは、エネルギー消費量が問題にならない程度に、QKDが可能であるようにQCカードが結合された基地局から電力を引き出す。QCカードは、軽量で堅固であり、携帯電話または限定されたサイズ、重量、および電力消費量が望ましい属性であるその他のデバイスに実装されてもよい。QCカード/通信信頼機関構成は、鍵管理例えば、対称鍵管理および/または認証のための任意の利用可能なプロトコルに従って安全なマルチパーティ通信または認証に使用される量子鍵を生成してもよい。A.QCカードと通信信頼機関との間のQKD用の汎用技術図4aは、QCカードが通信信頼機関とのQKDによって量子鍵を取得するための汎用技術400を示している。図4aのいくつかの動作例えば、QCカードの基地局への取付け、QCカードの基地局からの取外しはユーザによって物理的に実行されるが、QCカードは対応する動作例えば、結合、分断を実行する。図4bは、通信信頼機関がQCカードとのQKDによって量子鍵を取得するための対応する技術450を示している。図4aを参照する。ユーザがQCカードを基地局に取り付ける405。この時点で、QCカードは、QCカードと通信信頼機関との間でQCが可能になるように基地局に結合される。基地局は、通信信頼機関を実現するコンピューティングシステムとのネットワーク接続を確立する。QCカードは、基地局に結合されると、基地局のネットワーク接続部に光学的に結合される。いくつかの実装形態では、QCカードと基地局との光学的な結合はファイバ接続を使用する。あるいは、光学的な結合は無線接続例えば、自由空間を介した送信を使用する。いくつかの実装形態では、基地局によって確立されるネットワーク接続は、通信信頼機関を実現するコンピューティングシステムとのファイバ接続である。このネットワーク接続は、QCカードと通信信頼機関との間の直接的な通信用の専用ポイントツーポイントファイバ接続、1つまたは複数の光ルータを通じたQC送受信を有効化するこれらの光ルータに接続された複数のスパンにわたる専用のファイバ接続、またはQC送受信機器を含むデバイスのネットワークの単一のスパンまたは複数のスパンにわたる商用非専用ファイバ接続であってもよい。QCは通常、弱光子パルスを使用して、余分な光子の傍受によって生じる可能性のある問題を軽減する。専用のファイバダークファイバと呼ばれることもあるは、量子状態情報を符号化する弱光子パルスを伝達し、ブライト同期パルスbrightSynchronizationpulsesを伝達してもよい。弱光子パルスは、他のトラフィックがないので検出が比較的容易である。一方、非専用ファイバを介したQCの場合、量子状態情報を符号化する弱光子パルスは検出がより困難である。非専用ファイバライトファイバと呼ばれることもあるは、弱光子パルスで量子状態符号化された情報を伝達するが、ブライトパルスで従来のネットワークトラフィックも伝達する。同期、時間多重化、および波長多重化を使用して量子信号の弱光子パルスを他のトラフィックのブライトパルスから分離するときでも、散乱またはその他の障害によって弱光子パルスを検出する作業が困難になることがある。非専用ファイバを介したQC性能を向上させる様々な措置を講じることができる。詳細は、1非特許文献1および2非特許文献2を参照されたい。QCカードと通信信頼機関との間のネットワークは、単一のスパンを含んでも複数のスパンを含んでもよい。例えば、2つのスパンがあり、それらの間のルーティングが量子状態符号化情報の量子状態を妨害する場合、QCカードは、同じく通信信頼機関とのQKDを実行する中間信頼ノードとのQKDを実行することができる。中間信頼ノードは続いて、それぞれのQKDセッションの結果として得られた量子鍵を使用して暗号化された量子鍵を、QCカードと通信信頼機関のそれぞれに配送する。あるいは、量子状態が妨害されない場合、QCカードはQKDを複数のスパンにわたって通信信頼機関と直接実行してもよい。基地局は、ネットワーク接続を確立するだけでなく、QCカードに電力を供給することもできる。例えば、ユーザがQCカードを取り付ける際405、QCカードは基地局に電気的に結合される。QCカードは基地局から電力を引き出す。QCカードはこの電力を使用して、一体化された1つもしくは複数の光学モジュールへの電力供給および/または一体化された1つもしくは複数の光学モジュールの、QC用の動作温度までの冷却を実行することができる。QCカードと基地局との電気的な結合は、従来の有線技術によって実施されてもよく、またはこの電気的な結合は、例えば、QCカードと基地局の充電パッドとの間で電磁誘導による短距離の電力伝送を行うために無線技術によって実施されてもよい。いくつかの実装形態では、QCカードと通信信頼機関は自由空間を介してQCを実行し、QCカードが基地局に結合されたときに基地局がQCカードに電力を供給し、かつ/またはQCカードと位置が揃う。概して、図4aおよび図4bに示されている技術400、450では、基地局は、ネットワーク接続を確立し、場合によっては電力を供給するダムdumb端末である。通信信頼機関との実際のQKDを実行するのはQCカードであるので、基地局が高い信頼性を有する必要はない。第II.C節の終わりに記載されているような代替的実施形態では、基地局は、一部が高い信頼性を有するかまたは全体的に高い信頼性を有し、QKDの各態様に関するさらなる機能を実現する。ユーザの認証がQKDの条件である場合、QCカードは、認証に関する情報を含むメッセージを送信する410。例えば、QCカードは、指紋スキャン、その他のバイオメトリック証印、PIN用の数値入力、または個人情報用のその他のユーザ入力のようなユーザの識別情報を受信する。QCカードは、認証鍵を使用して識別情報を暗号化し、ユーザを認証できるように暗号化された情報をメッセージとして通信信頼機関に送信する。通信信頼機関は、基地局に結合されたQCカードとのQCを確立するために、ユーザを認証する。通信信頼機関は、認証に関する情報を含むメッセージを受信する455。通信信頼機関は、メッセージを検査し460、適宜ユーザを認証する。例えば、通信信頼機関はメッセージなどの暗号化された情報を受信する。この情報は、認証鍵を使用して暗号化されたユーザの識別情報である。通信信頼機関は、認証鍵を使用して識別情報を解読し、その識別情報に基づいてユーザを認証すべきかどうかを判定する。