特許 7177419 リアルタイムトラッキング・補償のＯＡＭ測定装置無依存量子鍵配送システム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-15

(45)【発行日】2022-11-24

(54)【発明の名称】リアルタイムトラッキング・補償のＯＡＭ測定装置無依存量子鍵配送システム及び方法

(51)【国際特許分類】

   H04L 9/12 20060101AFI20221116BHJP

   H04B 10/70 20130101ALI20221116BHJP

   G02F 3/00 20060101ALI20221116BHJP

【ＦＩ】

H04L9/12

H04B10/70

G02F3/00

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021538487

(86)(22)【出願日】2019-12-27

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-05-25

(86)【国際出願番号】 CN2019129490

(87)【国際公開番号】W WO2020135786

(87)【国際公開日】2020-07-02

【審査請求日】2021-08-26

(31)【優先権主張番号】201811634554.1

(32)【優先日】2018-12-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】521287175

【氏名又は名称】広東尤科泊得科技発展有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＧＵＡＮＧＤＯＮＧ ＩＮＣＵＢＡＴＯＲ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ ＣＯ．， ＬＴＤ．

【住所又は居所原語表記】Ｒｏｏｍ Ａ１０５， Ｆｉｒｓｔ Ｆｌｏｏｒ， Ｅｌｅｖａｔｏｒ Ａ， Ｎｏ． １１， Ｂａｎｌｖ Ｒｏａｄ， Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｏｗｎ， Ｈｉ－Ｔｅｃｈ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｚｏｎｅ， Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ， Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ， ５１０６６０， Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】110002262

【氏名又は名称】ＴＲＹ国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】郭 邦紅

(72)【発明者】

【氏名】何 翼龍

【審査官】中里 裕正

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１３７７３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１３０９３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３５９６２４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０５４０６９６２（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０５３９１５４７（ＣＮ，Ａ）

【文献】CHEN, D. et al.，Measurement-device-independent quantum key distribution with pairs of vector vortex beams，PHYSICAL REVIEW A，2016年，Vol.93 Iss.3，pp.032320-1-5

【文献】CHOI, Y. et al.，Plug-and-play measurement-device-independent quantum key distribution，PHYSICAL REVIEW A，2016年，Vol.93 Iss.3，pp.032319-1-6

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｌ ９／１２

Ｈ０４Ｂ １０／７０

Ｇ０２Ｆ ３／００

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

リアルタイムトラッキング・補償のＯＡＭ測定装置無依存量子鍵配送システムであって、ユーザー側Ａｌｉｃｅと、ユーザー側Ｂｏｂと、測定ユニットと、を含み；
前記ユーザー側Ａｌｉｃｅ及びユーザー側Ｂｏｂは、量子通信路を介して第１、第２望遠鏡システムと、第１の５０：５０ビームスプリッタと、第１偏光ビームスプリッタと、パルスレーザと、第１～第４の反射鏡と、第１、第２のＭ／Ｚ干渉計と、第１～第４の単一光子検出器と、を備えた前記測定ユニットと接続し、前記測定ユニットの前記パルスレーザが基本モードのガウスビームを放射した時、まず前記第１偏光ビームスプリッタのフィルタリングを経て偏光モードが垂直偏光である基本モードのガウス光を前記第１の５０：５０ビームスプリッタに反射して２つに分割され、次に前記第１反射鏡及び第２反射鏡によって反射され、最後に前記第１望遠鏡システム及び第２望遠鏡システムによってコリメートされ、量子通信路を介して各々前記ユーザー側Ａｌｉｃｅ及びユーザー側Ｂｏｂに送信し；
前記ユーザー側Ａｌｉｃｅ及びユーザー側Ｂｏｂは、それぞれ前記測定ユニットからの強いパルスレーザ光に対して通信路環境のリアルタイム監視、位相歪み補償及び軌道角運動量のエンコードを実現した後テストユニットに送信し；
前記測定ユニットの前記第１望遠鏡システム及び第２望遠鏡システムが各々前記ユーザー側Ａｌｉｃｅ及びユーザー側Ｂｏｂからの信号パルスを受信する時、この信号パルスはまず前記第１反射鏡及び第２反射鏡によって反射され、そして第３の５０：５０ビームスプリッタで干渉し、干渉後のパルスが各々前記第３反射鏡及び第４反射鏡によって反射されて、前記第１Ｍ／Ｚ干渉計及び第２Ｍ／Ｚ干渉計に各々入り、前記第１Ｍ／Ｚ干渉計及び第２Ｍ／Ｚ干渉計によって分離された後、前記第１～第４の単一光子検出器に入り、応答を生じて測定結果を出力し；前記ユーザー側Ａｌｉｃｅ及びユーザー側Ｂｏｂが測定の応答状況に応じて、基底照合及び鍵ネゴシエーションなどのプロセスを経た後、同じ鍵をローカルに生成する、
ことを特徴とする、リアルタイムトラッキング・補償のＯＡＭ測定装置無依存量子鍵配送システム。

【請求項2】

前記ユーザー側Ａｌｉｃｅは、第３望遠鏡システムと、第１狭帯域フィルタと、第１ビームスプリッタと、第１電荷結合素子と、第１遅延器と、第２偏光ビームスプリッタと、第１変形可能なミラーと、第２変形可能なミラーと、第１半波長板と、第１空間光変調器と、第１強度変調器と、を備え；
前記ユーザー側Ｂｏｂは、第４望遠鏡システムと、第２狭帯域フィルタと、第２ビームスプリッタと、第２電荷結合素子と、第２遅延器と、第３偏光ビームスプリッタと、第３変形可能なミラーと、第４変形可能なミラーと、第２半波長板と、第２空間光変調器と、第２強度変調器と、を備える、
ことを特徴とする、請求項１に記載のリアルタイムトラッキング・補償のＯＡＭ測定装置無依存量子鍵配送システム。

【請求項3】

前記第１電荷結合素子及び前記第２電荷結合素子は、レーザパルスの強度及び大気乱流による波面位相歪みをリアルタイム監視し、クロック同期及び下分岐経路の位相歪み補償に参照情報を提供するために用いられ、前記第１、第２の変形可能なミラー及び第３、第４の変形可能なミラーがそれぞれ前記第１電荷結合素子及び前記第２電荷結合素子によって提供された参照情報に基づいて波面位相歪みを補償することを特徴とする、請求項２に記載のリアルタイムトラッキング・補償のＯＡＭ測定装置無依存量子鍵配送システム。

【請求項4】

ロジカルチャージが奇数及び偶数である軌道角運動量状態を表し、前記第１、第２の強度変調器が異なる平均光子数の強度のおとり状態及び信号状態の光子を正確に生成する、
ことを特徴とする、請求項２に記載のリアルタイムトラッキング・補償のＯＡＭ測定装置無依存量子鍵配送システム。

