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(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】2024-09-26
(45)【発行日】2024-10-04
(54)【発明の名称】量子暗号キー分配方法、装置及びシステム
(51)【国際特許分類】
H04L 9/12 20060101AFI20240927BHJP
H04B 10/70 20130101ALI20240927BHJP
【ＦＩ】
H04L9/12
H04B10/70
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2021574243
(86)(22)【出願日】2020-06-17
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-08-26
(86)【国際出願番号】 KR2020007846
(87)【国際公開番号】W WO2020256408
(87)【国際公開日】2020-12-24
【審査請求日】2023-05-22
(31)【優先権主張番号】10-2019-0071799
(32)【優先日】2019-06-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(31)【優先権主張番号】10-2019-0120521
(32)【優先日】2019-09-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】507302759
【氏名又は名称】ケーティー コーポレーション
(74)【代理人】
【識別番号】110001519
【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】シン、チョンファン
(72)【発明者】
【氏名】イ、キョン－ウン
(72)【発明者】
【氏名】イ、ミン ソ
【審査官】平井 誠
(56)【参考文献】
【文献】特開２００７－２５１６７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－０５００７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－２５５２６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００７－５２６７２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１９１４９６（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０４Ｌ ９／００－４０
Ｈ０４Ｂ １０／７０
Ｇ０９Ｃ １／００－５／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
送信機（１１０）及び受信機（１２０）に対して量子暗号キーを分配する量子暗号キー分配システム（１００）であって、光信号を第１経路（Ｐ１）を通過する第１光信号と、前記第１経路（Ｐ１）よりも長い第２経路（Ｐ２）を通過する第２光信号とに分割して順次に伝送する送信機（１１０）と、
量子チャネル（１３０）を通じて入射した前記第１光信号及び前記第２光信号を、偏光従属素子（１２３）を経てファラデーミラー（１２４）で反射させ、再び前記偏光従属素子（１２３）を経て前記量子チャネル（１３０）を通じて前記送信機（１１０）に伝送する受信機（１２０）とを含み、
前記送信機（１１０）において前記第１経路（Ｐ１）の長さ（ＬＰ１）と前記第２経路（Ｐ２）の長さ（ＬＰ２）との差（ｄＬ＝ＬＰ２－ＬＰ１）は、前記偏光従属素子（１２３）と前記ファラデーミラー（１２４）との間の距離（＝Ｄ）の２倍より大きいか等しい値（ｄＬ≧２Ｄ）を有することを特徴とする、量子暗号キー分配システム（１００）。
【請求項2】
前記送信機（１１０）は、光信号を生成する光源（１１１）と、
前記光信号を前記第１光信号と前記第２光信号とに分割し、前記第１光信号を前記第１経路（Ｐ１）として出力し、前記第２光信号を前記第２経路（Ｐ２）として出力するビームスプリッター（１１３）とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の量子暗号キー分配システム。
【請求項3】
前記第２経路（Ｐ２）には、前記第２光信号の進行経路を延長させる遅延ライン１１５が備えられることを特徴とする、請求項２に記載の量子暗号キー分配システム。
【請求項4】
前記送信機（１１０）には偏光ビームスプリッター（１１６）が備えられ、前記第１経路（Ｐ１）を通じて進行した前記第１光信号を第１偏光として偏光させ、前記第２経路（Ｐ２）を通じて進行した前記第２光信号を前記第１偏光と垂直な第２偏光として偏光させることを特徴とする、請求項１に記載の量子暗号キー分配システム。
【請求項5】
前記偏光ビームスプリッター（１１６）では、前記受信機（１２０）から伝送された前記第１光信号を前記第２経路（Ｐ２）に進行させ、前記第２光信号を前記第１経路（Ｐ１）に進行させることを特徴とする、請求項４に記載の量子暗号キー分配システム。
【請求項6】
前記受信機（１２０）において、前記第１光信号又は前記第２光信号が前記偏光従属素子（１２３）を経て前記ファラデーミラー（１２４）から反射されて再び前記偏光従属素子（１２３）を経る間に、
前記偏光従属素子（１２３）の動作を制御するための制御信号として１回の連続した制御信号が印加されることを特徴とする、請求項１に記載の量子暗号キー分配システム。
【請求項7】
前記受信機（１２０）には、前記偏光従属素子（１２３）が複数個備えられ、前記第１経路（Ｐ１）の長さ（ＬＰ１）と前記第２経路（Ｐ２）の長さ（ＬＰ２）との差（ｄＬ＝ＬＰ２－ＬＰ１）は、複数の前記偏光従属素子（１２３）のうち、前記ファラデーミラー（１２４）から遠くに位置するものと前記ファラデーミラー（１２４）との間の距離（＝Ｄ）の２倍より大きいか等しい値（ｄＬ≧２Ｄ）を有することを特徴とする、請求項１に記載の量子暗号キー分配システム（１００）。
【請求項8】
複数の前記偏光従属素子（１２３）として第１位相変調器（１２３ａ）及び光強度変調器（１２３ｂ）が含まれ、
前記第１位相変調器（１２３ａ）は前記第２光信号に対してのみ位相を変調することを特徴とする、請求項７に記載の量子暗号キー分配システム。
【請求項9】
複数の前記偏光従属素子（１２３）として第１位相変調器（１２３ａ）及び光強度変調器（１２３ｂ）が含まれ、前記光強度変調器（１２３ｂ）は、前記第１光信号と前記第２光信号に対して光強度を変調することを特徴とする、請求項７に記載の量子暗号キー分配システム。
【請求項10】
