特表 2025-505620 装置

(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】2025-02-28

(54)【発明の名称】装置

(51)【国際特許分類】

   H04L 9/10 20060101AFI20250220BHJP

【ＦＩ】

H04L9/10 Z

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024546213

(86)(22)【出願日】2023-02-01

(85)【翻訳文提出日】2024-09-30

(86)【国際出願番号】 EP2023052467

(87)【国際公開番号】W WO2023148230

(87)【国際公開日】2023-08-10

(31)【優先権主張番号】2201275.1

(32)【優先日】2022-02-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】524290118

【氏名又は名称】デュアリティ クワンタム フォトニクス リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】ライン，アントニー

(72)【発明者】

【氏名】ポリティ，アルベルト

(72)【発明者】

【氏名】マッカチャン，ダラ パトリック スティーブン

(72)【発明者】

【氏名】ローゼンフィールド，ローレンス マーク

(57)【要約】

チャレンジＣに基づく初期光学モード分布を処理し、最終的な光学モード分布を出力するためのフォトニック物理複製困難関数（ＰＵＦ）デバイスを含む装置。前記フォトニックＰＵＦデバイスは、複数の光学モードを形成またはサポートするための複数の光学モード導波路であって、複数の当該光学モードに対して、前記初期光学モード分布が与えられ、複数の当該光学モードから、前記最終的な光学モード分布が生成される、複数の光学モード導波路を含む。複数の光学モード混合層は、複数の前記光学モード導波路Ｍ_ｉに沿って間隔を置いて配置され、かつ複数の前記光学モード導波路Ｍ_ｉに結合されており、各光学モード混合層によって受け取られた複数の光学モードを混合して、各光学モード混合層を出る光学モード分布が各光学モード混合層によって受け取られた光学モード分布と異なるようにする。複数の光位相シフタの複数の列（Ｓ_ｋ）は、複数の前記光学モード導波路に沿って間隔を置いて配置され、かつ複数の前記光学モード導波路に結合されており、事前に決定された（１以上の）光位相シフトを適用して複数の当該光学モードのそれぞれの位相を変化させ、その後の光学モードがそれぞれの光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られる。実施例では、複数の光位相シフタの複数の前記列のうちの２個以上、または複数の光位相シフタの複数の前記列の各々について、複数の当該光位相シフタが複数の前記光学モード導波路の各々に結合されている。セキュリティコントローラは、前記フォトニックＰＵＦデバイスを制御し、前記チャレンジＣを受け取り、レスポンスＲを提供する。前記セキュリティコントローラは、前記チャレンジＣを変換して、変換された前記チャレンジＣを前記フォトニックＰＵＦデバイスに提供し、前記セキュリティコントローラは、前記フォトニックＰＵＦデバイスによって出力される最終的な光学モード分布を受け取り、当該最終的な光学モード分布を前記レスポンスＲに変換する。コンピュータ可読記憶媒体は、前記セキュリティコントローラにチャレンジＣを出し、前記セキュリティコントローラからレスポンスＲを受け取るプロセッサのための命令を含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

装置であって、
チャレンジＣに基づく初期光学モード分布を処理し、最終的な光学モード分布を出力するためのフォトニック物理複製困難関数（ＰＵＦ）デバイスであって、
複数の光学モード（Ｍ_ｉ）を形成またはサポートするための複数の光学モード導波路であって、複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）に対して、前記初期光学モード分布が与えられ、複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）から、前記最終的な光学モード分布が生成される、複数の光学モード導波路と、
複数の前記光学モード導波路Ｍ_ｉに沿って間隔を置いて配置され、かつ複数の前記光学モード導波路Ｍ_ｉに結合された複数の光学モード混合層（Ｋ_ｊ）であって、各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られた複数の光学モードＭ_ｉを混合して、各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）を出る光学モード分布が各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られた光学モード分布と異なるようにする、複数の光学モード混合層（Ｋ_ｊ）と、
複数の前記光学モード導波路に沿って間隔を置いて配置され、かつ複数の前記光学モード導波路に結合された複数の光位相シフタの複数の列（Ｓ_ｋ）であって、事前に決定された（１以上の）光位相シフトを適用して複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）のそれぞれの位相を変化させ、その後の光学モードがそれぞれの光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られる、複数の光位相シフタの複数の列（Ｓ_ｋ）であって、複数の光位相シフタの複数の前記列（Ｓ_ｋ）のうちの２個以上、または複数の光位相シフタの複数の前記列（Ｓ_ｋ）の各々について、複数の当該光位相シフタが複数の前記光学モード導波路の各々に結合されている、複数の光位相シフタの複数の列（Ｓ_ｋ）と、
を含む、フォトニックＰＵＦデバイスと、
前記フォトニックＰＵＦデバイスを制御し、前記チャレンジＣを受け取り、レスポンスＲを提供するためのセキュリティコントローラであって、前記セキュリティコントローラは、前記チャレンジＣを変換して、変換された前記チャレンジＣを前記フォトニックＰＵＦデバイスに提供し、前記セキュリティコントローラは、前記フォトニックＰＵＦデバイスによって出力される最終的な光学モード分布を受け取り、当該最終的な光学モード分布を前記レスポンスＲに変換する、セキュリティコントローラと、
コンピュータ可読記憶媒体であって、前記セキュリティコントローラにチャレンジＣを出し、前記セキュリティコントローラからレスポンスＲを受け取るプロセッサのための命令を含む、コンピュータ可読記憶媒体と、
を含む、装置。

【請求項2】

装置であって、
チャレンジＣに基づく初期光学モード分布を処理して、最終的な光学モード分布を出力するためのフォトニック物理複製困難関数（ＰＵＦ）デバイスであって、
複数の光学モード（Ｍ_ｉ）を形成またはサポートするための複数の光学モード導波路であって、複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）に対して、前記初期光学モード分布が与えられ、複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）から、前記最終的な光学モード分布が生成される、複数の光学モード導波路と、
複数の前記光学モード導波路に沿って間隔を置いて配置され、かつ複数の前記光学モード導波路に結合された複数の光学モード混合層（Ｋ_ｊ）であって、各光学モード混合層Ｋ_ｊによって受け取られた複数の光学モード（Ｍ_ｉ）を混合して、各混合層を出る光学モード分布が各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られた光学モード分布と異なるようにする複数の光学モード混合層（Ｋ_ｊ）であって、複数の前記光学モード混合層（Ｋ_ｊ）のうちの１個以上、または複数の前記光学モード混合層（Ｋ_ｊ）の各々は、複数の光学モード（Ｍ_ｉ）のうちの３個以上を混合する、複数の光学モード混合層（Ｋ_ｊ）と、
複数の前記光学モード導波路に沿って間隔を置いて配置され、かつ複数の前記光学モード導波路に結合された複数の光位相シフタの複数の列（Ｓ_ｋ）であって、事前に決定された（１以上の）光位相シフトを適用して複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）のそれぞれの位相を変化させ、その後の光学モードがそれぞれの光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られる、複数の光位相シフタの複数の列（Ｓ_ｋ）と、
を含む、フォトニックＰＵＦデバイスと、
前記フォトニックＰＵＦデバイスを制御し、前記チャレンジＣを受け取り、レスポンスＲを提供するためのセキュリティコントローラであって、前記セキュリティコントローラは、前記チャレンジＣを変換して、変換された前記チャレンジＣを前記フォトニックＰＵＦデバイスに提供し、前記セキュリティコントローラは、前記フォトニックＰＵＦデバイスによって出力される最終的な光学モード分布を受け取り、当該最終的な光学モード分布を前記レスポンスＲに変換する、セキュリティコントローラと、
コンピュータ可読記憶媒体であって、前記セキュリティコントローラにチャレンジＣを出し、前記セキュリティコントローラからレスポンスＲを受け取るプロセッサのための命令を含む、コンピュータ可読記憶媒体と、
を含む、装置。

【請求項3】

複数の光位相シフタの複数の前記列（Ｓ_ｋ）のうちの２個以上、もしくは複数の光位相シフタの複数の前記列（Ｓ_ｋ）の各々について、複数の当該光位相シフタが複数の前記光学モード導波路の各々に結合され、かつ／または複数の前記光学モード混合層（Ｋ_ｊ）のうちの１個以上、もしくは複数の前記光学モード混合層（Ｋ_ｊ）の各々は、複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）のうちの全てを混合する、請求項２に記載の装置。

【請求項4】

単一の入力光学モードをサポートまたは形成するように接続可能な入力部と、複数の前記光学モード導波路に接続可能な１以上の出力部と、を有する再構成可能フォトニックネットワークを含み、
前記チャレンジＣは、初期光学モード分布情報を含み、
前記セキュリティコントローラは、前記初期光学モード分布情報を用いることで、当該再構成可能フォトニック回路に、前記初期光学モード分布を生成するための対応する構成を採用させる、請求項１、２または３に記載の装置。

【請求項5】

前記再構成可能フォトニックネットワークは、前記初期光学モード分布を生成するための複数の光位相シフタ（Ｒ_ｓ）を含む、請求項４に記載の装置。

【請求項6】

前記再構成可能フォトニックネットワークは、前記単一の入力光学モードからの光を、複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）にわたる前記初期光学モード分布に対応する光学状態に変換するための複数のマッハ－ツェンダ干渉計のアレイを備える、請求項４または５に記載の装置。

【請求項7】

ａ）前記チャレンジＣは、光位相シフタ設定を決定するための情報を含み、前記セキュリティコントローラは、当該光位相シフタ設定を決定するこの情報を使用して、複数の光位相シフタの複数の前記列（Ｓ_ｋ）を設定し、かつ／または請求項４を直接的もしくは間接的に引用する場合には、複数の前記光位相シフタ（Ｒ_ｓ）を設定する；
ｂ）複数の光位相シフタの複数の前記列（Ｓ_ｋ）と複数の前記光学モード混合層（Ｋ_ｊ）とは、複数の前記光学モード導波路の長さに沿って、交互に配置されている；および、
ｃ）ｊ＝０～Ｋ、ｋ＝０～Ｋ＋１であり、複数の光位相シフタの（Ｓ_Ｋ＋１）番目の前記列は、干渉計プロセスの下流でのその後の使用のために、複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）の前記最終的な光学モード分布の調整を適用するためのものである
のうちの１以上を含む、請求項１～６のいずれか一項に記載の装置。

【請求項8】

チャレンジＣに基づく初期光学モード分布を処理し、最終的な光学モード分布を出力するためのフォトニック物理複製困難関数（ＰＵＦ）デバイスであって、
複数の光学モード（Ｍ_ｉ）を形成またはサポートするための複数の光学モード導波路であって、複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）に対して、前記初期光学モード分布が与えられ、複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）から、前記最終的な光学モード分布が生成される、複数の光学モード導波路と、
複数の前記光学モード導波路に沿って間隔を置いて配置され、かつ複数の前記光学モード導波路に結合された複数の光学モード混合層（Ｋ_ｊ）であって、各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られた複数の光学モード（Ｍ_ｉ）を混合して、各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）を出る光学モード分布が各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られた光学モード分布と異なる分布となるようにする複数の光学モード混合層（Ｋ_ｊ）であって、複数の前記光学モード混合層（Ｋ_ｊ）の各々は、複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）の少なくともサブセットを受け取って、複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）の当該サブセットについて、それぞれの振幅の混合をもたらす複数の連続エバネッセント結合導波路を含む、複数の光学モード混合層（Ｋ_ｊ）と、
複数の前記光学モード導波路に沿って間隔を置いて配置され、かつ複数の前記光学モード導波路に結合された複数の光位相シフタの複数の列（Ｓ_ｋ）であって、事前に決定された（１以上の）光位相シフトを適用して複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）のそれぞれの位相を変化させ、その後の光学モードがそれぞれの光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られる、複数の光位相シフタの複数の列（Ｓ_ｋ）と、
前記フォトニックＰＵＦデバイスを制御し、前記チャレンジＣを受け取り、レスポンスＲを提供するためのセキュリティコントローラであって、前記セキュリティコントローラは、前記チャレンジＣを変換して、変換された前記チャレンジＣを前記フォトニックＰＵＦデバイスに提供し、前記セキュリティコントローラは、前記フォトニックＰＵＦデバイスによって出力される最終的な光学モード分布を受け取り、当該最終的な光学モード分布を前記レスポンスＲに変換する、セキュリティコントローラと、
コンピュータ可読記憶媒体であって、前記セキュリティコントローラにチャレンジＣを出し、前記セキュリティコントローラからレスポンスＲを受け取るプロセッサのための命令を含む、コンピュータ可読記憶媒体と、
を含む、フォトニック物理複製困難関数（ＰＵＦ）デバイス。

