特表 2024-544232 量子通信システムにおいてレーザの周波数を整合させるための方法およびシステム

(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】2024-11-28

(54)【発明の名称】量子通信システムにおいてレーザの周波数を整合させるための方法およびシステム

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/70 20130101AFI20241121BHJP

   H04B 10/27 20130101ALI20241121BHJP

【ＦＩ】

H04B10/70

H04B10/27

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024534263

(86)(22)【出願日】2022-12-08

(85)【翻訳文提出日】2024-07-25

(86)【国際出願番号】 NL2022050710

(87)【国際公開番号】W WO2023106923

(87)【国際公開日】2023-06-15

(31)【優先権主張番号】2030077

(32)【優先日】2021-12-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】NL

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】524215845

【氏名又は名称】キュー・バード・ベー・フェー

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】ジョシュア・アレクサンデル・スレーター

(72)【発明者】

【氏名】トーマス・ミデルブルフ

(72)【発明者】

【氏名】レモン・シアラン・ベルヴーツ

【テーマコード（参考）】

5K102

【Ｆターム（参考）】

5K102AB11

5K102AH02

5K102AH26

5K102AH27

5K102PB01

5K102PH01

5K102PH22

5K102PH31

5K102PH42

5K102PH43

5K102PH49

(57)【要約】

本開示は、量子通信システムにおいてレーザの周波数を整合させるための方法であって、
－ 第１の位置における第１の装置から第１の周波数を有する第１のレーザ信号を、および第２の位置における第２の装置を用いて第２のレーザ信号を第３の位置に位置するビームスプリッタに、２つのレーザ信号がビームスプリッタにおいて干渉してビート周波数を有するビート信号を得るように、送信するステップであって、ビート周波数が第１の周波数と第２の周波数との間の周波数差に相当する、ステップと、
－ 第３の位置に配置される周波数検出ユニットによってビート信号のビート周波数を測定するステップと、
－ ビート周波数が所定の周波数範囲にあるかどうかを判定するステップと、
－ 第３の位置から第１または第２の装置のうちの少なくとも１つにフィードバック信号を送信するステップと、
－ 第１または第２の装置のうちの少なくとも１つにフィードバック信号を送信することによって第１または第２の周波数を適合させるステップであって、周波数を適合させるステップが、
－ ビート周波数が所定の周波数範囲外にある限り第１のアルゴリズムであって、第１のアルゴリズムが、ビート周波数を所定の周波数範囲に入れるように構成される、第１のアルゴリズムと、
－ ビート周波数が所定の周波数にあれば第２のアルゴリズムと、
に従って実行されて、第１および第２のレーザ信号の周波数を整合させる、ステップと、
を含む、方法に関する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

量子通信システムにおいてレーザの周波数を整合させるための方法であって、
－ 第１の位置における第１の装置から第１の周波数を有する第１のレーザ信号を、および第２の位置における第２の装置を用いて第２のレーザ信号を第３の位置に位置するビームスプリッタに、前記第１および第２のレーザ信号が前記ビームスプリッタにおいて干渉してビート周波数を有するビート信号を得るように、送信するステップであって、前記ビート周波数が前記第１の周波数と第２の周波数との間の周波数差に相当する、送信するステップと、
－ 前記第３の位置に配置される周波数検出ユニットによって前記ビート信号の前記ビート周波数を測定するステップと、
－ 前記ビート周波数が所定の周波数範囲にあるかどうかを判定するステップと、
－ 前記第３の位置から前記第１または第２の装置のうちの少なくとも１つにフィードバック信号を送信するステップと、
－ 前記第１または第２の装置のうちの少なくとも１つに前記フィードバック信号を送信することによって前記第１または第２の周波数を適合させるステップであって、前記周波数を適合させるステップが、
－ 前記ビート周波数が前記所定の周波数範囲外にある限り第１のアルゴリズムであって、前記第１のアルゴリズムが、前記ビート周波数を前記所定の周波数範囲に入れるように構成される、第１のアルゴリズムと、
－ 前記ビート周波数が前記所定の周波数にあれば第２のアルゴリズムと、
に従って実行されて、前記第１および第２のレーザ信号の前記周波数を整合させる、ステップと、
を含む、方法。

【請求項2】

前記第１のアルゴリズムを実行するステップが、
－ 前記第１のレーザ信号の前記第１の周波数を一定に保つステップと、
－ 前記第２の装置に前記フィードバック信号を送信することによって前記第２のレーザ信号の前記第２の周波数を変化させるステップと、
－ 前記第１の周波数および前記変化された第２の周波数に基づいて前記ビート信号の前記ビート周波数を測定するステップと、
－ 前記ビート周波数が前記所定の周波数範囲外にあれば前記第２のレーザ信号の前記変化された第２の周波数を前記変化させることを繰り返すステップと、
を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記第２のレーザ信号の前記第２の周波数を変化させるステップが、
－ ステップ様式で前記第２の周波数を変化させるステップであって、第１の周波数ステップでは前記周波数の変化が前記周波数検出ユニットの前記所定の周波数範囲に基づき、各以降の周波数ステップに対して前記周波数の前記変化が増加され、前記周波数ステップの符号が反転される、ステップを含む、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

各以降の周波数ステップでの前記周波数の前記変化の前記増加が、前記第１の周波数ステップの前記周波数の前記変化の加算を含む、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記方法が、
－ 各周波数ステップ後に、前記ビート信号の前記ビート周波数を測定するステップと、
－ 前記ビート周波数が前記所定の周波数範囲にあるかどうかを判定するステップと、
－ 前記ビート周波数が前記所定の周波数範囲にあれば、少なくとも１つの更なる周波数ステップを行うステップであって、前記少なくとも１つの更なる周波数ステップが、前記第１の周波数ステップの前記周波数の前記変化よりも小さい前記周波数の変化を含み、最後の周波数ステップの前記符号が直前の周波数ステップに等しい、ステップと、
－ 前記ビート周波数が前記所定の周波数範囲外にあれば、前記第２のレーザ信号の前記第２の周波数を前記変化させることを繰り返すステップと、
を更に含む、請求項３または４に記載の方法。

