特表 2024-516500 モジュール型の量子鍵配送システム並びに相対的な変調モジュール及び復調モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-04-16

(54)【発明の名称】モジュール型の量子鍵配送システム並びに相対的な変調モジュール及び復調モジュール

(51)【国際特許分類】

   H04L 9/12 20060101AFI20240409BHJP

   G06E 3/00 20060101ALI20240409BHJP

   G02B 27/28 20060101ALN20240409BHJP

【ＦＩ】

H04L9/12

G06E3/00

G02B27/28 Z

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023556844

(86)(22)【出願日】2022-03-11

(85)【翻訳文提出日】2023-11-10

(86)【国際出願番号】 IB2022052199

(87)【国際公開番号】W WO2022195419

(87)【国際公開日】2022-09-22

(31)【優先権主張番号】102021000006095

(32)【優先日】2021-03-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IT

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】501193001

【氏名又は名称】ポリテクニコ ディ ミラノ

【氏名又は名称原語表記】ＰＯＬＩＴＥＣＮＩＣＯ ＤＩ ＭＩＬＡＮＯ

【住所又は居所原語表記】Ｐｉａｚｚａ Ｌｅｏｎａｒｄｏ ｄａ Ｖｉｎｃｉ，３２２０１３３ ＭＩＬＡＮＯ－Ｉｔａｌｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(74)【代理人】

【識別番号】100135703

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 英隆

(74)【代理人】

【識別番号】100221556

【弁理士】

【氏名又は名称】金田 隆章

(72)【発明者】

【氏名】マルティネッリ，マリオ

【テーマコード（参考）】

2H199

【Ｆターム（参考）】

2H199AB02

2H199AB42

2H199AB47

2H199AB48

(57)【要約】

本発明は、モジュール型の量子鍵配送システム（１００）と、相対的な変調モジュール及び復調モジュールとに関する。本システムは、光子源モジュール（２０）；光子源モジュール（２０）から物理的に分離され、第１の光通信チャネル（Ｆ_ＳＭ）によって光子源モジュール（２０）に動作可能に接続され、第１の偏光安定器（３６）と、第１の偏光安定器（３６）の下流に配置され、アクチュエータ（３５）によって制御される第１の波長板（３２）及び第２の波長板（３４）とを備える変調モジュール（３０）；及び第２の光通信チャネルによって変調モジュールに動作可能に接続され、第２の偏光安定器（４２）と、第２の偏光安定器（４２）の下流に配置され、アクチュエータ（４５）によって制御される第３の波長板（４４）と、第３の波長板（４４）の下流に配置された偏光ビームスプリッタ（４６）と、各光子の論理状態を検出し、検出された論理状態を計数レジスタ（４８）に送信するように構成された単一光子光検出器（５２）とを含む受信ユニット（Ｒｘ）を備える。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光子源モジュール（２０，１２０，２２０）と、
前記光子源モジュール（２０，１２０）から物理的に分離され、第１の光通信チャネル（Ｆ_ＳＭ）を介して前記光子源モジュールに動作可能に接続された変調モジュール（３０，１３０）と、
第２の光通信チャネルを介して前記変調モジュール（３０，１３０）に動作可能に接続された受信ユニット（Ｒｘ）と、を備える量子鍵配送システム（１００，１１００）であって、
前記変調モジュール（３０，１３０）は、第１の偏光安定器（３６，１３６）と、前記第１の偏光安定器（３６，１３６）の下流に配置され、アクチュエータ（３５，１３５）によって制御される第１の波長板（３２，１３２）及び第２の波長板（３４，１３４）と、を備え、
前記受信ユニット（Ｒｘ）は、第２の偏光安定器（４２，１４２）と、前記第２の偏光安定器（４２，１４２）の下流に配置され、アクチュエータ（４５，１４５）によって制御される第３の波長板（４４，１４４）と、前記第３の波長板（４４，１４４）の下流に配置された偏光ビームスプリッタ（４６，１４６）と、各光子の論理状態を検出し、検出された論理状態を計数レジスタ（４８，１４８）に送信するように構成された単一光子光検出器（５２，１５２）と、を備える、
量子鍵配送システム（１００，１１００）。

【請求項2】

前記受信ユニットは、復調モジュール（４０，１４０）と、光検出モジュール（５０，１５０）とを備え、
前記復調モジュール（４０，１４０）は、前記第２の偏光安定器（４２，１４２）と、前記波長板（４４，１４４）と、前記波長板（４４，１４４）を制御するためのアクチュエータ（４５，１４５）と、前記偏光ビームスプリッタ（４６，１４６）と、前記計数レジスタ（４８，１４８）とを含み、
前記光検出モジュール（５０，１５０）は、前記単一光子光検出器（５２，１５２）を含み、
前記復調モジュール（４０，１４０）は、前記第２の光通信チャネル（Ｆ_ＭＤ）を介して前記変調モジュール（３０，１３０）に動作可能に接続され、前記光検出モジュール（５０，１５０）は、第３の光通信チャネル（Ｆ_ＤＦ）を介して前記復調モジュール（４０，１４０）に動作可能に接続された、
請求項１に記載のシステム（１００，１１００）。

【請求項3】

前記復調モジュール（１４０）は、前記波長板（１４４）の下流に配置され、アクチュエータ（１４３）によって制御され、好適には前記計数レジスタ（１４８）に関連付けられた第４の波長板（１４９）を更に備える、請求項２に記載のシステム（１１００）。

【請求項4】

前記光子源モジュール（２０，１２０）は、単一光子源（２２，１２２）を備える、請求項１～３のいずれかに記載のシステム（１００，１１００）。

【請求項5】

前記光子源モジュール（２０，１２０）は、シャッタ（２４，１２４）を更に備え、前記シャッタは、前記単一光子源（２２，１２２）の下流に配置され、同期ライン（Ｌｓ）に沿って前記システム内に配送される同期信号を生成するように構成された、請求項４に記載のシステム（１００，１１００）。

【請求項6】

前記光子源モジュール（２００）は、パラメトリック２光子源（２２２）を含む、請求項１～３のいずれかに記載のシステム（６１００）。

【請求項7】

前記光子源モジュール（２００）は、前記パラメトリック２光子源（２２２）の下流に配置された半導体型又は超伝導体型の単一光子検出器（２２４）を更に備え、前記単一光子検出器は、前記パラメトリック２光子源（２２２）から出る第２の光子を検出し、同期ライン（Ｌｓ）に沿って前記システム内に配送される同期信号を出力で生成するように構成された、請求項６に記載のシステム（６１００）。