【請求項5】

前記ユーザー側Ａｌｉｃｅの前記第３望遠鏡システムは、前記測定ユニットからのパルスレーザ光を受け取り、次に前記第１狭帯域フィルタによって通信波帯以外の光を除去してから前記第１ビームスプリッタを介して入射されたパルスレーザ光をそれぞれ強い上分岐経路及び弱い下分岐経路という強弱の２つの経路に分割させ、前記上分岐経路が前記第１電荷結合素子に接続され、レーザパルスの強度及び大気乱流による波面位相歪みをリアルタイム監視し、クロック同期及び下分岐経路の位相歪み補償に参照情報を提供するために用いられ、前記下分岐経路がパルスを変調して位相情報をロードするために用いられ、前記第１遅延器、前記第２偏光ビームスプリッタ、前記第１変形可能なミラー、前記第１半波長板、前記第１空間光変調器、前記第１強度変調器及び前記第２変形可能なミラーに順次接続され；下分岐経路に分離されたパルスレーザ光は、まず前記第１遅延器に入り、一定の時間遅延の後前記第２偏光ビームスプリッタに入り、前記第２偏光ビームスプリッタがパルスレーザ光を前記第１変形可能なミラーに反射し、前記第１変形可能なミラーが上分岐経路によって提供された参照情報に基づいて波面位相歪みを補償し、補償後のパルスレーザ光が前記第１半波長板に反射され、前記第１半波長板は偏光状態を９０度回転させた後前記第１空間光変調器に入り、前記第１空間光変調器がパルスに対し軌道角運動量のエンコードを実行し；エンコードされたパルスは、前記第１強度変調器を介して異なる平均光子数の強度の軌道角運動量の信号状態及びおとり状態に変調され、前記第２変形可能なミラーによって位相補正され、前記第２偏光ビームスプリッタから透過し、前記第１遅延器、前記第１ビームスプリッタ及び前記第１狭帯域フィルタを通過して前記第３望遠鏡システムに到達し、最後に前記第３望遠鏡システムは信号状態及びおとり状態をコリメートして前記測定ユニットに送信することを特徴とする、請求項２に記載のリアルタイムトラッキング・補償のＯＡＭ測定装置無依存量子鍵配送システム。

【請求項6】

前記ユーザー側Ｂｏｂの前記第４望遠鏡システムは、前記測定ユニットからのパルスレーザ光を受け取り、次に前記第２狭帯域フィルタによって通信波帯以外の光を除去してから前記第２ビームスプリッタを介して入射されたパルスレーザ光をそれぞれ強い上分岐経路及び弱い下分岐経路という強弱の２つの経路に分割させ、前記上分岐経路が前記第２電荷結合素子に接続され、レーザパルスの強度及び大気乱流による波面位相歪みをリアルタイム監視し、クロック同期及び下分岐経路の位相歪み補償に参照情報を提供するために用いられ、前記下分岐経路がパルスを変調して位相情報をロードするために用いられ、前記第２遅延器、前記第３偏光ビームスプリッタ、前記第３変形可能なミラー、前記第２半波長板、前記第２空間光変調器及び前記第２強度変調器に順次接続され；下分岐経路に分離されたパルスレーザ光は、まず前記第２遅延器に入り、一定の時間遅延の後前記第３偏光ビームスプリッタに入り、前記第３偏光ビームスプリッタがパルスレーザ光を前記第３変形可能なミラーに反射し、前記第３変形可能なミラーが上分岐経路によって提供された参照情報に基づいて波面位相歪みを補償し、補償後のパルスレーザ光が前記第２半波長板に反射され、前記第２半波長板は偏光状態を９０度回転させた後前記第２空間光変調器に入り、前記第２空間光変調器がパルスに対し軌道角運動量のエンコードを実行し；エンコードされたパルスは、前記第２強度変調器を介して異なる平均光子数の強度の軌道角運動量の信号状態及びおとり状態に変調され、前記第４変形可能なミラーによって位相補正され、前記第３偏光ビームスプリッタから透過し、前記第２遅延器、前記第２ビームスプリッタ及び前記第２狭帯域フィルタを通過して前記第４望遠鏡システムに到達し、最後に前記第４望遠鏡システムは信号状態及びおとり状態をコリメートして前記測定ユニットに送信することを特徴とする、請求項２に記載のリアルタイムトラッキング・補償のＯＡＭ測定装置無依存量子鍵配送システム。

【請求項7】

請求項１～６のいずれか一項に記載のリアルタイムトラッキング・補償のＯＡＭ測定装置無依存量子鍵配送システムに応用されるリアルタイムトラッキング・補償のＯＡＭ測定装置無依存量子鍵配送方法であって、以下のステップ：
Ｓ１、測定ユニットは、ユーザー側Ａｌｉｃｅ及びユーザー側Ｂｏｂに強いレーザパルスを放射し、前記ユーザー側Ａｌｉｃｅ及びユーザー側Ｂｏｂがこのパルスを利用してクロック同期及び盗聴防止の監視を実行し、同時に入射ガウスパルスのスポット的分散度に基づいて大気乱流強度を推定し、大気乱流強度が閾値より低く、監視で盗聴がない場合、次のステップに進む通信路環境監視ステップ；

Ｓ３、前記測定ユニットは、測定操作を実行し、検出に成功したビットをアナウンスし、同時に測定結果をアナウンスし、前記ユーザー側Ａｌｉｃｅ及びユーザー側Ｂｏｂは上記のデータを留保し、その他のコードビットのデータを破棄するＢｅｌｌ測定ステップ；
Ｓ４、前記ユーザー側Ａｌｉｃｅ及びユーザー側Ｂｏｂは、公開通信路を介して基底照合し、同じ基底の下で準備されたビットを選択し、ビット反転をネゴシエートし、通信双方ビットの一致性を確保し、これらの操作を完了した後、留保したデータがオリジンキーとされる基底照合ステップ；
Ｓ５、前記ユーザー側Ａｌｉｃｅ及びユーザー側Ｂｏｂは、Ｘ基底下で得られたオリジンキーを利用して最終的な安全鍵を生成し、Ｙ基底下で得られたオリジンキーをテストビットとして、符号誤り率を検査し、符号誤り率が閾値よりも高い場合、盗聴があることを示し、今回の通信セッションを破棄し、破棄しない場合、残りのデータを留保して次のステップに進む符号誤り率推定ステップ；
Ｓ６、前記ユーザー側Ａｌｉｃｅ及びユーザー側Ｂｏｂは、古典的な公開通信路を利用してフィルタリング後のデータについて誤り訂正及び秘匿性増幅を実行し、データ調整を経た後、前記ユーザー側Ａｌｉｃｅ及びユーザー側Ｂｏｂが同じ安全鍵を持つ鍵ネゴシエーションステップ；
を含むことを特徴とする方法。