量子暗号キー分配システム（１００）に備えられて受信機（１２０）と量子暗号キーを分配する送信機（１１０）であって、光信号を生成する光源（１１１）と、
前記光信号を第１光信号と第２光信号とに分割し、前記第１光信号を第１経路（Ｐ１）に出力し、前記第２光信号を第２経路（Ｐ２）に出力するビームスプリッター（１１３）と、
前記第２経路（Ｐ２）に備えられて前記第２光信号の進行経路を延長させる遅延ライン（１１５）とを含み、
前記第１経路（Ｐ１）の長さ（ＬＰ１）と前記第２経路（Ｐ２）の長さ（ＬＰ２）との差（ｄＬ＝ＬＰ２－ＬＰ１）は、前記受信機（１２０）に備えられる偏光従属素子（１２３）とファラデーミラー（１２４）との間の距離（＝Ｄ）の２倍より大きいか等しい値（ｄＬ≧２Ｄ）を有することを特徴とする、送信機（１１０）。
【請求項11】
量子暗号キー分配システム（１００）に備えられて送信機（１１０）と量子暗号キーを分配する受信機（１２０）であって、光信号の偏光によって動作特性が変わる偏光従属素子（１２３）と、
入射した光信号の偏光を９０度回転させて反射させるファラデーミラー（１２４）とを含み、
前記送信機（１１０）で生成された光信号が第１経路（Ｐ１）を通過する第１光信号と、前記第１経路（Ｐ１）よりも長い第２経路（Ｐ２）を通過する第２光信号とに分割されて順次に伝送されると、量子チャネル（１３０）を通じて入射した前記第１光信号及び前記第２光信号を前記偏光従属素子（１２３）を経て前記ファラデーミラー（１２４）で反射させ、再び前記偏光従属素子（１２３）を経て前記量子チャネル（１３０）を通じて前記送信機（１１０）に伝送し、
前記送信機（１１０）において前記第１経路（Ｐ１）の長さ（ＬＰ１）と前記第２経路（Ｐ２）の長さ（ＬＰ２）との差（ｄＬ＝ＬＰ２－ＬＰ１）は、前記偏光従属素子（１２３）と前記ファラデーミラー（１２４）との間の距離（＝Ｄ）の２倍より大きいか等しい値（ｄＬ≧２Ｄ）を有することを特徴とする、受信機（１２０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、量子暗号キー分配方法、装置及びシステムに関し、より具体的には、量子暗号キー分配システムの受信機に備えられる偏光従属素子を、連続する１回の制御信号で制御して偏光非従属的に駆動させることができる量子暗号キー分配方法、装置及びシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、個人又は国家間に傍受・盗聴による被害事例が相次ぐ中、保安への関心が大きく増加している。しかし、従来技術に係る保安通信は、外部攻撃によって通信内容が露出されるような相当な危険性を持っており、これを補完するための次世代保安技術として、理論的に非常に高い保安性を保障できる量子暗号通信が脚光を浴びている。
【0003】
これと関連して、量子暗号通信技術のうち、量子暗号キー分配に関する研究も活発に行われている。量子暗号キー分配（Ｑｕａｎｔｕｍ ｋｅｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ＱＫＤ）技術は、光子の量子力学的性質を用いて遠隔地のユーザ間に暗号キーを分配し共有する技術である。このとき、量子力学的性質により、攻撃子がユーザ間に分配されている暗号キー情報を取得しようと試みる場合、前記暗号キー情報が変質することがあり、これによって、暗号キーをやり取りするユーザたちにとって攻撃者の存在が感知できる。
【0004】
より具体的に、量子暗号キー分配（ＱＫＤ）技術では、量子状態を用いて暗号キーを分配するために、量子特性を持っている単一光子（又は、単一光子と類似のレベルの類似単一光子（ｑｕａｓｉ－ｓｉｎｇｌｅ ｐｈｏｔｏｎ））を用いて情報を伝達し、光子の持っている様々な量子特性のうち偏光、位相などを用いて、盗聴から安全に暗号キーを共有する。
【0005】
このため、量子暗号キー分配（ＱＫＤ）システムは様々な光素子で構成されており、このとき、前記量子暗号キー分配（ＱＫＤ）システムを構成する様々な光素子は、一般に偏光に従属的な動作特性を有する。このため、量子暗号キー分配（ＱＫＤ）システムで発生する光子における偏光の変化は、量子暗号キー分配（ＱＫＤ）システムの性能に相当な影響を与えることになる。
【0006】
例えば、位相を用いて暗号キーを分配する量子暗号キー分配（ＱＫＤ）システムでは、一般に、光子に暗号キー情報を乗せるために位相変調器（Ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ，ＰＭ）を使用する場合が多く、通常、位相変調器（ＰＭ）は、光子の偏光状態によって位相変調特性が変わる偏光従属特性を有する。
【0007】
すなわち、前記位相変調器（ＰＭ）は、光子の位相を電圧又は電流を用いて制御する素子であり、偏光従属特性により、入力される偏光に従って位相制御値が変わる。このため、位相変調器（ＰＭ）に入力される光子の偏光が変わる場合、正確な位相制御が難しくなり、しかも、位相変調器（ＰＭ）を用いて暗号キーを生成／分配する量子暗号キー分配（ＱＫＤ）システムにおいて偏光による位相誤差により、暗号キーの適切な生成／分配が困難となる。
【0008】
また、量子暗号キー分配（ＱＫＤ）システムにおいて攻撃者の存在を感知するために用いられるおとりデータ（Ｄｅｃｏｙ ｓｔａｔｅ）を生成するために用いられる光強度変調器（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ，ＩＭ）も一般に、偏光に従属的な特性を示す。これにより、光強度変調器（ＩＭ）に入射する光子の偏光が変化する場合、光強度変調器（ＩＭ）は正確なおとりデータ（Ｄｅｃｏｙ ｓｔａｔｅ）が生成し難く、これは量子暗号キー分配（ＱＫＤ）システムの安定した動作を制限する要素となる。
【0009】
これにより、単方向（１－ｗａｙ）量子暗号キー分配（ＱＫＤ）システム（すなわち、送信機で単一光子を生成し、受信機で単一光子を検出する構造）では、一般に、偏光従属的な素子の特性を制御するために、送信機及び受信機の両方に対して偏光を適切に保持できる光回線及び素子でシステムを構成し、さらに、量子チャネル（単一光子が伝送される光回線）で発生する偏光歪みを補正するために、受信機には別個の偏光補正機能が備えられる。
【0010】
一方、両方向（２－ｗａｙ）方式の量子暗号キー分配（ＱＫＤ）システム（送信機で単一光子を生成して送出した後、受信機から反射された光子を前記送信機で検出する構造）では、一般に、量子チャネルで発生する偏光歪みを補正するために、送信機で生成した光信号が受信機に伝達された後、同一回線を通じて再び送信機に伝達される形態で構成されている。これにより、送信機から受信機に伝達される過程で発生した偏光歪みは、同一回線を通じて受信機から送信機に伝達される過程を経ながら、最初に送信機で発生した偏光と同じ偏光に補正される。
【0011】