【請求項8】

前記第１、第２、及び第３の光通信チャネル（Ｆ_ＳＭ，Ｆ_ＭＤ，Ｆ_ＤＦ）は、光ファイバからなる、請求項１～７のいずれかに記載のシステム（１００，１１００）。

【請求項9】

前記第３の光通信チャネルは、一対の光ファイバ（Ｆ_ＤＦ）を含む、請求項２～８のいずれかに記載のシステム（１００，１１００）。

【請求項10】

前記変調モジュール（３０，１３０）の前記第１の波長板（３２，１３２）は、前記第１の光通信チャネル（Ｆ_ＳＭ）を介して前記変調モジュール（３０，１３０）に入る各光子のスピンの基底（Ｂ）を確立することを可能にし、前記第２の波長板（３４，１３４）は、量子鍵を形成するビット論理シーケンスを生成する状態又はコード（Ｃ）を確立することを可能にする、請求項１～９のいずれかに記載のシステム（１００，１１００）。

【請求項11】

第２の変調モジュール（３０ａ，３０ｆ，３０ｅ）と、第２の復調モジュール（４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ）とを備え、前記第２の変調モジュール（３０ａ，３０ｆ，３０ｅ）と、前記第２の復調モジュール（４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ）とは、第２、第１及び第３の光通信チャネル（Ｆ_ＭＤａｂ，Ｆ_ＭＤｆｃ，Ｆ_ＭＤｅｄ，Ｆ_ＳＭａ，Ｆ_ＳＭｆ，Ｆ_ＳＭｅ，Ｆ_ＤＦｂ，Ｆ_ＤＦｃ，Ｆ_ＤＦｄ）のそれぞれによって、それらの間に接続され、前記光子源モジュール（２０）及び前記光検出モジュール（５０）に接続された、請求項２～１０のいずれかに記載のシステム（２１００，３１００，５１００）。

【請求項12】

前記光子源モジュール（２０）に関連付けられた第１のスイッチングデバイス（２６０，３６０，５６０）及び／又は前記光検出モジュール（５０）に関連付けられた第２のスイッチングデバイス（２６２，３６２，５６２）を備え、
前記第１のスイッチングデバイス（２６０，３６０，５６０）は、それぞれの第１の光通信チャネル（Ｆ_ＳＭａ，Ｆ_ＳＭｆ，Ｆ_ＳＭｅ）によって各変調モジュール（３０ａ，３０ｆ，３０ｅ）に動作可能に接続され、
前記第２のスイッチングデバイス（２６２，３６２，５６２）は、それぞれの第３の光通信チャネル（Ｆ_ＤＦｂ，Ｆ_ＤＦｃ，Ｆ_ＤＦｄ）によって各復調モジュール（４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ）に動作可能に接続された、
請求項１１に記載のシステム（２１００，３１００，５１００）。

【請求項13】

各変調モジュール（３０ａ，３０ｆ，３０ｅ）に関連付けられた第３のスイッチングデバイス（５６１ａ，５６１ｆ，５６１ｅ）と、各復調モジュール（４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ）に関連付けられた第４のスイッチングデバイス（５６３ｂ，５６３ｃ，５６３ｄ）とを備え、
前記第３のスイッチングデバイス（５６１ａ，５６１ｆ，５６１ｅ）は、それぞれの第２の光通信チャネル（Ｆ_ＭＤａｂ，Ｆ_ＭＤｆｃ，Ｆ_ＭＤｅｄ）によって、前記第４のスイッチングデバイス（５６３ｂ，５６３ｃ，５６３ｄ）のそれぞれに動作可能に接続された、
請求項１２に記載のシステム（５１００）。

【請求項14】

第２の変調モジュール（３０ａ，３０ｆ，３０ｅ）と、第２の受信ユニット（Ｒｘｂ，Ｒｘｃ，Ｒｘｄ）とを備え、前記第２の変調モジュール（３０ａ，３０ｆ，３０ｅ）と、前記第２の受信ユニット（Ｒｘｂ，Ｒｘｃ，Ｒｘｄ）とは、第２及び第１の光通信チャネル（Ｆ_{ＭＲｘａｂ}、Ｆ_{ＭＲｘｆｃ}、Ｆ_{ＭＲｘｅｄ}，Ｆ_ＳＭａ，Ｆ_ＳＭｆ，Ｆ_ＳＭｅ）のそれぞれによって、それらの間に接続され、前記光子源モジュール（２０）に接続された、請求項１～１０のいずれかに記載のシステム（４１００）。

【請求項15】

スーパーバイザデバイス（２７０，３７０，４７０，５７０）を更に備え、前記スーパーバイザデバイス（２７０，３７０，４７０，５７０）は、各変調モジュール（３０ａ，３０ｆ，３０ｅ）及び各復調モジュール（４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ）の前記第１及び第３の光通信チャネル、又は、各変調モジュール（３０ａ，３０ｆ，３０ｅ）及び受信ユニット（Ｒｘｂ，Ｒｘｃ，Ｒｘｄ）の前記第１及び第２の光通信チャネルをアクティブにするように構成された、請求項１１～１４のいずれかに記載のシステム（２１００，３１００，４１００，５１００）。

【請求項16】

光子源モジュール（２０，１２０，２２０）によって送信された光子を受信するための入力光ポート（３１，１３１）に接続された偏光安定器（３６，１３６）と、
前記第１の偏光安定器（３６，１３６）の下流に配置された第１の波長板（３２，１３２）及び第２の波長板（３４，１３４）と、
前記光子の偏光を変調するために、前記第１の波長板（３２，１３２）及び第２の波長板（３４，１３４）を制御するように構成されたアクチュエータ（３５，１３５）と、
光通信チャネル（Ｆ_ＭＤ）を介して、変調された前記光子を送信するための光出力ポート（３７，１３７）と、
を備える変調モジュール（３０，１３０）。

【請求項17】

変調モジュール（３０，１３０）によって変調された光子を受信するための入力光ポート（４１，１４１）に接続された偏光安定器（４２，１４２）と、
前記偏光安定器（４２，１４２）の下流に配置された波長板（４４，１４４）と、
前記光子の偏光を復調するために、前記波長板（４４，１４４）を制御するように構成されたアクチュエータ（４５，１４５）と、
前記波長板（４４，１４４）の下流に配置され、受信された前記光子に関連付けられたハイ又はローの論理状態を区別するように構成された偏光ビームスプリッタ（４６，１４６）と、
光検出モジュール（５０，１５０）によって送信された前記光子の論理状態を受信するように構成された計数レジスタ（４８，１４８）と、
を備える復調モジュール（４０，１４０）。

【請求項18】

前記波長板（１４４）の下流に配置され、アクチュエータ（１４３）によって制御される、更なる波長板（１４９）を備える、請求項１７に記載の復調モジュール（１４０）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、量子暗号の技術分野に関する。特に、本発明は、モジュール型の量子鍵配送システム並びに相対的な変調モジュール及び復調モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