【請求項9】

複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）は、それぞれの光学モード導波路に形成され、
複数の前記連続エバネッセント結合導波路は、複数の前記光学モード導波路の複数の領域に対応する、請求項８に記載のフォトニック物理複製困難関数（ＰＵＦ）。

【請求項10】

複数の前記光学モード混合層（Ｋ_ｊ）の各々は、複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）の少なくともサブセットを受け取って、複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）の当該サブセットについて、それぞれの振幅の混合をもたらす複数の連続エバネッセント結合導波路を含み、任意選択的に、または好ましくは、複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）は、それぞれの光学モード導波路に形成され、複数の前記連続エバネッセント結合導波路は、複数の前記光学モード導波路の複数の領域に対応する、請求項１～７のいずれか一項に記載の装置。

【請求項11】

複数の前記エバネッセント結合導波路の間隔、および／または複数の前記エバネッセント結合導波路がある長さにわたって互いに近接する当該長さは、それぞれの前記光学モード混合層（Ｋ_ｊ）のエバネッセント結合の強さが、前記間隔および前記長さ、ならびに製造時に事前決定的に形成されない複数の前記導波路の微視的特徴の組み合わせによって決定されるように、事前決定的に形成されている、請求項８、９または１０に記載の装置またはフォトニック物理複製困難関数（ＰＵＦ）。

【請求項12】

複数の前記光学モード混合層（Ｋ_ｊ）のうちの１個以上は、複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）のうちの少なくとも３個、または複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）のうちの全てを受け取って、複数の前記光学モードＭ_ｉのうちの当該少なくとも３個、または複数の前記光学モードＭ_ｉのうちの全てについて、それぞれの振幅の混合をもたらす連続エバネッセント結合導波路を含む、請求項８～１１のいずれか一項に記載の装置またはフォトニック物理複製困難関数（ＰＵＦ）。

【請求項13】

前記初期光学モード分布が光源から生成される当該光源を含み、
前記光源は、レーザ、電気励起集積レーザ、（例えば、狭い光スペクトルを有する）ＬＥＤ光源、量子状態の光（例えば、スクイーズド光または単一光子）のうちの１以上を含む、請求項１～１２のいずれか一項に記載の装置またはフォトニック物理複製困難関数（ＰＵＦ）。

【請求項14】

ａ）前記最終的な光学モード分布を測定するための、複数の前記光学モード導波路に接続された光学測定デバイスであって、任意選択的に、または好ましくは、フォトダイオードまたは単一光子検出器を含む、光学測定デバイス；
ｂ）前記フォトニック物理複製困難関数（ＰＵＦ）は、集積フォトニックチップを備え、任意選択的に、前記集積フォトニックチップは、ケイ素（Ｓｉ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、シリカ（ＳｉＯ_２）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、ポリマー、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ）、または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のうちの１種以上から形成される；および、
ｃ）複数の前記光位相シフタは、独立して制御可能であり、かつ／または熱光学デバイス、電気光学デバイス、圧電デバイス、複屈折デバイス、微小電気機械デバイス、ひずみ誘起デバイス、もしくは音響光学デバイスを含み得る、
のうちの１以上を含む、請求項１～１３のいずれか一項に記載の装置またはフォトニック物理複製困難関数（ＰＵＦ）。

【請求項15】

チャレンジＣに基づく初期光学モード分布を処理し、変更された光学モード分布を出力するためのフォトニック物理複製困難関数（ＰＵＦ）デバイスであって、
複数の光学モード（Ｍ_ｉ）を形成またはサポートするための複数の光学モード導波路であって、複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）に対して、前記初期光学モード分布が与えられ、複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）から、前記変更された光学モード分布が生成される、複数の光学モード導波路と、
複数の前記光学モード導波路に沿って間隔を置いて配置され、かつ複数の前記光学モード導波路に結合された複数の光学モード混合層（Ｋ_ｊ）であって、各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られた複数の光学モード（Ｍ_ｉ）を混合して、各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）を出る光学モード分布が各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られた光学モード分布と異なるようにする複数の光学モード混合層（Ｋ_ｊ）と、
複数の前記光学モード導波路に沿って間隔を置いて配置され、かつ複数の前記光学モード導波路に結合された複数の光位相シフタの複数の列（Ｓ_ｋ）であって、事前に決定された（１以上の）光位相シフトを適用して複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）のそれぞれの位相を変化させ、その後の光学モードがそれぞれの光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られる、複数の光位相シフタの複数の列（Ｓ_ｋ）と、
前記フォトニックＰＵＦデバイスを制御し、前記チャレンジＣを受け取り、レスポンスＲを提供するためのセキュリティコントローラであって、前記セキュリティコントローラは、前記チャレンジＣを変換して、変換された前記チャレンジＣを前記フォトニックＰＵＦデバイスに提供し、前記セキュリティコントローラは、前記フォトニックＰＵＦデバイスによって出力される最終的な光学モード分布を受け取り、当該最終的な光学モード分布を前記レスポンスＲに変換する、セキュリティコントローラと、
を含み、
前記セキュリティコントローラは、
ａ）前記セキュリティコントローラが、前記チャレンジＣを用いて、前記ＰＵＦによる処理のための初期光学モード分布を設定する工程と、
ｂ）前記セキュリティコントローラが、前記変更された光学モード分布の振幅を取得する工程と、
ｃ）前記セキュリティコントローラが、前記変更された光学モード分布の前記振幅を、さらなる初期光学モード分布として処理されるために前記ＰＵＦデバイスに提供する工程と、
ｄ）前記セキュリティコントローラが、工程ｂ）および工程ｃ）をＴ回繰り返して、前記最終的な光学モード分布を生成する工程と、
を含む繰り返しプロセスによって、最終的な前記変更された光学モード分布を生成するように、前記フォトニックＰＵＦデバイスを動作させるよう構成されている、フォトニックＰＵＦデバイス。

【請求項16】

前記セキュリティコントローラは、工程ｃ）の一部として、複数の光位相シフタの複数の前記列（Ｓ_ｋ）の複数の前記光位相シフタのうちの１個以上、または複数の光位相シフタの複数の前記列（Ｓ_ｋ）の複数の前記光位相シフタの全てについて、その設定を変更し、変更された当該設定に基づいて、前記ＰＵＦデバイスが前記さらなる初期光学モード分布を処理するように構成され得る、請求項１５に記載のフォトニックＰＵＦデバイス。

【請求項17】

前記セキュリティコントローラは、前記プロセスの各繰り返しについての複数の光位相シフタの複数の前記列（Ｓ_ｋ）の前記設定を、前記チャレンジＣを用いて設定する、請求項１６に記載のフォトニックＰＵＦデバイス。

【請求項18】

前記レスポンスＲは、前記最終的な光学モード分布のみから変換される、請求項１５、１６または１７に記載のフォトニックＰＵＦデバイス。

【請求項19】

前記レスポンスＲは、工程ｂ）において得られた複数の前記変更された光学モード分布のうちの１個以上、または工程ｂ）において得られた複数の前記変更された光学モード分布のうちの全てから変換される、請求項１５、１６、１７または１８に記載のフォトニックＰＵＦデバイス。

【請求項20】

単一の入力光学モードをサポートまたは形成するように接続可能な入力部と、複数の前記光学モード導波路に接続可能な（１以上の）出力部と、を有する再構成可能フォトニックネットワークを含み、
工程ａ）において、前記セキュリティコントローラは、前記チャレンジＣを用いることで、前記再構成可能フォトニックネットワークに、前記初期光学モード分布を生成するための対応する構成を採用させる、請求項１５～１９のいずれか一項に記載のフォトニックＰＵＦデバイス。

【請求項21】

工程ｃ）は、前記セキュリティコントローラを含み、前記変更された光学モード分布の前記振幅を用いることで、前記再構成可能フォトニックネットワークに、前記変更された光学モード分布の前記振幅を生成して、当該振幅を前記ＰＵＦデバイスに提供するための対応する構成を採用させる、請求項２０に記載のフォトニックＰＵＦデバイス。

【請求項22】

工程ｃ）は、前記セキュリティコントローラが、前記変更された光学モード分布を変換して、当該変更された光学モード分布を、さらなる初期光学モード分布として処理されるために前記ＰＵＦデバイスに提供する工程を含む、請求項１５～２１のいずれか一項に記載のフォトニックＰＵＦデバイス。

【請求項23】

前記セキュリティコントローラは、変換された前記変更された光学モード分布を用いることで、前記再構成可能フォトニックネットワークに、変換された前記変更された光学モード分布を生成して、変換された当該変更された光学モード分布を前記ＰＵＦデバイスに提供するための対応する構成を採用させる、請求項２１を引用する場合の請求項２２に記載のフォトニックＰＵＦデバイス。

【請求項24】

前記変更された光学モード分布と前記最終的な光学モード分布とをそれぞれ測定するために、複数の前記光学モード導波路に接続された光学測定デバイスを含む、請求項１５～２３のいずれか一項に記載のフォトニックＰＵＦデバイス。

【請求項25】

チャレンジＣに関連する初期光学モード分布を受け取り、レスポンスＲに関連する最終的な光学モード分布を出力するためのフォトニック物理複製困難関数（ＰＵＦ）デバイスと、複数のチャレンジＣを複数のレスポンスＲにそれぞれ関連付ける情報とを含むシステムを形成する方法であって、
ａ）複数の光学モード（Ｍ_ｉ）を形成またはサポートするための複数の光学モード導波路を設ける工程であって、複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）に対して、事前に決定された前記初期光学モード分布が与えられ得、複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）から、前記最終的な光学モード分布が使用中に生成され得る工程と、
ｂ）複数の前記光学モード導波路に沿って間隔を置いて配置され、かつ複数の前記光学モード導波路に結合された複数の光学混合層（Ｋ_ｊ）であって、各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られた複数の光学モード（Ｍ_ｉ）を混合して、各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）を出る光学モード分布が各光学モード混合層Ｋ_ｊによって受け取られた光学モード分布と異なるようにする、複数の光学混合層（Ｋ_ｊ）を設ける工程と、
ｃ）複数の前記光学混合層（Ｋ_ｊ）のうちのそれぞれの光学混合層（Ｋ_ｊ）の前後の点に、複数の前記光学モード混合層（Ｋ_ｊ）に結合される複数の前記光学モード導波路に対する複数の光結合インターフェースを形成する工程と、
ｄ）複数のチャレンジＣをそれぞれのレスポンスＲに関連付ける複数の前記光学混合層（Ｋ_ｊ）の光学モード混合動作を決定するために、複数の前記光結合インターフェースを通じてトモグラフィを実施する工程と、
ｅ）工程ｄ）が完了した後に複数の前記光結合インターフェースを除去する工程と、
を含む、方法。

【請求項26】

複数の前記光学モード導波路に沿って間隔を置いて配置され、かつ複数の前記光学モード導波路に結合された複数の光位相シフタの複数の列（Ｓ_ｋ）であって、事前に決定された（１以上の）光位相シフトを適用して複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）のそれぞれの位相を変化させ、その後の光学モードがそれぞれの光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られる、複数の光位相シフタの複数の列（Ｓ_ｋ）を設ける工程を含み、
工程ｃ）において、複数の前記光結合インターフェースは、それぞれの先行する複数の光シフタの列（Ｓ_ｋ）の後の点に結合され、かつ／またはそれぞれの（後続する）複数の光シフタの列（Ｓ_ｋ＋１）の前の点に結合される、請求項２５に記載の方法。

【請求項27】

工程ｄ）は、各光学モードを通じて別々に、かつ／もしくは各光学モード混合層に対して別々に前記トモグラフィが実施される工程を含み、
かつ／または、
工程ｄ）は、
前記トモグラフィのプロセス中にそれぞれの前記光学モード混合層に入る各光学モードの光入力および／もしくは前記光位相シフタの設定を変化させる工程と、
それぞれの前記光学モード混合層を出る各光学モードからの出力光の振幅を測定する工程と、
を含む、請求項２５または２６に記載の方法。