概して、QCカードと通信信頼機関との初期QKDセッションの場合、識別情報を暗号化/解読するのに使用される認証鍵は、通信信頼機関に既知である、QCカードに事前に用意された鍵である。この初期鍵は、続いてQCカードと通信信頼機関との間のQKDにおいて生成された量子鍵によって置き換えられてもよい。新しい量子鍵は、次のQKDセッションの前の認証に使用できるようにQCカードおよび通信信頼機関内の特別な位置に格納される。このように、初期認証鍵の再使用が回避され、セキュリティが向上する。通信信頼機関は、ユーザが認証されたことを示すメッセージをQCカードに送信してもよい。QCカードは、ユーザの認証が成功したかどうかを検査する415。認証が成功した場合、QCカードと通信信頼機関は互いのQKDにおいて1つまたは複数の量子鍵を作成する420、470。1つまたは複数の量子鍵は、QC量子状態で符号化された情報およびQCカードと通信信頼機関との間の非量子通信例えば、量子鍵を決定するためにパブリックチャネルを介して交換される情報に基づいて生成される。QCの方法は実装形態によって決まる。例えば、QCカードは、量子状態で符号化された情報を通信信頼機関のQC受信機に送信するように構成されたQC送信機用の一体化された1つまたは複数の光学モジュールに光学的に結合されたコネクタを含む。量子状態符号化情報は、基地局を介したQCカードと通信信頼機関との間のQCの一部として量子チャネル内で送信される。図5および図6a~図6cは、例えばQC送信機を含むQCカードの詳細を示しており、例示的なQCカードの動作について、以下に図5および図6a~図6cを参照して説明する。あるいは、QCカードは、通信信頼機関のQC送信機から量子状態で符号化された情報を受信するQC受信機用の一体化された1つまたは複数の光学モジュールを含む。QCカードと通信信頼機関は、QCと非量子通信に同じネットワーク接続を使用してもよい。例えば、QCカードと通信信頼機関との間のQCは、光ファイバ上の量子チャネルを使用し、QCカードと通信信頼機関との間の非量子通信は光ファイバ上のパブリックチャネルを使用する。あるいは、QCと非量子通信はそれぞれの異なるネットワーク接続を使用する。例えば、QCは光学接続を使用するが、非量子通信は非光学接続を使用する。QCカードは1つまたは複数の量子鍵を格納する430。通信信頼機関も1つまたは複数の量子鍵を格納する480。例えば、QCカードは1つまたは複数の量子鍵をQCカードのセキュアメモリに格納し、通信信頼機関は1つまたは複数の量子鍵を通信信頼機関のセキュアメモリに格納する。ユーザは次いで、QCカードを基地局から取り外す440。この時点で、QCカードは基地局から分断される。いくつかのシナリオでは、QCカードは、フィルガンとして使用され、格納されている量子鍵を別のユーザデバイスに送信し、このユーザデバイスのメモリに格納できるようにする。他のシナリオでは、QCカード自体が、通信信頼機関から量子鍵情報を受信した1つまたは複数の他のデバイスとの安全な通信、認証、アクセス制御などに、格納されている量子鍵を使用する。例えば、いくつかの使用シナリオでは、QCカードまたはQCカードを含むデバイスが、パブリックチャネル例えば、無線インターネット接続、携帯電話接続を介して通信信頼機関と連絡を取り、格納されている量子鍵を使用して識別情報を暗号化し、暗号化された識別情報をパブリックチャネルを介して通信信頼機関に送信する。通信信頼機関は、同じ量子鍵または格納されている次の量子鍵を使用して解読された暗号化された鍵材料で応答する。次いで、この鍵材料を1つまたは複数の他のデバイスとの安全な通信、1つまたは複数の他のデバイスに対する認証、1つまたは複数の他のデバイスに対するアクセス制御などに使用してもよい。1つまたは複数の他のデバイスは、同様にパブリックチャネルを介して通信信頼機関と通信し、同様に、1つまたは複数の他のデバイスのそれぞれが解読し使用することのできる暗号化された鍵材料を受信する。他の使用シナリオでは、QCカードは、リモートサイトにおいてペイロードデータを暗号化するのに使用される安全な暗号鍵を生成する。暗号化されたペイロードデータは、安全な位置に戻され、QCカードがユーザを認証した後で、QCカード上に格納されている安全な暗号鍵を使用して解読される。QCカードは、セキュリティレベルに応じて、ローカルに格納されているバイオメトリック署名またはPINを使用してユーザを認証してもよく、またはQCカードは、ユーザ用の識別情報を暗号化し、暗号化された識別情報を認証が可能になるように通信信頼機関に送信してもよい。あるいは、QCカードは、前のパラグラフにおいて説明した手法を使用して、安全な暗号鍵を、解読特権が与えられた別のコンピューティングシステムに伝達してもよく、このコンピューティングシステムは、安全な暗号鍵を使用して、暗号化されたペイロードを解読してもよい。QCカード上で数学的プロトコルを秘密鍵と一緒に使用することによって、暗号鍵を安全に転送することができる。鍵情報が安全でない回線を介して転送されるとき、通信信頼機関は、このプロトコル、およびすでにQCカード上に存在する必要に応じて、さらに他のコンピュータ上に存在する秘密ビットの知識を使用して鍵を安全に転送することができる。あるいは、QCカードおよび1つまたは複数の他のデバイスは、別のプロトコルに従って安全な通信またはその他の機能に量子鍵を使用する。B.例示的なQCカード図5は、QCカード/通信信頼機関構成において使用されるように構成された例示的なQCカード500を示している。上位では、QCカード500は、1つまたは複数のコネクタと、一体化された光学モジュールと、量子鍵を格納するメモリとを含む。1つまたは複数のコネクタは、通信信頼機関とのQCが可能になるように基地局に有線接続または無線接続を介して結合されるように構成されている。一体化された光学モジュールは、基地局を介したQCの一部として情報を送信するように構成されている。図6a~図6cは、鍵電気光学要素が、QC送信の安定性を増し、一方、重量を減らしてサイズを小さくするように小型化された、一体化された光学モジュールの例示的な実装形態を詳細に示している。1.汎用QCカード図5において、一体化された光学モジュール510は、非専用光ファイバを介して通信できるように構成されている。