【請求項6】

前記少なくとも１つの更なる周波数ステップの前記周波数の前記変化が、前記第１の周波数ステップの前記周波数の前記変化の半分である、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記第２のアルゴリズムが、
－ 前記第１のレーザ信号の前記第１の周波数を一定に保つことと、
－ 前記第２の周波数および前記変化された第２の周波数に少なくとも部分的に基づいて前記ビート周波数の勾配を決定することと、
－ 前記ビート周波数の前記勾配の方向に前記第２のレーザ信号の前記第２の周波数を変化させることと、
－ 前記ビート信号の前記ビート周波数を測定することと、
－ 前記ビート周波数が所定の閾値を下回れば、前記ビート周波数が所定の周波数範囲にあるかどうかを判定しつつ所定の時間待機することと、
－ 前記ビート周波数が前記所定の閾値を上回れば、前記第２のレーザ信号の前記第２の周波数を前記変化させることを繰り返すことと、
を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記第２のアルゴリズムが、
－ 検出不可能な周波数差を防止するために前記第２の周波数の前記変化に下限を課すことと、
－ 前記ビート信号が前記周波数検出ユニットの前記所定の周波数範囲の外に移動することを防止するために前記第２の周波数の前記変化に上限を課すことと、
を含む、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記第１のアルゴリズムの実行中に前記第２の周波数を前記変化させることが前記第２の周波数を前記第２のレーザ信号の有効周波数範囲外に移動させる場合、前記第１のアルゴリズムが、前記第２の周波数が一定に保たれ、前記第１の周波数が変化されて行われる、
請求項２から８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

前記第２のレーザ信号の前記周波数を変化させる前記ステップが、第２のレーザによって出力される前記レーザ信号の前記周波数を制御するように構成されるレーザ信号周波数制御ユニット、例えば温度調節器に供給される電圧を変化させることによって実行される、請求項２から９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

量子通信システムにおいてレーザの周波数を整合させるためのシステムであって、
－ 第１の位置に位置する第１の周波数を有する第１のレーザ信号を発するための第１のレーザユニットと、
－ 第２の位置に位置する第２の周波数を有する第２のレーザ信号を発するための第２のレーザユニットと、
－ 第３の位置に位置するビームスプリッタであって、前記第１および第２のレーザ信号が、前記ビームスプリッタ上で干渉してビート周波数のビート信号を得るように構成される、ビームスプリッタと、
－ 前記ビート信号の前記ビート周波数を測定するための周波数検出ユニットであって、前記周波数検出ユニットが第３の位置に位置し、
－ 前記ビート周波数が所定の周波数範囲にあるかどうかを判定することと、
－ 前記第１または第２のレーザユニットのうちの少なくとも１つにフィードバック信号を送信することと、
－ 前記第１または第２の装置のうちの少なくとも１つに前記フィードバック信号を送信することによって前記第１または第２の周波数を適合させることであって、前記周波数を適合させることが、
－ 前記ビート周波数が前記所定の周波数範囲外にある限り第１のアルゴリズムであって、前記第１のアルゴリズムが、前記ビート周波数を前記所定の周波数範囲に入れるように構成される、第１のアルゴリズムと、
－ 前記ビート周波数が前記所定の周波数範囲にあれば第２のアルゴリズムと、
に従って実行されて、前記第１および第２のレーザ信号の前記周波数を整合させる、前記第１または第２の周波数を適合させることと、
をするように構成されるプロセッサを備える、周波数検出ユニットと、
を備える、システム。

【請求項12】

前記第１のアルゴリズムを実行することが、
－ 前記第１のレーザ信号の前記第１の周波数を一定に保つことと、
－ 前記第２のレーザユニットに前記フィードバック信号を送信することによって前記第２のレーザ信号の前記第２の周波数を変化させることと、
－ 前記第１の周波数および前記変化された第２の周波数に基づいて前記ビート信号の前記ビート周波数を測定することと、
－ 前記ビート周波数が前記所定の周波数範囲外にあれば前記第２のレーザ信号の前記変化された第２の周波数を前記変化させることを繰り返すことと、
を更に含む、請求項１１に記載のシステム。

【請求項13】

前記第２のレーザ信号の前記第２の周波数を前記変化させることが、
－ ステップ様式で前記第２の周波数を変化させることであって、第１の周波数ステップでは前記周波数の変化が前記周波数検出ユニットの前記所定の周波数範囲に基づき、各以降の周波数ステップに対して前記周波数の前記変化が増加され、前記周波数ステップの符号が反転される、ステップ様式で前記第２の周波数を変化させることを含む、請求項１２に記載のシステム。

【請求項14】

各以降の周波数ステップでの前記周波数の前記変化の前記増加が、前記第１の周波数ステップの前記周波数の前記変化の加算を含む、請求項１３に記載のシステム。

【請求項15】

前記第１のアルゴリズムが、
－ 各周波数ステップ後に、前記ビート信号の前記ビート周波数を測定することと、
－ 前記ビート周波数が前記所定の周波数範囲にあるかどうかを判定することと、
－ 前記ビート周波数が前記所定の周波数範囲にあれば、少なくとも１つの更なる周波数ステップを行うことであって、前記少なくとも１つの更なる周波数ステップが、前記第１の周波数ステップの前記周波数の前記変化よりも小さい前記周波数の変化を含み、最後の周波数ステップの前記符号が直前の周波数ステップに等しい、少なくとも１つの更なる周波数ステップを行うことと、
－ 前記ビート周波数が前記所定の周波数範囲外にあれば、前記第２のレーザ信号の前記第２の周波数を変化させることを繰り返すことと、
を更に含む、請求項１３または１４に記載のシステム。

【請求項16】

前記少なくとも１つの更なる周波数ステップの前記周波数の前記変化が、前記第１の周波数ステップの前記周波数の前記変化の半分である、請求項１５に記載のシステム。

【請求項17】

前記第２のアルゴリズムが、
－ 前記第１のレーザ信号の前記第１の周波数を一定に保つことと、
－ 前記第２の周波数および変化された第２の周波数に少なくとも部分的に基づいて前記ビート周波数の勾配を決定することと、
－ 前記ビート周波数の勾配の方向に前記第２のレーザ信号の前記第２の周波数を変化させることと、
－ 前記ビート信号の前記ビート周波数を測定することと、
－ 前記ビート周波数が所定の閾値を下回れば、前記ビート周波数が所定の周波数範囲にあるかどうかを判定しつつ所定の時間待機することと、
－ 前記ビート周波数が前記所定の閾値を上回れば、前記第２のレーザ信号の前記第２の周波数を前記変化させることを繰り返すことと、
を含む、請求項１１から１６のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項18】

前記第２のアルゴリズムが、
－ 検出不可能な周波数差を防止するために前記第２の周波数の前記変化に下限を課すことと、
－ 前記ビート信号が前記周波数検出ユニットの前記所定の周波数範囲の外に移動することを防止するために前記第２の周波数の前記変化に上限を課すことと、
を含む、請求項１７に記載のシステム。

【請求項19】

前記第１のアルゴリズムの実行中に前記第２の周波数を前記変化させることが前記第２の周波数を前記第２のレーザ信号の有効周波数範囲外に移動させる場合、前記第１のアルゴリズムが、前記第２の周波数が一定に保たれ、前記第１の周波数がステップ様式で変化されて行われる、
請求項１２から１８のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項20】