【請求項28】

請求項１～２４のいずれか一項に記載の装置またはフォトニックＰＵＦデバイスを動作させる方法であって、任意選択的に、または好ましくはデバイス、ユーザ、または通信を認証するために、前記装置または前記フォトニックＰＵＦデバイスを認証プロセスの一部として用いる工程を含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【発明の詳細な説明】

【0001】

本出願は、２０２２年２月１日に出願された先行出願第ＧＢ２２０１２７５．１号からの優先権を主張するものであり、その内容および要素は、あらゆる目的のために、参照によって本明細書に援用される。

【0002】

〔分野〕
本発明は、物理複製困難関数（physically unclonable function：ＰＵＦ）、および物理複製困難関数（ＰＵＦ）を組み込んだ装置に関する。

【0003】

〔背景〕
ＰＵＦは、認証を必要とするアプリケーションで使用され、不正なアクセスまたは干渉に対する安全性を向上させるデバイスまたはプロセスである。例えば、モバイルデバイス／サーバのアイデンティティを認証するための、モバイルデバイス間および／またはサーバ間の認証プロセスである。ＰＵＦは、複製困難であるという能力の点で、すなわち、そのＰＵＦを提供するデバイスまたはプロセスを再現することが現実的に不可能であるという点で、識別される。

【0004】

ＰＵＦの使用は、いわゆるチャレンジ（challenge：Ｃ）およびレスポンス（response：Ｒ）の対（challenge and response pair：ＣＲＰ）によって特徴付けられる。ＰＵＦは、チャレンジＣによって問い合わせられ（interrogated）、当該チャレンジＣに対して、ＰＵＦはレスポンスＲを出力する。ＰＵＦの製造者は通常、各ＰＵＦについて、ＣＲＰの大規模なセットを照合する（collate）ことになる。その後、ＰＵＦは第三者（第三関係者、third party）に渡される。製造者、またはＣＲＰのセットにアクセスできる第二関係者（second party）が、第三者のアイデンティティを認証することを望む場合、その第三者は、特定のチャレンジＣを用いてＰＵＦに問い合わせ、ＰＵＦからのレスポンスＲ’を製造者／第二関係者に通信するよう要求される。Ｒ’が製造者／第二関係者の所有する正しいＲに一致する場合、第三者の認証が成功する。

【0005】

記載された実施例は、ネットワークアプリケーションの文脈におけるものであるが、ＰＵＦは、多くの種々のアプリケーションにおいて使用できる。例えば、ＰＵＦは、単一のデバイスもしくはコンピュータプロセッサチップ内で使用でき、または暗号鍵を生成する際に使用できる。

【0006】

ＰＵＦは、当該ＰＵＦが問い合わせられた場合に物理的に定められた一意の識別子またはフィンガープリント（識別特徴）を提供するオブジェクトとして理解することができる。

【0007】

例えばバッテリ駆動の静的ランダムアクセスメモリ（static random-access memory：ＳＲＡＭ）の電源投入時の状態に依拠して、ＰＵＦが実現されている。この状態は、製造者が制御できる範囲を越えた製造上のばらつきを本来的に備えるため、各ＳＲＡＭセルに対応する論理ビットのランダムな列の形をとる。そのＰＵＦが単一のＣＲＰ（すなわち、ＳＲＡＭセルの電源投入時の状態）しか有しないとはいえ、対応するフィンガープリントは、デバイスそれ自体の物理的特性により決定されるものであり、製造者またはユーザにより定められるものではない。ＰＵＦは、様々な形態および技術プラットフォームで実現されている。

【0008】

要約すれば、ＰＵＦの基本的な性質として、以下のものを挙げることができる：
ａ）ＰＵＦは、チャレンジを受けた場合、そのＰＵＦに（高い確率で）特有のレスポンスを提供しなければならない。
ｂ）チャレンジをレスポンスにマッピングする関数は、ＰＵＦの本来的かつ現実的に複製困難な物理的特性に依存する。
ｃ）ＰＵＦを製造するために使用された製造プロセスの知識だけでは、正確にその関数を作り出し、またはその関数に近似させることはできない。

【0009】

ＰＵＦは、その相対的なロバストネスを基準として、弱いＰＵＦと強いＰＵＦとにさらに特徴付けられる。弱いＰＵＦとは、信頼されていない者（untrusted party）が可能な全てのＣＲＰを傍受し、またはその他の方法で記録できるほど、ＣＲＰの数が十分に小さいものである。例えば、ＳＲＡＭセルの場合、当該信頼されていない者は、単一のＣＲＰを記録した後、意図された関係者になりすますことで、認証プロセスの裏をかくことができるだろう。強いＰＵＦとは、可能なＣＲＰの数が指数関数的に大きくなる（モードの数等の物理リソースが指数関数的である）もの、または少なくとも、信頼されていない者がランダムに出されるチャレンジに対するレスポンスを知り、認証プロセスの裏をかくために、十分に大きなサブセットをサンプリングすることが現実的に不可能なほど、可能なＣＲＰの数が大きいものである。なお、この要件が発生するのは、ＰＵＦが第二関係者／間接関係者に送られる前に、製造者／第一関係者（first party）によって記録されたＣＲＰの数が枯渇していない場合にのみ、認証プロセスを安全に継続できるからであることに留意されたい。

【0010】

本発明は、改良されたＰＵＦ、およびそれを組み込んだ装置を提供しようとするものである。

【0011】

〔発明の簡単な説明〕
本発明の一態様によれば、装置であって、
チャレンジＣに基づく初期光学モード分布を処理し、最終的な光学モード分布を出力するためのフォトニック物理複製困難関数（ｐｈｙｓｉｃａｌｌｙ ｕｎｃｌｏｎａｂｌｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ：ＰＵＦ）デバイスであって、
複数の光学モード（例えば、複数の光学モード（Ｍ_ｉ）を形成またはサポートするための複数の光学モード導波路）であって、複数の当該光学モードに対して、前記初期光学モード分布が与えられ、複数の当該光学モードから、前記最終的な光学モード分布が生成される、複数の光学モードと、
複数の前記光学モード（例えば、複数の光学モード（Ｍ_ｉ）を形成またはサポートするための複数の光学モード導波路）に沿って間隔を置いて配置され、かつ複数の前記光学モードに結合された複数の光学モード混合層（Ｋ_ｊ）であって、各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られた複数の光学モード（Ｍ_ｉ）を混合して、各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）を出る光学モード分布が各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られた光学モード分布と異なるようにする、複数の光学モード混合層（Ｋ_ｊ）と、
複数の前記光学モード（例えば、複数の光学モード（Ｍ_ｉ）を形成またはサポートするための複数の光学モード導波路）に沿って間隔を置いて配置され、かつ複数の前記光学モードに結合された複数の光位相シフタの複数の列（Ｓ_ｋ）であって、事前に決定された（１以上の）光位相シフトを適用して複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）のそれぞれの位相を変化させ、その後の光学モードがそれぞれの光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られる、複数の光位相シフタの複数の列（Ｓ_ｋ）であって、複数の光位相シフタの複数の前記列（Ｓ_ｋ）のうちの２個以上、または複数の光位相シフタの複数の前記列（Ｓ_ｋ）の各々について、複数の当該光位相シフタが複数の前記光学モード（例えば、複数の光学モード（Ｍ_ｉ）を形成またはサポートするための複数の光学モード導波路）の各々に結合されている、複数の光位相シフタの複数の列（Ｓ_ｋ）と、
を含む、フォトニックＰＵＦデバイスと、
前記フォトニックＰＵＦデバイスを制御し、前記チャレンジＣを受け取り、レスポンスＲを提供するためのセキュリティコントローラであって、前記セキュリティコントローラは、前記チャレンジＣを変換して、変換された前記チャレンジＣを前記フォトニックＰＵＦデバイスに提供し、前記セキュリティコントローラは、前記フォトニックＰＵＦデバイスによって出力される最終的な光学モード分布を受け取り、当該最終的な光学モード分布を前記レスポンスＲに変換する、セキュリティコントローラと、
コンピュータ可読記憶媒体であって、前記セキュリティコントローラにチャレンジＣを出し、前記セキュリティコントローラからレスポンスＲを受け取るプロセッサのための命令を含む、コンピュータ可読記憶媒体と、
を含む、装置が提供される。

【0012】

本明細書における「光学モード（optical mode）」の文脈における「モード（mode）」への言及には、光の伝播モードへの言及が含まれるものとみなされ得る。モードは、自由空間において、透明な均質媒質において、導波路構造において、または光共振器において生じ得る。光ビームが伝播するとき、その横強度プロファイル（transverse intensity profile）は一般に、伝播の間に変化する。波の或る電場分布は、伝播の間に自己無撞着的（self-consistent）であり得る。これらは、当技術分野で伝播「モード」として知られるものの例である。最も単純な種類の伝播モードは、平面波である。当技術分野において、導波路構造は一般に、導波が可能な空間的に不均質の構造であるとみなされる。光導波路内を伝播する光の場合、所与のモードを形成する光波の電場分布の自己無撞着性は、横方向次元における電場振幅プロファイルの形状が、導波路内の所与の位置において実質的に一定であり続けることに対応し得る。光波のモードは、コヒーレンス性および直交性によって定められ得る：モードは、光波の状況を記述する電磁波方程式の直交解であり、これらは干渉を起こさない（例えば、モードの線形的な重ね合わせの光パワーは、個々のモードの光パワーの総和に等しい）。同じ一つのモード内の光（光子）は、コヒーレントであり得る。導波路は、複数の異なる光伝播モードが同時に生じるマルチモード光伝送をサポートし得る。

【0013】

本明細書における「光学モード分布（optical mode distribution）」への言及には、光学モード内の光の分布への言及、および光学モード間の光の分布への言及が含まれるものとみなされ得る。例えば、２個の光学モード分布は、それらが各分布の（例えば、別個のそれぞれの光導波路における）複数の光学モードにわたる異なる振幅の分布に対応する場合、異なるものとみなされ得る。この意味において、複数の別々の光学モード（例えば、別々の導波路）間で分布する場合において、光の第１分布（例えば、振幅）が光の第２分布と異なる（すなわち、振幅が異なる分布となる）とき、第１光学モード分布は第２光学モード分布に対して「異なる」ものとみなされ得る。

【0014】

本発明の一態様によれば、装置であって、
チャレンジＣに基づく初期光学モード分布を処理して、最終的な光学モード分布を出力するためのフォトニック物理複製困難関数（ｐｈｙｓｉｃａｌｌｙ ｕｎｃｌｏｎａｂｌｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ：ＰＵＦ）デバイスであって、
複数の光学モード（Ｍ_ｉ）（例えば、複数の光学モード（Ｍ_ｉ）を形成またはサポートするための複数の光学モード導波路）であって、複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）に対して、前記初期光学モード分布が与えられ、複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）から、前記最終的な光学モード分布が生成される、複数の光学モード（Ｍ_ｉ）と、
複数の前記光学モード（例えば、複数の光学モード（Ｍ_ｉ）を形成またはサポートするための複数の光学モード導波路）に沿って間隔を置いて配置され、かつ複数の前記光学モードに結合された複数の光学モード混合層（Ｋ_ｊ）であって、各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られた複数の光学モード（Ｍ_ｉ）を混合して、各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）を出る光学モード分布が各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られた光学モード分布と異なるようにする複数の光学モード混合層（Ｋ_ｊ）であって、複数の前記光学モード混合層（Ｋ_ｊ）のうちの１個以上、または複数の前記光学モード混合層（Ｋ_ｊ）の各々は、複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）のうちの３個以上を混合する、複数の光学モード混合層（Ｋ_ｊ）と、
複数の前記光学モード（例えば、複数の光学モード（Ｍ_ｉ）を形成またはサポートするための複数の光学モード導波路）に沿って間隔を置いて配置され、かつ複数の前記光学モードに結合された複数の光位相シフタの複数の列（Ｓ_ｋ）であって、事前に決定された（１以上の）光位相シフトを適用して複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）のそれぞれの位相を変化させ、その後の光学モードがそれぞれの光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られる、複数の光位相シフタの複数の列（Ｓ_ｋ）と、
を含む、フォトニックＰＵＦデバイスと、
前記フォトニックＰＵＦデバイスを制御し、前記チャレンジＣを受け取り、レスポンスＲを提供するためのセキュリティコントローラであって、前記セキュリティコントローラは、前記チャレンジＣを変換して、変換された前記チャレンジＣを前記フォトニックＰＵＦデバイスに提供し、前記セキュリティコントローラは、前記フォトニックＰＵＦデバイスによって出力される最終的な光学モード分布を受け取り、当該最終的な光学モード分布を前記レスポンスＲに変換する、セキュリティコントローラと、
コンピュータ可読記憶媒体であって、前記セキュリティコントローラにチャレンジＣを出し、前記セキュリティコントローラからレスポンスＲを受け取るプロセッサのための命令を含む、コンピュータ可読記憶媒体と、
を含む、装置が提供される。