これにより、両方向（２－ｗａｙ）方式の量子暗号キー分配（ＱＫＤ）システムでは、同一光回線の使用による偏光補正によって、送信機に位置している干渉計の安定した作動を保障することができるが、受信機では、送信機から受けた光信号を用いて暗号キー情報を光信号の位相に符号化した単一光子を生成するためにそれぞれ位相変調器（ＰＭ）と光強度変調器（ＩＭ）を使用する際に、前記偏光による誤差を補正しなければならないという問題が残る。
【0012】
これに関して、一般に、両方向（２－ｗａｙ）方式において、受信機は、偏光の歪みを制御するために、入力される光信号の偏光が歪む程度に比例して誤差が発生する素子を使用するとき、受信機に入る光信号と出る光信号に対して２回反復して制御を行うことによって偏光従属素子における偏光による誤差を補正する方法が用いられている。
【0013】
しかしながら、上記のような従来の技術は、高速で動作する２回の制御信号を生成しなければならなく、入る光信号と出る光信号とが重ならない時点において高速で偏光従属素子に対する２回の制御を行わなければならないという不具合があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために創案されたものであり、量子暗号キー分配システムにおいて、両方向（２－ｗａｙ）構造のように光信号が同一光回線を往復する量子暗号キー分配（ＱＫＤ）システムにおいて偏光従属素子を用いて装置を構成する場合、連続した１回の制御信号で偏光従属素子に対する制御を行って偏光従属特性による誤りを補正することができる量子暗号キー分配方法、装置及びシステムを提供することを目的とする。
【0015】
その他、本発明の細部的な目的は、後述する具体的な内容から、この技術分野における専門家や研究者にとって明らかに把握され理解されるであろう。
【課題を解決するための手段】
【0016】
本発明の一実施例による量子暗号キー分配システム（１００）は、送信機（１１０）及び受信機（１２０）に対して量子暗号キーを分配する量子暗号キー分配システム（１００）であって、光信号を第１経路（Ｐ１）を通過する第１光信号と、前記第１経路（Ｐ１）よりも長い第２経路（Ｐ２）を通過する第２光信号とに分割して順次に伝送する送信機（１１０）と、前記量子チャネル（１３０）を通じて入射した前記第１光信号及び前記第２光信号を、偏光従属素子（１２３）を経てファラデーミラー（１２４）で反射させ、再び前記偏光従属素子（１２３）を経て前記量子チャネル（１３０）を通じて前記送信機（１１０）に伝送する受信機（１２０）とを含み、前記送信機（１１０）において前記第１経路（Ｐ１）の長さ（ＬＰ１）と前記第２経路（Ｐ２）の長さ（ＬＰ２）との差（ｄＬ＝ＬＰ２－ＬＰ１）は、前記偏光従属素子（１２３）と前記ファラデーミラー（１２４）との間の距離（＝Ｄ）の２倍より大きいか等しい値（ｄＬ≧２Ｄ）を有することを特徴とする。
【0017】
このとき、前記送信機（１１０）は、光信号を生成する光源（１１１）と、前記光信号を前記第１光信号と前記第２光信号とに分割し、前記第１光信号を前記第１経路（Ｐ１）に出力し、前記第２光信号を前記第２経路（Ｐ２）に出力するビームスプリッター（１１３）とを含むことができる。
【0018】
ここで、前記第２経路（Ｐ２）には、前記第２光信号の進行経路を延長させる遅延ライン１１５が備えられてよい。
【0019】
また、前記送信機（１１０）には偏光ビームスプリッター（１１６）が備えられ、前記第１経路（Ｐ１）を通じて進行した前記第１光信号を第１偏光として偏光させ、前記第２経路（Ｐ２）を通じて進行した前記第２光信号を前記第１偏光と垂直な第２偏光として偏光させることができる。
【0020】
ここで、前記偏光ビームスプリッター（１１６）では、前記受信機（１２０）から伝送された前記第１光信号を前記第２経路（Ｐ２）に進行させ、前記第２光信号を前記第１経路（Ｐ１）に進行させることができる。
【0021】
また、前記受信機（１２０）において、前記第１光信号又は前記第２光信号が前記偏光従属素子（１２３）を経て前記ファラデーミラー（１２４）から反射されて再び前記偏光従属素子（１２３）を経る間に、前記偏光従属素子（１２３）の動作を制御するための制御信号として１回の連続した制御信号が印加されてよい。
【0022】
また、前記受信機（１２０）には前記偏光従属素子（１２３）が複数個備えられ、前記第１経路（Ｐ１）の長さ（ＬＰ１）と前記第２経路（Ｐ２）の長さ（ＬＰ２）との差（ｄＬ＝ＬＰ２－ＬＰ１）は、前記複数の偏光従属素子（１２３）のうち、前記ファラデーミラー（１２４）から遠くに位置するものと前記ファラデーミラー（１２４）との間の距離（＝Ｄ）の２倍より大きいか等しい値（ｄＬ≧２Ｄ）を有することができる。
【0023】
ここで、前記複数の偏光従属素子（１２３）として第１位相変調器（１２３ａ）及び光強度変調器（１２３ｂ）が含まれ、前記第１位相変調器（１２３ａ）は、前記第２光信号に対してのみ位相を変調することができる。
【0024】
また、前記複数の偏光従属素子（１２３）として第１位相変調器（１２３ａ）及び光強度変調器（１２３ｂ）が含まれ、前記光強度変調器（１２３ｂ）は、前記第１光信号及び前記第２光信号に対して光強度を変調することができる。
【0025】
また、本発明の他の実施例による送信機（１１０）は、量子暗号キー分配システム（１００）に備えられて受信機（１２０）と量子暗号キーを分配する送信機（１１０）であって、光信号を生成する光源（１１１）と、前記光信号を第１光信号と第２光信号とに分割し、前記第１光信号を前記第１経路（Ｐ１）として出力し、前記第２光信号を前記第２経路（Ｐ２）として出力するビームスプリッター（１１３）と、前記第２経路（Ｐ２）に備えられて前記第２光信号の進行経路を延長させる遅延ライン（１１５）とを含み、前記第１経路（Ｐ１）の長さ（ＬＰ１）と前記第２経路（Ｐ２）の長さ（ＬＰ２）との差（ｄＬ＝ＬＰ２－ＬＰ１）は、前記受信機（１２０）に備えられる偏光従属素子（１２３）と前記ファラデーミラー（１２４）との間の距離（＝Ｄ）の２倍より大きいか等しい値（ｄＬ≧２Ｄ）を有することを特徴とする。
【0026】
また、本発明のさらに他の実施例に係る受信機（１２０）は、量子暗号キー分配システム（１００）に備えられて送信機（１１０）と量子暗号キーを分配する受信機（１２０）であって、光信号の偏光によって動作特性が変わる偏光従属素子（１２３）と、入射した光信号の偏光を９０度回転させて反射させるファラデーミラー（１２４）とを備え、前記送信機（１１０）で生成された光信号が第１経路（Ｐ１）を通過する第１光信号と、前記第１経路（Ｐ１）よりも長い第２経路（Ｐ２）を通過する第２光信号とに分割されて順次に伝送されると、量子チャネル（１３０）を通じて入射した前記第１光信号及び前記第２光信号を前記偏光従属素子（１２３）を経て前記ファラデーミラー（１２４）で反射させ、再び前記偏光従属素子（１２３）を経て前記量子チャネル（１３０）を通じて前記送信機（１１０）に伝送し、前記送信機（１１０）において前記第１経路（Ｐ１）の長さ（ＬＰ１）と前記第２経路（Ｐ２）の長さ（ＬＰ２）との差（ｄＬ＝ＬＰ２－ＬＰ１）は、前記偏光従属素子（１２３）と前記ファラデーミラー（１２４）との間の距離（＝Ｄ）の２倍より大きいか等しい値（ｄＬ≧２Ｄ）を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【0027】