量子チャネルとしての光ファイバを介したQCの場合、一体化された光学モジュール510は、量子状態の変調がQC受信機によって測定されるバイナリ情報を送信する。一体化された光学モジュール510は、光ファイバ上のパブリックチャネルにおいて情報を送受信するように構成されたネットワークトランシーバも実現し、量子状態の変調がQC受信機によって測定されないバイナリ情報を送受信する。一体化された光学モジュール510のうちで、ドライバ電子機器を含むレーザ変調器512は、QCにおいて送信される光子を生成するように構成されたレーザと、レーザの出力の量子状態例えば、偏光状態を変調するように構成された変調器とを含む。変調器は、レーザに光学的に結合され、例えば、偏光状態を0°と45°と90°と-45°との間で変調するニオブ酸リチウム変調器によって実現されてもよい。システムは、光ファイバ内で偏波追尾を使用して偏光状態をQC送信機からQC受信機へ維持してもよい。あるいは、変調器は、別の種類の一体化された光変調器またはバルク結晶変調器によって実現される。どの変調器を選択するかは実装形態ごとに異なり、例えば、レーザの特定の波長に対する変調器の適切性、変調器の動作周波数、および/または生成される偏光状態の状態純度に依存するものであってよい。可変光減衰器514はレーザに光学的に結合されている。この減衰器は、レーザのパルス当たり光子数を減らすように構成されており、余分な光子を傍受する盗聴の試みを失敗させることによってQCのセキュリティを向上させる。モニタアバランシェフォトダイオードAPD517は、光ファイバスプリッタ516によって他のモジュールから分割され、QCに使用されるレーザからパルス当たり光子数を測定するように構成されている。例えば、APD517は、1つまたは複数のInGaAs光子検出器によって実現される。APD517は、レーザ減衰器514をQCに対して制御するのに使用されるフィードバックを供給する。別の検出器図示せずは、非量子通信用の従来の光ファイバ受信機として情報を受信する。プロトコル論理を有するプロセッサ/フィールドプログラマブルゲートアレイFPGA520は、通信信頼機関とのQCの一部としての様々な動作を制御する。特に、プロセッサ/FPGA520は、モジュール512に電気的に結合され、レーザ変調器512に付属するドライバ電子機器を通じてレーザ変調器の動作同士を調和させるように構成されている。乱数発生器は、高品質の乱数用の一連のランダムビットを生成する。プロセッサ/FPGA520は、高忠実度偏光制御によって、変調器と一緒に光子の偏光を制御し、ランダムビットをQCプロトコルに従ってそれぞれの異なる偏光状態として符号化する。プロセッサ/FPGA520は、QCのパルス当たり光子数APD517によって測定されるを監視する。プロセッサ/FPGA520は、レーザ可変光減衰器514を制御することによって、レーザのパルス当たり光子をパルス当たり単一光子の平均レベルまで選択的に減らすことができる。従って、プロセッサ/FPGA520は、QCのレーザによって生成される単一光子パルスのタイミングおよびパターンを制御する。プロセッサ/FPGA520は、同期、非量子通信、および/またはその他の目的で生成されるブライトパルスのタイミングおよびパルスも制御する。単一光子パルスおよびブライトパルスのタイミングおよびパターンは、GPSモジュール590および発振器によって厳密にタイミングが図られる既知のパターンに従うタイミングおよびパターンであってもよい。ブライトパルスは、QCカード500のQC送信機と通信信頼機関におけるQC受信機との同期を助けるだけでなく、通信信頼機関がQCカード500と通信信頼機関とのファイバ接続による偏光状態の変動を追跡し補正できるように、偏光された光子を通信信頼機関に送信することができる。いくつかの実装形態では、ブライトパルスは、従来のトランシーバQCではないの機能も実現する第2のレーザによって生成される。他の実装形態では、同じレーザがQC送信、QC制御/同調、および従来のトランシーバ機能に使用されるが、従来のトランシーバ機能およびQC制御/同調機能に加えられる減衰が弱くなる。例えば、一体化された光学モジュール510は、ブライトタイミング/制御パルスの送信から同じレーザによる単一光子パルス制御への切替えを容易にする複数の減衰器を含んでもよい。QCカード500内のレーザをQC受信機との同期、同調、制御などの動作に使用することは、タイミング/制御パルスが量子状態符号化情報を含まないにもかかわらず、QCタイミング/制御パルスには量子状態符号化情報が組み込まれているのでQCの一部とみなされてもよい。QCカード500は、パブリックチャネルとしての光ファイバを介した非光量子通信において他の情報例えば、QKDにおける送信基底に関する情報、その他のQKDプロトコル情報、通信信頼機関に対する非秘密鍵情報の要求を送信する。QCプロトコルの他の態様では、プロセッサ/FPGA520は、通信信頼機関と動作を制御し、QCに関する量子状態およびパルス当たり送信基底を記録し、記録された送信基底をパブリックチャネルでの通信信頼機関との非量子通信において通信信頼機関に送信し、従来のQCプロトコル要素を他の方法で処理して量子鍵を求める。プロセッサ/FPGA520は、プライバシー増幅の動作とデコイ状態との調和を図ってQKDのセキュリティをさらに向上させてもよい。プライバシー増幅は、例えば、ハッシュ関数を用いたハッシングによって共有されるビット列の長さを短くし、盗聴者が得る可能性がある部分的な情報を減らす。列の最終的な長さは、検出されたエラーの数に応じて設定してもよい。弱レーザパルスのような不完全な単一光子源の場合、それぞれの異なる平均光子数輝度のデコイ状態を送信してもよく、それによって、ビット列内の単一光子のエラーレートおよび数を求め、それらを使用してプライバシー増幅の程度を調整してもよい。メモリ522は、少なくとも部分的にQCに基づいて生成された1つまたは複数の鍵を格納する。例えば、メモリ522は、QCカードと通信信頼機関との間のQKDにおいて生成された量子鍵を格納する。メモリ522は、認証のために使用される事前に用意された初期秘密鍵のような他の鍵を格納してもよい。いくつかの実装形態では、メモリ522は、QCカード500がメモリ522へのアクセスを制御する点、鍵が暗号化形態でメモリ522に格納される点、および/またはメモリ522が物理的な改ざんに抵抗する点でセキュアメモリである。