[发明专利]反压缩态光产生器

说明书

技术领域

本发明涉及反压缩态光产生器(アンチスクイズド光生成器)，尤其涉及量子通信、量子密码以及光通信。

背景技术

对通信中保密性的要求从古至未来都是永恒的主题，近年来的网络社会中，密码学的发展确保了该要求得以满足。现在普及的公开键密码等的安全性是把着眼点放在解码需要不现实的长时间上，但计算机技术一直在进步，公开键密码等在将来难以永久保证其安全性。另一方面，现在研究活跃的量子密码从物理原理上来说安全性可得到保证，即使技术上进步，安全性也不会下降，希望它得以实现。

目前实现性最高的量子密码有使用了微弱LD光的量子键传送方式(非专利文献1)。该方式对在信号发送者和接收者之间必要的共通键的共有利用量子力学法则，共通键共有后进行通常的密码通信。在共有共通键的过程中利用专用的光回路，用不到一个光子数的超微弱光构成一个信号来传送随机数信号。由于使一个信号不到一个光子数，即使有窃听，正常的接受者也可发现有人窃听，仅用不被窃听而可以确定安全地接受的随机数数据作为共通键。本方式在密码学中其安全性已得到证明，但需要专用线路，此外，由于对于一个信号使用不到一个光子数，传送损耗极小，例如传送100km的话，键产生速率为几个bps的程度。由于这些缺点，可以想象到使用微弱LD光的量子键传送方式的导入其用途会被限定。

对此，Yuen等提出了使用介观(所谓介观mesoscopic是指宏观(macroscopic)和微观(microscopic)中间的意思)的数目的光子，传送不限于键传送的信号的量子力学方式的方案(非专利文献2)。光的2个正交位相成分(或者强度和位相的对)在量子力学涨落的精度以下不能同时被确定。在使用了位相调制方式的光传送接收系统中，使送信基底精细变化，相邻的送信基底包含在量子涨落的范围内的话，不知道送信基底的窃听者就不能从窃听到的信号中获取有用的信息。该方式确实在量子涨落的范围内基底不确定，但也有在使基底变化的过程中以通常的密码利用所使用的模拟随机数时，信号所相当的光子数很大时，必须到通常的经典密码程度的安全性的报道(非专利文献3)，还尚在研究阶段。

Yuen等的方法是从利用不到一个光子的超微弱光中脱离出来，把传送不限于键发送的信号置于念头之中而发明出来的，可以说是接近现实立场的发明。然而，该方法中以所说的一般光通信系统中使用的宏观的光量为前提，为了导入一般的光通信系统，还需要进一步的发明。

量子力学性质一般在微观领域才显著，在光量为宏观的情况下一般量子力学性质难以表现出来。我们知道在宏观的光量也表现出量子力学性质的光的状态为压缩态。压缩态是控制真空或激光的输出光的相干态的涨落而得到的(相干态的涨落等于真空的涨落)，在真空(相干态)中2个正交位相成分的涨落的大小相等，而在压缩态中，一个正交位相成分的涨落小，另一个大。正交位相空间上的真空涨落(相干态的涨落)的面积是不能比它更小的最小的涨落，基于该真空涨落(称为量子涨落)的噪声水平称为标准量子极限。压缩态的涨落减小了的成分突破了标准量子极限而受到关注，压缩态若其一部分损失的话，由于真空涨落的流入，涨落变小了的正交位相成分简单地成为真空涨落(相干态的涨落)水平，因此，注目于涨落减小的成分，对损失不可避免的光通信应用压缩态是几乎不可能的。另一方面，在压缩态中，涨落变大了的成分(反压缩态成分)即使因损失而真空涨落增大，涨落的大致特性也由原来的扩展涨落的反压缩态成分决定，即使有损失也仅是该部分涨落变小，不容易回归到真空涨落(相干态的涨落)水平。即，反压缩态成分具有与通常的经典光通信相同程度的耐损失的能力。根据同样的考察，对于光学放大，涨落减小到真空涨落以下的成分不能维持其性质，另一方面，对涨落增大了的成分则有耐力。着眼于这一点，利用涨落放大了的成分做成难以窃听的光通信法在未公布的专利文献1中有记述。

在专利文献1的方法中，信号取2个值，在位相空间随机选取相当于基底的轴。使基底轴的正负方向分别对应该2值的信号，在垂直于该基底轴方向上的涨落变大。使正常的接受者知道基底轴的随机性，使用与该基底相关的信息，正常的接受者在投影到不受放大的涨落的影响的方向上进行测量(通常的零差检测)。根据正常的接受者知道随机的基底轴的前提条件，信号的接受不会变得困难，同时信号在与涨落放大了的方向垂直的方向上重叠，信号的信噪比(S/N比)也不变差。另一方面，即使有窃听者，没有与基底轴的随机性相关的信息的话，只检测到包含放大的涨落的信号，S/N比大幅变差。即，窃听者的检测误差率与正常接受者相比大幅增加，这就强化了通信的安全性。