量子鍵配送（ＱＫＤ）は、対称的（すなわち、送信機及び受信機において同時に実体化するビット列）で絶対的に安全な（すなわち、いかなるアルゴリズム及び計算能力を有していても復号化が不可能である）「鍵」を２つのノード（以下、送信機Ｔｘと受信機Ｒｘという。）間で共有することを可能にする技術である。量子という形容詞は、鍵が単一光子の（古典的には偏光状態として知られている）スピン状態を使用して生成されるという事実を意味する。

【0003】

量子力学では、粒子のスピン状態が正確に測定できるのは、それが正確な参照基底（base）（これは直線、対角、又は円形であり得る）内にある場合のみであり、そうでない場合は、測定は、完全にランダムな値を生成することが知られている。２つ目の量子の性質は、粒子のスピン状態を複製することができないことである。３つ目の量子の性質は光に関し、あらゆる光通信チャネル（自由空間、光ファイバ、又は光集積ガイド）において単一光子を生成して伝播させることが可能であることに関する。

【0004】

光子のこれらの性質に基づき、C. H. BennetとG. Brassardは、１９８４年に、本特許出願で言及されるＢＢ８４として知られるプロトコルを開発した。

【0005】

ＢＢ８４プロトコルでは、送信機Ｔｘは、（ビット論理シーケンスに従って）既知の基底と既知の状態において生成された単一光子のシーケンスを送信する。受信機Ｒｘは単一光子（減衰によって失われた単一光子を除く）を受信し、ランダムに選択された基底における状態を測定する。この状態測定によりビット論理シーケンスが生成される。受信機Ｒｘは、測定に使用された一連の基底を公衆通信チャネルを用いて送信機Ｔｘに送信する。送信機Ｔｘは、受信機Ｒｘに正確であることの確認を送信する。このようにして、送信機Ｔｘ及び受信機Ｒｘは、量子鍵を形成する論理的なビットの部分列を共有する。

【0006】

ＢＢ８４プロトコルに従ったＱＫＤのオリジナルスキームは、ポイントツーポイント伝送（すなわち、送信機Ｔｘが１つの受信機Ｒｘのみと接続されている）であり、複屈折のない光通信チャネルを介した送信機Ｔｘと受信機Ｒｘとの間の量子鍵の通信に関する。より一般的な例では、（本特許出願で扱う事例である）複屈折を示す光通信チャネルがある場合、送信の終了時に、偏光安定器と呼ばれる装置によって元の基底を再確立する必要がある。

【0007】

送信機Ｔｘは、単一光子源、すなわち、平均して１つの光子だけを送信するように強度が弱められた光子源（微弱光子源）と、アクチュエータによって制御され、単一光子源から出た単一の偏光した光子が送られる第１及び第２の波長板とを含む。第１の波長板は、光子スピンの基底（基底は、直線、対角又は円形であり得る）を確立することを可能にし、第２の波長板は、鍵を形成するビット論理シーケンスを生成する状態（例えば、１に相当する論理ハイ状態、０に相当する論理ロー状態）を確立することを可能にする。

【0008】

受信機Ｒｘは、複屈折の光伝送路の場合に初期基底を再配向することを可能にする偏光安定器と、アクチュエータによって制御され、偏光安定器の下流に配置され、ランダムなプロセスで初期基底を再確立する（又は再確立しない）ことを可能にする波長板とを含む。受信機は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を更に備える。偏光ビームスプリッタには、波長板から出る各光子が割り当てられる。偏光ビームスプリッタは、偏光した光子のハイ論理状態とロー論理状態とを区別し、送信機Ｔｘによって送信されたコードを再構成できるように、それらの状態を計数レジスタなどの光検出ユニットに送信するように構成されている。

【0009】

送信機Ｔｘと受信機Ｒｘの構成要素は、それらの間にも接続され、送信機と受信機の間で、単一光子源のすぐ下流にある送信機Ｔｘに配置されたシャッタの制御信号によって、又は単一光子源の同一のパルスによって典型的に生成される同期信号を配送するようになっている。

【0010】

前述の量子鍵配送システムでは、受信機Ｒｘが基底情報とコード情報の両方を持ち、このことにより、ＢＢ８４プロトコルの完全性が十分に満たされている。しかし、このように構成されたシステムにはいくつかの欠点がある。

【0011】

第１に、システムの構成要素が変更又はアップグレードされた場合、送信機Ｔｘ全体及び／又は受信機Ｒｘ全体がアップグレードされなければならない。これは機能的に不利であり、経済的にもコストがかかる。

【0012】

第２に、よく知られているように、装置内の単一光子源及び光検出ユニットは、非常に低温に保たれなければならないことがある。そのため、装置の送信機Ｔｘ及び受信機Ｒｘは、極低温技術によって制御された環境下に配置されなければならない。これは、スペース及びメンテナンスの点で悪影響を及ぼし、論理的に不利である。

【発明の概要】

【0013】

本発明の目的は、従来技術の欠点を克服することにある。

【0014】

特に、本発明の目的は、ネットワークアーキテクチャをより柔軟に定義可能なように構成されたモジュール型の量子鍵配送システムを提示することにある。

【0015】

また、本発明の目的は、システムの構成要素の変更、アップグレード及び／又はメンテナンスを可能にするように構成されたモジュール型の量子鍵配送システムを提示することにある。

【0016】

また、本発明の目的は、複数の送信ノードが複数の受信ノードと量子鍵を交換し、同時に、光子源モジュールと光検出モジュールの両方の共有を維持するマルチポイントツーマルチポイント量子鍵配送システムを提示することにある。

【0017】

本発明のこれらの目的及び他の目的は、本明細書の不可欠な部分を形成する添付の特許請求の範囲の特徴を組み込む量子鍵配送システム、変調モジュール及び復調モジュールによって達成される。

【0018】

第１の態様によれば、本発明は、
光子源モジュールと、
光子源モジュールから物理的に分離され、第１の光通信チャネルを介して光子源モジュールに動作可能に接続された変調モジュールと、
第２の光通信チャネルを介して変調モジュールに動作可能に接続された受信ユニットと、を備える量子鍵配送システムに関し、
変調モジュールは、第１の偏光安定器と、第１の偏光安定器の下流に配置され、アクチュエータによって制御される第１の波長板及び第２の波長板と、を備え、
受信ユニットは、第２の偏光安定器と、第２の偏光安定器の下流に配置され、アクチュエータによって制御される第３の波長板と、第３の波長板の下流に配置された偏光ビームスプリッタと、各光子の論理状態を検出し、検出された論理状態を計数レジスタに送信するように構成された単一光子光検出器と、を備える。