－ 前記第１および第２のレーザユニットにそれぞれ動作的に接続される第１および第２の周波数制御ユニット、例えば温度調節器であって、前記周波数制御ユニットが、前記周波数制御ユニットに供給される電圧の変化によって前記レーザの前記周波数を変化させるように構成される、周波数制御ユニット、
を更に備える、請求項１２から１９のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項21】

前記周波数検出ユニットがフォトダイオード検出器および周波数カウンタを備える、請求項１１から２０のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項22】

－ ベル状態測定システムと、
－ 請求項１１から２１のいずれか一項に記載のシステムと
を備える、量子通信ネットワーク。

【請求項23】

請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法ステップを実行するように構成されるコンピュータプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、量子通信システムにおいてレーザの周波数を整合させるための方法およびシステム、そのようなシステムを備える量子通信ネットワーク、ならびに同方法を実行するように構成されるコンピュータプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

量子情報システムは、情報担体として量子系、例えばキュービットを使用するデータ処理システムである。従来のデータ処理システムでは情報の基本単位は、値『０』か『１』かを有するビットである。対照的に、量子情報システムにおける情報の基本単位はキュービットであり、キュービットは二状態量子力学系であってよい。キュービットの特別な性質は、それが『０』か『１』か同時に両状態の重ね合わせかにあることができるということである。キュービットが使用される量子情報システムの１つの例がＱＫＤシステムである。

【0003】

ＱＫＤシステムは、異なる位置における２人以上のユーザがキュービットの特別な性質を少なくとも部分的に利用することによって暗号鍵を安全に生成するのを可能にする。ＱＫＤシステム（ＢＢ８４）の最初の提案は、Ｃ．Ｈ． ＢｅｎｅｔｔおよびＧ． Ｂｒａｓｓａｒｄによってなされ、論文「Ｑｕａｎｔｕｍ ｃｒｙｐｔｏｇｒａｐｈｙ： Ｐｕｂｌｉｃ ｋｅｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｉｎ ｔｏｓｓｉｎｇ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ， Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ、第１７５巻、８頁、Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、１９８４に記載されている。ＱＫＤシステムを使用することの利点は、少なくとも理論上、システムに盗聴者が存在する場合にさえ鍵が安全であるということである。

【0004】

ＱＫＤの１つの提案が測定装置無依存量子鍵配送（ＭＤＩ－ＱＫＤ）プロトコルである。このプロトコルでは、２人のユーザ、アリスおよびボブが、第三者、通常チャーリーと称される、にランダムキュービットを送信する。チャーリーは、次いでもつれたベル状態へチャーリー側で受信した２つのキュービット（１つはアリスから、１つはボブから）の状態を投影するベル状態測定（ＢＳＭ）を行う。ベル状態が生じるたびに、アリスおよびボブは、彼らの準備基底を公開チャネル上で比較し、彼らが同じ基底を選んだイベントの記録を残すことができる。公開チャネル上でのこの比較後に、ボブは、自分のビット値を、それらがアリスのものと同一になるように後処理する。これらのベル状態測定は、ＭＤＩ－ＱＫＤが１つの重要な例として、多くの量子通信応用にとって基本である。

【0005】

ＭＤＩ－ＱＫＤシステムにおけるベル状態測定が機能するには、良好なＢＳＭを行うために２つの独立したレーザ源（アリスおよびボブ）から２つの区別不可能な光子を生成することが必要である。ＭＤＩ－ＱＫＤシステムにおけるベル状態測定の一例が、Ｒ． Ｖａｌｉｖａｒｔｈｉらによる論文「Ａ ｃｏｓｔ－ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ－ｄｅｖｉｃｅ－ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｑｕａｎｔｕｍ ｋｅｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｑｕａｎｔｕｍ ｎｅｔｗｏｒｋｓ」、Ｑｕａｎｔｕｍ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、２０１７年２月に記載されている。

【0006】

しばしばＱＫＤシステムは、時間ビンキュービットを生成するためにレーザおよびフィールドプログラマブルゲートアレイに基づく。時間ビンキュービットは、単一光子励起の２つの独立した時間モードのコヒーレントな重ね合わせによって形成されてよい。時間ビン符号化は、特に単一モード光ファイバ伝搬に適切であり、既存のファイバネットワークと互換性がある。それ故、ＱＫＤシステムにおける時間ビンキュービットの形成は、実際的なＱＫＤ実装の開発における実際的な要素である。上記参照されたＢＢ８４およびＭＤＩ－ＱＫＤプロトコルのようなＱＫＤプロトコル、コヒーレント一方向（ＣＯＷ）ＱＫＤプロトコルならびにＶａｇｎｉｌｕｃａらによる論文、Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｔｉｍｅ－ｂｉｎ ｅｎｃｏｄｉｎｇ ｆｏｒ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｈｉｇｈ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｑｕａｎｔｕｍ ｋｅｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ、ｐｈｙｓｉｃａｌ ｒｅｖｉｅｗ ａｐｐｌｉｅｄ １４、０１４０５１（２０２０）に記載されているような他のＱＫＤプロトコルは、連続波（ＣＷ）レーザの出力の強度変調およびその後の減衰による一連の位相コヒーレントな時間モードを使用する。

【0007】

ＣＮ１１２０３９６６６Ａは、量子鍵配送に基づく周波数同期および位相安定化方法およびシステムに関し、システムは、２つの独立したレーザ源を出力するために使用される超安定レーザを備える周波数同期システムと、２つの独立したレーザ源のビート周波数信号を取得するために使用されるビート周波数モジュールと、ビート周波数信号に従って２つの独立したレーザ源間の周波数差を測定するために使用されるスペクトラムアナライザと、周波数標準器と接続される同期および同調モジュールと、同期および同調モジュールのために周辺の周波数標準を提供するために使用される周波数標準器とを備える。同期および同調モジュールは、周波数標準に基づく周波数差に従って２つの独立したレーザ源間で周波数を一致させるように同調させ、超安定レーザの出力周波数の固有の線形ドリフト量を除去するために使用される。本発明によれば、２つの独立したレーザ源間の周波数同期は、量子鍵配送プロセスにおいて実現され、その結果、参照光信号および２つの独立したレーザ源の量子光信号の位相は安定している。

【0008】

正しく実装されるベル状態測定の要件は、アリスおよびボブが時間ビンキュービットを生じさせるために使用する光場の周波数間の周波数差が最小であるべきであることを必要とする。したがって、周波数差を決定すること、ならびに決定された周波数差に基づいてアリスおよびボブの周波数を整合させようとすることが所望される。更には、周波数の整合は、効率的な方式で行われるべきである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】ＣＮ１１２０３９６６６Ａ