本発明の一実施例による量子暗号キー分配方法、装置及びシステムでは、両方向（２－ｗａｙ）構造のように光信号が同一光回線を往復する量子暗号キー分配（ＱＫＤ）システムにおいて偏光従属素子を用いて装置を構成する場合、連続した１回の制御信号で偏光従属素子に対する制御を行い、偏光従属特性による誤りを補正することが可能になる。
【0028】
すなわち、本発明は、量子物理の現象を用いて暗号キーを分配する量子暗号キー分配手法のうち両方向（２－ｗａｙ）方式（又は、プラグアンドプレイ（Ｐｌｕｇ ａｎｄ Ｐｌａｙ）方式）のように暗号キー生成に用いられる光信号が同一光回線を２回以上往復する場合、量子暗号キー分配（ＱＫＤ）システムにおいて用いられる偏光従属素子に対して装置の内部及び外部の光伝送区間で発生する偏光歪むに影響を受けないように偏光従属素子を制御することができる。
【0029】
これにより、本発明では、偏光従属素子を用いて両方向（２－ｗａｙ）手法のように同一光回線を２回以上往復する量子暗号キー分配（ＱＫＤ）システムを構成するとき、偏光の歪みに関係なく光信号を制御することが可能になる。
【0030】
より具体的に、本発明によれば、量子暗号キー分配（ＱＫＤ）システムにおいて受信機１２０で位相変調器（ＰＭ）及び光強度変調器（ＩＭ）のような偏光従属素子を制御する際、連続した１回の制御信号で偏光非従属的に制御することが可能になる。
【0031】
本発明に関する理解を助けるために詳細な説明の一部として含まれる添付の図面は、本発明に係る実施例を提供し、詳細な説明と共に本発明の技術的思想を説明する。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】本発明の一実施例による量子暗号キー分配システム（１００）を説明するための構成図である。
【図2】本発明の一実施例による量子暗号キー分配システム（１００）を説明するための構成図である。
【図3】本発明の一実施例による量子暗号キー分配システム（１００）の具体的な構成を説明するための図である。
【図4A】本発明の一実施例による量子暗号キー分配システム（１００）において偏光従属素子を制御する制御信号を説明するためのグラフである。
【図4B】本発明の一実施例による量子暗号キー分配システム（１００）において偏光従属素子を制御する制御信号を説明するためのグラフである。
【図5】本発明の一実施例による量子暗号キー分配システム（１００）において受信機（１２０）の偏光従属素子（１２３）の配置構造を例示する図である。
【図6】本発明の一実施例による量子暗号キー分配システム（１００）における送信機（１１０）及び受信機（１２０）を例示する構成図である。
【図7】本発明の一実施例による量子暗号キー分配システム（１００）における送信機（１１０）及び受信機（１２０）を例示する構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0033】
本発明は、様々な変換を加えることができ、様々な実施例を有することができるところ、以下では特定実施例を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【0034】
以下の実施例は、本明細書で記述された方法、装置及び／又はシステムに対する包括的な理解を助けるために提供される。ただし、これは例示に過ぎず、本発明を制限するものではない。
【0035】
本発明の実施例を説明するとき、本発明に関連した公知技術についての具体的な説明が本発明の要旨を却って曖昧にし得ると判断される場合には、その詳細な説明を省略するものとする。そして、後述される用語は、本発明における機能を考慮して定義された用語であり、それらはユーザ、運用者の意図又は慣例などによって変わってもよい。したがって、その定義は本明細書全般にわたる内容に基づいて下されるべきであろう。詳細な説明で使われる用語は、単に本発明の実施例を記述するためのものであり、決して制限的であってはならない。特に断りのない限り、単数形態の表現は複数形態の意味も含む。本説明において、“含む”又は“備える”のような表現は、ある特性、数字、段階、動作、要素、これらの一部又は組合せを指すためのものであり、記述された以外の一つ又はそれ以上の他の特性、数字、段階、動作、要素、これらの一部又は組合せの存在又は可能性を排除するものとして解釈されてはならない。
【0036】
また、第１、第２などの用語は様々な構成要素を説明するために使用できるが、これらの構成要素は前記用語によって限定されるものではなく、これらの用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ使用される。
【0037】
以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
【0038】
図１には、本発明の一実施例による量子暗号キー分配システム１００の構成図が例示されている。
【0039】
図１に見られるように、本発明の一実施例による量子暗号キー分配システム１００は、送信機１１０、受信機１２０及び量子チャネル１３０を含んで構成されてよく、前記送信機１１０と前記受信機１２０とは、前記量子チャネル１３０を通じて光信号をやり取りしながら量子暗号キーを生成し共有する。
【0040】
このとき、前記送信機１１０及び前記受信機１２０はサーバーであるか、前記サーバーに接続するクライアント又は端末装置であってもよく、又はゲートウェイ、ルータなどの通信用装備であるか、ひいては移動性を有する携帯型装置であってもよく、その他にも、量子暗号キーを生成し共有して通信を行うことができる様々な装置を用いて構成されてもよい。
【0041】
また、前記量子チャネル１３０は、前記送信機１１０と前記受信機１２０との間に備えられて光信号を伝達する。前記量子チャネル１３０は、光ファイバ（ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ）を用いて構成されてよいが、本発明は必ずしもこれに限定されず、その他にも光信号を伝達できる媒体であればいずれも前記量子チャネル１３０を構成するのに用いられてよい。
【0042】
これにより、前記送信機１１０と前記受信機１２０は、ＢＢ８４プロトコルなどの様々なプロトコルを用いて、前記光信号の位相、偏光などを用いて量子暗号キーを生成するのに必要な情報を交換し、量子暗号キーを生成して共有し、攻撃者１４０の量子暗号キーの奪取及びハッキングの試みを効果的に防止することができる。