【0015】

任意選択的に、または好ましくは、複数の光位相シフタの複数の前記列（Ｓ_ｋ）のうちの２個以上、もしくは複数の光位相シフタの複数の前記列（Ｓ_ｋ）の各々について、複数の当該光位相シフタが複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）（例えば、複数の光学モード導波路）の各々に結合され、かつ／または複数の前記光学モード混合層（Ｋ_ｊ）のうちの１個以上、もしくは複数の前記光学モード混合層（Ｋ_ｊ）の各々は、複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）のうちの全てを混合する。

【0016】

任意選択的に、または好ましくは、前記装置は、単一の入力光学モードに接続可能な（例えば、前記単一の入力光学モードを受け取り、サポートし、または形成するように接続可能な）入力部（例えば、入力部品）と、複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）に接続可能な（例えば、複数の前記光学モード導波路に接続可能な）１以上の出力部（例えば、出力部品）と、を有する再構成可能フォトニックネットワークを含み、前記チャレンジＣは、初期光学モード分布情報を含み、前記セキュリティコントローラは、前記初期光学モード分布情報を用いることで、当該再構成可能フォトニック回路に、前記初期光学モード分布を生成するための対応する構成を採用させる。

【0017】

任意選択的に、または好ましくは、前記再構成可能フォトニックネットワークは、前記初期光学モード分布を生成するための複数の光位相シフタ（Ｒ_ｓ）を含む。

【0018】

任意選択的に、または好ましくは、前記再構成可能フォトニックネットワークは、前記単一の入力光学モードからの光を、複数の前記光学モードＭ_ｉにわたる前記初期光学モード分布に対応する線形光学状態に変換するための複数のマッハ－ツェンダ干渉計のアレイを備える。「線形光学状態（linear optical state）」という用語は、全ての必要な光学モードにわたって分布する光学状態への言及を含むものとみなされ得る。好ましくは、任意の所望の初期光学モード分布は、１個の光学モードを、必要な光学モードのうちの全てに変換することによって得られうる。

【0019】

任意選択的に、または好ましくは、前記チャレンジＣは、光位相シフタ設定を決定するための情報を含み、前記セキュリティコントローラは、当該光位相シフタ設定を決定するこの情報を使用して、複数の光位相シフタの複数の前記列（Ｓ_ｋ）を設定し、かつ／または複数の前記光位相シフタ（Ｒ_ｓ）を設定する。

【0020】

任意選択的に、または好ましくは、複数の光位相シフタの複数の前記列（Ｓ_ｋ）と複数の前記光学モード混合層（Ｋ_ｊ）とは、複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）の長さに沿って、交互に配置されている。

【0021】

任意選択的に、または好ましくは、ｊ＝０～Ｋ、ｋ＝０～Ｋ＋１（例えば、Ｋは正の整数）であり、複数の光位相シフタの（Ｋ＋１）番目の前記列（Ｓ_Ｋ＋１）は、干渉計プロセスの下流でのその後の使用のために、複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）の前記最終的な光学モード分布の調整を適用するためのものである。

【0022】

本発明の一態様によれば、チャレンジＣに基づく初期光学モード分布を処理し、最終的な光学モード分布を出力するためのフォトニック物理複製困難関数（ｐｈｙｓｉｃａｌｌｙ ｕｎｃｌｏｎａｂｌｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ：ＰＵＦ）デバイスであって、
複数の光学モード（Ｍ_ｉ）（例えば、複数の光学モード（Ｍ_ｉ）を形成またはサポートするための複数の光学モード導波路）であって、複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）に対して、前記初期光学モード分布が与えられ、複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）から、前記最終的な光学モード分布が生成される、複数の光学モード（Ｍ_ｉ）と、
複数の前記光学モード（例えば、複数の光学モード（Ｍ_ｉ）を形成またはサポートするための複数の光学モード導波路）に沿って間隔を置いて配置され、かつ複数の前記光学モードに結合された複数の光学モード混合層（Ｋ_ｊ）であって、各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られた複数の光学モード（Ｍ_ｉ）を混合して、各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）を出る光学モード分布が各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られた光学モード分布と異なる分布となるようにする複数の光学モード混合層（Ｋ_ｊ）であって、複数の前記光学モード混合層（Ｋ_ｊ）の各々は、複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）の少なくともサブセットを受け取って、複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）の当該サブセットについて、それぞれの振幅の混合をもたらすように構成された複数の連続エバネッセント結合導波路を含む、複数の光学モード混合層（Ｋ_ｊ）と、
複数の前記光学モード（例えば、複数の光学モード（Ｍ_ｉ）を形成またはサポートするための複数の光学モード導波路）に沿って間隔を置いて配置され、かつ複数の前記光学モードに結合された複数の光位相シフタの複数の列（Ｓ_ｋ）であって、事前に決定された（１以上の）光位相シフトを適用して複数の当該光学モードのそれぞれの位相を変化させ、その後の光学モードがそれぞれの混合層によって受け取られる、複数の光位相シフタの複数の列（Ｓ_ｋ）と、
前記フォトニックＰＵＦデバイスを制御し、前記チャレンジＣを受け取り、レスポンスＲを提供するためのセキュリティコントローラであって、前記セキュリティコントローラは、前記チャレンジＣを変換して、変換された前記チャレンジＣを前記フォトニックＰＵＦデバイスに提供し、前記セキュリティコントローラは、前記フォトニックＰＵＦデバイスによって出力される最終的な光学モード分布を受け取り、当該最終的な光学モード分布を前記レスポンスＲに変換する、セキュリティコントローラと、
コンピュータ可読記憶媒体であって、前記セキュリティコントローラにチャレンジＣを出し、前記セキュリティコントローラからレスポンスＲを受け取るプロセッサのための命令を含む、コンピュータ可読記憶媒体と、
を含む、フォトニック物理複製困難関数（ＰＵＦ）デバイスが提供される。

【0023】

任意選択的に、または好ましくは、複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）は、それぞれの導波路（例えば、光学モード導波路）に形成され、複数の前記連続エバネッセント結合導波路は、複数の前記導波路の複数の領域に対応する。

【0024】

任意選択的に、または好ましくは、複数の前記光学モード混合層（Ｋ_ｊ）の各々は、複数の前記光学モードＭ_ｉの少なくともサブセットを受け取って、複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）の当該サブセットについて、それぞれの振幅の混合をもたらす複数の連続エバネッセント結合導波路を含み、任意選択的に、または好ましくは、複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）は、それぞれの導波路に形成され、複数の前記連続エバネッセント結合導波路は、複数の前記導波路の複数の領域に対応する。複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）の前記サブセットは、複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）のうちの少なくとも３個、または複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）のうちの全てを含み得る。

【0025】

任意選択的に、または好ましくは、前記装置または前記フォトニック物理複製困難関数（ＰＵＦ）について、複数の前記エバネッセント結合導波路の間隔、および／または複数の前記エバネッセント結合導波路がある長さにわたって互いに近接する当該長さは、それぞれの前記光学モード混合層（Ｋ_ｊ）のエバネッセント結合の強さが、前記間隔および前記長さ、ならびに製造時に事前決定的に（事前に決定して）形成されない（例えば、事前決定的に形成できない）複数の前記導波路の微視的特徴の組み合わせによって決定されるように、事前決定的に形成されている。

【0026】

任意選択的に、または好ましくは、前記装置または前記フォトニック物理複製困難関数（ＰＵＦ）について、複数の前記光学モード混合層（Ｋ_ｊ）のうちの１個以上は、複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）のうちの少なくとも３個、または複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）のうちの全てを受け取って、複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）のうちの当該少なくとも３個、または複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）のうちの全てについて、それぞれの振幅の混合をもたらす連続エバネッセント結合導波路を含む。本明細書において、少なくとも３個の光学モード（Ｍ_ｉ）、および／または少なくとも３個のエバネッセント結合導波路の文脈における「少なくとも３個」という言及には、例えば、以下のものが含まれ得る：４個以上の光学モード（Ｍ_ｉ）、および／または４個以上のエバネッセント結合導波路；５個以上の光学モード（Ｍ_ｉ）、および／または５個以上のエバネッセント結合導波路；１０個以上の光学モード（Ｍ_ｉ）、および／または１０個以上のエバネッセント結合導波路。上述したとおり、エバネッセント結合導波路は、複数の光学モード間、および／または複数のエバネッセント結合導波路間において、光子のランダムウォークがもたらされるように、複数の光学モードの混合を実装し得る。この効果は、混合プロセスに関与するモードおよび／または導波路の数が２個を越えて増加するとき、著しく高まることが見出されている。混合プロセスに関与する光学モード（Ｍ_ｉ）および／または導波路の総数「Ｍ」（すなわち、「それらのうちの全て」）は、３個以上であってもよく、例えばＭ≧３、またはＭ≧５、またはＭ≧１０であってもよい。

【0027】

任意選択的に、または好ましくは、前記初期光学モード分布が光源から生成される当該光源を含み、前記光源は、レーザ（例えば、電気励起集積レーザ）、狭い光スペクトルを有するＬＥＤ光源、または量子状態の光（例えば、スクイーズド光または単一光子）を含み得る、先行する任意の請求項に記載の前記装置または前記フォトニック物理複製困難関数（ＰＵＦ）について。

【0028】

任意選択的に、または好ましくは、前記装置または前記フォトニック物理複製困難関数（ＰＵＦ）は、前記最終的な光学モード分布を測定するための、複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）に接続された（例えば、複数の前記光学モード導波路に接続された）光学測定デバイスを含む。

【0029】

任意選択的に、または好ましくは、前記光学測定デバイスは、フォトダイオードまたは単一光子検出器を含む。

【0030】

任意選択的に、または好ましくは、前記フォトニック物理複製困難関数（ＰＵＦ）は、集積フォトニックチップである。

【0031】

任意選択的に、または好ましくは、前記集積フォトニックチップは、ケイ素（Ｓｉ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、シリカ（ＳｉＯ_２）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、ポリマー、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ）、または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のうちの１種以上から形成される。

【0032】

任意選択的に、または好ましくは、前記装置または前記フォトニック物理複製困難関数（ＰＵＦ）は、複数の前記光位相シフタを含み、当該複数の前記光位相シフタは、独立して制御可能であり、かつ／または当該複数の前記光位相シフタは、熱光学デバイス、電気光学デバイス、圧電デバイス、複屈折デバイス、微小電気機械デバイス、ひずみ誘起デバイス、もしくは音響光学デバイスを含んでもよい。