【請求項8】

前記ビットエンコードをする時、前記ユーザー側Ａｌｉｃｅ及びユーザー側Ｂｏｂは、トポロジカルチャージが奇数及び偶数である軌道角運動量状態又は重ね合わせ状態をランダムに選択してエンコードし、任意の奇数次又は偶数次の軌道角運動量状態で一組の相互不偏基底を構成してエンコードすることを特徴とする、請求項７に記載のリアルタイムトラッキング・補償のＯＡＭ測定装置無依存量子鍵配送方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、量子情報及び光通信の技術分野に関し、特に、リアルタイムトラッキング・補償のＯＡＭ測定装置無依存量子鍵配送システム及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

１９８４年に初の量子鍵配送プロトコルが発表されて以来、量子鍵配送（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ、ＱＫＤ）は、量子情報科学内の非常に実現可能な技術の一つであると見なされてきた。ＱＫＤは、リモート２ユーザー（Ａｌｉｃｅとｂｏｂ）間が量子物理学の基礎法則に基づいて理論的には無条件に安全な鍵を生成することを許していた。ただし、実際の環境において理想的なモデルと実際の機器との間にギャップがあった。例えば理想的なＱＫＤプロトコルは、安全性を保証するため、理想的な単一光子源及び検出器が必要とされている。従来技術から見ると、理想的な単一光子源及び検出器を実現することは、困難である。これらのデバイスの欠陥によりＱＫＤシステムは、例えば光子数分割攻撃、タイムシフト攻撃及びブラインド攻撃等の様々な攻撃を受けてしまうことである。

【0003】

これらの困難を克服するため、測定装置無依存量子鍵配送の概念（Ｄｅｖｉｃｅ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ、ＤＩ－ＱＫＤ）が提案された。ＤＩ－ＱＫＤの安全性は、装置の特性により決まるのではなく、これは装置が理想的でなくても、量子ハッカーはこの欠陥を利用して任意の情報を盗むことができないことを意味する。このため、ＤＩ－ＱＫＤは、常に理論的な無条件安全を保証できる。しがしながら、ＤＩ－ＱＫＤの実現は、非常に難しい挑戦であり、完全なＢｅｌｌ状態測定及び非常に高効率な単一光子検出技術が必要であり、従来技術でも実現が難しい。ただし最近提案された測定装置無依存量子鍵配送プロトコル（Ｍｅａｓｕｒｍｅｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ、ＭＤＩ－ＱＫＤ）は、ＤＩ－ＱＫＤと実用化との距離を縮め、一部のＱＫＤ装置無依存量子通信を実現し、検出に関連する全てのセキュリティ脆弱性を排除した。同時に、このプロトコルは、おとり状態スキームを導入し、位相ランダム化を利用して光子状態を光子数の混合状態に変換させることで、光子数分割攻撃をより良好に防止できる。人々は、例えば偏光エンコードスキーム、位相エンコードスキーム及びｔｉｍｅ－ｂｉｎエンコードスキーム等の様々なＭＤＩ－ＱＫＤの実現スキームを研究開発してきた。

【0004】

ＭＤＩ－ＱＫＤプロトコルは、量子鍵システムの測定側の全ての脆弱性問題を一括して解決するが、光源部分、変調部分及びサイド通信路部分等にはセキュリティに影響を与える脆弱性がやはり存在する。例えば在来のＭＤＩ－ＱＫＤ（特許文献１）は、おとり状態と結合して微弱コヒーレント光源を導入し、光源に対するＭＤＩ－ＱＫＤシステムの要件が下がるが、ユーザー双方が独自の独立した光源を使用するため、出射された各光のスペクトルが不一致である。この差異を利用して、量子ハッカーは、光子源を識別して、ユーザーの鍵情報を盗み取ることができる。スペクトルが不一致という問題について、人々は、プラグアンドプレイＭＤＩ－ＱＫＤ（非特許文献１）を提案したが、変調スキームには測定基底の基準系の整合が不完全であるという問題が存在することで、符号誤り率が増加した。これについて、軌道角運動量状態（ＯＡＭ）エンコードに基づくＭＤＩ－ＱＫＤスキーム（非特許文献２）が最近提案され、基準系の整合が不完全という問題を解決し、符号誤り率が減少したが、スペクトルの不一致の問題が存在し、かつチャンネル環境に対しても適切な監視方法及び信号補償方法がないため、弱信号の量子鍵配送システムの性能が極めて容易に外部環境の影響を受けていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】中国特許出願公開第１０６７１２９４０号明細書

【非特許文献】

【0006】

【文献】Ｌｉｕ，Ｃ．Ｑ．ａｔ ａｌ．（２０１６）．Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ－Ｅｎｃｏｄｉｎｇ－Ｂａｓｅｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ－Ｄｅｖｉｃｅ－Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｋｅｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ａ Ｓｉｎｇｌｅ Ｕｎｔｒｕｓｔｅｄ Ｓｏｕｒｃｅ． Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， ３３（１０）．

【文献】Ｗａｎｇ Ｌ， Ｚｈａｏ Ｓ Ｍ， Ｇｏｎｇ Ｌ Ｙ， ｅｔ ａｌ． Ｆｒｅｅ－ｓｐａｃｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ－ｄｅｖｉｃｅ－ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｑｕａｎｔｕｍ－ｋｅｙ－ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｕｓｉｎｇ ｄｅｃｏｙ ｓｔａｔｅｓ ｗｉｔｈ ｏｒｂｉｔａｌ ａｎｇｕｌａｒ ｍｏｍｅｎｔｕｍ［Ｊ］． Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｂ， ２０１５， ２４（１２）：１２０３０７．

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の目的は、上記従来技術の不足を克服して、リアルタイムトラッキング・補償のＯＡＭ測定装置無依存量子鍵配送システムを提供することである。このシステムの測定ユニットは、パルスレーザ、偏光ビームスプリッタ及ビームスプリッタを利用して強い光パルスをユーザー側に伝送する。ユーザー側は、電荷結合素子（ＣＣＤ）及ビームスプリッタを利用して監視と同期を実行し、変形可能なミラーを介して位相歪みを補償し、強度変調器及び空間光変調器を利用して光子数が１未満で、軌道角運動量を有するおとり状態及び信号状態の光子をランダムに生成して、中央の測定ユニットに送信する。測定ユニットは、ユーザーから送信された光子状態を測定し、測定結果をアナウンスし、ユーザーが測定の応答状況に応じて、基底照合及び鍵ネゴシエーションなどのプロセスを経た後、同じ鍵をローカルに生成する。