【0019】

変調モジュールが光子源モジュールから物理的に分離されていることにより、相当な利点が得られる。まず、２つのモジュールが物理的に分離されているため、ネットワークアーキテクチャをより柔軟に定義することができ、実際、単一光子源モジュールと複数の変調モジュールを持つシステムを提供することができる。さらに、光子源モジュールと変調モジュールは別々に交換又は保守可能であり、メンテナンス及びシステム開発の柔軟性の点で有利である。例えば、変調モジュールを変更することなく、第１の光子源モジュールから、極低温技術で制御された環境において維持される必要があるがより効率的な光子源モジュールに切り替えることで、システムをアップグレードすることができる。

【0020】

一実施形態では、受信ユニットは、復調モジュールと光検出モジュールとを含み、これらは互いに物理的に分離され、光通信を行う。復調モジュールは、第２の偏光安定器と、第３の波長板と、第３の波長板を制御するためのアクチュエータと、偏光ビームスプリッタと、計数レジスタとを含む。光検出モジュールは、単一光子光検出器を含む。復調モジュールは、第２の光通信チャネルを介して変調モジュールに動作可能に接続される。一方、光検出モジュールは、第３の光通信チャネルを介して復調モジュールに動作可能に接続される。

【0021】

一実施形態では、復調モジュールは、第３の波長板の下流に配置され、好ましくは計数レジスタに関連するアクチュエータによって制御される第４の波長板を更に備える。第４の波長板は、有利なことに、受信ユニットに既知のシーケンスで検出される前に、光子の偏光状態に更なるランダム性（randomness）を挿入する。

【0022】

一実施形態では、光子源モジュールは、単一光子源から構成される。

【0023】

一実施形態では、光子源モジュールは、単一光子源の下流に配置されたシャッタを更に備え、シャッタは、同期ラインに沿ってシステム内に配送される同期信号を生成する。

【0024】

一実施形態では、光子源モジュールは、パラメトリック２光子源を含む。第１及び第２の光子を発生するこのような２光子源の使用は、第２の光子の放出が第１の光子の放出の指標として作用するため、特に有利である。換言すれば、第２の光子の検出は、第１の光子がシステム内に導かれたことを保証する。

【0025】

一実施形態では、光子源モジュールは、パラメトリック２光子源の下流に配置された半導体型又は超伝導体型の単一光子検出器を更に備える。単一光子検出器は、パラメトリック２光子源から出る第２の光子を検出し、同期ラインに沿ってシステム内に配送される同期信号を出力において生成するように構成される。

【0026】

一実施形態では、第１、第２及び第３の光通信チャネルは、光ファイバからなる。

【0027】

一実施形態では、第３の光通信チャネルは、一対の光ファイバを含む。

【0028】

一実施形態では、変調モジュールの第１の波長板は、第１の光通信チャネルを介して変調モジュールに入る各光子のスピンの基底を確立することを可能にする。変調モジュールの第２の波長板は、量子鍵を形成するビット論理シーケンスを生成する状態又はコードを確立することを可能にする。

【0029】

一実施形態では、システムは、第２の変調モジュールと、第２の復調モジュールとを備える。第２の変調モジュールと第２の復調モジュールとは、第２、第１及び第３の光通信チャネルのそれぞれによって、それらの間に接続され、光子源モジュール及び光検出モジュールに接続される。

【0030】

一実施形態では、システムは、光子源モジュールに関連付けられた第１のスイッチングデバイス及び／又は光検出モジュールに関連付けられた第２のスイッチングデバイスを備える。第１のスイッチングデバイスは、それぞれの第１の光通信チャネルによって各変調モジュールに動作可能に接続される。第２のスイッチングデバイスは、それぞれの第３の光通信チャネルによって各復調モジュールに動作可能に接続される。

【0031】

一実施形態では、システムは、各変調モジュールに関連付けられた第３のスイッチングデバイスと、各復調モジュールに関連付けられた第４のスイッチングデバイスとを備える。第３のスイッチングデバイスは、それぞれの第２の光通信チャネルによって、第４のスイッチングデバイスのそれぞれに動作可能に接続される。

【0032】

一実施形態では、システムは、少なくとも第２の変調モジュールと、第２の受信ユニットとを備える。第２の変調モジュールと第２の受信ユニットとは、第２及び第１の光通信チャネルによって、それらの間に接続され、光子源モジュールに接続される。

【0033】

一実施形態では、システムは、スーパーバイザデバイスを更に備え、スーパーバイザデバイスは、各変調モジュール及び各復調モジュールの第１及び第３の光通信チャネル、又は、各変調モジュール及び受信ユニットの第１及び第２の光通信チャネルをアクティブにするように構成される。

【0034】

第２の態様によれば、本発明は、光子源モジュールによって送信された光子を受信するための入力光ポートに接続された偏光安定器を備える変調モジュールを対象とする。変調モジュールは、偏光安定器の下流に配置された第１の波長板及び第２の波長板と、光子の偏光を変調するために第１の波長板及び第２の波長板を制御するように適合されたアクチュエータとを更に備える。最後に、変調モジュールは、光通信チャネルを介して変調された光子を送信するための光出力ポートを備える。

【0035】

第３の態様によれば、本発明は、変調モジュールによって送信された光子を受信するための入力光ポートに接続された偏光安定器を備える復調モジュールを対象とする。復調モジュールは、偏光安定器の下流に配置された波長板と、光子の偏光を復調するために波長板を制御するように適合されたアクチュエータとを更に備える。復調モジュールは、波長板の下流に配置され、受信された光子のハイ又はローの論理状態を区別するように構成された偏光ビームスプリッタを更に備える。最後に、復調モジュールは、光検出モジュールによって送信された光子の論理状態を受信するように構成された計数レジスタを備える。

【0036】

一実施形態では、復調モジュールは、波長板の下流に配置され、好ましくは計数レジスタに関連付けられたアクチュエータによって制御される、更なる波長板を備える。

【0037】

本発明の更なる特徴及び利点は、添付の図面の説明からより明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0038】

本発明は、非限定的な例として提供され、添付の図面に示された特定の例を参照して以下に説明される。これらの図面は、本発明の様々な態様及び実施形態を示し、様々な図面における構造、構成要素、材料、及び／又は同様の要素を示す参照数字は、適宜、同様の参照数字で示される。

【0039】

【図1】従来技術による量子鍵配送システムを概略的に示す。

【図2】本発明の第１実施形態に係るモジュール型の量子鍵配送システムを概略的に示す。

【図3】本発明の第２実施形態に係るモジュール型の量子鍵配送システムを概略的に示す。

【図4】本発明の第３実施形態に係るモジュール型の量子鍵配送システムを概略的に示す。

【図5】本発明の第４実施形態に係るモジュール型の量子鍵配送システムを概略的に示す。

【図6】本発明の第５実施形態に係るモジュール型の量子鍵配送システムを概略的に示す。

【図7】本発明の第６実施形態に係るモジュール型の量子鍵配送システムを示す。

【図8】本発明の第７実施形態に係るモジュール型の量子鍵配送システムを概略的に示す。

【発明を実施するための形態】

【0040】

本発明は、様々な変更及び代替的な構成の影響を受け得るが、説明のために提供されるいくつかの実施形態を以下に詳細に説明する。

【0041】

いずれにしても、本発明を図示された特定の実施形態に限定する意図はなく、逆に、本発明は、特許請求の範囲に規定された本発明の範囲内に入るすべての変更、代替、及び均等の構造をカバーすることを意図することが理解されなければならない。