【0043】
さらに、量子暗号通信システムでは、前記量子暗号キー分配システム１００で生成された量子暗号キーを用いて暗号化及び復号化を行いながら通信を行うことにより、通信システムの保安性を強化させることができる。
【0044】
また、図２では、本発明の一実施例による量子暗号キー分配システム１００のブロック図を例示している。図２に見られるように、本発明の一実施例による量子暗号キー分配システム１００は、送信機１１０と受信機１２０に対して量子暗号キーを分配する量子暗号キー分配システム１００であって、光信号を、第１経路（Ｐ１）を通過する第１光信号と、前記第１経路（Ｐ１）よりも長い第２経路（Ｐ２）を通過する第２光信号とに分割して順次に伝送する送信機１１０、及び前記量子チャネル１３０を通じて入射した前記第１光信号及び前記第２光信号を、偏光従属素子１２３を経てファラデーミラー１２４で反射させ、再び前記偏光従属素子１２３を経て前記量子チャネル１３０を通じて前記送信機１１０に伝送する受信機１２０を含んで構成されてよい。
【0045】
このとき、本発明の一実施例による量子暗号キー分配システム１００では、前記送信機１１０において前記第１経路（Ｐ１）の長さ（ＬＰ１）と前記第２経路（Ｐ２）の長さ（ＬＰ２）との差（ｄＬ＝ＬＰ２－ＬＰ１）が、前記偏光従属素子１２３と前記ファラデーミラー１２４との間の距離（＝Ｄ）の２倍より大きいか等しい値（ｄＬ≧２Ｄ）を有することを特徴とする。
【0046】
これにより、本発明の一実施例による量子暗号キー分配方法、装置及びシステムでは、両方向（２－ｗａｙ）構造のように光信号が同一光回線を往復する量子暗号キー分配システム１００において偏光従属素子１２３を用いて受信機１２０などの装置を構成する場合、不連続する制御信号で２回以上制御を行う必要無しで、連続した１回の制御信号で偏光従属素子１２３に対する制御を行い、偏光従属特性による誤りを補正することができる。
【0047】
より具体的に、図３を参照して、本発明の一実施例による量子暗号キー分配システム１００をさらに詳しく説明する。
【0048】
まず、図３に見られるように、前記送信機１１０は、光信号を生成する光源１１１、及び該光信号を前記第１光信号と前記第２光信号とに分割し、前記第１光信号を前記第１経路（Ｐ１）に出力し、前記第２光信号を前記第２経路（Ｐ２）に出力するビームスプリッター（Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ，ＢＳ）１１３を含んで構成されてよい。
【0049】
さらに、前記第２経路（Ｐ２）には、前記第２光信号の進行経路を延長させる遅延ライン（Ｄｅｌａｙ Ｌｉｎｅ，ＤＬ）１１５が備えられてよい。
【0050】
また、図３に見られるように、前記送信機１１０には偏光ビームスプリッター（Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ，ＰＢＳ）１１６が備えられ、前記第１経路（Ｐ１）を通じて進行した前記第１光信号を、第１偏光として偏光させ、前記第２経路（Ｐ２）を通じて進行した前記第２光信号を、前記第１偏光と垂直な第２偏光として偏光させることができる。
【0051】
このとき、前記偏光ビームスプリッター１１６では、前記受信機１２０から伝送された前記第１光信号を前記第２経路（Ｐ２）に進行させ、前記第２光信号を前記第１経路（Ｐ１）に進行させることができる。
【0052】
また、図３に見られるように、前記受信機１２０では、前記第１光信号又は前記第２光信号が第１位相変調器１２３ａ、光強度変調器１２３ｂなどの偏光従属素子１２３を経て前記ファラデーミラー（Ｆａｒａｄａｙ Ｍｉｒｒｏｒ，ＦＭ）１２４から反射されて再び前記偏光従属素子１２３を通る間に、前記偏光従属素子１２３の動作を制御するための制御信号として１回の連続した制御信号が印加されてよい。
【0053】
また、図３に見られるように、前記受信機１２０には前記偏光従属素子１２３が複数個備えられてよく、このとき、前記第１経路（Ｐ１）の長さ（ＬＰ１）と前記第２経路（Ｐ２）の長さ（ＬＰ２）との差（ｄＬ＝ＬＰ２－ＬＰ１）は、前記複数の偏光従属素子１２３のうち、前記ファラデーミラー１２４から遠くに位置するもの（例えば、図３において第１位相変調器１２３ａ）と前記ファラデーミラー１２４との間の距離（＝Ｄ）の２倍より大きいか等しい値（ｄＬ≧２Ｄ）を有することができる。
【0054】
さらに、前記受信機１２０には、前記複数の偏光従属素子１２３として第１位相変調器１２３ａ及び光強度変調器１２３ｂが含まれてよく、このとき、前記第１位相変調器１２３ａは前記第２光信号に対してのみ位相を変調することができる。
【0055】
また、図３を参照して、第２位相変調器（ＰＭＢ）１１４が第１経路（Ｐ１）に位置する場合には、前記受信機１２０において第１位相変調器１２３ａは前記第１光信号に対してのみ位相を変調することができる。
【0056】
また、前記受信機１２０には、前記複数の偏光従属素子１２３として第１位相変調器１２３ａ及び光強度変調器１２３ｂが含まれてよく、このとき、前記光強度変調器１２３ｂは前記第１光信号及び前記第２光信号に対して光強度を変調することができる。
【0057】
以下、図３を参照して、本発明の一実施例による量子暗号キー分配方法、装置及びシステム１００を各構成要素別に分けてその動作をより詳しく説明する。
【0058】
まず、図３に見られるように、本発明の一実施例による送信機１１０において、レーザー（Ｌａｓｅｒ）生成装置などの光源１１１で生成された光信号は、サーキュレーター（Ｃｉｒｃｕｌａｔｏｒ，ＣＩＲ）１１２を経てビームスプリッター（ＢＳ）１１３に入力されてよい。
【0059】
次いで、前記ビームスプリッター１１３は、入力された光信号を第１光信号と第２光信号とに分割し、前記第１光信号は、短い経路を有する第１経路（Ｐ１）に伝送し（図３の丸付き数字３）、前記第２光信号は、遅延ライン（ＤＬ）を備えている第２経路（Ｐ２）に伝送する（図３の丸付き数字２）。
【0060】
次いで、前記第１光信号と前記第２光信号はさらに偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）１１６を経て量子チャネル１３０に入力される。
【0061】
このとき、前記第１経路（Ｐ１）の長さ（ＬＰ１）と、前記遅延ライン１１５を備えている第２経路（Ｐ２）の長さ（ＬＰ２）との差により、前記第２経路（Ｐ２）を通った第２光信号は、前記第２経路（Ｐ２）の長さ（ＬＰ２）と前記第１経路（Ｐ１）の長さ（ＬＰ１）との差（ｄＬ＝ＬＰ２－ＬＰ１）だけの間隔をもって量子チャネル１３０に出力される。
【0062】