メモリ522は、一体化された光学モジュール510と一緒に製造されても、QCカード500内に別個に配置されてもよい。電源580は、電力を供給してレーザ、変調器、およびAPD517を動作温度まで冷却する。QCカード500が基地局から電力を引き出すとき、電源580を迂回してもよく、電源を使用してQCカード500の電池図示せずを再充電してもよい。光ファイバコネクタ532は、QCカードの一体化された光学モジュール510に光学的に結合されている。光ファイバコネクタ532は、QC用の単一光子パルス、QC制御/同調用のブライトパルス、および光ファイバ上のその他のパルスを伝達して出力する。言い換えれば、QCカード500が基地局に結合されると、光ファイバコネクタ532が一体化された光学モジュール510を基地局の光ファイバ接続部に光学的に結合する。あるいは、QCカード500は、QCカード500と基地局との間の自由空間送信を使用して基地局に光学的に結合され、かつQCカード500は、そのような自由空間送信向けに構成されたコネクタを含む。電気的/機械的コネクタ534は、電源580に電気的に結合され、場合によっては、一体化された光学モジュール510またはQCカード500の他のモジュールに直接結合される。電気的/機械的コネクタ534は、QCカード500を基地局に機械的に取り付け、基地局から電力を引き出すように構成されている。この電力を使用して1つまたは複数の一体化された光学モジュール510への電力の供給、QCカードの電池の再充電、および/または1つもしくは複数の一体化された光学モジュール510の動作温度までの冷却を実施してもよい。あるいは、電気的/機械的コネクタ534は電気コネクタと機械的コネクタに分離され、または電気的/機械的コネクタ534は光ファイバコネクタ532と組み合わされる。電気的コネクタを基地局との有線接続を通じて電力を引き出すように構成してもよい。あるいは、電気的コネクタを基地局との無線接続を通じて電力を引き出すように構成してもよい。例えば、QCカード500はその電気的コネクタの一部としてコイルを含み、基地局の充電パッドは、QCカード500が充電パッド上に位置するときに電磁誘導によって電力を伝送する対応するコイルを含む。この場合、機械的接続が可能になるように、QCカード500の全体的な形状を充電パッド内に嵌るように構成してもよい。フィルガンとして使用できるように、QCカード500は、別のデバイスに1つまたは複数の鍵を送信できるようにQCカードをそのデバイスに結合するように構成された別のコネクタ図示せずを含んでもよく、または光ファイバコネクタ532をそのような送信に使用してもよい。バイオメトリックリーダ540は、ユーザのバイオメトリック証印を受け入れるように構成されたスキャナまたはその他のモジュールである。例えば、バイオメトリックリーダ540は指紋スキャナである。プロセッサ/FPGA520は、セキュアメモリ522に格納されている鍵を用いてバイオメトリック証印を暗号化する論理を含んでよい。あるいは、1つまたは複数の他の暗号化モジュール図示せずがそのような暗号化機能を実現してもよい。タッチスクリーンディスプレイ550は、ユーザ認証の一部としてバイオメトリック証印と一緒に暗号化することのできる例えば、数値キーパッドへのユーザ入力を受け入れる。タッチスクリーンディスプレイ550はまた、ユーザに情報例えば、メモリ522内の量子鍵の数、通信信頼機関と連絡を取って量子鍵を作成することを求めるプロンプト、互いに安全な通信を開始することを求めるプロンプト、または別の機能に関するプロンプトを表示し、ユーザ入力を受け入れてQCカード500を制御する。あるいは、QCカード500は別の種類のユーザ入力デバイスおよび/またはユーザ出力デバイスを含む。一体化された光学モジュール510の外側において、携帯デバイス用の標準的な構成要素によってQCカード500の機能モジュールの大部分を実現してもよい。一体化された光学モジュール510のうちで、多くのモジュール例えば、減衰器514、モニタAPD517、スプリッタ516およびAPD弁別器ハイブリッド518を光ファイバ通信用の標準的な構成要素によって実現してもよい。他の機能モジュール例えば、FPGAは、1光ファイバ変調器と一緒に特定の偏光状態を生成し、2通信信頼機関がQCを実施する際にタイミング変動および時間変動を追跡できるように、GPS590および発振器または原子時計によって定められる既知のパターンを有する厳密にタイミングが図られたQCパルスおよびブライトパルスの生成を調整し、3タイミングシステムおよびAPD517を使用してパルス当たり平均光子数を監視し、4APDバイアス、ゲーティングおよび弁別器518電子機器を制御し、5例えば、従来のQCプロトコル制御要素を処理して偏光状態情報を追跡し、補正し、交換するために従来のQC送信機と一緒に使用されている既存のQKD制御構成要素によって実現されてもよい。一体化された光学モジュール510は、低コストの製造が可能になるように単一の基板上に実現されても、別々の基板上に実現されてもよい。図5に示されているQCカード500は、QC送信機を実現するモジュールを含む。代替的実施形態では、QCカードは、QC受信機を実現するモジュールを含み、通信信頼機関を実現するコンピューティングデバイスはQC送信機用のモジュールを含む。QCカードは、量子チャネルとしての光ファイバを介した通信の一部として、1つまたは複数の鍵を作成するときに量子状態の変調が測定されるバイナリ情報を受信する。例えば、QCカードは、図5のQCカード500と同様に、バイオメトリックリーダ、電源、タッチスクリーンディスプレイ、およびコネクタを含む。QCカードは、フィルタをQC送信機の狭周波数レーザ出力に較正し、QC送信機からのブライトパルスおよび単一光子パルスについてパルスパターンを一致させ、ブライトパルスが受信されたときに単一光子検出器がオフになり、ブライトパルスが多光子検出器に光学的に切り替えられるように、パルスレートおよびクロックフェーズに応じてQCの単一光子パルス用の光子検出器のゲーティングを同期させるQC受信機モジュールを含む。