【0033】

本発明の一態様によれば、チャレンジＣに基づく初期光学モード分布を処理し、変更された光学モード分布を出力するためのフォトニック物理複製困難関数（ｐｈｙｓｉｃａｌｌｙ ｕｎｃｌｏｎａｂｌｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ：ＰＵＦ）デバイスであって、
複数の光学モード（Ｍ_ｉ）（例えば、複数の光学モード（Ｍ_ｉ）を形成またはサポートするための複数の光学モード導波路）であって、複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）に対して、前記初期光学モード分布が与えられ、複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）から、前記変更された光学モード分布が生成される、複数の光学モード（Ｍ_ｉ）と、
複数の前記光学モード（例えば、複数の光学モード（Ｍ_ｉ）を形成またはサポートするための複数の光学モード導波路）に沿って間隔を置いて配置され、かつ複数の前記光学モードに結合された複数の光学モード混合層（Ｋ_ｊ）であって、各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られた複数の光学モード（Ｍ_ｉ）を混合して、各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）を出る光学モード分布が各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られた光学モード分布と異なるようにする複数の光学モード混合層（Ｋ_ｊ）と、
複数の前記光学モード（例えば、複数の光学モード（Ｍ_ｉ）を形成またはサポートするための複数の光学モード導波路）に沿って間隔を置いて配置され、かつ複数の前記光学モードに結合された複数の光位相シフタの複数の列（Ｓ_ｋ）であって、事前に決定された（１以上の）光位相シフトを適用して複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）のそれぞれの位相を変化させ、その後の光学モード（Ｍ_ｉ）がそれぞれの光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られる、複数の光位相シフタの複数の列（Ｓ_ｋ）と、
前記フォトニックＰＵＦデバイスを制御し、前記チャレンジＣを受け取り、レスポンスＲを提供するためのセキュリティコントローラであって、前記セキュリティコントローラは、前記チャレンジＣを変換して、変換された前記チャレンジＣを前記フォトニックＰＵＦデバイスに提供し、前記セキュリティコントローラは、前記フォトニックＰＵＦデバイスによって出力される最終的な光学モード分布を受け取り、当該最終的な光学モード分布を前記レスポンスＲに変換する、セキュリティコントローラと、
を含み、
前記セキュリティコントローラは、
ａ）前記セキュリティコントローラが、前記チャレンジＣを用いて、前記ＰＵＦによる処理のための初期光学モード分布を設定する工程と、
ｂ）前記セキュリティコントローラが、前記変更された光学モード分布の振幅を取得する工程と、
ｃ）前記セキュリティコントローラが、前記変更された光学モード分布の前記振幅を、さらなる初期光学モード分布として処理されるために前記ＰＵＦデバイスに提供する工程と、
ｄ）前記セキュリティコントローラが、工程ｂ）および工程ｃ）をＴ回繰り返して、前記最終的な光学モード分布を生成する工程と、
を含む繰り返しプロセスによって、最終的な前記変更された光学モード分布を生成するように、前記フォトニックＰＵＦデバイスを動作させるよう構成されている、フォトニックＰＵＦデバイスが提供される。

【0034】

任意選択的にまたは好ましくは、前記セキュリティコントローラは、工程ｃ）の一部として、複数の光位相シフタの複数の前記列（Ｓ_ｋ）の複数の前記光位相シフタのうちの１個以上、または複数の光位相シフタの複数の前記列（Ｓ_ｋ）の複数の前記光位相シフタの全てについて、その設定を変更し、変更された当該設定に基づいて、前記ＰＵＦデバイスが前記さらなる初期光学モード分布を処理するように構成され得る。

【0035】

任意選択的に、または好ましくは、前記セキュリティコントローラは、前記プロセスの各繰り返しについての複数の光位相シフタの複数の前記列（Ｓ_ｋ）の前記設定を、前記チャレンジＣを用いて設定する。

【0036】

任意選択的に、または好ましくは、前記レスポンスＲは、前記最終的な光学モード分布のみから変換される。

【0037】

任意選択的に、または好ましくは、前記レスポンスＲは、工程ｂ）において得られた複数の前記変更された光学モード分布のうちの１個以上、または工程ｂ）において得られた複数の前記変更された光学モード分布のうちの全てから変換される。

【0038】

任意選択的に、または好ましくは、前記フォトニックＰＵＦデバイスは、単一の入力光学モードに接続可能な（例えば、前記単一の入力光学モードを受け取り、サポートし、または形成するように接続可能な）入力部（例えば、入力部品）と、複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）に接続可能な（１以上の）出力部（例えば、出力部品）と、を有する再構成可能フォトニックネットワークを含み、工程ａ）において、前記セキュリティコントローラは、前記チャレンジＣを用いることで、前記再構成可能フォトニックネットワークに、前記初期光学モード分布が生成するための対応する構成を採用させる。

【0039】

任意選択的に、または好ましくは、工程ｃ）は、前記セキュリティコントローラを含み、前記変更された光学モード分布の前記振幅を用いることで、前記再構成可能フォトニックネットワークに、前記変更された光学モード分布の前記振幅を生成して、当該振幅を前記ＰＵＦデバイスに提供するための対応する構成を採用させる。

【0040】

任意選択的に、または好ましくは、工程ｃ）は、前記セキュリティコントローラが、前記変更された光学モード分布を変換して、当該変更された光学モード分布を、さらなる初期光学モード分布として処理されるために前記ＰＵＦデバイスに提供する工程を含む。

【0041】

任意選択的に、または好ましくは、前記セキュリティコントローラは、変換された前記変更された光学モード分布を用いることで、前記再構成可能フォトニックネットワークに、変換された前記変更された光学モード分布を生成して、変換された当該変更された光学モード分布を前記ＰＵＦデバイスに提供するための対応する構成を採用させる。

【0042】

任意選択的に、または好ましくは、前記フォトニックＰＵＦデバイスは、前記変更された光学モード分布と前記最終的な光学モード分布とをそれぞれ測定するために、複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）に接続された（例えば、複数の前記光学モード導波路に接続された）光学測定デバイスを含む。

【0043】

本発明の一態様によれば、（例えば、チャレンジＣに関連する（結び付く））初期光学モード分布を受け取り、（例えば、レスポンスＲに関連する）最終的な光学モード分布を出力するためのフォトニック物理複製困難関数（ＰＵＦ）デバイスを含むシステムを形成する（例えば、製造する）ための方法またはプロセスが提供される。前記システムは、複数のチャレンジＣを複数のレスポンスＲにそれぞれ関連付ける（結び付ける）情報をさらに含むことが好ましい。前記方法は、
ａ）複数の光学モード（Ｍ_ｉ）（例えば、複数の光学モード（Ｍ_ｉ）を形成またはサポートするための複数の光学モード導波路）を設ける工程であって、複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）に対して、事前に決定された前記初期光学モード分布が与えられ得、複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）から、前記最終的な光学モード分布が使用中に生成され得る工程と、
ｂ）複数の前記光学モード（例えば、複数の光学モード（Ｍ_ｉ）を形成またはサポートするための複数の光学モード導波路）に沿って間隔を置いて配置され、かつ複数の前記光学モードに結合された複数の光学混合層（Ｋ_ｊ）であって、各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られた複数の光学モード（Ｍ_ｉ）を混合して、各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）を出る光学モード分布が各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られた光学モード分布と異なるようにする、複数の光学混合層（Ｋ_ｊ）を設ける工程と、
ｃ）複数の前記光学混合層（Ｋ_ｊ）のうちのそれぞれの光学混合層（Ｋ_ｊ）の前後の点に、複数の前記光学モード混合層（Ｋ_ｊ）に結合される複数の前記光学モード（例えば、複数の光学モード（Ｍ_ｉ）を形成またはサポートするための複数の光学モード導波路）に対する複数の光結合インターフェースを形成する工程と、
ｄ）（例えば、複数のチャレンジＣをそれぞれのレスポンスＲに関連付ける）複数の前記光学混合層（Ｋ_ｊ）の光学モード混合動作を決定するために、複数の前記光結合インターフェースを通じてトモグラフィを実施する工程と、
ｅ）工程ｄ）が完了した後に複数の前記光結合インターフェースを除去する工程と、
を含む。

【0044】

任意選択的に、または好ましくは、前記方法は、複数の前記光学モード（例えば、複数の光学モード（Ｍ_ｉ）を形成またはサポートするための複数の光学モード導波路）に沿って間隔を置いて配置され、かつ複数の前記光学モードに結合された複数の光位相シフタの複数の列（Ｓ_ｋ）であって、事前に決定された（１以上の）光位相シフトを適用して複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）のそれぞれの位相を変化させ、その後の光学モード（Ｍ_ｉ）がそれぞれの光学モード混合層によって受け取られる、複数の光位相シフタの複数の列（Ｓ_ｋ）を設ける工程を含み、工程ｃ）において、複数の前記光結合インターフェースは、それぞれの先行する複数の光シフタの列（Ｓ_ｋ）の後の点に結合され、かつ／またはそれぞれの（後続する）複数の光シフタの列（Ｓ_ｋ＋１）の前の点に結合される。

【0045】

任意選択的に、または好ましくは、工程ｄ）は、各光学モードを通じて別々に、かつ／または各光学モード混合層に対して別々に前記トモグラフィが実施される工程を含む。

【0046】

任意選択的に、または好ましくは、工程ｄ）は、前記トモグラフィのプロセス中にそれぞれの前記光学モード混合層に入る各光学モードの光入力および／または前記光位相シフタの設定を変化させる工程と、それぞれの前記光学モード混合層を出る各光学モードからの出力光の振幅を測定する工程と、を含む。工程ｄ）における混合動作を決定する前記工程は、入力光学モード分布をそれぞれの光学混合層から出力される光学モード分布にマッピングする光学モードのユニタリ変換を決定する工程を含んでもよい。

【0047】

本方法によって、各光学混合層についての完全なユニタリを事実上、決定することができる。本方法は、（特徴づけられた）光学混合層（Ｋｊ）と光位相シフタの列（Ｓ_ｋ）との対の積として、光学モード（Ｍ_ｉ）に対する全ユニタリ演算をパラメータ表示する工程を含んでもよい。本方法は、全てのチャレンジＣをそれぞれのレスポンスＲに関係付ける関数を決定する工程を含んでもよい。これにより、ＰＵＦの製造者は、全てのチャレンジＣをそれぞれのレスポンスＲに関係付ける関数を知ることができ、その結果、製造者は、ＰＵＦを探査することなく、あらゆる可能なＣＲＰを計算することができる。その後、製造後に個々の光学モード混合層（Ｋｊ）に光学的にアクセスしてそのユニタリを決定できないようにされる。すなわち、ＰＵＦ、すなわち光結合インターフェースを物理的かつ永続的に変更することによって、光結合インターフェースが消去される。その結果、（無許可の）第三者によるこの情報へのアクセスが排除される。

【0048】

本発明の一態様によれば、先行する任意の態様の装置またはフォトニックＰＵＦデバイスを動作させる方法であって、任意選択的に、または好ましくはデバイス、ユーザ、または通信を認証するために、前記装置または前記フォトニックＰＵＦデバイスを認証プロセスの一部として用いる工程を含む方法が提供される。

【0049】

本発明の任意の態様による、本明細書に開示された光学モードは、それぞれの導波路に形成されてもよい。本発明の任意の態様による、上に開示された光学モード混合層（Ｋ_ｊ）は、複数の光学モード（Ｍ_ｉ）の少なくともサブセット（部分集合）を受け取って光学モードの混合をもたらす連続エバネッセント結合導波路を含んでもよい。本発明の任意の態様による実施例では、連続エバネッセント結合導波路は、光学モードが内に形成される導波路の領域に対応し得る。エバネッセント結合導波路は、複数の光学モード間、および／または複数のエバネッセント結合導波路間において、光子のランダムウォークがもたらされるように、複数の光学モードの混合を実装し得る。

【0050】

導波路を製造するために使用される製造技術に応じて、種々のレベルのランダム性が達成され得る。ランダム性は、製造時に事前決定的に形成されない（例えば、製造時に事前決定的に形成できない）、すなわち製造者が制御できる範囲を越えた、導波路の微視的特徴に応じて達成され得る。導波路は、次の複数の方法のうちの１以上の方法に従って製造され得る：光リソグラフィ、投影リソグラフィ、および電子ビームリソグラフィ、ならびにエッチング。例えば、約６ｎｍ（例えば、約３ｎｍ～約１０ｎｍ）の導波路ラインエッジラフネスがもたらされ得る。

【0051】

ラインエッジラフネス（line edge roughness：ＬＥＲ）は、当産業の通常の定義に従って定義され得る。これによれば、ＬＥＲ＝３σである。ここで、σは、次式で定められる標準偏差である：

【0052】

【数1】

【0053】

ここで、ｘ_ｉは、エッジに沿ったＮ個の別々の点のうち、エッジに沿った所与の点ｉにおいて測定されたエッジ位置であり（ｉ＝１～Ｎ）、

【0054】

【数2】

【0055】

は、Ｎ個の測定されたエッジ位置の全ての平均値である。全てのエッジ位置は、共通の基準線（例えば、想像上の「完全な」エッジ位置）に対して測定される。ＬＥＲ値を計算するためのエッジ位置（ｘ_ｉ）は通常、測長走査型電子顕微鏡（Critical Dimension Scanning Electron Microscope：ＣＤ－ＳＥＭ）により生成された画像（または、その他のデータ）を用いて測定される。原子間力顕微鏡（Atomic Force Microscope：ＡＦＭ）により生成された画像（または、その他のデータ）は、より大きな相関長でより正確な値を与え得るものの、ＣＤ－ＳＥＭの方が高速であるため、ＣＤ－ＳＥＭが当産業において標準となっている。ＣＤ－ＳＥＭ画像がソフトウェアを用いて処理され、ＬＥＲ値の計算に必要なエッジ位置（ｘ_ｉ）が抽出され得る。その一例が、ＰＲＯＳＥＭ（ｈｔｔｐｓ：／／ｐｒｏｓｅｍ．ｇｅｎｉｓｙｓ－ｇｍｂｈ．ｃｏｍ／を参照）である。ＰＲＯＳＥＭは、この目的のために設計されたソフトウェアパッケージであり、ＧｅｎＩＳｙｓ ＧｍｂＨ（Ｅｓｃｈｅｎｓｔｒ．６６， Ｄ－８２０２４ Ｔａｕｆｋｉｒｃｈｅｎ（ミュンヘン），ドイツ）から利用可能である。