また、このとき、前記偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）１１６により、前記第１経路（Ｐ１）を通った第１光信号の出力は垂直（Ｖｅｒｔｉｃａｌ，Ｖ）偏光を有することができ、前記第２経路（Ｐ２）を通った第２光信号の出力は、前記第１光信号の偏光と垂直な水平（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ，Ｈ）偏光を有することができる。
【0063】
次いで、前記量子チャネル１３０を通じて受信機１２０に到達した第１光信号及び第２光信号は、前記量子チャネル１３０を通りながらそれぞれ任意の偏光Ｖ’及びＨ’に歪んでしまう。また、前記受信機１２０に入力された第１光信号及び第２光信号は、ストレージライン（Ｓｔｏｒａｇｅ ｌｉｎｅ，ＳＬ）、第１位相変調器（ＰＭＡ）１２３ａ、光強度変調器（ＩＭ）１２３ｂを経てファラデーミラー（Ｆａｒａｄａｙ Ｍｉｒｒｏｒ，ＦＭ）１２４に到達する。
【0064】
これにより、前記ファラデーミラー（ＦＭ）１２４では、入射する第１光信号及び第２光信号の偏光をそれぞれ９０度回転して反射させるので、先に入射した第１光信号の偏光Ｖ’はＨ’に、後続して入射する第２光信号の偏光はＨ’からＶ’に変更して反射される。
【0065】
次いで、前記ファラデーミラー（ＦＭ）１２４から反射された第１光信号及び第２光信号は、前記光強度変調器（ＩＭ）１２３ｂ及び第１位相変調器（ＰＭＡ）１２３ａに入力される。これにより、前記光強度変調器（ＩＭ）１２３ｂは、おとりデータ（Ｄｅｃｏｙ ｓｔａｔｅ）を生成するために光信号の大きさを調節する。
【0066】
このとき、前記光強度変調器（ＩＭ）１２３ｂは、おとりデータ（Ｄｅｃｏｙ ｓｔａｔｅ）を生成するために、前記第１光信号及び第２光信号の両方に対して光強度を変調することができる。
【0067】
また、前記第１位相変調器（ＰＭＡ）１２３ａは、暗号キー生成のために、入射した光信号のうち第２光信号に対してのみ位相を変更することができる。これにより、前記第１位相変調器（ＰＭＡ）１２３ａを通った第２光信号はＶ’からＶ’ａに位相が変更される。
【0068】
次いで、前記第１光信号及び第２光信号は、可変減衰器（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ，ＶＡ）１２１を経て単一光子（又は、類似単一光子）に変換され、量子チャネル１３０を通じて再び送信機１１０に伝送される。
【0069】
これにより、前記送信機１１０に伝達された単一光子レベルの第１光信号及び第２光信号は、最初に受信機１２０に伝送される時に移動した光チャネルと同じ経路を経て再び伝送されるので、送信機１１０から受信機１２０に伝送される時に歪んだ偏光の程度と同じ偏光歪みが発生し、結果として、量子チャネル１３０で発生した偏光の歪みが打ち消される。
【0070】
その結果、前記第１光信号の偏光Ｈ’はＨに、前記第２光信号の偏光Ｖ’ａはＶａの偏光に補正されて再び前記送信機１１０に到達する。
【0071】
次いで、送信機１１０の遅延ライン（ＤＬ）を備えている第２経路（Ｐ２）を通じて元々伝送された第２光信号は、ファラデーミラー（ＦＭ）１２４によって偏光が９０度回転するので、前記偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）１１６によって第１経路（Ｐ１）を通じて移動し、逆に、前記第１経路（Ｐ１）を通じて伝送された第１光信号は、前記偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）１１６によって第２経路（Ｐ２）を通じて遅延ライン（ＤＬ）１１５を経て移動する。結果的に、前記第１光信号及び第２光信号は、送信機１１０のビームスプリッター（ＢＳ）１１３を基準に同一距離を移動することにより前記ビームスプリッター（ＢＳ）１１３に同時に到達し、第１位相変調器（ＰＭＡ）１２３ａ、第２位相変調器（ＰＭＢ）１１４などによる位相変化によって干渉を起こしてしまう。
【0072】
このとき、量子暗号キー分配システム１００の受信機１２０において、偏光従属的な第１位相変調器（ＰＭＡ）１２３ａ及び光強度変調器（ＩＭ）１２３ｂは、偏光従属特性を補償するために、入る時と出る時にそれぞれ２回の位相制御を行う。これにより、前記第１位相変調器（ＰＭＡ）１２３ａ及び前記光強度変調器（ＩＭ）１２３ｂに入る光信号と出る光信号の場合、ファラデーミラー（ＦＭ）１２４によって９０度の偏光差を持っているため、２回の位相制御によって偏光による位相制御誤差を補償することができる。
【0073】
ところが、前記量子暗号キー分配システム１００において、送信機１１０から伝送される第１光信号及び第２光信号は、第１経路（Ｐ１）の長さ（ＬＰ１）と第２経路（Ｐ２）の長さ（ＬＰ２）との差（ｄＬ＝ＬＰ２－ＬＰ１）分だけの間隔をもって受信機１２０に入射する。
【0074】
また、受信機１２０も、図３に見られるように、ストレージライン（ＳＬ）１２２、第１位相変調器（ＰＭＡ）１２３ａ、光強度変調器（ＩＭ）１２３ｂ、ファラデーミラー（ＦＭ）１２４の順に回路を構成できる。
【0075】
このとき、前記偏光従属素子１２３の配列順序は無関係で、即ち、ストレージライン（ＳＬ）１２２に続いて偏光従属素子１２３及びファラデーミラー（ＦＭ）１２４を連続的に構成する場合（図３の丸付き数字１）、この構成において受信機１２０の第１位相変調器（ＰＭＡ）１２３ａ、光強度変調器（ＩＭ）１２３ｂ、ファラデーミラー（ＦＭ）１２４を含む距離を‘Ｄ’とすれば、該Ｄを前記ｄＬよりも１／２以上短く構成する場合に、前記第１光信号が第１位相変調器（ＰＭＡ）１２３ａを経てファラデーミラー（ＦＭ）１２４に反射されて再び前記第１位相変調器（ＰＭＡ）１２３ａを通過する時点まで、前記第２光信号は前記第１位相変調器（ＰＭＡ）１２３ａに到達しなくなる。
【0076】
このとき、前記第１位相変調器（ＰＭＡ）１２３ａと光強度変調器（ＩＭ）１２３ｂの位置順序は変更されても構わない。これにより、前記光強度変調器（ＩＭ）１２３ｂが先に位置する場合、前記第１光信号が前記光強度変調器（ＩＭ）１２３ｂを経てファラデーミラー（ＦＭ）１２４に反射されて再び前記光強度変調器（ＩＭ）１２３ｂを通過する時点まで、前記第２光信号は前記光強度変調器（ＩＭ）１２３ｂに到達しなくなる。
【0077】
また、前記受信機１２０において前記第１位相変調器（ＰＭＡ）１２３ａは、第２光信号に対してのみ作動できる。これにより、前記ＤがｄＬよりも１／２以上短く構成される場合、前記第２光信号が前記第１位相変調器（ＰＭＡ）１２３ａを経てファラデーミラー（ＦＭ）１２４に反射されて再び前記第１位相変調器（ＰＭＡ）１２３ａに入る時間において、前記第１光信号は前記第１位相変調器（ＰＭＡ）１２３ａとファラデーミラー（ＦＭ）１２４との間に位置しなくなる。
【0078】