【0042】

したがって、以下の説明において、「例えば」、「等」、「又は」の使用は、別段の記載がない限り、限定のない非排他的な代替を示し、「また」の使用は、別段の記載がない限り、「含むが、限定されない」を意味し、「含む／備える」の使用は、別段の記載がない限り、「含む／備えるが、限定されない」を意味する。

【0043】

図１を参照すると、そこには、従来技術に係る量子鍵配送システムが示されている。

【0044】

一般的に参照番号１として参照される本システムは、送信ユニットＴｘと受信ユニットＲｘとを備え、典型的には光ファイバＦからなる光通信チャネルによって互いに動作可能に接続されている。

【0045】

送信ユニットＴｘは、単一光子源２、すなわち、平均して１つの光子のみを送信するように強度が弱められた光子源（微弱光子源）と、アクチュエータ５によって制御され、単一光子源２から出る単一偏光光子又は量子ビットが送られる第１の波長板３及び第２の波長板４とを備える。

【0046】

第１の波長板３は、光子スピンの基底Ｂ（これは直線、対角、又は円形であり得る）を確立することを可能にし、第２の波長板４は、鍵を形成するビット論理シーケンスを生成する状態又はコードＣを確立することを可能にする（例えば、論理ハイの状態は１に相当し、論理ローの状態は０に相当する）。

【0047】

受信ユニットＲｘは、複屈折光通信チャネルの例では、初期基底Ｂが再配向されることを可能にする偏光安定器７と、アクチュエータ９によって制御され、偏光安定器７の下流に配置され、ランダムなプロセスで初期基底を再確立する（又は再確立しない）ことを可能にする波長板８とを備える。受信ユニットＲｘは、偏光ビームスプリッタ１０を更に備える。偏光ビームスプリッタ１０には波長板８から出る各偏光光子がアドレスされ、偏光ビームスプリッタ１０は、論理ハイ状態１又は論理ロー状態０を区別して計数レジスタ１１に送信するように構成され、光ファイバＦに沿って送信ユニットＴｘによって送信されたコードＣの再構成を可能にする。

【0048】

好ましくは、送信ユニットＴｘの構成要素及び受信ユニットＲｘの構成要素は、送信ユニットＴｘと受信ユニットＲｘの間で、典型的には、単一光子源２のすぐ下流の送信ユニットＴｘに配置されたシャッタ６の制御信号によって、又は単一光子源２の同様のパルスによって生成される同期信号を配送するように、送信ユニットＴｘの構成要素と受信ユニットＲｘの構成要素との間で接続されている（図１の点線）。

【0049】

図２を参照すると、そこには、本発明の第１実施形態に係るモジュール型の量子鍵配送システムが示されている。

【0050】

一般的に参照番号１００によって参照される本システムは、光子源モジュール２０と、変調モジュール３０と、復調モジュール４０と、光検出モジュール５０とを備える。これらは、それぞれの光通信チャネルによって、例えばそれぞれの光ファイバによって、それらの間で動作可能に接続される。あるいは、光通信チャネルは、自由空間チャネル又は集積光ファイバチャネルであってもよい。

【0051】

光子源モジュール２０及び変調モジュール３０は、システム１００の送信ユニットＴｘを形成し、復調モジュール４０及び光検出モジュール５０は、システム１００の受信ユニットＲｘを形成する。

【0052】

光子源モジュール２０は、単一光子源２２と、好ましくは、単一光子源２２のすぐ下流に配置され、同期信号を生成する機能を有するシャッタ２４とを備える。同期信号は、同期ラインＬｓに沿ってシステム１００の送信ユニットＴｘと受信ユニットＲｘとの間で配送される。あるいは、同期信号は、単一光子源２２と同一のパルスから生成されてもよい。光子源モジュール２０は、変調モジュール３０から物理的に分離され、第１の光通信チャネルによって、例えば光ファイバＦ_ＳＭによって、変調モジュール３０に接続されている。

【0053】

変調モジュール３０は、アクチュエータ３５によって制御される第１の波長板３２と第２の波長板３４とを備え、これらには、光子源モジュール２０の単一光子源２２から出た偏光単一光子、又は量子ビットが送られる。

【0054】

第１の波長板３２は、標準光ファイバＦ_ＳＭを介して変調モジュール３０に入る偏光光子のスピンの基底Ｂ（これは直線、対角、又は円形であり得る）を確立することを可能にし、第２の波長板３４は、鍵を形成するビット論理シーケンスを生成する状態又はコードＣを確立することを可能にする（例えば、論理ハイの状態は１に相当し、論理ローの状態は０に相当する）。基底は、当該分野の専門家にはよく知られているように、半波又は４分の１波の波長板の作用によって、予め定められた状態から開始される。状態の値（ハイ又はロー）は、この分野の専門家にはよく知られているように、選択された基底に従って適切に方向付けられた半波長板によって生成可能である。

【0055】

光子源モジュール２０と変調モジュール３０との間の接続のための光ファイバＦ_ＳＭは、一般的に複屈折を示すから、変調モジュール３０は、波長板３２及び３４の上流に、第１の偏光安定器３６を更に備える。第１の偏光安定器３６は、光子源モジュール２０によって送信された光子を受信するため、及び光子スピンの基底Ｂを再配向するために、変調モジュール３０の、レンズで表される入力光ポート３１に接続される。

【0056】

復調モジュール４０は、変調モジュール３０から物理的に分離され、第２の光通信チャネルによって、例えば光ファイバＦ_ＭＤによって、変調モジュール３０に動作可能に接続される。

【0057】

復調モジュール４０は、レンズで表される復調モジュール４０の入力光ポート４１に接続され、変調モジュール３０のレンズで表される出力光ポート３７から出る変調された光子を受信するため、及び光子スピンの初期基底Ｂを再配向するための第２の偏光安定器４２を備える。

【0058】

復調モジュール４０は、第３の波長板４４を更に備え、第３の波長板４４は、アクチュエータ４５によって制御され、第２の偏光安定器４２の下流に配置され、ランダムなプロセスで光子スピンの初期基底Ｂを再確立する（又は再確立しない）ことを可能にする。最後に、第３の波長板４４の下流には偏光ビームスプリッタ４６があり、第３の波長板４４から出る各偏光光子は、偏光ビームスプリッタ４６に導かれる。