【0056】

側壁の粗さの性質（例えば、微視的特徴）によって、所望のレベルのランダム性が提供され得る。導波路の寸法、間隔および長さを含む光学モード混合層の設計は、製造の際、ＰＵＦデバイス内の種々の層間および連続するＰＵＦデバイス／コピー間で十分なバリエーションが得られるように最適化され得る。

【0057】

本発明の任意の態様による本技術の実施例では、エバネッセント結合導波路の間隔、および／またはエバネッセント結合導波路がある長さにわたって互いに近接する当該長さは、それぞれの光学モード混合層（Ｋ_ｊ）におけるエバネッセント結合の強さが、この間隔および長さの組み合わせによって決定されるように、事前決定的に形成され得る。

【0058】

横方向距離（すなわち、「ｓ」、導波路軸に対して横方向の間隔）は、隣接しまたは隣り合う導波路間に規定され得る。横方向距離は、隣り合う導波路間の離隔距離が、或る隣接しもしくは隣り合う導波路ではより大きく、または他の或る隣接しもしくは隣り合う導波路ではより小さくなるように、隣接しまたは隣り合う導波路間で異なっていてもよい。

【0059】

実施例では、２個以上の離隔距離「ｓ」が同じであり得る。距離「ｌ」は、導波路どうしが長手方向長さにわたって結合される当該長手方向長さを示す。結合の度合いは、パラメータ「ｓ」、およびパラメータ「ｌ」のうちの１個以上のパラメータの値を変更することによって調整できる。

【0060】

〔図面の簡単な説明〕
本開示がより容易に理解され得るように、その好ましい実施形態を、単なる例示として、添付図面を参照しつつ説明する：
図１は、本開示を具現化する装置の概略図である；
図２は、本開示を具現化する装置のコンポーネントの概略図である；
図３は、本開示を具現化する装置のコンポーネントの概略図である；
図４Ａおよび図４Ｂは、本開示を具現化する装置の或るコンポーネントを示す；
図５Ａおよび図５Ｂは、本開示を具現化する装置の或る部分を示す概略図である；
図６は、本開示の或る態様を具現化するデバイスの或るコンポーネントを示す概略図である；
図７は、本開示の或る態様を具現化するデバイスを動作させるための或る方法を示すフロー図である。
図８は、本開示の或る態様を具現化するデバイスを製造するための或る方法を示すフロー図である。

【0061】

〔開示の詳細な説明〕
図１を参照すると、フォトニック物理複製困難関数（photonic physically unclonable function：ＰＵＦ）デバイス２０と、ＰＵＦデバイス２０を制御するためのセキュリティコントローラ３０と、セキュリティコントローラ３０を動作させるためのプロセッサ用の命令を含むコンピュータ可読記憶媒体４０と、を含む装置１０が、概略的に示されている。本技術の実施形態では、装置１０は、例えば、携帯電話、コンピュータ、またはその他の電子デバイスもしくは非電子デバイスの一部として、装置に組み込まれ、または装置の一部を形成して、当該装置の認証動作の一部として使用され得る。本技術の実施形態では、装置１０は、他の装置（例えば、電子デバイス）に接続されて、認証動作を行うためにそれとともに用いられ得る。プロセッサは、装置１０の一部として形成されてもよく、またはプロセッサが組み込まれ、もしくはプロセッサが接続される装置の一部を構成してもよい。

【0062】

図２を参照すると、本技術の実施例によるＰＵＦデバイス２０が概略的に示されている。ＰＵＦデバイス２０は、古典的なデバイスとして、すなわち古典的な光（例えば、レーザ光）を扱うデバイスとして実現されてもよく、または量子デバイスとして、すなわち量子状態としての光を扱う量子デバイスとして実現されてもよい。ＰＵＦデバイス２０は、フォトニック処理ネットワーク５０と、再構成可能フォトニックネットワーク６０と、光学測定デバイス７０と、を含み得る。フォトニック処理ネットワークという用語は、ＰＵＦデバイス２０を形成する、より広い光干渉計の一部である光干渉計回路を示す。本技術の実施例では、ＰＵＦデバイス２０は、集積フォトニックチップである。フォトニックチップは、ケイ素（Ｓｉ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、シリカ（ＳｉＯ_２）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、ポリマー、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ）、または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含む（ものの、これらに限定されない）材料にて形成されてもよい。

【0063】

図３を参照すると、ＰＵＦデバイス２０は、初期光学モード分布をチャレンジＣの一部として処理して、最終的な光学モード分布を出力するためのものである。当該最終的な光学モード分布は、レスポンスＲに対応し、または当該最終的な光学モード分布から、レスポンスＲを導出できる。図３を参照すると、フォトニック処理ネットワーク５０は、Ｍ個の光学モード（Ｍ_ｉ）を含んでもよい。当該Ｍ個の光学モード（Ｍ_ｉ）に対して、初期光学モード分布が与えられ、当該Ｍ個の光学モード（Ｍ_ｉ）から、最終的な光学モード分布が生成される。フォトニック処理ネットワーク５０は、光学モード（Ｍ_ｉ）に沿って間隔を置いて配置され、かつ当該光学モード（Ｍ_ｉ）に結合されたＫ個の光学モード混合層（Ｋ_ｊ）を含んでもよい。各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）を出る光学モード分布が、各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られた光学モード分布と異なる分布となるように、各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られた光学モード（Ｍ_ｉ）が混合される。実施例では、最終的な光学モード分布は、最終的な光学モード混合層（Ｋ_Ｋ；ｊ＝Ｋ）の後の光学モード分布であり、すなわち、最後の光学モード混合層が光学モード（Ｍ_ｉ）に作用した後の光学モード分布である。

【0064】

本技術の実施例では、光学モード（Ｍ_ｉ）は、それぞれの導波路に形成またはサポートされている（すなわち、Ｍ_ｉは、導波路５２を指すものとみなしてもよく、ここで、ｉ＝１～Ｍ（例えば、Ｍ≧３、またはＭ≧５、またはＭ≧１０）である）。光学モード混合層（Ｋ_ｊ）は、複数の光学モード（Ｍ_ｉ）の少なくともサブセットを受け取ってそれらのＭ個の光学モードの混合をもたらす連続エバネッセント結合導波路（continuous evanescently coupled waveguides）を含んでもよい。本開示の本実施例に関して使用するのに適した連続エバネッセント結合導波路の例として、Ｐａｅｓａｎｉ ｅｔ ａｌ． Ｎａｔｕｒｅ Ｐｈｙｓｉｃｓ １５， ９２５ （２０１９）に記載されたランダムウォークが挙げられる。光学モードＭ_ｉは、それぞれの導波路Ｍ_ｉに形成され得る（すなわち、Ｍ_ｉは、導波路５２を指すものとみなしてもよく、ここで、ｉ＝１～Ｍである）。実施例では、連続エバネッセント結合導波路は、導波路（Ｍ_ｉ）の領域に対応し得る。

【0065】

本技術の実施例では、エバネッセント結合導波路の間隔、および／またはエバネッセント結合導波路がある長さにわたって互いに近接する当該長さは、それぞれの光学モード混合層（Ｋ_ｊ）におけるエバネッセント結合の強さが、この間隔および長さ、ならびに導波路の微視的特徴の組み合わせによって決定されるように、事前決定的に形成されている。導波路の当該微視的特徴は、製造時に事前決定的に形成できず、すなわち、当該微視的特徴は、製造者が制御できる範囲を越えている。

【0066】

図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、図５Ａは、連続的にエバネッセント結合された導波路に光学モード（Ｍ_ｉ）が形成される光学モード混合層を示す。距離「ｓ」は、隣接しまたは隣り合う導波路間のそれぞれの横方向（短手方向）距離を示す（図５Ｂ参照）。実施例では、横方向距離「ｓ」は、当該離隔距離「ｓ」が、或る隣接しもしくは隣り合う導波路ではより大きく、または他の或る隣接しもしくは隣り合う導波路ではより小さくなるように、隣接しまたは隣り合う導波路間で異なっていてもよい。実施例では、２個以上の離隔距離「ｓ」が同じであり得る。距離「ｌ」は、導波路どうしが長手方向長さにわたって結合される当該長手方向長さを示す。パラメータ「ｓ」、およびパラメータ「ｌ」のうちの１個以上のパラメータを変更することによって、結合の度合いを調整できる。

【0067】

フォトニック処理ネットワーク５０は、光位相シフタφ_ｊｉの列（Ｓ_ｋ）を含んでもよい。当該光位相シフタφ_ｊｉの列（Ｓ_ｋ）は、導波路５２内の光学モード（Ｍ_ｉ）に沿って間隔を置いて配置され、かつ当該光学モード（Ｍ_ｉ）に結合されており、チャレンジＣによって決定され、またはチャレンジＣから導出される（１以上の）光位相シフトを適用して、光学モード（Ｍ_ｉ）のそれぞれの位相を変化させる。その後の光学モードは、それぞれの光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られる。ここで、ｊは、光位相シフタφ_ｊｉと隣り合う次段の光学モード混合層を示し、ｉは、光位相シフタφ_ｊｉが結合される光学モード／導波路（Ｍ_ｉ）を示す。実施例では、光位相シフタφｊｉは、それぞれの列（Ｓ_ｋ）について、複数の光学モードの各々に結合されてもよく、またはそれらのサブセットに結合されてもよい。さらに、実施例では、隣り合う光学モード混合層の間に光位相シフタの列が存在しないように、列の数がより少ない場合もある。光位相シフタφ_ｊｉは、光位相シフトを誘起するために独立して制御可能であり得るデバイスである。例えば、光位相シフトは、熱光学効果、電気光学効果、キャリア注入効果、圧電効果、複屈折効果、微小電気機械効果、ひずみ誘起効果、または音響光学効果を含む（ものの、これらに限定されない）効果によって誘起される、局所的な屈折率変化として実装されてもよい。

【0068】

本技術の実施例によれば、光位相シフタの列（Ｓ_ｋ）は、光学モード／導波路（Ｍ_ｉ）の長さ（方向）に沿って、光学モード混合層（Ｋ_ｊ）と交互に配置されてもよい。本技術の実施例による実施形態では、ｊ＝１～Ｋ、すなわち合計Ｋ個の光学モード混合層が存在し、ｋ＝１～Ｋ＋１、すなわち合計Ｋ＋１個の光位相シフタの列が存在する。その結果、実施例において、光位相シフタの列Ｓ_Ｋ＋１によって、下流の干渉測定における使用のために、光学モード（Ｍ_ｉ）の最終的な光学モード分布の調整が適用され得るようになっている。実施例では、光位相シフタの列Ｓ_Ｋ＋１が存在せず、ｋ＝１～Ｋの光位相シフタの列のみが存在してもよい。

【0069】

本技術の実施例による実施形態では、光位相シフタの複数の列（Ｓ_ｋ）のうちの２個以上、または光位相シフタの複数の列（Ｓ_ｋ）の各々について、光位相シフタφ_ｊｉが、光学モード／導波路（Ｍ_ｉ）の各々に結合されている。本技術の実施例による実施形態では、光学モード混合層（Ｋ_ｊ）のうちの１個以上、または光学モード混合層（Ｋ_ｊ）の各々によって、光学モード（Ｍ_ｉ）のうちの少なくとも３個、または光学モード（Ｍ_ｉ）のうちの全てが混合され、例えば、光学モード（Ｍ_ｉ）のうちの少なくとも３個、または光学モード（Ｍ_ｉ）のうちの全てについて、それぞれの振幅が混合される。ここで、混合とは、光学モード（Ｍ_ｉ）のうちの少なくとも３個の光学モードにおける光が、当該少なくとも３個の光学モード間において、例えば、少なくとも３個の隣接しまたは隣り合う光学モード（Ｍ_ｉ）間において混合されることを指す。本技術の実施例による実施形態では、光位相シフタの列（Ｓ_ｋ）の各々について、光位相シフタφ_ｊｉが各々、光学モード／導波路（Ｍ_ｉ）のうちの１個に結合されており、光学モード混合層（Ｋ_ｊ）の各々によって、光学モードＭ_ｉのうちの３個以上、または光学モードＭ_ｉのうちの全てが混合される（図３に示す通り）。光学モード混合層が連続的にエバネッセント結合された導波路である実施例では、光学モード（Ｍ_ｉ）が形成される導波路のうちの３個以上、または光学モード（Ｍ_ｉ）が形成される導波路のうちの全てが結合される。