これにより、連続する１回の制御信号で前記第２光信号の位相を制御し、偏光歪みによる誤差を補償するために、前記第１光信号が前記第１位相変調器（ＰＭＡ）１２３ａを出た後に、前記第１位相変調器（ＰＭＡ）１２３ａに‘Ｔ’時間の間に制御信号を印加すれば、前記第２光信号は前記‘Ｔ’時間の間に前記第１位相変調器（ＰＭＡ）１２３ａに入り、ファラデーミラー（ＦＭ）１２４から反射後に再び前記第１位相変調器（ＰＭＡ）１２３ａを経て出るまでに２回の位相制御を受け、偏光による位相誤差を打ち消すことができる。
【0079】
このとき、前記‘Ｔ’は、次の式１のように算出されてよい。
Ｔ＝２Ｎ／ｃ＋Ｅ（ｃ：光回線において光の速度）
Ｔ＝２Ｎ／ｃ＋Ｅ（ｃ：光回線において光の速度）
【0080】
また、前記受信機１２０において、おとりデータ（Ｄｅｃｏｙ ｓｔａｔｅ）の生成のために、前記光強度変調器（ＩＭ）１２３ｂは前記第１光信号及び前記第２光信号の両方に対して実行されなければならず、これによって、前記第１光信号及び第２光信号が前記光強度変調器（ＩＭ）１２３ｂを経て前記ファラデーミラー（ＦＭ）１２４から反射されて再び前記光強度変調器（ＩＭ）１２３ｂを通過する瞬間まで連続する１回の制御信号をかけると、前記第１光信号及び前記第２光信号は２回の制御を受けることになり、偏光による位相誤差を打ち消すことができる。
【実施例】
【0081】
【0082】
まず、図４Ａに見られるように、従来技術において第２光信号が受信機１２０に入力されて偏光従属素子１２３を通過する時点（Ｓ２１）と、ファラデーミラー１２４から反射されて再び前記偏光従属素子１２３を通過する時点（Ｓ２２）との間に、第１光信号が前記偏光従属素子１２３を通過するため（Ｓ１２）、前記（Ｓ２１）と前記（Ｓ２２）を分けて個別に高速の制御信号（Ｃ１１）、（Ｃ１２）で制御しなければならないという不具合があった。
【0083】
これに対し、本発明の一実施例による量子暗号キー分配方法、装置及びシステムでは、図４Ｂに見られるように、第２光信号が受信機１２０に入力されて偏光従属素子１２３を通過する時点（Ｓ２１）と、ファラデーミラー１２４から反射されて再び前記偏光従属素子１２３を通過する時点（Ｓ２２）との間に、前記第１光信号が位置しなくなり、前記Ｓ２１と前記Ｓ２２を統合して一つの低速制御信号（Ｃ１１）で制御することができる。
【0084】
【0085】
また、以下では前記受信機１２０に偏光従属素子１２３として位相変調器（ＰＭＡ）１２３ａが備えられる場合を挙げて説明するが、本発明が必ずしもこれに限定されるものではない。
【0086】
まず、従来は、図３のように第２位相変調器（ＰＭＢ）１１４が第２経路（Ｐ２）に位置している場合、図４Ａに見られるように、第１光信号が受信機１２０に入射した後（図４ＡのＳ１）、第２光信号が前記第１位相変調器（ＰＭＡ）１２３ａを通過する時点に第１制御信号を印加して前記第２光信号の位相を変調した（図４Ａの（Ｓ２１））。
【0087】
また、前記第２光信号がファラデーミラー（ＦＭ）１２４から反射されて再び前記第１位相変調器（ＰＭＡ）１２３ａを通過する時点に再び第１制御信号を印加して前記第２光信号の位相を変調し（図４Ａの（Ｓ２２））、前記第２光信号が前記第１位相変調器（ＰＭＡ）１２３ａを経る間に２回の位相制御を受けることにより、偏光による位相誤差を補正した。
【0088】
ところが、図４Ａに見られるように、前記第１光信号が前記第１位相変調器（ＰＭＡ）１２３ａを通過し、前記ファラデーミラー（ＦＭ）１２４から反射されて再び前記第１位相変調器（ＰＭＡ）１２３ａに到達する前に、前記第２光信号が前記第１位相変調器（ＰＭＡ）１２３ａに到達することがあった（図４Ａの（Ｓ２１））。
【0089】
このため、従来では前記第１位相変調器（ＰＭＡ）１２３ａに対して前記（Ｓ２１）時点に前記第２光信号に対する第１制御信号を印加した後に除去し、前記（Ｓ２２）時点に前記第２光信号に対する第２制御信号を印加しなければならないところ、前記第１光信号と第２光信号に対する適切な制御のためには、前記第１位相変調器（ＰＭＡ）１２３ａに対する制御信号を高速で変換しながら前記第１光信号及び前記第２光信号に対する正確な制御を行わなければならない不具合があった。
【0090】
これに対し、本発明の一実施例による量子暗号キー分配方法、装置及びシステムでは、送信機１１０において第１経路（Ｐ１）の長さ（ＬＰ１）と第２経路（Ｐ２）の長さ（ＬＰ２）との差（ｄＬ＝ＬＰ２－ＬＰ１）が、受信機１２０における偏光従属素子１２３とファラデーミラー１２４との間の距離（＝Ｄ）の２倍より大きいか等しい値（ｄＬ≧２Ｄ）を有するようにすることによって、連続した１回の制御信号で前記偏光従属素子１２３に対する制御を行い、偏光従属特性による誤りを補正することができる。
【0091】
より具体的に、図４Ｂに見られるように、本発明では、前記受信機１２０に入射した第１光信号が前記第１位相変調器（ＰＭＡ）１２３ａを経て（図４ＢのＳ１１）前記ファラデーミラー（ＦＭ）１２４から反射されて再び前記第１位相変調器（ＰＭＡ）１２３ａを通過する時点まで（図４ＢのＳ１２）、前記第２光信号が前記位相変調器（ＰＭＡ）１２３ａに到達できない。
【0092】
これにより、前記第２光信号が前記受信機１２０に入射する時点に、第１光信号が既に前記第１位相変調器（ＰＭＡ）１２３ａを通過するので、図４Ｂに見られるように、前記第２光信号に対して連続する１回の制御信号で前記第１位相変調器（ＰＭＡ）１２３ａに対する制御を行うことにより、偏光従属特性による誤りを効果的に補正することができる（図４Ｂの（Ｃ１１））。
【0093】
また、以下では前記受信機１２０に偏光従属素子１２３として光強度変調器（ＩＭ）１２３ｂが備えられる場合を挙げて説明するか、本発明が必ずしもこれに限定されるものではない。
【0094】
まず、従来では、図４Ａに見られるように、第１光信号が受信機１２０に入射すると（図４ＡのＳ１）、前記第１光信号が前記光強度変調器（ＩＭ）１２３ｂを通過する時点に第１制御信号を印加して前記第１光信号の光強度を変調した（図４Ａの（Ｓ１１））。
【0095】
また、前記第１光信号がファラデーミラー（ＦＭ）１２４から反射されて再び前記光強度変調器（ＩＭ）１２３ｂを通過する時点に再び第１制御信号を印加して前記第１光信号の光強度を変調し（図４Ａの（Ｓ１２））、前記第１光信号が前記光強度変調器（ＩＭ）１２３ｂを経る間に２回の位相制御を受けることにより、偏光による位相誤差を補正した。
【0096】
ところが、図４Ａに見られるように、前記第１光信号が前記光強度変調器（ＩＭ）１２３ｂを通過して前記ファラデーミラー（ＦＭ）１２４から反射されて再び前記光強度変調器（ＩＭ）１２３ｂに到達する前に、前記第２光信号が前記光強度変調器（ＩＭ）１２３ｂに到達することがあった（図４Ａの（Ｓ２１））。
【0097】