【0059】

光検出モジュール５０は、復調モジュール４０から物理的に分離され、単一光子光検出器５２、好ましくは超伝導ナノワイヤ単一光子光検出器を備える。光検出モジュール５０は、第３の光通信チャネルによって、具体的には一対の光ファイバＦ_ＤＦによって、復調モジュール４０に動作可能に接続され、そのそれぞれは、復調モジュール４０の偏光ビームスプリッタ４６から出る単一光子を、レンズで表されるそれぞれの入力光ポート５１で受信する。光検出モジュール５０の単一光子光検出器５２によって検出された論理状態、ハイ１又はロー０は、それぞれの標準通信チャネル５４を介して復調モジュール４０の計数レジスタ４８に送られ、受信ユニットＲｘに情報を再構成する。

【0060】

一般的に、一対の光ファイバＦ_ＤＦの各光ファイバは、複屈折を示すが、この場合、光検出モジュール５０の光検出器は一般的に偏光状態に鈍感であるため、何の問題も生じない。

【0061】

前述のシステム１００では、受信ユニットＲｘにおいて、特にその復調モジュール４０において、基底情報Ｂは、予約されているが無条件に安全ではないチャネル上を移動するコードＣの情報から切り離されているため、ＢＢ８４プロトコルの完全性条件は欠落している。しかし、復調モジュールと光検出モジュールとを接続する一対の光ファイバＦ_ＤＦと、２つのモジュール間の標準通信チャネル５４とが適切に保護されている場合、例えば、それらが同じ建物内にある場合、ＢＢ８４プロトコルの完全性条件は回復される。

【0062】

図３を参照すると、そこには、本発明の第２の代替的な実施形態に係る量子鍵配送システムが示されている。

【0063】

一般的に参照番号１１００で参照される本システムは、全体的には図２を参照して上で説明したシステム１００と同様であるが、復調モジュール内に第４の波長板を備える点で異なる。

【0064】

このように、システム１１００は、光子源モジュール１２０と、変調モジュール１３０と、復調モジュール１４０と、光検出モジュール１５０とを備え、これらのモジュールは、それぞれの光通信チャネルによって、例えば光ファイバによって、それらの間で動作可能に接続されている。

【0065】

光子源モジュール１２０及び変調モジュール１３０は、システム１１００の送信ユニットＴｘを形成し、復調モジュール１４０及び光検出モジュール１５０は、システム１１００の受信ユニットＲｘを形成する。

【0066】

光子源モジュール１２０は、単一光子源１２２と、好ましくは、単一光子源１２２のすぐ下流に配置され、同期信号を生成する機能を有するシャッタ１２４とを備える。同期信号は、同期ラインＬｓに沿ってシステム１００の送信ユニットＴｘと受信ユニットＲｘとの間で配送される。光子源モジュール１２０は、変調モジュール１３０から物理的に分離され、第１の光通信チャネルによって、例えば光ファイバＦ_ＳＭによって、変調モジュール１３０に接続されている。

【0067】

変調モジュール１３０は、変調モジュール１３０に入る各偏光光子のスピンの基底Ｂ（これは直線、対角、又は円形であり得る）を確立することを可能にする第１の波長板１３２と、鍵を形成するビット論理シーケンスを生成する状態又はコードＣを確立することを可能にする第２の波長板１３４とから構成される。第１の波長板１３２及び第２の波長板１３４は、アクチュエータ１３５によって制御される。変調モジュール１３０は、波長板１３２及び１３４の上流に、第１の偏光安定器１３６を更に備える。第１の偏光安定器１３６は、光子源モジュール１２０によって送信された光子を受信するため、及び光子スピンの基底Ｂを再配向するために、変調モジュール３０の入力光ポート１３１に接続される。

【0068】

復調モジュール１４０は、変調モジュール１３０から物理的に分離され、第２の光通信チャネルによって、例えば光ファイバＦ_ＭＤによって、変調モジュール１３０に接続される。

【0069】

復調モジュール１４０は、変調モジュール１３０の出力光ポート１３７から出る変調された光子を受信するため、及び光子スピンの初期基底Ｂを再配向するための復調モジュール４０の入力光ポート１４１に接続された第２の偏光安定器１４２を備える。復調モジュール１４０は、第３の波長板１４４を更に備え、第３の波長板１４４は、アクチュエータ１４５によって制御され、第２の偏光安定器１４２の下流に配置され、ランダムなプロセスで光子スピンの初期基底Ｂを再確立する（又は再確立しない）ことを可能にする。

【0070】

復調モジュール１４０は、第３の波長板１４４の下流に、偏光ビームスプリッタ１４６を更に備える。偏光ビームスプリッタ１４６には、第３の波長板１４４から出る各偏光光子が導かれる。

【0071】

光検出モジュール１５０は、復調モジュール１４０から物理的に分離され、単一光子光検出器１５２、好ましくは超伝導ナノワイヤ単一光子光検出器を備える。光検出モジュール１５０は、第３の光通信チャネルによって、特に一対の光ファイバＦ_ＤＦによって、復調モジュール１４０に動作可能に接続され、そのそれぞれは、復調モジュール１４０の偏光ビームスプリッタ１４６から出る単一光子を、それぞれの入力光ポート１５１で受信する。光検出モジュール１５０の単一光子光検出器１５２によって検出された論理状態、ハイ１又はロー０は、それぞれの標準通信チャネル１５４を介して復調モジュール１４０の計数レジスタ１４８に送られ、受信ユニットＲｘに情報を再構成する。

【0072】

復調モジュール１４０は、第４の波長板１４９を更に備える。第４の波長板１４９は、第３の波長板１４４の下流に配置され、アクチュエータ１４３によって制御され、好ましくは計数レジスタ１４８に関連付けられる。第４の波長板１４９は、光子が受信ユニットＲｘに既知のシーケンスで検出される前に、光子の偏光状態に更なるランダム性を挿入する。このようにして、受信ユニットＲｘは、光検出モジュール１５０によって送信された情報の論理状態を知る唯一の存在となる。これにより、有利なことに、ＢＢ８４プロトコルの完全性を回復することが可能になる。

【0073】

図４を参照すると、そこには、本発明の第３実施形態に係る量子鍵配送システムが示されている。

【0074】

一般的に参照番号２１００で参照される本システムは、少なくとも２組の変調モジュール及び復調モジュールと、変調モジュール及び復調モジュールの組の間で共有される光子源モジュール２０及び光検出モジュール５０とを備える。これらのモジュールは互いに物理的に分離され、それぞれの光通信チャネルによって、好ましくはそれぞれの光ファイバによって、接続される。