【0070】

実施例では、光学モード混合層（Ｋ_ｊ）のうちの１個以上、または光学モード混合層（Ｋ_ｊ）のうちの全ては、光学モード（Ｍ_ｉ）のうちの少なくとも３個、または光学モード（Ｍ_ｉ）のうちの全てを受け取って、光学モード（Ｍ_ｉ）のうちの当該少なくとも３個、または光学モード（Ｍ_ｉ）のうちの当該全てについて、それぞれの振幅の混合をもたらす連続エバネッセント結合導波路を含む。

【0071】

本明細書において、少なくとも３個の光学モード（Ｍ_ｉ）の文脈、および／または少なくとも３個のエバネッセント結合導波路の文脈における、「少なくとも３個」という言及には、例えば、以下のものが含まれ得る：４個以上の光学モード（Ｍ_ｉ）、および／または４個以上のエバネッセント結合導波路；５個以上の光学モード（Ｍ_ｉ）、および／または５個以上のエバネッセント結合導波路；１０個以上の光学モード（Ｍ_ｉ）、および／または１０個以上のエバネッセント結合導波路；１０個以上の光学モード（Ｍ_ｉ）、および／または１０個以上のエバネッセント結合導波路。上述したとおり、エバネッセント結合導波路は、複数の光学モード間、および／または複数のエバネッセント結合導波路間において、光子のランダムウォークがもたらされるように、複数の光学モードの混合を実施し得る。この効果は、混合プロセスに関与するモードおよび／または導波路の数が２個を越えて増加するとき、著しく高まることが見出されている。

【0072】

後に説明するように、プロセッサは、セキュリティコントローラ３０にチャレンジＣを出し、セキュリティコントローラ３０からレスポンスＲを受け取るコンピュータ可読記憶媒体４０上の命令を実行するように構成されている。

【0073】

セキュリティコントローラ３０は、チャレンジＣを変換し、変換されたチャレンジＣをＰＵＦデバイス２０に提供する。そして、当該セキュリティコントローラは、ＰＵＦデバイス２０によって出力される最終的な光学モード分布を受け取り、レスポンスＲへ変換する。

【0074】

ＰＵＦを動作させるためのセキュリティコントローラ３０は、標準的なデジタルエレクトロニクスマイクロコントローラを介して実現でき、または、ＰＵＦデバイス２０が形成された集積フォトニクスチップと一緒にパッケージ化でき、もしくは当該集積フォトニクスチップと直接的に共集積できるフィールドプログラマブルゲートアレイ（field programmable gate array：ＦＰＧＡ）を介して実現できる。チャレンジＣは、無線伝送（例えば、ＲＦ波、光波）を通じて、または有線接続（例えば、ＤＣエレクトロニクスによって形成されたデジタル回線）を通じて、セキュリティコントローラ３０によって受け取られる。各光位相シフタφ_ｊｉは、２^ｎの離散値に対応するｎビット数によって、プログラマブルであり得る。実施形態では、セキュリティコントローラ３０によって受け取られたチャレンジＣは、以下に記載するように、ビット列として提供されてもよく、当該ビット列から光位相シフタの設定が導出されてもよい。例示的な実施形態では、ＰＵＦを動作させるためのセキュリティコントローラ３０は、オンチップ電子ロジックを用いて実現されてもよい。かかる実施例では、セキュリティコントローラ３０は、（例えば、コンピュータプロセッサからの）チャレンジＣを入力ビット列として受け取り得る。当該入力ビット列はセキュリティコントローラ３０によって処理され、ビットシフトおよび／またはマスキングが適用されて、当該入力ビット列が一対一対応で位相シフタ設定へマッピングされ得る。マッピングの前に、入力ビット列は、セキュリティコントローラ３０によって（例えば、ハッシュ関数を介して）デジタル処理され、小さなハミング距離で分離されたチャレンジ間のランダム性が改善され得る。実施例では、オンチップ電子ロジックは、チャレンジＣを処理し、それをそれぞれの位相シフタを動作させるための電圧のセットへ変換することによって、チャレンジＣに対応する所望の位相シフタ設定での動作を実現できる、電圧、電流の調整器および増幅器を有するデジタル－アナログ変換器を含んでもよい。当該デジタル－アナログ変換器は、所望の動作を実装するために、位相シフタに電気的に接続されてもよい。

【0075】

具体的には、図４Ａおよび図４Ｂを参照すると、再構成可能フォトニックネットワーク６０は、単一の入力光学モードＩに接続可能な入力部と、光学モード／導波路（Ｍ_ｉ）に接続可能な出力部Ｏ_ｉと、を含み得る。その結果、初期光学モードの入力および出力の分布が、それぞれもたらされる。再構成可能フォトニックネットワーク６０は、初期光学モード分布を生成するための光位相シフタ（Ｒ_ｓ）を含んでもよい。再構成可能フォトニックネットワーク６０は、線形列のマッハ－ツェンダ干渉計（図４Ａに示す）、三角形配列または矩形配列のユニバーサル入力干渉計（図示せず）、または二分木配列のマッハ－ツェンダ干渉計（図４Ｂに示す）を含んでもよい。再構成可能フォトニックネットワーク６０は、状態、すなわち複数の光学モードにわたる振幅の初期分布を、フォトニック処理ネットワーク５０による処理のために用意（作成）する。再構成可能フォトニックネットワーク６０は、例えば、線形列のマッハ－ツェンダ干渉計の場合には、１個の光学モードを必要となる光学モード（Ｍ_ｉ）の全てに変換することによって、任意の所望の初期光学モード分布が得られうるように、単一の入力光学モードＩからの光を線形光学状態に変換し、当該線形光学状態が複数の光学モード（Ｍ_ｉ）のうちの全てに広がってもよい。実施例では、セキュリティコントローラ３０は、光学モード分布情報、例えば、フォトニック処理ネットワーク５０から出力される測定された光学モード分布を用いることで、再構成可能フォトニック回路に、新たな初期光学モード分布が生成するための対応する構成を採用させ得る。

【0076】

ＰＵＦデバイス２０は、光源Ｓ（図２参照）を含んでもよい。初期光学モード分布は、当該光源Ｓから生成される。それが設けられる場合には、光源は、再構成可能フォトニックネットワーク６０の単一の入力光学モードＩに接続されてもよく、またはＰＵＦデバイス２０の光学モード導波路５２（Ｍ_ｉ）に直接的に接続されてもよい。光源は、レーザ（例えば、電気励起集積レーザ）、狭い光スペクトルを有するＬＥＤ光源、または量子状態の光（例えば、スクイーズド光または単一光子）を含んでもよい。本技術の実施例では、初期光学モード分布は、単一の入力光学モードを有し、当該単一の入力光学モードから再構成可能フォトニックネットワーク６０の使用を通じて分布を生成する代わりに、複数の光学モードおよび／または複数の光学モード導波路５２（Ｍ_ｉ）にわたっての分布（例えば、ファイバ／広帯域ネットワーク内のスペクトルモードにわたっての分布）のために用意された形態で提供されてもよい。

【0077】

導波路５２に形成される光学モード（Ｍ_ｉ）の最終的な光学モード分布を測定するために、光学測定デバイス７０が、光学モード（すなわち、当該モードを形成またはサポートする導波路５２）に接続されてもよい。光学測定デバイス７０は、フォトダイオードもしくは単一光子検出器を含んでもよく、またはＰＵＦが量子デバイスとして実現される実施例では、超伝導ナノワイヤ、超電導転移端センサ、アバランシェフォトダイオードもしくはホモダイン検出スキームを含んでもよい。

【0078】

オンチップ電子ロジックを含むＰＵＦ、および光学測定デバイス７０として集積光検出器を含むＰＵＦの例示的な実施形態では、光検出器からの光電流は増幅され、アナログ－デジタル変換器を通してデジタル信号に変更されてもよい。

【0079】

集積フォトニックデバイスに関する既知の技術を（用いなくともよいが）用いて装置１０を製造して、本技術の実施例に関して記載された構造を有する装置１０を作製してもよい。

【0080】

次に、チャレンジレスポンス対を得るための本技術の実施例による装置１０の動作について説明する。

【0081】

まず、チャレンジのセットＣ’が生成される。ここで、各々の一意の（ユニークな）チャレンジは、Ｃと示される。プロセッサは、複数のチャレンジＣ’をビット列の形態でランダムに生成してもよい。各チャレンジＣは、例えば、光位相シフタＲ_ｓを設定するための光位相シフタ設定情報の形態、および／または光位相シフタの列（Ｓ_ｋ）を設定するための設定の形態で、初期光学モード分布情報を含んでもよい。光位相シフタ設定情報は、チャレンジＣを形成するビット列から直接的に取得されてもよく、または光位相シフタ設定情報は、ハッシュ関数もしくはその他のアルゴリズムを採用することによって、当該ビット列から間接的に取得／導出（例えば、変換）されてもよい。セキュリティコントローラ３０は、プロセッサからチャレンジＣが出されたとき、当該チャレンジＣを形成するビット列から光位相シフタ設定を決定するように構成されてもよい。

【0082】

実施例では、チャレンジＣは、長さｎ（ＫＭ＋Ｉ）の連結ビット列であってもよい。ここで、Ｉは、光学モード（Ｍ_ｉ）間に光を分布させて初期光学モード分布を生成する光位相シフタＲｓの数であり、ｎは、位相シフタＲｓおよび位相シフタφ_ｊｉの位相シフタビット分解能であり、Ｋは、光位相シフタ列の数である。そのため、当該ビット列は、プログラマブルな位相シフタの総数に、位相シフタ分解能ｎビットを乗じたものを表す。あるいは、実施例では、異なる長さのビット列がチャレンジＣとして発行されてもよく、セキュリティコントローラ３０は、受け取ったチャレンジＣをＰＵＦデバイス２０の位相シフタ設定にマッピングするための方法を含む。チャレンジは、位相シフタの光チップ変調器に設定されるオンチップ電圧（すなわち、位相）が定められるように、デジタル－アナログ変換器により処理されてもよい。

【0083】

各チャレンジＣについて、セキュリティコントローラ３０は、光位相シフタの列（Ｓ_ｋ）と光位相シフタＲ_ｓとを設定する。次いで、これらの設定に従って構成される、再構成可能フォトニックネットワーク６０によって、フォトニック処理ネットワーク５０の光学モードに（すなわち、当該モードを形成またはサポートする導波路５２に）提供される初期光学モード分布が生成される。当該初期光学モード分布は、光位相シフタの第１列（Ｓ_１）の動作下で、光位相シフトにより変更され、その後、第１光学モード混合層（Ｋ_１）が複数の光学モード（Ｍ_ｉ）の少なくともサブセットを互いに結合することにより、複数の光学モード（Ｍ_ｉ）間で生じる混合の下で変換される。その結果、第１光学モード混合層（Ｋ_１）を出る光学モード分布は、異なる分布になる。フォトニック処理ネットワーク５０の端部に光が伝わるまで、このシーケンスが続く。最終的な光学モード分布がフォトニック処理ネットワーク５０によって出力され、光学測定デバイス７０によって測定される。その後、デバイス７０によって測定された最終的な光学モード分布は、セキュリティコントローラ３０によって、ビット列を含む（ものの、これに限定されない）形態でレスポンスＲに変換（例えば、デジタル化）され、プロセッサに提供され得る。実施例では、レスポンスＲは、ＰＵＦのランダム性および／または安全性を向上させるために、電子的（アナログまたはデジタル）関数（例えば、ハッシュ関数）によって、さらに処理されてもよい。