このため、従来は、前記光強度変調器（ＩＭ）１２３ｂに対して前記図４Ａの（Ｓ１１）時点に前記第１光信号に対する第１制御信号を印加した後に除去し、前記図４Ａの（Ｓ２１）時点に前記第２光信号に対する第２制御信号を印加しなければならないところ、前記第１光信号及び第２光信号に対する適切な制御のためには、前記光強度変調器（ＩＭ）１２３ｂに対する制御信号を高速で変換しながら前記第１光信号及び前記第２光信号に対する正確な制御を行わなければならない不具合があった。
【0098】
これに対し、本発明の一実施例による量子暗号キー分配方法、装置及びシステムでは、送信機１１０において、第１経路（Ｐ１）の長さ（ＬＰ１）と第２経路（Ｐ２）の長さ（ＬＰ２）との差（ｄＬ＝ＬＰ２－ＬＰ１）が、受信機１２０における偏光従属素子１２３とファラデーミラー１２４との間の距離（＝Ｄ）の２倍より大きいか等しい値を有するようにすることによって（ｄＬ≧２Ｄ）、連続した１回の制御信号で前記偏光従属素子１２３に対する制御を行い、偏光従属特性による誤りを補正することができる。
【0099】
これにより、本発明では、両方向（２－ｗａｙ）量子暗号キー分配システム１００において、例えば、送信機１１０に位置する干渉計の遅延ライン（ＤＬ）１１５の長さと、受信機１２０に位置するファラデーミラー（ＦＭ）１２４と第１位相変調器（ＰＭＡ）１２３ａ、光強度変調器（ＩＭ）１２３ｂとの間の間隔を調節し、送信機１１０から伝送した第１光信号及び第２光信号のうち、第１光信号が受信機１２０のファラデーミラー（ＦＭ）１２４に反射された後、第２光信号が受信機１２０の第１位相変調器（ＰＭＡ）１２３ａに到着する前に受信機１２０の第１位相変調器（ＰＭＡ）１２３ａを抜け出し得るようにし、第２光信号が第１位相変調器（ＰＭＡ）１２３ａ及び光強度変調器（ＩＭ）１２３ｂに影響を受ける間に前記第１光信号が影響を受けないように受信機１２０及び送信機１１０を設計する。
【0100】
上記では、第１位相変調器１２３ａと光強度変調器１２３ｂを取り上げて、第１光信号及び第２光信号に対する制御を行う場合を説明したが、本発明が必ずしもこれに限定されるものではなく、その他様々な偏光従属素子１２３にも適用可能である。
【0101】
さらに、本発明の一実施例による量子暗号キー分配システム１００において、前記受信機１２０における前記複数の偏光従属素子１２３は、図３に示すように連続して配置されてもよいが（図３の第１位相変調器１２３ａ、光強度変調器１２３ｂ）、その他にも、図５に示すように、光回線を分離したり或いは方向を変更するビームスプリッター（ＢＳ）（図５の（ａ））、サーキュレーター（Ｃｉｒｃｕｌａｔｏｒ）（図５の（ｂ））などの光素子を用いて離隔して配置するなど、様々な形態で構成されてもよく、このとき、各偏光従属素子１２３は、用いられる用途に応じて第１光信号及び第２光信号を個別に変調したり、又は第１光信号及び第２光信号の両方を変調することができる。
【0102】
また、図６では、本発明の一実施例による量子暗号キー分配システム１００の送信機１１０の構成図を例示しており、図７では、本発明の一実施例による量子暗号キー分配システム１００の受信機１２０の構成図を例示している。
【0103】
上の本発明の一実施例による量子暗号キー分配システム１００に関する説明において前記送信機１１０及び受信機１２０について詳しく説明したところ、以下では本発明の一実施例による量子暗号キー分配システム１００の送信機１１０及び受信機１２０の構成及び動作を、肝心な要旨を中心に説明する。
【0104】
まず、図６に見られるように、本発明の一実施例による量子暗号キー分配システム１００の送信機１１０は、量子暗号キー分配システム１００に備えられて受信機１２０と量子暗号キーを分配する送信機１１０であって、光信号を生成する光源１１１、前記光信号を第１光信号と第２光信号とに分割し、前記第１光信号を前記第１経路（Ｐ１）に出力し、前記第２光信号を前記第２経路（Ｐ２）に出力するビームスプリッター１１３、及び前記第２経路（Ｐ２）に備えられて前記第２光信号の進行経路を延長させる遅延ライン１１５を含んで構成されてよい。
【0105】
このとき、前記第１経路（Ｐ１）の長さ（ＬＰ１）と前記第２経路（Ｐ２）の長さ（ＬＰ２）との差（ｄＬ＝ＬＰ２－ＬＰ１）は、前記受信機１２０に備えられる偏光従属素子１２３と前記ファラデーミラー１２４との間の距離（＝Ｄ）の２倍より大きいか等しい値（ｄＬ≧２Ｄ）を有する。
【0106】
また、図７に見られるように、本発明の一実施例による量子暗号キー分配システム１００の受信機１２０は、量子暗号キー分配システム１００に備えられて送信機１１０と量子暗号キーを分配する受信機１２０であって、光信号の偏光によって動作特性が変わる偏光従属素子１２３、及び入射した光信号の偏光を９０度回転させて反射させるファラデーミラー１２４を含んで構成されてよく、このとき、前記送信機１１０で生成された光信号が、第１経路（Ｐ１）を通過する第１光信号と、前記第１経路（Ｐ１）よりも長い第２経路（Ｐ２）を通過する第２光信号とに分割されて順次に伝送されると、量子チャネル１３０を通じて入射した前記第１光信号及び前記第２光信号を、前記偏光従属素子１２３を経て前記ファラデーミラー１２４で反射させ、再び前記偏光従属素子１２３を経て前記量子チャネル１３０を通じて前記送信機１１０に伝送する。
【0107】
このとき、前記送信機１１０において前記第１経路（Ｐ１）の長さ（ＬＰ１）と前記第２経路（Ｐ２）の長さ（ＬＰ２）との差（ｄＬ＝ＬＰ２－ＬＰ１）は、前記偏光従属素子１２３と前記ファラデーミラー１２４との間の距離（＝Ｄ）の２倍より大きいか等しい値（ｄＬ≧２Ｄ）を有する。
【0108】
これにより、本発明の一実施例による量子暗号キー分配方法、装置及びシステムでは、両方向（２－ｗａｙ）構造のように光信号が同一光回線を往復する量子暗号キー分配システム１００において、偏光従属素子１２３を用いて受信機１２０などの装置を構成する場合、連続した１回の制御信号で前記偏光従属素子１２３に対する制御を行い、偏光従属特性による誤りを補正することが可能になる。
【0109】
以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎず、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で様々な修正及び変形が可能であろう。したがって、本発明に記載された実施例は、本発明の技術思想を限定するためのものではなく説明するためのものであり、このような実施例に限定されない。本発明の保護範囲は、添付する特許請求の範囲によって解釈されるべきであり、それと同等な範囲内にある技術思想はいずれも本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきであろう。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】