【0008】

発明の別の目的は、スペクトルモードマッチングを自然に実現でき、同時にリアルタイムの通信路監視、パルス強度及び大気乱流強度の測定及びクロック同期等を便利に実現できるリアルタイムトラッキング・補償のＯＡＭ測定装置無依存量子鍵配送方法を提案することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するために講じた本発明の手段は次のとおりである。
リアルタイムトラッキング・補償のＯＡＭ測定装置無依存量子鍵配送システムであって、ユーザー側Ａｌｉｃｅと、ユーザー側Ｂｏｂと、測定ユニットと、を含み；
前記ユーザー側Ａｌｉｃｅ及びユーザー側Ｂｏｂは、量子通信路を介して第１、第２望遠鏡システムと、第１の５０：５０ビームスプリッタと、第１偏光ビームスプリッタと、パルスレーザと、第１～第４の反射鏡と、第１、第２のＭ／Ｚ干渉計と、第１～第４の単一光子検出器と、を備えた測定ユニットと接続し、前記測定ユニットのパルスレーザが基本モードのガウスビームを放射した時、まず第１偏光ビームスプリッタのフィルタリングを経て偏光モードが垂直偏光である基本モードのガウス光を第１の５０：５０ビームスプリッタに反射して２つに分割され、次に第１反射鏡及び第２反射鏡によって反射され、最後に前記第１望遠鏡システム及び第２望遠鏡システムによってコリメートされ、量子通信路を介して各々ユーザー側Ａｌｉｃｅ及びユーザー側Ｂｏｂに送信し；
ユーザー側Ａｌｉｃｅ及びユーザー側Ｂｏｂは、それぞれ測定ユニットからの強いパルスレーザ光に対して通信路環境のリアルタイム監視、位相歪み補償及び軌道角運動量のエンコードを実現した後テストユニットに送信し；
前記測定ユニットの第１望遠鏡システム及び第２望遠鏡システムが各々ユーザー側Ａｌｉｃｅ及びユーザー側Ｂｏｂからの信号パルスを受信する時、この信号パルスはまず前記第１反射鏡及び第２反射鏡によって反射され、そして第３の５０：５０ビームスプリッタで干渉し、干渉後のパルスが各々第３反射鏡及び第４反射鏡によって反射されて、第１Ｍ／Ｚ干渉計及び第２Ｍ／Ｚ干渉計に各々入り、第１Ｍ／Ｚ干渉計及び第２Ｍ／Ｚ干渉計によって分離された後、第１～第４の単一光子検出器に入り、応答を生じて測定結果を出力し；ユーザー側Ａｌｉｃｅ及びユーザー側Ｂｏｂが測定の応答状況に応じて、基底照合及び鍵ネゴシエーションなどのプロセスを経た後、同じ鍵をローカルに生成する。

【0010】

好ましくは、前記ユーザー側Ａｌｉｃｅは、第３望遠鏡システムと、第１狭帯域フィルタと、第１ビームスプリッタと、第１電荷結合素子（ＣＣＤ）と、第１遅延器と、第２偏光ビームスプリッタと、第１変形可能なミラーと、第２変形可能なミラーと、第１半波長板と、第１空間光変調器と、第１強度変調器と、を備え；
前記ユーザー側Ｂｏｂは、第４望遠鏡システムと、第２狭帯域フィルタと、第２ビームスプリッタと、第２電荷結合素子（ＣＣＤ）と、第２遅延器と、第３偏光ビームスプリッタと、第３変形可能なミラーと、第４変形可能なミラーと、第２半波長板と、第２空間光変調器と、第２強度変調器と、を備える。

【0011】

【0012】

好ましくは、前記第３望遠鏡システム及び第４望遠鏡システムは、いずれもレーザパルスのサイズ及びレーザビームの遠視野発散角を制御するための２つの共焦点凸レンズを備え、前記第１狭帯域フィルタ及び第２狭帯域フィルタは通信波帯以外の光を除去するために用いられ、前記第１ビームスプリッタ及び第２ビームスプリッタは入射されたパルスレーザ光をそれぞれ強い上分岐経路及び弱い下分岐経路強弱という２つの経路に分割させ；前記第１電荷結合素子（ＣＣＤ）及び第２電荷結合素子（ＣＣＤ）は、レーザパルスの強度及び大気乱流による波面位相歪みをリアルタイム監視し、クロック同期及び下分岐経路の位相歪み補償に参照情報を提供するために用いられ、前記第２偏光ビームスプリッタ及び第３偏光ビームスプリッタは水平偏光を透過し、垂直偏光を反射し、前記第１変形可能なミラー、第２変形可能なミラー、第３変形可能なミラー及び第４変形可能なミラーは波面補正器とも呼ばれ、位相歪みの参照情報に基づいて光波の波面伝送の光路又は伝送媒質の屈折率を変更して入射波の波面の位相構造を変更させることで、光波の波面の位相を補償する目的を達成し；前記第１半波長板、第２半波長板の主断面は、入射光の偏光面に対し４５度に配置されると、入射光の偏光方向を９０度回転することができ、前記第１空間光変調器、第２空間光変調器は純粋な位相反射型液晶空間光変調器であり、ビームの軌道角運動量を変調するための液晶分子の電気複屈折効果に基づくアクティブデジタル光学デバイスであり、前記第１強度変調器、第２強度変調器は異なる平均光子数の強度のおとり状態及び信号状態の光子を正確に生成できる。

【0013】

好ましくは、前記ユーザー側Ａｌｉｃｅの第３望遠鏡システムは、測定ユニットからのパルスレーザ光を受け取り、次に第１狭帯域フィルタによって通信波帯以外の光を除去してから第１ビームスプリッタを介して入射されたパルスレーザ光をそれぞれ強い上分岐経路及び弱い下分岐経路という強弱の２つの経路に分割させ、前記上分岐経路が第１電荷結合素子に接続され、レーザパルスの強度及び大気乱流による波面位相歪みをリアルタイム監視し、クロック同期及び下分岐経路の位相歪み補償に参照情報を提供するために用いられ、前記下分岐経路がパルスを変調して位相情報をロードするために用いられ、第１遅延器、第２偏光ビームスプリッタ、第１変形可能なミラー、第１半波長板、第１空間光変調器、第１強度変調器及び第２変形可能なミラーに順次接続され；下分岐経路に分離されたパルスレーザ光は、まず第１遅延器に入り、一定の時間遅延の後第２偏光ビームスプリッタに入り、第２偏光ビームスプリッタがパルスレーザ光を第１変形可能なミラーに反射し、第１変形可能なミラーが上分岐経路によって提供された参照情報に基づいて波面位相歪みを補償し、補償後のパルスレーザ光が第１半波長板に反射され、第１半波長板は偏光状態を９０度回転させた後第１空間光変調器に入り、第１空間光変調器がパルスに対し軌道角運動量のエンコードを実行し；エンコードされたパルスは、第１強度変調器を介して異なる平均光子数の強度の軌道角運動量の信号状態及びおとり状態に変調され、第２変形可能なミラーによって位相補正され、第２偏光ビームスプリッタから透過し、第１遅延器、第１ビームスプリッタ及び第１狭帯域フィルタを通過して第３望遠鏡システムに到達し、最後に第３望遠鏡システムは信号状態及びおとり状態をコリメートして測定ユニットに送信する。