【0075】

図示の例では、システム２１００は、それぞれ３０ａ、４０ｂ、３０ｆ、４０ｃ及び３０ｅ、４０ｄの３組の変調モジュール及び復調モジュールを備え、各モジュールは、有利なことに、システムの他の組の変調モジュール及び復調モジュールによって共有されない独自の量子鍵を生成するように構成されている。

【0076】

光子源モジュール２０は、それぞれの第１の光通信チャネルによって、例えばそれぞれの光ファイバＦ_ＳＭａ、Ｆ_ＳＭｆ、Ｆ_ＳＭｅによって、変調モジュール及び復調モジュールの各組の変調モジュール３０ａ、３０ｆ、３０ｅに接続されている。変調モジュール及び復調モジュールの各組の復調モジュール４０ｂ、４０ｃ、４０ｄは、それぞれの第２の光通信チャネルによって、例えばそれぞれの光ファイバＦ_ＭＤａｂ、Ｆ_ＭＤｆｃ、Ｆ_ＭＤｅｄによって、それぞれの変調モジュール３０ａ、３０ｆ、３０ｅに接続されている。光検出モジュール５０は、それぞれの第３の光通信チャネル、例えばそれぞれの光ファイバＦ_ＤＦｂ、Ｆ_ＤＦｃ、Ｆ_ＤＦｄによって、変調モジュール及び復調モジュールの組のそれぞれの復調モジュール４０ｂ、４０ｃ、４０ｄに接続されている。

【0077】

システム２１００の光子源モジュール２０及び光検出モジュール５０は、それぞれ、第１のスイッチングデバイス２６０及び２６２に動作可能に接続される。第１のスイッチングデバイス２６０及び２６２は、それぞれ、スーパーバイザ装置２７０によって制御され、光通信チャネルを、すなわち、光子源モジュール２０と変調モジュール３０ａ、３０ｆ、３０ｅとの間の第１の光通信チャネルＦ_ＳＭａ、Ｆ_ＳＭｆ、Ｆ_ＳＭｅ、及び、復調モジュール４０ｂ、４０ｃ、４０ｄと光検出モジュール５０との間の第３の光通信チャネルＦ_ＤＦｂ、Ｆ_ＤＦｃ、Ｆ_ＤＦｄの両方を、変調モジュール及び復調モジュールの各組に割り当てる。

【0078】

図５を参照すると、そこには、本発明の第４実施形態に係る量子鍵配送システムが示されている。本システムは、光検出モジュール５０が光子源モジュール２０と同じ場所に配置されている点で図４のシステム２１００と異なっている。

【0079】

このように、一般的に参照番号３１００で参照される本システムは、少なくとも２組の変調モジュール及び復調モジュール、この例ではそれぞれ３０ａ、４０ｂ、３０ｆ、４０ｃ及び３０ｅ、４０ｄの３組の変調モジュール及び復調モジュールと、変調モジュール及び復調モジュールの組の間で共有される光子源モジュール２０及び光検出モジュール５０とを備える。

【0080】

光子源モジュール２０は、変調モジュール及び復調モジュールの各組の変調モジュール３０ａ、３０ｆ、３０ｅから物理的に分離され、それぞれの第１の光通信チャネルによって、例えばそれぞれの光ファイバＦ_ＳＭａ、Ｆ_ＳＭｆ、Ｆ_ＳＭｅによって、変調モジュール及び復調モジュールの各組の変調モジュール３０ａ、３０ｆ、３０ｅに接続されている。変調モジュール及び復調モジュールの各組の復調モジュール４０ｂ、４０ｃ、４０ｄは、それぞれの変調モジュール３０ａ、３０ｆ、３０ｅから物理的に分離され、それぞれの第２の光通信チャネルによって、例えばそれぞれの光ファイバＦ_ＭＤａｂ、Ｆ_ＭＤｆｃ、Ｆ_ＭＤｅｄによって、変調モジュール３０ａ、３０ｆ、３０ｅに接続されている。光検出モジュール５０は、それぞれの復調モジュール４０ｂ、４０ｃ、４０ｄから物理的に分離され、それぞれの第３の光通信チャネル、例えばそれぞれの光ファイバＦ_ＤＦｂ、Ｆ_ＤＦｃ、Ｆ_ＤＦｄによって、復調モジュール４０ｂ、４０ｃ、４０ｄに接続されている。

【0081】

システム２１００の光子源モジュール２０及び光検出モジュール５０は、それぞれ、第１のスイッチングデバイス３６０及び３６２に動作可能に接続される。第１のスイッチングデバイス３６０及び３６２は、それぞれ、スーパーバイザ装置３７０によって制御され、単一光子通信チャネルを、すなわち、光子源モジュール１２０と変調モジュール３０ａ、３０ｆ、３０ｅとの間の第１の光通信チャネルＦ_ＳＭａ、Ｆ_ＳＭｆ、Ｆ_ＳＭｅ、及び、復調モジュール４０ｂ、４０ｃ、４０ｄと光検出モジュール５０との間の第３の光通信チャネルＦ_ＤＦｂ、Ｆ_ＤＦｃ、Ｆ_ＤＦｄの両方を、変調モジュール及び復調モジュールの各組に割り当てる。

【0082】

図６は、本発明の第５の実施形態に係る量子鍵配送システムを示す。本システムは、図４及び図５のシステム２１００及び３１００とは、光子源モジュール２０のみが変調モジュール及び復調モジュールの組によって共有される一方で、それぞれの光通信チャネルによってその間に動作可能に接続された復調モジュールと復調モジュールの組を設ける代わりに、第２の光通信チャネルによって、例えばそれぞれの光ファイバＦ_{ＭＲｘａｂ}、Ｆ_{ＭＲｘｆｃ}、Ｆ_{ＭＲｘｅｄ}によって、それぞれの変調モジュール３０ａ、３０ｆ、３０ｅに動作可能に接続された受信ユニットＲｘｂ、ＲＸｃ、Ｒｘｄが存在する点が異なる。

【0083】

したがって、各受信ユニットＲｘｂ、Ｒｘｃ、Ｒｘｄは、第２の偏光安定器４２、１４２と、第２の偏光安定器の下流に配置され、アクチュエータ４５、１４５によって制御される第３の波長板４４、１４４と、波長板４４、１４４の下流に配置された偏光ビームスプリッタ４６、１４６と、各光子の論理状態を検出し、検出された論理状態を計数レジスタ４８、１４８に送信するように構成される単一光子光検出器５２、１５２とを備える。