最後に、QCカードは、QC受信機として動作できるように構成された、プロトコル論理を含むプロセッサ/FPGAも含む動作の詳細については、通信信頼機関のFPGAの説明を参照されたい。図5に示されているQCカード500は、光ファイバを介した通信向けに構成されている。代替的実施形態では、QCカードは、通信信頼機関との自由空間を介したQC向けに構成される。例えば、QCカードは、携帯電話塔またはその他の位置における受信機端末に自由空間を通じて光子を伝送する。この目的を実現するために、QCカードを、QCカードに電力を供給する基地局に結合し、受信機端末への送信が可能になるようにQCカードの位置を揃えてもよい。受信機端末は、QCカードから光子を収集し、リモート通信信頼機関に接続された光ファイバに案内するが、この場合、複雑な光学機器が必要になり、情報が失われることがある。あるいは、QKDが可能になるように、受信機端末としては、QC受信および/またはQC送信用の機器を含む信頼性の高い中間ノードが用いられている。受信機端末とQCカードは、自由空間を介したQKDによって量子鍵を生成する。受信機端末と通信信頼機関も、ファイバ接続を介したQKDによって量子鍵を生成する。受信機端末は次いで、鍵確立プロトコルの変形例を使用してランダムに生成された秘密鍵をQCカードと受信機端末との間のQKDから得られた量子鍵を使用してQCカードに伝達するとともに、受信機端末と通信信頼機関との間のQKDから得られた量子鍵を使用して通信信頼機関に伝達する。QCカードと中央通信信頼機関は次いで、秘密鍵を使用できるように格納する。2.一体化された光学モジュールの例示的な実装形態図6a~図6cは、QCカード用の一体化された光学モジュールの例示的な実装形態600、601、602を示している。図6aに示されている実装形態600では、テレコムレーザ610が、アイソレータ612および結合光学機器614を通じて導波管またはファイバ616に案内される光子を放出する。導波管またはファイバ616は、ファイバコネクタ690に結合された光ファイバ688に光子を伝送する。テレコム検出器618は、従来の光通信の一部としてファイバコネクタ690を通じて受信された光子を検出する。量子レーザ650は、アイソレータ652および結合光学機器654を通じて導波管655に案内される光子を放出する。スイッチ656は、導波管655を減衰器660と可変減衰器662と偏光コントローラ670とを含む別の導波管に選択的に係合する。例えば、スイッチ656は、マッハ-ツェンダー干渉計の出力ポートを交換することによって実現されてもよい。この場合、図6aに示されているスイッチ出力はどちらも実際には同じ出力であるが、スイッチ656が投入されたときに、消光比は約27dBだけ変化する。これによって、レーザ輝度が高速の単一ステップによって著しく変化する。より一般的には、スイッチ656は可変減衰器として働く。導波管は、ファイバコネクタ690に結合された光ファイバ688に減衰された光子パルスを伝送する。複数の導波管の接合部の所で、サーキュレータ683が、光伝搬方向に応じて光をある導波管から別の導波管に送る。ファイバコネクタ690からの光はテレコム検出器618に送られ、テレコムレーザ610または量子レーザ650からの光はファイバコネクタ690の方へ送られる。サーキュレータ685は同様に、光伝搬方向に応じて光をファイバからファイバへと送る。プロトコル論理図示せずは、可変減衰器662を制御して量子レーザ650から単一光子パルスを生成する。プロトコル論理は、偏光コントローラ670を制御して単一光子パルスの偏光状態を変調し、それによってQC用の乱数のビットを符号化する。例えば、量子レーザ650はファイバ送信向けの1310nmまたは1550nmのような適切なテレコム波長で動作し、偏光コントローラ670はニオブ酸リチウム変調器である。あるいは、量子レーザ650は自由空間送信向けの780nmのような適切な別の波長で動作し、および/または偏光コントローラ670はガリウムヒ素GaAs変調器である。量子状態情報が対角基底状態および円状基底状態で符号化される場合、偏光変調器ではなく、移相変調器を使用して偏光を対角から左回りに変更するか、または偏光を反対角から右回りに変更してもよい。最後に、図6aは偏光コントローラ670から分離された量子レーザ650を示しているが、この代わりに、量子レーザ650と偏光コントローラ670/変調器を、場合によっては同じモジュール内に振幅変調器を含めてより密に一体化してもよい。光子検出器682は、量子レーザ650のパルス当たり光子数を測定する。プロトコル論理は、光子検出器682からのフィードバックを使用して可変減衰器662を制御してもよい。別の光子検出器684をQCフィードバックのために使用してもよい。例えば、第1の光子検出器682は、量子レーザ650をテレコムレーザ610と相互運用することができるように量子レーザ650のシステム較正および正規化に使用され、第2の光子検出器684は、量子レーザ650からのパルスが単一光子パルスであるかどうかを評価するのに使用される単一光子検出器である。いくつかの実装形態では、光子検出器682、684はInGaAs検出器である。熱電気冷却構成要素図示せずは、レーザ610、650および光子検出器682、684を適切な動作温度まで冷却する。図6aは、2つのレーザを示している。あるいは、実装形態600は、単一のレーザをテレコムレーザ610と量子レーザ650の両方として使用する。この場合、減衰器662は、量子レーザとしての動作を可能にする単一光子パルスとテレコムレーザとしての動作を可能にするブライトパルスとの切替えを容易にする。図6bおよび図6cに示されているように、さらなる可変減衰器を追加してそのような切替えを容易にしてもよい。構成要素の多くは、図6a~図6cの各実装形態600、601、602において同じである。特に明記しないかぎり、図6a~図6cにおいて同じ参照符号を有する構成要素については、図6aに関する上記の説明が図6bおよび図6cにも当てはまる。図6bの実装形態601には、図6aのスイッチ656がないが、量子レーザ650を事実上離脱させるのに使用することのできるさらなる可変減衰器664を含む。図6cの実装形態602にもスイッチ656がなく、さらなる可変減衰器664を含む。図6cは、ルーティングおよび光学機器の別の変形例を示している。