【0014】

好ましくは、前記ユーザー側Ｂｏｂの第４望遠鏡システムは、測定ユニットからのパルスレーザ光を受け取り、次に第２狭帯域フィルタによって通信波帯以外の光を除去してから第２ビームスプリッタを介して入射されたパルスレーザ光をそれぞれ強い上分岐経路及び弱い下分岐経路という強弱の２つの経路に分割させ、前記上分岐経路が第２電荷結合素子に接続され、レーザパルスの強度及び大気乱流による波面位相歪みをリアルタイム監視し、クロック同期及び下分岐経路の位相歪み補償に参照情報を提供するために用いられ、前記下分岐経路がパルスを変調して位相情報をロードするために用いられ、第２遅延器、第３偏光ビームスプリッタ、第３変形可能なミラー、第２半波長板、第２空間光変調器及び第２強度変調器に順次接続され；下分岐経路に分離されたパルスレーザ光は、まず第２遅延器に入り、一定の時間遅延の後第３偏光ビームスプリッタに入り、第３偏光ビームスプリッタがパルスレーザ光を第３変形可能なミラーに反射し、第３変形可能なミラーが上分岐経路によって提供された参照情報に基づいて波面位相歪みを補償し、補償後のパルスレーザ光が第２半波長板に反射され、第２半波長板は偏光状態を９０度回転させた後第２空間光変調器に入り、第２空間光変調器がパルスに対し軌道角運動量のエンコードを実行し；エンコードされたパルスは、第２強度変調器を介して異なる平均光子数の強度の軌道角運動量の信号状態及びおとり状態に変調され、第４変形可能なミラーによって位相補正され、第３偏光ビームスプリッタから透過し、第２遅延器、第２ビームスプリッタ及び第２狭帯域フィルタを通過して第４望遠鏡システムに到達し、最後に第４望遠鏡システムは信号状態及びおとり状態をコリメートして測定ユニットに送信する。

【0015】

好ましくは、前記第１電荷結合素子（ＣＣＤ）及び第２電荷結合素子（ＣＣＤ）は、レーザパルスの強度及び大気乱流による波面位相歪みをリアルタイム監視し、クロック同期及び下分岐経路の位相歪み補償に参照情報を提供するために用いられ、前記第１、第２の変形可能なミラー及び第３、第４の変形可能なミラーがそれぞれ前記第１電荷結合素子（ＣＣＤ）及び第２電荷結合素子（ＣＣＤ）によって提供された参照情報に基づいて波面位相歪みを補償する。好ましくは、第１、第３の変形可能なミラーは、上分岐経路によって提供された位相歪み情報に基づいて波面位相歪みを補償し、補償後のレーザ光が位相歪みのない状態に戻り；第２、第４の変形可能なミラーは、上分岐経路によって提供された位相歪み情報に基づいて波面位相を補正して、入射光に位相歪みに共役な位相共役光を生成させ、このビームが元の光路を通って測定ユニットに戻った時、大気乱流等の環境に起因する位相歪みが相殺され、ビームが位相歪みのない状態に戻る。

【0016】

好ましくは、第１Ｍ／Ｚ干渉計は、第２の５０：５０ビームスプリッタと、第３の５０：５０ビームスプリッタと、第５反射鏡と、第６反射鏡と、第１ダブプリズムと、第２ダブプリズムと、を備え、前記第２Ｍ／Ｚ干渉計は第４の５０：５０ビームスプリッタと、第５の５０：５０ビームスプリッタと、第７反射鏡と、第８反射鏡と、第３ダブプリズムと、第４ダブプリズムと、を備える。

【0017】

好ましくは、前記量子通信路は、自由空間通信路又は光ファイバ通信路である。

【0018】

前記測定ユニットは、ユーザー側Ａｌｉｃｅ及びユーザー側Ｂｏｂからの信号パルスを受信し、信号パルスに対し干渉測定を実行する時、前記測定ユニットの第１の５０：５０ビームスプリッタが光子状態の経路情報を消去し、光子状態を区別できないようにする。ＨＯＭ効果により、同じ光子状態が第１の５０：５０ビームスプリッタの同じ出力ポートから出力され、異なる光子状態が互いに独立して出力される。

【0019】

具体的に、測定ユニットの第１の５０：５０ビームスプリッタが干渉した後、前記信号パルスは第１の５０：５０ビームスプリッタの上下ポートから出力され、前記反射鏡によって反射され、第１Ｍ／Ｚ干渉計及び第２Ｍ／Ｚ干渉計に入る。

【0020】

第１干渉計を例にすると、入力光子に対する第１Ｍ／Ｚ干渉計の作用は、次のように示される。

【0021】

Ｍ／Ｚ干渉計の入力ポートに入射する光子状態が次式のようになっていると設定する。

【0022】

【0023】

【0024】

【0025】

【0026】

第３の５０：５０ビームスプリッタを通過した後光子状態は、次式のようになる。

【0027】

【0028】

【0029】

【0030】

【0031】

【0032】

最後にユーザー側Ａｌｉｃｅ及びユーザー側Ｂｏｂは、測定ユニットの応答状況に応じて、基底照合及び鍵ネゴシエーションなどのプロセスを経た後、同じ鍵をローカルに生成する。

【0033】

前記のリアルタイムトラッキング・補償のＯＡＭ測定装置無依存量子鍵配送システムに応用され、以下のステップを含むリアルタイムトラッキング・補償のＯＡＭ測定装置無依存量子鍵配送方法であって、
Ｓ１、測定ユニットは、ユーザー側Ａｌｉｃｅ及びユーザー側Ｂｏｂに強いレーザパルスを放射し、ユーザー側Ａｌｉｃｅ及びユーザー側Ｂｏｂがこのパルスを利用してクロック同期及び盗聴防止の監視を実行し、同時に入射ガウスパルスのスポット的分散度に基づいて大気乱流強度を推定し、大気乱流強度が閾値より低く、監視で盗聴がない場合、次のステップに進む通信路環境監視ステップ；