【非特許文献】

【0010】

【非特許文献1】Ｃ．Ｈ． ＢｅｎｅｔｔおよびＧ． Ｂｒａｓｓａｒｄ、「Ｑｕａｎｔｕｍ ｃｒｙｐｔｏｇｒａｐｈｙ： Ｐｕｂｌｉｃ ｋｅｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｉｎ ｔｏｓｓｉｎｇ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ， Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ、第１７５巻、８頁、Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、１９８４

【非特許文献2】Ｒ． Ｖａｌｉｖａｒｔｈｉら、「Ａ ｃｏｓｔ－ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ－ｄｅｖｉｃｅ－ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｑｕａｎｔｕｍ ｋｅｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｑｕａｎｔｕｍ ｎｅｔｗｏｒｋｓ」、Ｑｕａｎｔｕｍ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、２０１７年２月

【非特許文献3】Ｖａｇｎｉｌｕｃａら、Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｔｉｍｅ－ｂｉｎ ｅｎｃｏｄｉｎｇ ｆｏｒ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｈｉｇｈ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｑｕａｎｔｕｍ ｋｅｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ、ｐｈｙｓｉｃａｌ ｒｅｖｉｅｗ ａｐｐｌｉｅｄ １４、０１４０５１（２０２０）

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0011】

第１の態様において、本開示は、量子通信システムにおいてレーザの周波数を整合させるための方法に関する。方法は、第１の位置における第１の装置から第１の周波数を有する第１のレーザ信号を、および第２の位置における第２の装置を用いて第２のレーザ信号を第３の位置に位置するビームスプリッタに、２つのレーザ信号がビームスプリッタにおいて干渉してビート周波数を有するビート信号を得るように、送信するステップであって、ビート周波数が第１の周波数と第２の周波数との間の周波数差に相当する、ステップと、第３の位置に配置される周波数検出ユニットによってビート信号のビート周波数を測定するステップと、ビート周波数が所定の周波数範囲にあるかどうかを判定するステップと、第３の位置から第１または第２の装置のうちの少なくとも１つにフィードバック信号を送信するステップと、第１または第２の装置のうちの少なくとも１つにフィードバック信号を送信することによって第１または第２の周波数を適合させるステップであって、周波数を適合させるステップが、ビート周波数が所定の周波数範囲外にある限り第１のアルゴリズムであり、第１のアルゴリズムが、ビート周波数を所定の周波数範囲に入れるように構成される、第１のアルゴリズムと、ビート周波数が所定の周波数にあれば第２のアルゴリズムとに従って実行されて、第１および第２のレーザ信号の周波数を整合させる、ステップとを含んでよい。

【0012】

一実施形態において、第１のアルゴリズムを実行するステップは、第１のレーザ信号の第１の周波数を一定に保つステップと、第２の装置にフィードバック信号を送信することによって第２のレーザ信号の第２の周波数を変化させるステップと、第１の周波数および変化された第２の周波数に基づいてビート信号のビート周波数を測定するステップと、ビート周波数が所定の周波数範囲外にあれば第２のレーザ信号の変化された第２の周波数を変化させることを繰り返すステップとを含む。

【0013】

一実施形態において、第２のレーザ信号の第２の周波数を変化させることは、ステップ様式で第２の周波数を変化させるステップであり、第１の周波数ステップでは周波数の変化が周波数検出ユニットの所定の周波数範囲に基づき、各以降の周波数ステップに対して周波数の変化が増加され、周波数ステップの符号が反転される、ステップを含む。

【0014】

一実施形態において、各以降の周波数ステップでの周波数の変化の増加は、第１の周波数ステップの周波数の変化の加算を含む。

【0015】

一実施形態において、第１のアルゴリズムは、各周波数ステップ後に、ビート信号のビート周波数を測定することと、ビート周波数が所定の周波数範囲にあるかどうかを判定することと、ビート周波数が所定の周波数範囲にあれば、少なくとも１つの更なる周波数ステップを行うことであり、少なくとも１つの更なる周波数ステップが、第１の周波数ステップの周波数の変化よりも小さい周波数の変化を含み、最後の周波数ステップの符号が直前の周波数ステップに等しい、少なくとも１つの更なる周波数ステップを行うことと、ビート周波数が所定の周波数範囲外にあれば、第２のレーザ信号の第２の周波数を変化させることを繰り返すこととを更に含む。

【0016】

一実施形態において、少なくとも１つの更なる周波数ステップの周波数の変化は、第１の周波数ステップの周波数の変化の半分である。

【0017】

一実施形態において、第２のアルゴリズムは、第１のレーザ信号の第１の周波数を一定に保つことと、第２の周波数および変化された第２の周波数に少なくとも部分的に基づいてビート周波数の勾配を決定することと、ビート周波数の勾配の方向に第２のレーザ信号の第２の周波数を変化させることと、ビート信号のビート周波数を測定することと、ビート周波数が所定の閾値を下回れば、ビート周波数が所定の周波数範囲にあるかどうかを判定しつつ所定の時間待機することと、ビート周波数が所定の閾値を上回れば、第２のレーザ信号の第２の周波数を変化させることを繰り返すこととを含む。

【0018】

一実施形態において、第２のアルゴリズムは、検出不可能な周波数差を防止するために第２の周波数の変化に下限を課すことと、ビート信号が周波数検出ユニットの所定の周波数範囲の外に移動することを防止するために第２の周波数の変化に上限を課すこととを含む。

【0019】

一実施形態において、第１のアルゴリズムの実行中に第２の周波数を変化させることが第２の周波数を第２のレーザ信号の有効周波数範囲外に移動させる場合、第１のアルゴリズムは、第２の周波数が一定に保たれ、第１の周波数が変化されて行われる。

【0020】

一実施形態において、第２のレーザの周波数を変化させるステップは、第２のレーザによって出力されるレーザ信号の周波数を制御するように構成されるレーザ信号周波数制御ユニット、例えば温度調節器に供給される電圧を変化させることによって実行される。