図6cの実装形態602は、導波管光ファイバではないと、導波管655を光学的にファイバコネクタ690に結合する結合光学機器688のみを含む。図6cの実装形態602における導波管は、サーキュレータ683、685の代わりに、光が必要に応じて送られるように形作られている。3.QCカードを有する例示的なモバイルデバイス図7は、全体的に702に示されている様々なハードウェア構成要素およびソフトウェア構成要素を含む例示的なモバイルデバイス700を示すシステム図である。モバイルデバイス内のあらゆる構成要素702が他の構成要素と通信することができる。ただし、図示を容易にするために、全ての接続が示されているわけではない。このモバイルデバイスは、様々なコンピューティングデバイス例えば、携帯電話、スマートフォン、ハンドヘルドコンピュータ、パーソナルデジタルアシスタントなどのいずれであってもよく、セルラネットワークまたは衛星ネットワークのような1つまたは複数のモバイル通信網704による無線2方向通信を可能にするものであってよい。特に、モバイルデバイス700は、QCカード770と、量子鍵を格納するセキュアメモリ772とを含む。例えば、QCカード770は、図5を参照して説明したQCカード500の変形例であり、モバイルデバイス700は、タッチスクリーンディスプレイ、バイオメトリックリーダ、およびGPSモジュールQCカード770に含まれるそのような構成要素に代わる構成要素を含む。図示のモバイルデバイスは、信号符号化、データ処理、入出力処理、電力制御、および/またはその他の機能のようなタスクを実行するコントローラまたはプロセッサ710例えば、信号プロセッサ、マイクロプロセッサ、ASIC、または他の制御処理論理回路を含んでもよい。オペレーティングシステム712は、構成要素702の割当ておよび使用並びに1つまたは複数のアプリケーションプログラム714のサポートを制御することができる。アプリケーションプログラムは、共通モバイルコンピューティングアプリケーション例えば、eメールアプリケーション、カレンダー、コンタクトマネージャ、ウェブブラウザ、メッセージングアプリケーションを含むまたは任意の他のコンピューティングアプリケーションを含んでもよい。いくつかのシナリオでは、アプリケーションプログラムは、セキュアメモリ772格納されている量子鍵のうちの1つまたは複数を使用して、モバイルデバイス700に伝達される情報の暗号化および/または解読を行う。図示のモバイルデバイスはメモリ720を含んでもよい。メモリ720には非リムーバブルメモリ722および/またはリムーバブルメモリ724を含めてもよい。非リムーバブルメモリ722には、RAM、ROM、フラッシュメモリ、ディスクドライブ、またはその他の公知のメモリストレージ技術を含めてもよい。リムーバブルメモリ724には、フラッシュメモリ、またはGSM登録商標通信システムにおいて公知の加入者識別モジュールカード、またはその他の公知のメモリストレージ技術を含めてもよい。メモリ720は、オペレーティングシステム712およびアプリケーション714を実行するためのデータおよび/またはコードを格納するのに使用されてもよい。例示的なデータには、1つもしくは複数の有線ネットワークもしくは無線ネットワークを介して1つもしくは複数のネットワークサーバもしくはその他のモバイルデバイスとの間で送受信されるウェブページ、テキスト、画像、音声ファイル、映像データ、またはその他のデータセットを含めてよい。モバイルデバイスは、タッチスクリーン732、マイクロフォン734、カメラ736、物理的キーボード738および/またはトラックボール739のような1つまたは複数の入力デバイス730と、スピーカ752およびディスプレイ754のような1つまたは複数の出力デバイス750とをサポートしてもよい。タッチスクリーン732および/またはカメラ736は、バイオメトリックリーダ用の機能を実現してもよく、またはモバイルデバイス700は専用のバイオメトリックリーダ740を含んでもよい。考えられる他の出力デバイス図示せずには圧電出力デバイスまたはその他の触角出力デバイスを含めてもよい。いくつかのデバイスは複数の入出力機能を実行してもよい。例えば、タッチスクリーン732とディスプレイ754を単一の入出力デバイスとして組み合わせてもよい。無線モデム760はアンテナ図示せずに結合されてもよく、当技術分野においてよく理解されているようにプロセッサ710と外部デバイスとの間の2方向通信をサポートしてもよい。モデム760は総体的に示されており、モバイル通信網704と通信するセルラモデムおよび/または無線ベースモデム例えば、Bluetooth登録商標またはWi-Fiを含めてもよい。無線モデム760は通常、単一のセルラネットワーク内のデータ通信および音声通信、セルラネットワーク同士の間のデータ通信および音声通信、またはモバイルデバイスと公衆交換電話網との間のデータ通信および音声通信用のGSMネットワークのような1つまたは複数のセルラネットワークとの通信が可能になるように構成される。モバイルデバイスは、少なくとも1つの入出力ポート780、電源782、GPS受信機などの衛星ナビゲーションシステム受信機784、アクセレロメータ786、アナログ信号またはデジタル信号を無線送信するためのトランシーバ788、並びに/またはUSBポート、IEEE1394ファイアウォールポートおよび/もしくはRS-232ポートであってもよい物理的コネクタ790をさらに含んでもよい。図示の構成要素702は、必須のものでも包括的なものでもなく、構成要素を削除するかまたは他の構成要素を追加してもよい。セキュアメモリ772に格納されている量子鍵は、モデム760、ポート780、トランシーバ788または物理的コネクタ790を使用したパブリックチャネルを介した非量子通信において送信または受信される情報の暗号化および/または解読を行うのに使用されてもよい。C.例示的な基地局図8は、図5を参照して説明したQCカード500のようなQCカードに結合されるように構成された汎用基地局800を示している。図8に示されている基地局800は、QCカードに光学的および電気的に結合され、通信信頼機関とのQC用のネットワーク接続を確立する基本構成要素を含むダム端末である。基地局800は、基地局を通じたQCカードと通信信頼機関との間のQCの一部として量子チャネルにおいて情報を伝達するネットワーク接続部870を含む。