Ｓ３、測定ユニットは、測定操作を実行し、検出に成功したビットをアナウンスし、同時に測定結果をアナウンスし、ユーザー側Ａｌｉｃｅ及びユーザー側Ｂｏｂは上記のデータを留保し、その他のコードビットのデータを破棄するＢｅｌｌ測定ステップ；
Ｓ４、ユーザー側Ａｌｉｃｅ及びユーザー側Ｂｏｂは、公開通信路を介して基底照合し、同じ基底の下で準備されたビットを選択し、ビット反転をネゴシエートし、通信双方ビットの一致性を確保し、これらの操作を完了した後、留保したデータがオリジンキーとされる基底照合ステップ；
Ｓ５、ユーザー側Ａｌｉｃｅ及びユーザー側Ｂｏｂは、Ｘ基底下で得られたオリジンキーを利用して最終的な安全鍵を生成し、Ｙ基底下で得られたオリジンキーをテストビットとして、符号誤り率を検査し、符号誤り率が閾値よりも高い場合、盗聴があることを示し、今回の通信セッションを破棄し、破棄しない場合、残りのデータを留保して次のステップに進む符号誤り率推定ステップ；
Ｓ６、ユーザー側Ａｌｉｃｅ及びユーザー側Ｂｏｂは、古典的な公開通信路を利用してフィルタリング後のデータについて誤り訂正及び秘匿性増幅を実行し、データ調整を経た後、ユーザー側Ａｌｉｃｅ及びユーザー側Ｂｏｂが同じ安全鍵を持つ鍵ネゴシエーションステップ；
を含む方法。

【0034】

好ましくは、前記ビットエンコードをする時、ユーザー側Ａｌｉｃｅ及びユーザー側Ｂｏｂは、トポロジカルチャージが奇数及び偶数である軌道角運動量状態又は重ね合わせ状態をランダムに選択してエンコードし、任意の奇数次又は偶数次の軌道角運動量状態で一組の相互不偏基底を構成してエンコードする。

【発明の効果】

【0035】

従来技術と比較して、本発明の有利な効果としては、
１、本発明のリアルタイムトラッキング・補償のＯＡＭ測定装置無依存量子鍵配送システムのユーザー側は、２つの変形可能なミラー及びＣＣＤを使用して補償光学システムとして組み立て、大気乱流による位相歪みをリアルタイムトラッキング・監視し、大気乱流の程度を推定し、かつ歪んだ位相をリアルタイム補償でき、測定装置無依存量子鍵配送システムの干渉防止能力を向上する。

【0036】

２、本発明のリアルタイムトラッキング・補償のＯＡＭ測定装置無依存量子鍵配送システムでは、ユーザー双方のパルス信号が同じレーザからのものであり、それらのスペクトルモードが当然同じであり、干渉測定時極めて高い忠実度を有し、この光源を利用すると、リアルタイムの通信路監視を簡単に実現し、トロイの木馬の攻撃を防ぎ、クロック同期を容易にする。

【0037】

３、本発明のリアルタイムトラッキング・補償のＯＡＭ測定装置無依存量子鍵配送システム及び方法は、軌道角運動量（ＯＡＭ）を有する光子を情報キャリアとして利用し、基底の基準系に整列しない場合において、測定装置無依存量子鍵配送を実行し、鍵レートを高めることができ、かつ軌道角運動量状態は無限次元の特性を持つため、本発明に極めて強い拡張能力を持たせ、軌道角運動量の多重化／分離装置と簡単に組み合わせて通信路容量を増やすことができる。

【図面の簡単な説明】

【0038】

【図1】本発明の測定ユニットの構造ブロック図である。

【図2】本発明のユーザー側Ａｌｉｃｅの構造ブロック図である。

【図3】本発明のユーザー側Ｂｏｂの構造ブロック図である。

【図4】本発明のシステム動作原理図である。

【図5】本発明のシステム動作フローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0039】

以下に、図面を参照しつつ本発明の具体的実施形態をさらに説明する。

【0040】

図１乃至図３に示すように、リアルタイムトラッキング・補償のＯＡＭ測定装置無依存量子鍵配送システムは、ユーザー側Ａｌｉｃｅと、ユーザー側Ｂｏｂと、測定ユニットと、を備える。

【0041】

前記ユーザー側Ａｌｉｃｅ及びユーザー側Ｂｏｂは、量子通信路を介して測定ユニットと接続し、ここで、前記量子通信路が自由空間通信路又は光ファイバ通信路であり、本技術的手段は自由空間通信路を例として説明する。

【0042】

前記測定ユニットは、パルスレーザを利用して強いガウスパルスを生成し、偏光ビームスプリッタ及ビームスプリッタを介してガウスパルスをユーザー側に伝送し、ユーザー側が電荷結合素子（ＣＣＤ）及ビームスプリッタを利用して監視と同期を実行すると共に、変形可能なミラーを用いて歪んだ位相に対して位相歪み補償を実行し、強度変調器及び空間光変調器を利用して光子数が１未満で、軌道角運動量を有するおとり状態及び信号状態の光子をランダムに生成して、中央の測定ユニットに送信する。測定ユニットは、時分割多重の単一光子検出器を利用してユーザーから送信された光子状態を測定し、測定結果をアナウンスし、ユーザーが測定の応答状況に応じて、基底照合及び鍵ネゴシエーションなどのプロセスを経た後、同じ鍵をローカルに生成する。

【0043】

図１に示すように、前記測定ユニットは、第１望遠鏡システム３０１と、第２望遠鏡システム３０２と、第１の５０：５０ビームスプリッタ３０５と、第２の５０：５０ビームスプリッタ３２０と、第３の５０：５０ビームスプリッタ３２５と、第４の５０：５０ビームスプリッタ３３０と、第５の５０：５０ビームスプリッタ３３５と、第１偏光ビームスプリッタ３０６と、パルスレーザ３０７と、第１反射鏡３０３と、第２反射鏡３０４と、第３反射鏡３０８と、第４反射鏡３０９と、第１Ｍ／Ｚ干渉計と、第２Ｍ／Ｚ干渉計と、第１単一光子検出器３２６と、第２単一光子検出器３２７と、第３単一光子検出器３３６と、第４単一光子検出器３３７と、備える。前記第１望遠鏡システム３０１、第２望遠鏡システム３０２は、主にビームコリメーションに用いられ、第１偏光ビームスプリッタ３０６は水平偏光を透過し、垂直偏光を反射し、パルスレーザ３０７はポンプ光源としてポンプが基本モードのガウス光を生成するために用いられる。前記第１Ｍ／Ｚ干渉計３４０は、第２の５０：５０ビームスプリッタ３２０と、第３の５０：５０ビームスプリッタ３２５と、第５反射鏡３２１と、第６反射鏡３２３と、第１ダブプリズム３２４と、第２ダブプリズム３２２と、を備え、前記第２Ｍ／Ｚ干渉計３４１は第４の５０：５０ビームスプリッタ３３０と、第５の５０：５０ビームスプリッタ３３５と、第７反射鏡３３１と、第８反射鏡３３３と、第３ダブプリズム３３２と、第４ダブプリズム３３４と、を備え、