【0021】

更なる態様において、本開示は、量子通信システムにおいてレーザの周波数を整合させるためのシステムであって、第１の位置に位置する第１の周波数を有する第１のレーザ信号を発するための第１のレーザユニットと、第２の位置に位置する第２の周波数を有する第２のレーザ信号を発するための第２のレーザユニットと、第３の位置に位置するビームスプリッタであり、第１および第２のレーザ信号が、ビームスプリッタ上で干渉してビート周波数のビート信号を得るように構成される、ビームスプリッタと、ビート信号のビート周波数を測定するための周波数検出ユニットであり、周波数検出ユニットが第３の位置に位置し、ビート周波数が所定の周波数範囲にあるかどうかを判定することと、第１または第２のレーザユニットのうちの少なくとも１つにフィードバック信号を送信することと、第１または第２の装置のうちの少なくとも１つにフィードバック信号を送信することによって第１または第２の周波数を適合させることであり、周波数を適合させることが、ビート周波数が所定の周波数範囲外にある限り第１のアルゴリズムであり、第１のアルゴリズムが、ビート周波数を所定の周波数範囲に入れるように構成される、第１のアルゴリズムと、ビート周波数が所定の周波数範囲にあれば第２のアルゴリズムとに従って実行されて、第１および第２のレーザ信号の周波数を整合させる、第１または第２の周波数を適合させることをするように構成されるプロセッサを備える、周波数検出ユニットとを備える、システムに関する。

【0022】

一実施形態において、第１のアルゴリズムを実行することは、第１のレーザ信号の第１の周波数を一定に保つことと、第２のレーザユニットにフィードバック信号を送信することによって第２のレーザ信号の第２の周波数を変化させることと、第１の周波数および変化された第２の周波数に基づいてビート信号のビート周波数を測定することと、ビート周波数が所定の周波数範囲外にあれば第２のレーザ信号の変化された第２の周波数を変化させることを繰り返すこととを含む。

【0023】

一実施形態において、第２のレーザ信号の第２の周波数を変化させることは、ステップ様式で第２の周波数を変化させることであり、第１の周波数ステップでは周波数の変化が周波数検出ユニットの所定の周波数範囲に基づき、各以降の周波数ステップに対して周波数の変化が増加され、周波数ステップの符号が反転される、ステップ様式で第２の周波数を変化させることを含む。

【0024】

一実施形態において、各以降の周波数ステップでの周波数の変化の増加は、第１の周波数ステップの周波数の変化の加算を含む。

【0025】

一実施形態において、第１のアルゴリズムは、各周波数ステップ後に、ビート信号のビート周波数を測定することと、ビート周波数が所定の周波数範囲にあるかどうかを判定することと、ビート周波数が所定の周波数範囲にあれば、少なくとも１つの更なる周波数ステップを行うことであり、少なくとも１つの更なる周波数ステップが、第１の周波数ステップの周波数の変化よりも小さい周波数の変化を含み、最後の周波数ステップの符号が直前の周波数ステップに等しい、少なくとも１つの更なる周波数ステップを行うことと、ビート周波数が所定の周波数範囲外にあれば、第２のレーザ信号の第２の周波数を変化させることを繰り返すこととを更に含む。

【0026】

一実施形態において、少なくとも１つの更なる周波数ステップの周波数の変化は、第１の周波数ステップの周波数の変化の半分である。

【0027】

一実施形態において、第２のアルゴリズムは、第１のレーザ信号の第１の周波数を一定に保つことと、第２の周波数および変化された第２の周波数に少なくとも部分的に基づいてビート周波数の勾配を決定することと、ビート周波数の勾配の方向に第２のレーザ信号の第２の周波数を変化させることと、ビート信号のビート周波数を測定することと、ビート周波数が所定の閾値を下回れば、ビート周波数が所定の周波数範囲にあるかどうかを判定しつつ所定の時間待機することと、ビート周波数が所定の閾値を上回れば、第２のレーザ信号の第２の周波数を変化させることを繰り返すこととを含む。

【0028】

一実施形態において、第２のアルゴリズムは、検出不可能な周波数差を防止するために第２の周波数の変化に下限を課すことと、ビート信号が周波数検出ユニットの所定の周波数範囲の外に移動することを防止するために第２の周波数の変化に上限を課すこととを含む。

【0029】

一実施形態において、第１のアルゴリズムの実行中に第２の周波数を変化させることが第２の周波数を第２のレーザ信号の有効周波数範囲外に移動させる場合、第１のアルゴリズムは、第２の周波数が一定に保たれ、第１の周波数が変化されて行われる。

【0030】

一実施形態において、システムは、第１および第２のレーザユニットにそれぞれ動作的に接続される第１および第２の周波数制御ユニット、例えば温度調節器であり、周波数制御ユニットが、周波数制御ユニットに供給される電圧の変化によってレーザの周波数を変化させるように構成される、周波数制御ユニットを更に備える。

【0031】

更なる態様において、本開示は、ベル状態測定システムといずれか１つの上記の実施形態に係るシステムとを備える量子通信ネットワークに関する。

【0032】

更なる態様において、本開示は、上記の実施形態のいずれか１つに係る方法ステップを実行するように構成されるコンピュータプログラムに関する。

【0033】

ここで例証的な実施形態に詳細に参照がなされることになり、その例が、同様の参照数字が全体を通して同様の要素を指す、添付図面に例示される。例証的な実施形態が図を参照しつつ下記される。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】周波数を整合させるためのシステムを備える量子通信システムの一例を示す図である。

【図2】周波数を整合させるためのシステムの一例を示す図である。

【図3】本発明に係る方法の特性のグラフの一例を示す図である。

【図4A】第１のアルゴリズムの実行を例示するグラフの一例を示す図である。

【図4B】第１のアルゴリズムの実行を例示するグラフの一例を示す図である。

【図4C】第１のアルゴリズムの実行を例示するグラフの一例を示す図である。

【図4D】第１のアルゴリズムの実行を例示するグラフの一例を示す図である。

【図5】周波数を整合させるための方法の一例を示す図である。

【図6】第１のアルゴリズムを使用する方法の一例を示す図である。

【図7】第２のアルゴリズムを使用する方法の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0035】

総則
本明細書で使用される術語が単に特定の実施形態を説明する目的であり、本開示の範囲は添付の請求項によって定められることになるので、限定的であるとは意図されないことが理解されるはずである。

【0036】

更には、別途定義されない限り、本明細書で使用される全ての技術および科学用語は、本発明が属する技術の当業者によって通常理解されるのと同じ意味を有する。それでも、或る要素は、明瞭さおよび参照の容易さのために以下に定義される。

【0037】

値の範囲が提供される場合、その範囲の上限と下限との間の、文脈が別途明記しない限り下限の単位の１０分の１までの、各介在値およびその規定された範囲内の任意の他の規定または介在値が本開示内に包含されることが理解される。これらの小さい範囲の上下限は、小さい範囲に独立して含まれてよく、本開示内にも包含されるが、規定された範囲において任意の限度が特に除外され得る。規定された範囲が限度の一方または両方を含む場合、それらの含まれた限度の一方または両方を除外した範囲も本開示に含まれる。

【0038】

本明細書でおよび添付の請求項で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈が別途明記しない限り複数の指示対象を含むことが留意される。請求項がいかなる任意選択の要素も除外するように作成されてよいことが更に留意される。そのため、この文は、請求項要素の詳述と関連した「専ら」、「単に」等のような排他的術語の使用、または「否定的」限定の使用のための先行詞としての役割をすると意図される。