例えば、ネットワーク接続部870は、量子チャネルにおけるQCに非専用光ファイバを使用し、ネットワーク接続部870は、QCカードと通信信頼機関との間のパブリックチャネルにおける非量子通信にも非専用光ファイバを使用する。あるいは、ネットワーク接続部870は通信信頼機関との別の種類の光接続を使用する。基地局800は、QCカードと通信信頼機関との間のQC用のQCカードに結合されるように構成されたコネクタを含む。特に、基地局800は、QCカードが基地局800に結合されるときに基地局800のネットワーク接続部870にQCカードを光学的に結合するように構成された光ファイバコネクタ832を含む。あるいは、QCカードは、QCカードと基地局800との間の自由空間送信を使用して基地局800に光学的に結合され、基地局800はそのような自由空間送信向けに構成されたコネクタを含む。基地局800は、QCカードを基地局800に機械的に取り付ける電気的/機械的コネクタ834も含む。コネクタ834は、QCカードが基地局800に結合されるときに電源880を通じてQCカードに電力を供給する。図8は、電気的コネクタおよび機械的コネクタを光ファイバコネクタ832とは別にまとめて単一のコネクタ834として示しているが、その代わりに、電気的コネクタ、光ファイバコネクタ、および機械的コネクタは、3つのコネクタとして分離されても、単一のコネクタとして組み合わされてもよい。電気的コネクタは、有線接続を通じてQCカードに電力を供給するように構成されてもよい。あるいは、電気的コネクタは、無線接続を通じてQCカードに電力を供給するように構成されてもよい。例えば、QCカードはコイルを含み、基地局800の充電パッドは、QCカードが充電パッド上に位置するときに電磁誘導によって電力を伝送する基地局800の電気的コネクタの一部としての対応するコイルを含む。この場合、機械的接続が可能になるように、基地局800の全体的な形状を、QCカードが充電パッド内に嵌るように構成してもよい。基地局800がダム端末である実装形態では、基地局800は、通信信頼機関とのファイバ接続を確立し、例えば、QCカードに電力を供給し、QCカードの電池を再充電するためにQCカードに電力を供給し、そのため、基地局には簡素で安価な設計が施されている。QCカードと通信信頼機関によってシステムセキュリティが実現されるので、基地局がセキュリティ機能を実現する必要はない。代替的実施形態では、基地局は、基地局に結合された通信信頼機関とQCカードとの間のQKD用のさらなる機能を実現する構成要素を含む信頼性の高い端末または部分的に信頼性の高い端末である。基地局は、信頼性の高い端末として、通信信頼機関とのQKDを実行し、QCカードを使用して通信信頼機関によりユーザが認証されたときにQCカードに鍵をアップロードする。このQCカードは、もはやQC構成要素を有していないのでずっと小型でかつ安価であってもよい。基地局は、部分的に信頼性の高い端末として、光子レベル監視、タイミング制御のようなサービスを実施する。例えば、基地局は、パルス当たり光子数を監視するように構成された光子検出器と、QC用のレーザによって生成されるパルスのタイミングおよびパターンを制御するように構成されたプログラム可能な論理とを含む。プログラム可能な論理は、タイミング、非量子通信、および/またはその他の目的のために別のレーザによって生成されるパルスを制御するように構成されてもよい。QCカードは、QC送信を有効化するように部分的に信頼性の高い基地局に結合されるが、QCカードは、ダム端末に結合されるように構成されたQCカードよりもずっと小型でかつ安価であってもよい。しかし、QCカードは、部分的に信頼性の高い端末モデルではセキュリティが低い。部分的に信頼性の高い基地局にアクセスできる敵対者は、基地局に、より傍受または盗聴を受けやすい光子パルスをQCカードに送信させることができる。D.QCカードとのQKD向けに構成された例示的な通信信頼機関図9は、QCカードとのQKD向けに構成された通信信頼機関を実現する汎用コンピューティングシステム900を示している。上位では、コンピューティングシステム900はコネクタと、光学モジュールと、量子鍵を格納するメモリとを含む。図9において、光学モジュールは、非専用光ファイバを介した通信向けに構成されている。量子チャネルとしての光ファイバを介したQCの場合、光学モジュールは、基地局に結合されたQCカードのQC送信機から受信されたバイナリ情報の量子状態の変調を測定する。光学モジュールは、光ファイバ上のパブリックチャネルにおいて情報を送受信するように構成されたネットワークトランシーバも実現する。光ファイバコネクタ932はコンピューティングシステム900の光学モジュールを光学的に光ファイバ接続部に結合する。コネクタ932は、QC用の単一光子パルス、QC制御/同調用のブライトパルス、および光ファイバを介して受信されたその他のパルスをファイバスプリッタ916またはスプリッタに伝達する。図9は、単純なスプリッタ916を示しているが、スプリッタは、以下にプロセッサ/FPGA920を参照して説明する高度なルーティングゲーティング論理を実現してもよい。QC用の単一光子パルスはAPD917によって受信され、偏光計が単一光子パルスの量子状態を測定する。他のパルス例えば、タイミング、同期、同調、従来の光ファイバ通信などのブライトパルスは、従来の光ファイバ受信が可能になるように別のAPD918または他の検出器図示せずによって受信される。ドライバ電子機器を含むレーザ変調器912は、従来の送信機としてパルスを生成する。コンピューティングシステム900は、レーザによって、パブリックチャネルとしての光ファイバを介した非量子通信において情報例えば、QKDにおける測定基底に関する情報、その他のQKDプロトコル情報を送信する。プロトコル論理を含むプロセッサ/FPGA920は、ユーザ認証に関する動作を制御する。例えば、パブリックチャネルとしての光ファイバを介した従来の送信によって、ユーザ認証に関する暗号化されたメッセージがQCカードから受信されると、プロセッサ/FPGA920は、メモリ922に事前に格納されている鍵を求め、その鍵を使用してメッセージを解読する。