【0044】

図２に示すように、前記ユーザー側Ａｌｉｃｅは、第３望遠鏡システム１０１と、第１狭帯域フィルタ１０２と、第１ビームスプリッタ１０３と、第１電荷結合素子（ＣＣＤ）１０４と、第１遅延器１０５と、第２偏光ビームスプリッタ１０６と、第１変形可能なミラー１０７と、第２変形可能なミラー１１１と、第１半波長板１０８と、第１空間光変調器１０９と、第１強度変調器１１０と、を備える。

【0045】

図３に示すように、前記ユーザー側Ｂｏｂは、第４望遠鏡システム２０１と、第２狭帯域フィルタ２０２と、第２ビームスプリッタ２０３と、第２電荷結合素子（ＣＣＤ）２０４と、第２遅延器２０５と、第３偏光ビームスプリッタ２０６と、第３変形可能なミラー２０７と、第４変形可能なミラー２１１と、第２半波長板２０８と、第２空間光変調器２０９と、第２強度変調器２１０と、を備える。

【0046】

前記第３望遠鏡システム１０１及び第４望遠鏡システム２０１は、いずれもレーザパルスのサイズ及びレーザビームの遠視野発散角を制御するための２つの共焦点凸レンズを備え、前記第１狭帯域フィルタ１０２及び第２狭帯域フィルタ２０２は通信波帯以外の光を除去するために用いられ、前記第１ビームスプリッタ１０３及び第２ビームスプリッタ２０３は入射されたパルスレーザ光をそれぞれ強い上分岐経路及び弱い下分岐経路強弱という２つの経路に分割させ；前記第１電荷結合素子（ＣＣＤ）１０４及び第２電荷結合素子（ＣＣＤ）２０４は、レーザパルスの強度及び大気乱流による波面位相歪みをリアルタイム監視し、クロック同期及び下分岐経路の位相歪み補償に参照情報を提供するために用いられ、前記第２偏光ビームスプリッタ１０６及び第３偏光ビームスプリッタ２０６は水平偏光を透過し、垂直偏光を反射し、前記第１変形可能なミラー１０７、第２変形可能なミラー１１１、第３変形可能なミラー２０７及び第４変形可能なミラー２１１は波面補正器とも呼ばれ、位相歪みの参照情報に基づいて光波の波面伝送の光路又は伝送媒質の屈折率を変更して入射波の波面の位相構造を変更させることで、光波の波面の位相を補償する目的を達成し；前記第１半波長板１０８、第２半波長板２０８の主断面は、入射光の偏光面に対し４５度に配置されると、入射光の偏光方向を９０度回転することができ、前記第１空間光変調器１０９、第２空間光変調器２０９は純粋な位相反射型液晶空間光変調器であり、ビームの軌道角運動量を変調するための液晶分子の電気複屈折効果に基づくアクティブデジタル光学デバイスであり、前記第１強度変調器１１０、第２強度変調器２１０は異なる平均光子数の強度のおとり状態及び信号状態の光子を正確に生成できる。

【0047】

図４に示すように、量子通信の時、前記測定ユニットのパルスレーザ３０７が基本モードのガウスビームを放射し、まず第１偏光ビームスプリッタ３０６のフィルタリングを経て偏光モードが垂直偏光である基本モードのガウス光を第１の５０：５０ビームスプリッタ３０５に反射して２つに分割され、次に前記第１望遠鏡システム３０１、第２望遠鏡システム３０２によってコリメートされて、遠視野発散角を制御し、そして量子通信路を介して各々ユーザー側Ａｌｉｃｅ及びユーザー側Ｂｏｂに送信する。

【0048】

図２に示すように、前記ユーザー側Ａｌｉｃｅの第３望遠鏡システム１０１は、測定ユニットからのパルスレーザ光を受け取り、次に第１狭帯域フィルタ１０２、第２狭帯域フィルタ２０２によって通信波帯以外の光を除去してから第１ビームスプリッタ１０３を介して入射されたパルスレーザ光をそれぞれ強い上分岐経路及び弱い下分岐経路という強弱の２つの経路に分割させ、前記上分岐経路が第１電荷結合素子（ＣＣＤ）１０４に接続され、レーザパルスの強度及び大気乱流による波面位相歪みをリアルタイム監視し、クロック同期及び下分岐経路の位相歪み補償に参照情報を提供するために用いられ、前記下分岐経路がパルスを変調して位相情報をロードするために用いられ、第１遅延器１０５、第２偏光ビームスプリッタ１０６、第１変形可能なミラー１０７、第１半波長板１０８、第１空間光変調器１０９、第１強度変調器１１０及び第２変形可能なミラー１１１に順次接続される。下分岐経路に分離されたパルスレーザ光は、まず第１遅延器１０５に入り、一定の時間遅延の後第２偏光ビームスプリッタ１０６に入り、第２偏光ビームスプリッタ１０６がパルスレーザ光を第１変形可能なミラー１０７に反射し、第１変形可能なミラー１０７が上分岐経路によって提供された参照情報に基づいて波面位相歪みを補償し、補償後のパルスレーザ光が第１半波長板１０８に反射され、第１半波長板１０８は偏光状態を９０度回転させた後第１空間光変調器１０９に入り、第１空間光変調器１０９がパルスに対し軌道角運動量のエンコードを実行し；エンコードされたパルスは、第１強度変調器１１１を介して異なる平均光子数の強度の軌道角運動量の信号状態及びおとり状態に変調され、第２変形可能なミラー１１１によって位相補正され、第２偏光ビームスプリッタ１０６から透過し、第１遅延器１０５、第１ビームスプリッタ１０３及び第１狭帯域フィルタ１０２を通過して第３望遠鏡システム１０１に到達し、第３望遠鏡システム１０１は信号状態及びおとり状態をコリメートして測定ユニットに送信する。