【0039】

本開示を読んだ上で当業者には明らかであろうが、本明細書に記載および例示される個々の例証的な実施形態の各々は、その他の幾つかの例証的な実施形態のいずれかの特徴と容易に分離されまたは組み合わされ得る個別の構成要素および特徴を有する。いかなる詳述される方法も、詳述された事象の順序でまたは論理的に可能である任意の他の順序で実施できる。

【0040】

詳細な説明
図１は、本開示の一実施形態に係る周波数を整合させるためのシステムを備える量子通信システムの一例を描く。システム１００は、第１のキュービットモジュール１０２、第２のキュービットモジュール１０４および中央ノード１１０を備える。第１のキュービットモジュール１０２は、連続光場を供給するためのレーザユニット１１４、例示された例では分布帰還型レーザを備える。レーザユニット１１４の後に、レーザ光を安定させるためにアイソレータ１１５が配置される。アイソレータの後で、レーザ光は、偏光ビームスプリッタＰＢＳ１２８によって分割される。ＰＢＳ１２８から来る第１のアームが光ファイバ１０６を通って、第１および第２のキュービットモジュール１０２、１０４からのレーザを安定させるための周波数測定装置１３９に至る。周波数測定装置１３９は、第２のキュービットモジュール１０４からのレーザ光も光ファイバ１０７を通して受光する。ＰＢＳ１２８から来る第２のアームが、フィールドプログラマブルゲートアレイＣＯＭＰ１２５からキュービット状態情報を受信するキュービット生成装置１２４に至る。キュービット生成装置１２４は、例えばキュービットのために所望の性質を得るために様々な強度変調器、位相変調器、可変光減衰器および／またはアイソレータを備えてよい。キュービット生成装置１２４によって作られたキュービットは、次いで第１のキュービットモジュール１０２から光ファイバ１０８を通じて中央ノード１１０に送信される。図１に例示されないが、第２のキュービットモジュール１０４は、第１のキュービットモジュール１０２に対して記載されたのと同じ要素および特徴を備える。

【0041】

光ファイバ１０８を通じて送信されるキュービットは、ベル状態測定（ＢＳＭ）装置１３８において受信され、キュービットにベル状態測定を行うことができる。ベル状態測定に対応するこのキュービット情報は、次いで秘密鍵の作成のためにローカルコンピュータＣＯＭＰ１２９に送信される。

【0042】

図２は、第１および第２のキュービットモジュール２０２、２０４からの周波数を安定させるための周波数測定装置２３９を描く。周波数測定装置２３９は、ビームスプリッタ２４０、フォトダイオード２４２および周波数カウンタ２４４を備える。ビームスプリッタに対する入力は、第１のキュービットモジュール２０２から光ファイバ２０６を通って来るレーザ光および第２のキュービットモジュール２０４から光ファイバ２０７を通って来るレーザ光である。フォトダイオード２４２は、入射光子を登録し、光子数を電圧に変換する。２つの光源からのレーザ光がビームスプリッタ２４０に入射するにつれて、ビート周波数を有するビート信号がビームスプリッタ２４０によって発されることになる。周波数カウンタ２４４は、ビート信号の周波数がどうであるかをフォトダイオードの出力から判定するように構成される。周波数カウンタ２４４によって発生される信号に基づいて、周波数測定装置２３９のコントローラ２４６が、通信チャネル２４８および２４９を通して第１のキュービットモジュール２０２か第２のキュービットモジュール２０４かにフィードバック信号を送信する。通信チャネル２４８および２４９は、光ファイバ、イーサネット、またはフィードバック信号を送信するのに適切である任意の他のチャネルであってよい。通信チャネル２４８からのフィードバック信号は、周波数制御ユニット２５０によって第１のキュービットモジュール２０２において受信される。通信チャネル２４９からのフィードバック信号は、周波数制御ユニット２５２によって第２のキュービットモジュール２０４において受信される。周波数制御ユニット２５０、２５２は、１つの実施形態において温度調節器であることができ、温度調節器は、温度調節器に供給される電圧に基づいてレーザの周波数が変化されるようにレーザ２１４ａ、２１４ｂの温度を適合させるように構成される。

【0043】

図３は、周波数カウンタ２４４によって検出されるビート周波数に対する温度調節器の電圧のグラフを図示する。より詳細には、Ｘ軸に、周波数制御ユニット２５０、この例では温度調節器に供給される電圧が示される。この供給される電圧は、通信チャネル２４８を通して送信されるフィードバック信号によって決定されてよい。Ｙ軸に、周波数カウンタ２４４によって得られ、ビート信号から決定される周波数が示される。

【0044】

点２５４は、周波数制御ユニット２５０に供給される特定の電圧において周波数カウンタ２４４によって測定されるビート周波数の測定値である。点２５４を通る線２５６は、周波数制御ユニット２５２に供給されるフィードバック信号の電圧が一定に保持されるという条件下で、周波数制御ユニット２５０に供給される電圧の変化と周波数カウンタ２４４によって測定されるビート周波数との間の関係である。領域２５８では周波数カウンタ２４４はビート周波数を測定しない。所定の周波数範囲Ｆにおいて周波数カウンタ２４４はビート周波数を測定する。本例では、所定の周波数範囲Ｆは１．２００Ｖと１．２０４Ｖとの間である。所定の周波数範囲がシステムの具体的なセットアップに依存していることは当業者にとって明らかである。当業者は、所定の周波数範囲Ｆに対して異なるレーザが異なる電圧の範囲になることを理解するであろう。線２５６は、谷２６０を備える形状を有する。谷２６０の地点２６２においてビート周波数は実質的にゼロＨｚであり、最低地点２６２においてレーザ２１４ａおよびレーザ２１４ｂの周波数間の差が実質的にゼロであることを意味する。レーザ２１４ａおよびレーザ２１４ｂの周波数が実質的に同じであるように、ビート周波数が実質的にゼロであるフィードバック信号の電圧を決定することが本発明の目的である。領域２５８では第１のアルゴリズムが実行されてよい。所定の周波数範囲Ｆでは第２のアルゴリズムが実行されてよい。本開示の文脈では、第１のアルゴリズムは、広域探索アルゴリズムとして特性化されてよい。第１および第２のアルゴリズムは、中央ノード２１０のコントローラ２４６によって実行されてよい。