プロセッサ/FPGA920は、メッセージの内容を分析し例えば、ユーザの、格納されているバイオメトリック証印、PIN、その他の識別情報、などと内容を比較し、適宜ユーザを認証する。プロセッサ/FPGA920はまた、QCプロトコルに関する動作を制御し、基地局に結合されたQCカードと一緒に量子鍵を生成し、次いで量子鍵をユーザに関連付けてメモリ922に格納する。例えば、プロセッサ/FPGA920は、偏光計を制御してQCのパルス当たり量子状態を測定し、測定された量子状態および測定基底を記録する。プロセッサ/FPGA920は、QC送信/受信の後に、記録された測定基底を送信しQCカードからQCプロトコル制御要素を受信する、光ファイバを介したQCカードとの非量子通信における情報の交換を制御する。プロセッサ/FPGAは、QCプロトコル制御要素を処理して量子鍵を求める。具体的には、プロセッサ/FPGA920は、QC受信および従来のトランシーバ機能を有効化するために、QC用に生成される単一光子パルスのタイミングおよびパターン並びにタイミングおよび/または非量子通信用に生成されるブライトパルスに従って光学モジュールを制御する。例えば、プロセッサ/FPGA920は、QC送信機の狭周波数レーザ出力にフィルタを較正し、QC送信機からのブライトパルスおよび単一光子パルスについてパルスパターンを一致させ、ブライトパルスが受信されたときに単一光子検出器がオフになり、ブライトパルスが多光子検出器に光学的に切り替えられるように、パルスレートおよびクロックフェーズに応じてQCの単一光子パルス用の光子検出器のゲーティングを同期させる。プロセッサ/FPGA920は、量子鍵を使用する安全なマルチパーティ通信プロトコルに関する動作を制御してもよい。例えば、プロセッサ/FPGA920は、動作を制御して、通信信頼機関との前のQKDから得られた量子鍵を有するデバイスに対して、格納されている量子鍵によってセッション鍵を生成して暗号化する。メモリ922は、少なくとも部分的にQCに基づいて生成された1つまたは複数の鍵を格納する。例えば、メモリ922は、QCカードと通信信頼機関との間のQKDにおいて生成された量子鍵を格納する。メモリ922は、場合によっては、ユーザによってインデックス付けされた複数のユーザデバイス用の量子鍵を格納する。メモリ922は、所与のユーザを認証するために使用される事前に用意された初期秘密鍵のような他の鍵を格納してもよい。いくつかの実装形態では、メモリ922は、コンピューティングシステム900がメモリ922へのアクセスを制御する点、鍵が暗号化形態でメモリ922に格納される点、および/またはメモリ922が物理的な改ざんに抵抗する点でセキュアメモリである。図9に示されているコンピューティングシステム900は、QC受信機を実現するモジュールを含む。代替的実施形態では、通信信頼機関用のコンピューティングシステムは、QC送信器を実現するモジュールを含む。QC送信機は、基地局に結合されたQCカードとのQCの一部として量子チャネルにおいて情報を送信する。例えば、通信信頼機関用のコンピューティングシステムには従来のQC送信機が含まれる。図9に示されているコンピューティングシステム900は、光ファイバを介した通信向けに構成されている。代替的実施形態では、通信信頼機関を実現するコンピューティングシステムは、QCカードとの自由空間を介したQC向けに構成されている。E.光ファイバのQCおよび非QCへの使用例図10は、同じ光ファイバをQCと非量子通信の両方に使用する汎用技術1000を示している。第1のデバイスが第2のデバイスと通信する際に技術1000を実施する。例えば、第1のデバイスはQCカードであり、第2のデバイスは、通信信頼機関を実現するコンピューティングシステムである。あるいは、これらの役割が交換され、第1のデバイスが、通信信頼機関を実現するコンピューティングシステムであり、第2のデバイスがQCカードである。第1のデバイスは、第2のデバイスとの非量子通信において、光ファイバ上のパブリックチャネルにおいて通信する1010。第1のデバイスは、第2のデバイスとのQCにおいて、同じく光ファイバ上の量子チャネルにおいて通信する1020。量子チャネルにおける情報内容は量子状態例えば、単一光子パルスの偏光状態で符号化される。パブリックチャネルにおける情報内容は、光ファイバを介したネットワーク通信用の従来の非量子技術を使用して符号化される。第1のデバイスと第2のデバイスは、例えばQCプロトコルに従ったQKDによって1つまたは複数の鍵を生成する。第1のデバイスは次いで、結果として得られた鍵のうちの1つまたは複数を格納する。第1のデバイスが小型化されたQC送信機を含むQCカードであり、第2のデバイスが、通信信頼機関を実現するコンピューティングシステムであるとき、QCカードは、パブリックチャネルにおいて情報を送受信し、かつQCカードは、通信信頼機関とのQCには量子チャネルにおいて情報を送信する。例えば、光ファイバ上のパブリックチャネルにおける非量子通信では、1QCが始まる前に、QCカードは、QCカードのユーザを認証できるようにする暗号化された識別情報を通信信頼機関に送信し、2QCが終了してから1つまたは複数の鍵が完成するまでの間に、QCカードは、通信信頼機関との間でQCプロトコル要素を送受信する。一方、第1のデバイスが、通信信頼機関を実現するコンピューティングシステムであり、第2のデバイスが、小型化されたQC送信機を有するQCカードであるとき、通信信頼機関を実現するコンピューティングシステムは、パブリックチャネルにおいて情報を送受信し、コンピューティングシステムは、QCカードとのQCについては量子チャネルにおいて情報を受信する。例えば、光ファイバ上のパブリックチャネルにおける非量子通信では、通信信頼機関を実現するコンピューティングシステムは、1QCが始まる前に、QCカードのユーザを認証できるようにする暗号化された識別情報を受信し、2QCが終了してから1つまたは複数の鍵が完成するまでの間に、QCカードとの間でQCプロトコル要素を送受信する。開示された発明の原則を適用してもよい考えられる多数の実施形態を考慮して、例示された実施形態が本発明の好ましい例に過ぎず、本発明の範囲を限定するものとみなしてはならないことを認識されたい。むしろ、本発明の範囲は特許請求の範囲によって定められる。従って、特許請求の範囲およびその趣旨内の全てのものを本発明として請求する。