【0049】

図３に示すように、前記ユーザー側Ｂｏｂの第４望遠鏡システム２０１は、測定ユニットからのパルスレーザ光を受け取り、次に第２狭帯域フィルタ２０２によって通信波帯以外の光を除去してから第２ビームスプリッタ２０３を介して入射されたパルスレーザ光をそれぞれ強い上分岐経路及び弱い下分岐経路という強弱の２つの経路に分割させ、前記上分岐経路が第２電荷結合素子（ＣＣＤ）２０４に接続され、レーザパルスの強度及び大気乱流による波面位相歪みをリアルタイム監視し、クロック同期及び下分岐経路の位相歪み補償に参照情報を提供するために用いられ、前記下分岐経路がパルスを変調して位相情報をロードするために用いられ、第２遅延器２０５、第３偏光ビームスプリッタ２０６、第３変形可能なミラー２０７、第２半波長板２０８、第２空間光変調器２０９、第２強度変調器２１０及び第４変形可能なミラー２１１に順次接続される。下分岐経路に分離されたパルスレーザ光は、まず第２遅延器２０５に入り、一定の時間遅延の後第３偏光ビームスプリッタ２０６に入り、第３偏光ビームスプリッタ２０６がパルスレーザ光を第３変形可能なミラー２０７に反射し、第３変形可能なミラー２０７が上分岐経路によって提供された参照情報に基づいて波面位相歪みを補償し、補償後のパルスレーザ光が第２半波長板２０８に反射され、第２半波長板２０８は偏光状態を９０度回転させた後第１空間光変調器２０９に入り、第１空間光変調器２０９がパルスに対し軌道角運動量のエンコードを実行し；エンコードされたパルスは、第２強度変調器２１０を介して異なる平均光子数の強度の軌道角運動量の信号状態及びおとり状態に変調され、第４変形可能なミラー２１１によって位相補正され、第３偏光ビームスプリッタ２０６から透過し、第２遅延器２０５、第２ビームスプリッタ２０３及び第２狭帯域フィルタ２０２を通過して第４望遠鏡システム２０１に到達し、第４望遠鏡システム２０１は信号状態及びおとり状態をコリメートして測定ユニットに送信する。

【0050】

【0051】

前記測定ユニットの第１望遠鏡システム３０１、第２望遠鏡システム３０２が各々ユーザー側Ａｌｉｃｅ及びユーザー側Ｂｏｂからの信号パルスを受信し、この信号パルスはまず前記第１反射鏡３０３、第２反射鏡３０４によって反射された後、第１の５０：５０ビームスプリッタ３０５で干渉する。第１の５０：５０ビームスプリッタ３０５が光子状態の経路情報を消去し、光子状態を区別できないようにする。ＨＯＭ効果により、同じ光子状態が第１の５０：５０ビームスプリッタ３０５の同じ出力ポートから出力され、異なる光子状態が互いに独立して出力される。

【0052】

前記信号パルスは、第１の５０：５０ビームスプリッタ３０５の上下ポートから出力され、前記第３反射鏡３０８、第４反射鏡３０９によって反射され、第１Ｍ／Ｚ干渉計３４０及び第２Ｍ／Ｚ干渉計３４１に入る。第１干渉計３４０を例にすると、入力光子に対する第１Ｍ／Ｚ干渉計３４０の作用は、次のように示される。

【0053】

Ｍ／Ｚ干渉計の入力ポートに入射する光子状態が次式のようになっていると設定する。

【0054】

【0055】

【0056】

【0057】

【0058】

第３の５０：５０ビームスプリッタ３２５を通過した後光子状態は、次式のようになる。

【0059】

【0060】

【0061】

前記Ｍ／Ｚ干渉計出力の状態は、最終的に単一光子検出器によって検出され、出力結果を応答する。具体的な測定ユニットの応答状況は、下表に示される。

【0062】

【0063】

【0064】

最後にユーザー側Ａｌｉｃｅ及びユーザー側Ｂｏｂは、測定ユニットの応答状況に応じて、基底照合及び鍵ネゴシエーションなどのプロセスを経た後、同じ鍵をローカルに生成する。

【0065】

図５に示すように、リアルタイムトラッキング・補償のＯＡＭ測定装置無依存量子鍵配送方法は、前記のリアルタイムトラッキング・補償のＯＡＭ測定装置無依存量子鍵配送システムに応用され、以下のステップＳ１～Ｓ６を含む：
通信路環境監視ステップＳ１：測定ユニットは、ユーザー側Ａｌｉｃｅ及びユーザー側Ｂｏｂに強いレーザパルスを放射し、ユーザー側Ａｌｉｃｅ及びユーザー側Ｂｏｂがこのパルスを利用してクロック同期及び盗聴防止の監視を実行し、同時に入射ガウスパルスのスポット的分散度に基づいて大気乱流強度を推定し、大気乱流強度が閾値より低く、監視で盗聴がない場合、次のステップに進み；

Ｂｅｌｌ測定ステップＳ３：測定ユニットは、測定操作を実行し、検出に成功したビットをアナウンスし、同時に測定結果をアナウンスし、ユーザー側Ａｌｉｃｅ及びユーザー側Ｂｏｂは上記のデータを留保し、その他のコードビットのデータを破棄し；
基底照合ステップＳ４：ユーザー側Ａｌｉｃｅ及びユーザー側Ｂｏｂは、公開通信路を介して基底照合し、同じ基底の下で準備されたビットを選択し、ビット反転をネゴシエートし、通信双方ビットの一致性を確保し、これらの操作を完了した後、留保したデータがオリジンキーとされ；
符号誤り率推定ステップＳ５：ユーザー側Ａｌｉｃｅ及びユーザー側Ｂｏｂは、Ｘ基底下で得られたオリジンキーを利用して最終的な安全鍵を生成し、Ｙ基底下で得られたオリジンキーをテストビットとして、符号誤り率を検査し、符号誤り率が閾値よりも高い場合、盗聴があることを示し、今回の通信セッションを破棄し、破棄しない場合、残りのデータを留保して次のステップに進み；
鍵ネゴシエーションステップＳ６：ユーザー側Ａｌｉｃｅ及びユーザー側Ｂｏｂは、古典的な公開通信路を利用してフィルタリング後のデータについて誤り訂正及び秘匿性増幅を実行し、データ調整を経た後、ユーザー側Ａｌｉｃｅ及びユーザー側Ｂｏｂが同じ安全鍵を持つ。

【0066】

以上の述べるものは、本出願の具体的実施形態のみであって、本出願の保護範囲に限定されることなく、本出願で開示されている技術範囲内の変更又は置換をなし得ることは本出願の保護範囲内に含めるものである。したがって、本出願の保護範囲は、特許請求の範囲の保護範囲を基準とする。上記の明細書の開示及び教示に基づいて当業者は、また上記実施形態を変更及び修正することができる。このため本発明は、上記で開示及び描写された具体的実施形態に限定されず、本発明に対するいくつかの修正及び変更も本発明の特許請求の範囲内に網羅されるべきである。なお本明細書では、いくつかの特定の用語を使用しているが、これらの用語は説明の便宜上のものであり、本発明を如何とも限定することを意図しない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】