【0045】

図４Ａ～図４Ｄは、第１のアルゴリズムの実行の様々な段階を描く。Ｘ軸に示される電圧は、コントローラ２４６によって周波数制御ユニット２５０に送信されるフィードバック信号の電圧に関する。図４Ａ～図４Ｄの全てにおいて第２のキュービットモジュール１０４の周波数制御ユニット２５２に送信されるフィードバック信号は一定に保たれる。図４Ａにおいて、第１のアルゴリズムは、地点３６４での電圧から始まる。地点３６４において、地点３６４では電圧が１．２００Ｖよりも低いので、電圧は所定の周波数範囲Ｆ外にある。第１のステップでは、第１のアルゴリズムは、周波数制御ユニット２５０に送信されるフィードバック信号の電圧に１．６ｍＶを加算する。これは、地点３６４から地点３６６に電圧を移動させる。図４Ａに見て取れるように、地点３６６は、まだ所定の周波数範囲Ｆ外にある。

【0046】

第１のステップ中に加算される電圧差は、所定の周波数範囲Ｆによって少なくとも部分的に決定される。一実施形態において、第１のステップは、所定の周波数範囲Ｆの半分未満である電圧差を含んでよい。一実施形態において、第１のステップは、所定の周波数範囲Ｆの半分未満であって所定の周波数範囲Ｆの１／４を超える電圧差を含む。

【0047】

図４Ｂにおいて、第１のアルゴリズムは、地点３６６での電圧を有する。地点３６６において、地点３６６では電圧が１．２００Ｖよりも低いので、電圧は所定の周波数範囲Ｆ外にある。第２のステップでは、第１のアルゴリズムは、周波数制御ユニット２５０に送信されるフィードバック信号の電圧に３．２ｍＶを減算する。これは、地点３６６から地点３６８に電圧を移動させる。図４Ｂに見て取れるように、地点３６８は、まだ所定の周波数範囲Ｆ外にある。

【0048】

一実施形態において、第２のステップは、第１のステップの電圧差の２倍である電圧差を含む。一実施形態において、第１のステップおよび第２のステップからの電圧差の符号は異なる。本例では、第１のステップの符号が正である一方で、第２のステップの符号は負である。

【0049】

図４Ｃにおいて、第１のアルゴリズムは、地点３６８での電圧を有する。地点３６８において、地点３６８では電圧が１．２００Ｖよりも低いので、電圧は所定の周波数範囲Ｆ外にある。第３のステップでは、第１のアルゴリズムは、周波数制御ユニット２５０に送信されるフィードバック信号の電圧に６．４ｍＶを加算する。これは、地点３６８から地点３７０に電圧を移動させる。図４Ｃに見て取れるように、地点３７０は所定の周波数範囲Ｆ内にある。

【0050】

一実施形態において、第３のステップは、第１のステップの電圧差の３倍である電圧差を含む。一実施形態において、第２のステップおよび第３のステップからの電圧差の符号は異なる。本例では、第２のステップの符号が負である一方で、第３のステップの符号は正である。

【0051】

図４Ｄにおいて、第１のアルゴリズムは、地点３７０での電圧を有する。地点３７０において、地点３７０では電圧が１．２００Ｖと１．２０４Ｖとの間にあるので、電圧は所定の周波数範囲Ｆ内にある。第４のステップは、少なくとも１つの更なる周波数ステップとも命名されてよく、第１のアルゴリズムは、周波数制御ユニット２５０に送信されるフィードバック信号の電圧に０．８ｍＶを加算する。これは、地点３７０から地点３７２に電圧を移動させる。図４Ｄに見て取れるように、地点３７２も所定の周波数範囲Ｆ内にある。

【0052】

一実施形態において、第４のステップは、第１のステップの電圧差の半分である電圧差を含む。コントローラ２４６は、直前のステップが電圧を所定の周波数範囲Ｆに入れた場合に電圧差が第１のステップの半分である第４のステップを実行すると決定してよい。一実施形態において、第３のステップおよび第４のステップからの電圧差の符号は同じである。本例では、第３のステップの符号が正である一方で、第４のステップの符号は正である。

【0053】

第４のステップ後に、コントローラ２４６は、第２のアルゴリズムを実行してよい。本開示の文脈では、第２のアルゴリズムは、勾配降下アルゴリズムとして特性化されてよい。第２のアルゴリズムは、所定の周波数範囲Ｆ内のビート周波数の極小を見つけるために使用される。

【0054】

図５は、周波数を整合させるための方法の一例を描く。ステップ５０２では第１および第２のレーザユニット２１４ａおよび２１４ｂは、中央ノード２１０に配置されるビームスプリッタ２４０にそれぞれの第１の周波数および第２の周波数のそれらのレーザ信号を送信する。ステップ５０４ではビームスプリッタ２４０から生じるビート信号のビート周波数がフォトダイオード２４２および周波数カウンタ２４４によって測定される。ステップ５０６ではコントローラ２４６は、ビート周波数が所定の周波数範囲Ｆにあるかどうかを判定してよい。所定の周波数範囲Ｆは、フォトダイオード２４２および周波数カウンタ２４４が有効なビート周波数を決定することができるビート周波数の範囲である。言い換えれば、所定の周波数範囲Ｆは、ビート周波数が周波数カウンタ２４４によって測定するのに高すぎないビート周波数の範囲である。ビート周波数が所定の周波数範囲Ｆ外にあれば、コントローラ２４６は、ステップ５０８で第１のアルゴリズムに従って周波数を適合させる。第１のアルゴリズムは、通信チャネル２４８または２４９を通してフィードバック信号を送信することによって実行されてよい。第１のアルゴリズムは、所定の周波数範囲Ｆ内にあるビート周波数に達するように構成される。ビート周波数が所定の周波数範囲Ｆ内にあれば、コントローラ２４６は、ステップ５１０で第２のアルゴリズムに従って周波数を適合させる。第２のアルゴリズムは、通信チャネル２４８または２４９を通してフィードバック信号を送信することによって実行されてよい。第２のアルゴリズムは、ビート周波数の極小を見つけるように構成される。

【0055】

図６は、第１のアルゴリズムを使用する方法の一例を描く。ステップ６１２で第１のレーザユニット２１４ａの第１の周波数が一定に保たれる。これは、通信チャネル２４８を通して送信されるフィードバック信号を一定に保つことによって達成されてよい。ステップ６１４で第２のレーザユニット２１４ｂの第２の周波数が第１の周波数ステップで変化されてよい。第２の周波数は、通信チャネル２４９を通してフィードバック信号を変化させることによってコントローラ２４６によって変化されてよい。フィードバック信号の変化は、変化された電圧であってよい。第１の周波数ステップでの電圧変化は、ビート周波数の有効な測定値を決定できる電圧範囲によって決定されてよい。例えば、第１の周波数ステップでの第１の電圧変化は、所定の周波数範囲Ｆの半分でよい。変化された電圧は、第２のレーザユニット２１４ｂの第２の周波数を変化させるように周波数制御ユニット２５２に命令する。第１の周波数ステップで第２の周波数がフィードバック信号によって変化された後、第１の周波数および変化された第２の周波数のビート周波数がフォトダイオード２４２および周波数カウンタ２４４によって決定されてよい。ステップ６１６でコントローラ２４６は、第１の周波数および変化された第２の周波数のビート周波数が所定の周波数範囲Ｆにあるかどうかを判定してよい。ビート周波数が所定の周波数範囲Ｆ内にあれば、コントローラ２４６は、ステップ６１８で１つの更なる周波数ステップを行ってよい。