【0084】

光子源モジュール２０は、第１の光通信チャネルによって、例えばそれぞれの光ファイバＦ_ＳＭａ、Ｆ_ＳＭｆ、Ｆ_Ｓｍｅによって、各変調モジュール３０ａ、３０ｆ、３０ｅに接続され、各変調モジュール３０ａ、３０ｆ、３０ｅは、それぞれの光ファイバＦ_{ＭＲｘａｂ}、Ｆ_{ＭＲｘｆｃ}、Ｆ_{ＭＲｘｅｄ}によって、それぞれの受信ユニットＲｘｂ、Ｒｘｃ、Ｒｘｄに接続される。

【0085】

システム４１００の光子源モジュール２０は、第１のスイッチングデバイス４６０に動作可能に接続される。第１のスイッチングデバイス４６０は、スーパーバイザ装置４７０によって制御され、単一光子通信チャネルを、すなわち、光子源モジュール２０と変調モジュール３０ａ、３０ｆ、３０ｅとの間の第１の光通信チャネルＦ_ＳＭａ、Ｆ_ＳＭｆ、Ｆ_Ｓｍｅ、及び、変調モジュール３０ａ、３０ｆ、３０ｅと受信ユニットＲｘｂ、Ｒｘｃ、Ｒｘｄとの間の第２の光通信チャネルＦ_{ＭＲｘａｂ}、Ｆ_{ＭＲｘｆｃ}、Ｆ_{ＭＲｘｅｄ}の両方を、変調モジュール及び受信ユニットの各組に割り当てる。

【0086】

図７を参照すると、そこには、本発明の第６の好ましい実施形態に係る量子鍵配送システムが示されている。本システムは、システム２１００及び３１００とは、変調モジュールにも復調モジュールにもスイッチングデバイスが設けられている点で異なっている。このようにして、システムの各モジュールは、複数のモジュールと量子鍵を交換することができる。

【0087】

一般的に参照番号５１００で参照される本システムは、少なくとも２組の変調モジュール及び復調モジュールと、変調モジュール及び復調モジュールの組の間で共有される光子源モジュール２０及び光検出モジュール５０とを備える。これらのモジュールは互いに物理的に分離されている。

【0088】

図示の例では、本システムは、それぞれ３０ａ、４０ｂ、３０ｆ、４０ｃ及び３０ｅ、４０ｄの３組の変調モジュール及び復調モジュールを備え、各モジュールは、有利なことに、システムの他の組の変調モジュール及び復調モジュールによって共有されない独自の量子鍵を生成するように構成されている。

【0089】

光子源モジュール２０は、第１の光通信チャネル、例えば、それぞれの光ファイバＦ_ＳＭａ、Ｆ_ＳＭｆによって、変調モジュール及び復調モジュールの組の変調モジュール３０ａ、３０ｆに接続されている。

【0090】

復調モジュール４０ｂは、それぞれの第２の光通信チャネルによって、例えばそれぞれの光ファイバＦ_ＭＤａｂ、Ｆ_ＭＤｆｂによって変調モジュール３０ａ、３０ｆに接続されている。復調モジュール４０ｃは、それぞれの第２の光通信チャネルによって、例えばそれぞれの光ファイバＦ_ＭＤａｃ、Ｆ_ＭＤｆｃ及びＦ_ＭＤｅｃによって、変調モジュール３０ａ、３０ｆ、３０ｅに接続されている。復調モジュール４０ｄは、それぞれの第２の光通信チャネルによって、例えばそれぞれの光ファイバＦ_ＭＤｆｄ及びＦ_ＭＤｅｄによって変調モジュール３０ｆ及び３０ｅに接続されている。

【0091】

光検出モジュール５０は、それぞれの第３の光通信チャネルによって、例えばそれぞれの光ファイバＦ_ＤＦｂ、Ｆ_ＤＦｃ、Ｆ_ＤＦｄによって、復調モジュール４０ｂ、４０ｃ、４０ｄに接続されている。

【0092】

システム５１００の光子源モジュール２０及び光検出モジュール５０は、それぞれ第１のスイッチングデバイス５６０、５６２に動作可能に接続されている。第３のスイッチングデバイス５６１ａ、５６１ｆ、５６１ｅ及び第４のスイッチングデバイス及び５６３ｂ、５６３ｃ、５６３ｄも、各変調モジュール３０ａ、３０ｆ、３０ｅ及び各復調モジュール４０ｂ、４０ｃ、４０ｄに動作可能に接続されている。

【0093】

各スイッチングデバイス５６０、５６２、５６１ａ、５６１ｆ、５６１ｅ及び５６３ｂ、５６３ｃ、５６３ｄは、本システムの各モジュールが複数のモジュールと量子鍵を交換できるように、スーパーバイザ装置５７０によって制御される。

【0094】

図８を参照すると、そこには、本発明の第７の代替的な実施形態に係る量子鍵配送システムが示されている。

【0095】

一般的に参照番号６１００として参照される本システムは、図２を参照して上で説明したシステム１００にかなり類似しており、光子源モジュールが単一光子ソースではなく、パラメトリック２光子ソースを含む点でシステム１００とは異なる。

【0096】

このように、システム６１００は、光子源モジュール２２０を備える。光子源モジュール２２０は、パラメトリック２光子源２２２、例えばＳＰＤＣ（Spontaneous Parametric Down Conversion、自発的パラメトリック下方変換）型のパラメトリック２光子源２２２と、好ましくは、パラメトリック２光子源２２２のすぐ下流に配置され、同期信号を生成する機能を有する半導体型又は超伝導体型の単一光子検出器２２４とを備える。同期信号は、同期ラインＬｓに沿ってシステム２１００の送信ユニットＴｘと受信ユニットＲｘとの間に配送される。特に、パラメトリック２光子源２２２は、第１の光子と第２の光子を生成し、そのうちの第１の光子は、第１の光通信チャネル内に、例えば光ファイバＦ_ＳＭ内に導かれ、一方、第２の光子は、好ましくは単一光子検出器２２４によって検出される。単一光子検出器２２４は、出力において同期信号を生成し、同期信号は、同期ラインＬｓに沿ってシステム内に配送される。

【0097】

当然、図８に示され、図２のシステム１００に適用されるパラメトリック２光子源を有する光子源モジュール２２０は、他のすべてのシステム１１００、２１００、３１００、４１００、５１００において、単一光子源を有する光子源モジュール（２０、１２０）の代わりに使用することができる。

【0098】

前述のすべてのシステム１００、１１００、２１００、３１００、４１００、５１００、６１００において、同期は、同期ラインＬｓを介して配送される。さらに、各システム１００、１１００、２１００、３１００、４１００、５１００は、古典的な通信チャネル（図示せず）も共有している。

【0099】

以上の説明から、前述の量子鍵配送のためのシステム、変調モジュール及び復調モジュールにより、提示の目的が達成されることは明らかである。

【0100】

したがって、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の保護範囲から逸脱することなく、図面を参照して説明した解決策に変更及び変形を加えることが可能であることは、当業者にとって明らかである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【国際調査報告】