【0056】

ビート周波数が所定の周波数範囲Ｆ外にあれば、コントローラ２４６は、ステップ６２０で第２の周波数ステップで第２の周波数を変化させてよい。第２の周波数ステップの電圧変化は、１つの実施形態において第１の周波数ステップでの電圧変化の２倍の大きさである。第２の周波数ステップの電圧変化の符号は、１つの実施形態において第１の周波数ステップの電圧変化の符号とは異なる。例えば、第１の周波数ステップが＋２ｍＶの電圧変化を含んでよい一方で、第２の周波数ステップは－４ｍＶの電圧変化を含んでよい。第２の周波数ステップで第２の周波数がフィードバック信号によって変化された後、第１の周波数および変化された第２の周波数のビート周波数がフォトダイオード２４２および周波数カウンタ２４４によって決定されてよい。ステップ６２２でコントローラ２４６は、第１の周波数および変化された第２の周波数のビート周波数が所定の周波数範囲Ｆにあるかどうかを判定してよい。ビート周波数が所定の周波数範囲Ｆ内にあれば、コントローラ２４６は、ステップ６１８で１つの更なる周波数ステップを行ってよい。

【0057】

ビート周波数が所定の周波数範囲Ｆ外にあれば、コントローラ２４６は、ステップ６２４で第３の周波数ステップで第２の周波数を変化させてよい。第３の周波数ステップの電圧変化は、１つの実施形態において第２の周波数ステップでの電圧変化に第１の周波数ステップの電圧変化が加算される。言い換えれば、第３の周波数ステップの電圧変化は、第１の周波数ステップの電圧変化の３倍である。第３の周波数ステップの電圧変化の符号は、１つの実施形態において第２の周波数ステップの電圧変化の符号とは異なる。例えば、第２の周波数ステップが－４ｍＶの電圧変化を含んでよい一方で、第３の周波数ステップは＋６ｍＶの電圧変化を含んでよい。

【0058】

ステップ６１８で、１つの更なる周波数ステップは、第１の周波数ステップの電圧変化の半分である電圧変化を含んでよい。１つの更なる周波数ステップの電圧変化の符号は、１つの実施形態において直前の周波数ステップの電圧変化の符号に等しい。例えば、直前の周波数ステップが＋６ｍＶの電圧変化の第３の周波数ステップであったならば、更なる周波数ステップは＋１ｍＶの電圧変化を含んでよい。１つの更なる周波数ステップを行った後にコントローラ２４６は、ステップ６２６で第２のアルゴリズムを実行してよい。

【0059】

一実施形態において、周波数ステップが第２のレーザユニット２１４ｂの有効周波数範囲外に至る場合、コントローラ２４６は、第２のレーザユニット２１４ｂへのフィードバック信号を一定に保ちつつ第１のレーザユニット２１４ａへのフィードバック信号を変化させることによって通信チャネル２４９および２４８を通してフィードバック信号を変化させてよい。本開示における有効周波数範囲は、レーザユニット２１４ａ、２１４ｂの作働可能な周波数範囲を意味する。実際には、有効周波数範囲は、レーザユニット２１４ａ、２１４ｂの最小および最大周波数間の周波数に達する。

【0060】

図７は、第２のアルゴリズムを使用する方法の一例を描く。ステップ７２８でコントローラ２４６は、第２の周波数および変化された第２の周波数に少なくとも部分的に基づいてビート周波数の勾配を決定する。ステップ７３０で第２の周波数が勾配の方向に変化される。第２の周波数を変化させることは、コントローラ２４６がフィードバック信号の電圧を変化させることによって実行されてよい。ステップ７３２で第１の周波数および変化された第２の周波数のビート信号のビート周波数がフォトダイオード２４２および周波数カウンタ２４４によって測定される。ステップ７３４でコントローラ２４６は、ステップ７３２で測定されるビート周波数が所定の閾値を下回るかどうかを判定してよい。ビート周波数が所定の閾値を下回るということは、第１の周波数および第２の周波数が整合されていることを意味する。一実施形態において、ビート周波数が所定の閾値を下回るということは、第１の周波数および第２の周波数が実質的に等しいことを意味する。ビート周波数が所定の閾値を下回れば、ステップ７３６でコントローラ２４６は、第１の周波数と第２の周波数との間のビート周波数を測定するために所定の時間待機してよい。ビート周波数が所定の閾値を下回らなければ、ステップ７３８でコントローラ２４６は、第２のレーザユニット２１４ｂの第２の周波数を変化させることを繰り返してよい。

【0061】

本開示は、決して上記のその好適な実施形態に限定されない。求められる権利は以下の請求項によって定められ、その範囲内で多くの変更を想定できる。

【符号の説明】

【0062】

１００ システム
１０２ 第１のキュービットモジュール
１０４ 第２のキュービットモジュール
１０６ 光ファイバ
１０７ 光ファイバ
１０８ 光ファイバ
１１０ 中央ノード
１１４ レーザユニット
１１５ アイソレータ
１２４ キュービット生成装置
１２５ フィールドプログラマブルゲートアレイＣＯＭＰ
１２８ 偏光ビームスプリッタＰＢＳ
１２９ ローカルコンピュータＣＯＭＰ
１３８ ベル状態測定（ＢＳＭ）装置
１３９ 周波数測定装置
２０２ 第１のキュービットモジュール
２０４ 第２のキュービットモジュール
２０６ 光ファイバ
２０７ 光ファイバ
２１０ 中央ノード
２１４ａ レーザ
２１４ｂ レーザ
２３９ 周波数測定装置
２４０ ビームスプリッタ
２４２ フォトダイオード
２４４ 周波数カウンタ
２４６ コントローラ
２４８ 通信チャネル
２４９ 通信チャネル
２５０ 周波数制御ユニット
２５２ 周波数制御ユニット
２５４ 点
２５６ 線
２５８ 領域
２６０ 谷
２６２ 最低地点
３６４ 地点
３６６ 地点
３６８ 地点
３７０ 地点
３７２ 地点
Ｆ 周波数範囲

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図5】

【図6】

【図7】

【国際調査報告】