【0084】

実施例では、レスポンスＲは、光学測定デバイス７０として使用されるフォトダイオード（または、ＰＵＦが量子システムとして実現される場合には、量子状態に感応するデバイス、例えば単一光子検出器）によって読み出される光強度／振幅（または、相関光子測定結果）に由来する結果に対応し得る。光強度／振幅の場合、セキュリティコントローラ３０は、出力をデジタル化するアナログ－デジタル変換器の使用を通じて、光電流を取得してもよく、またはデジタル形式でセキュリティコントローラ３０へ渡される較正されたパワー測定結果を取得してもよい。セキュリティコントローラ３０は、光学モード（Ｍ_ｉ）からのＭ個の出力強度を受け取り、これらを２ｍ個のレベル（すなわち、ｍビット数）に離散化し得る。各フォトダイオード読み出し（情報）からの連結ビット列のその後のデジタル後処理は、フルレスポンスビット列の等長細分に対するハッシングまたは排他的ＯＲ（ＸＯＲ）演算を含む（ものの、これに限定されない）方法を介して、実行され得る。最後に、デジタルレスポンスビット列は、無線または有線接続を介して、セキュリティコントローラ３０から返され得る。

【0085】

チャレンジのセットＣ’についての各チャレンジＣに対して、このプロセスが繰り返され、チャレンジレスポンス対のセットＣＲＰ’が生成される。

【0086】

装置１０は、信頼されたクライアントＡによる使用のために別の装置に組み込まれ、または接続され得る。次いで、装置１０は、信頼された方法によって、チャレンジレスポンス対のセットＣＲＰ’とともに、クライアントＡに安全に提供される。

【0087】

その後、クライアントＡは、装置１０をクライアントＢに提供してもよい。クライアントＡがクライアントＢのアイデンティティを認証したい場合、クライアントＡは、チャレンジのオリジナルのセットＣ’からのチャレンジＣをクライアントＢに出し得る。次いで、クライアントＢは、レスポンスＲを取得し、これをクライアントＡに通信する。レスポンスＲがチャレンジレスポンス対のオリジナルのセットＣＲＰ’のうちの対応するチャレンジに保持されたものに合致する場合、信頼が確立される。

【0088】

あるいは、製作者または製造者は、装置１０を作り出し、それをクライアントＡに提供してもよい。その後、クライアントＡは、装置１０をクライアントＢに提供するのに先立って、上述したものと同じ方法で、チャレンジレスポンス対のセットＣＲＰ’を取得する。次いで、安全な接続を確立するためのクライアントＢの認証は、クライアントＡとクライアントＢとの間の各通信について、同じ方法で進めることができる。

【0089】

光位相シフタの列と光学モード混合層との交互配列を利用したＰＵＦデバイスの配列により、指数関数的に大きくなる可能なチャレンジレスポンス対を取得でき、この数は、光学モード混合層の数が増加するとき、非線形的に変化する。さらに、本技術の実施例による２個のＰＵＦデバイスが同一の製造方法により製造されたとしても、それらのＰＵＦデバイスの物理的実現物は、依然として一意であり、相互に区別されるものとなるだろう。これは、製造時に事前決定的に形成できない（すなわち、製造者が制御できる範囲を越えた）、光学モード混合層を形成する導波路の微視的特徴（例えば、導波路の壁の粗さ）のゆえである。これらの特徴は、位相および導波路間の結合強度に影響を与え、これと関連して、各光学モード混合層についての混合特性にも影響を与える。このように導入されるランダム性の度合いは、導波路がある長さにわたって互いに近接する当該長さ、および／または導波路間の離隔距離を増大させることによって、有利に強めることができる。光学モード混合層は、当該光学モード混合層が各々受け取る光学モード分布に作用する、実質的にランダムなユニタリ変換である。

【0090】

使用される製造技術（光リソグラフィ、投影リソグラフィ、および電子ビームリソグラフィが含まれる）、および導波路層を定めるために使用されるエッチングに応じて、種々のレベルのランダム性を達成できる。例えば、ドライ投影リソグラフィによって、シグマ～１ｎｍおよびラインエッジラフネス～６ｎｍのターゲット導波路寸法の分布が達成できる。図５Ｂは、そのようにして製造された導波路を示す。側壁の粗さの性質を図に見ることができる。導波路の寸法、間隔、および長さを含む光学モード混合層の設計は、種々の層間およびＰＵＦコピー間で十分なバリエーションが得られるように最適化される。

【0091】

次に、本技術によるさらなる一態様の実施例について、図６を参照して説明する。

【0092】

図６は、フォトニック物理複製困難関数（ＰＵＦ）デバイス２００を概略的に示す。ＰＵＦデバイス２００は、先に説明したＰＵＦデバイス２０のフォトニック処理ネットワーク５０と互換的であり得る。

【0093】

ＰＵＦデバイス２００は、部分的にチャレンジＣに基づくものであり得る初期光学モード分布を処理し、変更された光学モード分布を出力するためのものである。ＰＵＦデバイス２００は、光学モード（Ｍ_ｉ、合計Ｍ個）を含む。当該光学モードに対して、初期光学モード分布が与えられ、当該光学モードから、変更された光学モード分布が生成される。ＰＵＦデバイス２００は、光学モードに沿って間隔を置いて配置され、かつ当該光学モードに結合された（すなわち、光学モードを形成またはサポートするための光学モード導波路７２に結合された）光学モード混合層（Ｋ_ｊ）を含む。当該光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって、各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）を出る光学モード分布が、各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られた光学モード分布と異なるように、各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られた光学モード（Ｍ_ｉ）が混合される。ＰＵＦデバイス２００は、光学モード導波路７２に形成またはサポートされる光学モード（Ｍ_ｉ）に対して（例えば、先に説明したものと同様にチャレンジＣから導出される）（１以上の）光位相シフトを適用するための、光学モード導波路７２に沿って間隔を置いて配置され、かつ当該光学モード導波路７２に結合された光位相シフタの列（Ｓ_ｋ）を含む。当該光位相シフタの列（Ｓ_ｋ）は、光学モードがそれぞれの光学モード混合層（Ｋ_ｉ）によって受け取られるに先立って、光学モード（Ｍ_ｉ）のそれぞれの位相を変化させる。ＰＵＦデバイス２００は、フォトニックＰＵＦデバイス２００を制御するためのセキュリティコントローラを含んでもよい。セキュリティコントローラは、チャレンジＣを変換し、変換されたチャレンジＣをフォトニックＰＵＦデバイス２００に提供してもよい。そして、当該セキュリティコントローラは、フォトニックＰＵＦデバイス２００によって出力される最終的な変更された光学モード分布をレスポンスＲに変換してもよい。

【0094】

光学モード混合層（Ｋ_ｊ）、光学モード（Ｍ_ｉ）および光学モードを形成またはサポートするための光学モード導波路７２、ならびに光位相シフタの列（Ｓ_ｋ）は、本技術の先の実施形態に関して説明したものと同一または同様であってよい。本技術の実施形態では、光学モード混合層は、種々に構成されてもよい。例えば、各光学モード混合層は、光位相シフタの次の列に光が到達するに先立って、光学モードＭ_ｉの組の間を進む光を混合するように構成された多数のマッハ－ツェンダ干渉計を含んでもよい。

【0095】

ＰＵＦデバイス２００は、本技術の先の実施例に関して記載されたＰＵＦデバイス２０と同一または同様の方法で、１個以上の要素、例えば光学測定デバイス、光源を含んでもよい。

【0096】

ＰＵＦデバイス２００と先の実施形態に関して記載されたものとの主な違いは、セキュリティコントローラが、図７に示す繰り返しプロセスによって、最終的な変更された光学モード分布を生成するようにフォトニックＰＵＦデバイス２００を動作させるよう、構成されていることである。

【0097】

繰り返しプロセスは、ＰＵＦデバイス２００による処理のための初期光学モード分布を設定するためにチャレンジＣが使用される最初の工程ａ）を含む。また、チャレンジＣは、ＰＵＦデバイス２００内の光位相シフタを設定するためにも使用される。工程ｂ）では、セキュリティコントローラは、ＰＵＦデバイス２００によって出力される変更された光学モード分布を取得する。工程ｃ）では、セキュリティコントローラは、変更された光学モード分布の振幅を、さらなる初期光学モード分布として処理されるために、例えばフィードバック回路を通じて、またはセキュリティコントローラの使用を通じて、ＰＵＦデバイス２００に提供する。例えば、セキュリティコントローラは、工程ｃ）から受け取った振幅を用いて、再構成可能スイッチネットワークを設定するための光位相シフタ設定を導出し、所望のさらなる初期光学モード分布を生成してもよく、またはＰＵＦデバイス２００における新たな位相シフタ設定を導出してもよく、またはそれらの両方を導出してもよい。次いで、工程ｂ）から工程ｃ）までがＴ回繰り返され、最終的な光学モード分布が生成される。

【0098】

ＰＵＦデバイス２００の動作は、セキュリティコントローラが、最終的な光学モード分布を得るためにＰＵＦデバイス２００を繰り返し動作させる点、および、セキュリティコントローラが、工程ｃ）の一部として、列（Ｓ_ｋ）の光位相シフタのうちの１個以上または全ての光位相シフタの設定を変更し、変更された当該設定に基づいて、ＰＵＦデバイスがさらなる初期光学モード分布を処理するように構成され得る点を除いて、フォトニック処理ネットワーク５０に関して記載されたものと同様である。プロセスの各繰り返しについての光位相シフタの列（Ｓ_ｋ）の設定は、実施例では、チャレンジＣから取得され得る。特定のチャレンジＣに対するレスポンスＲは、最終的な光学モード分布の変換されたバージョンに対応し得る。実施例では、レスポンスＲは、工程ｂ）で取得される変更された光学モード分布のうちの１個以上または全てから変換されてもよい。実施例では、変更された各光学モード分布に関数が適用され、次の繰り返しで使用するさらなる初期光学モード分布が生成されてもよい。

【0099】

実施例では、セキュリティコントローラは、工程ｃ）において、変更（された）光学モード分布を変換して、変換された当該変更光学モード分布を、さらなる初期光学モード分布として処理されるために、ＰＵＦデバイスに提供してもよい。実施例では、ＰＵＦデバイスがオンチップ電子ロジックを含む場合、変更光学モード分布の変換は、光学測定デバイス７０の検出器に結合されたアナログ－デジタル変換器を通じて当該変更光学モード分布をデジタル測定結果に変換することによって、暗号論理演算を適用する工程を含み得る。これにより、変換された当該変更光学モード分布がさらなる初期光学モード分布として処理されるに先立って、ランダム性がさらに増幅される。位相シフタの設定は、最終的な光学モード分布が得られるまで、所望の回数であるＴ回、ＰＵＦデバイスのその後の動作のために適宜、更新される。

【0100】

ＰＵＦデバイス２００は、より大きなＰＵＦデバイスをつくり出さなくとも、単純に繰り返し回数を増加させることによって、利用可能なチャレンジおよび関連するレスポンスの数を増加させることができるという点で、有利である。

【0101】

本技術による実施例では、ＰＵＦデバイス２００は、単一の入力光学モードに接続可能な入力部と、光学モードＭ_ｉに接続可能な（１以上の）出力部とを有する、再構成可能フォトニックネットワーク６０と同様の再構成可能フォトニックネットワークを含み得る。ここで、工程ａ）において、セキュリティコントローラは、チャレンジＣを用いることで、再構成可能フォトニックネットワークに、初期光学モード分布を生成するための対応する構成を採用させる。また、実施例では、工程ｃ）において、セキュリティコントローラは、変更された光学モード分布を用いることで、再構成可能フォトニックネットワークに、変更された光学モード分布を生成し、ＰＵＦデバイスに提供するための対応する構成を採用させるように構成されてもよい。例えば、セキュリティコントローラは、例えばＰＵＦデバイス２００、またはＰＵＦデバイス２００が装置の一部である当該装置が、光学測定デバイス７０と同様の光学測定デバイスを含む場合、変更された光学モード分布の測定結果を取得してもよく、変更された当該光学モード分布に基づいてさらなる初期光学モード分布を生成するために、それのために必要となる再構成可能フォトニックネットワークの光位相シフタ設定を計算するように構成されてもよい。さらに、セキュリティコントローラが、変更された光学モード分布を変換し、変換された当該変更光学モード分布をＰＵＦデバイス２００に提供する本技術の実施形態については、セキュリティコントローラは、変換された当該変更光学モード分布に基づいてさらなる初期光学モード分布を生成するために、再構成可能フォトニックネットワークのための必要な光位相シフタ設定を計算するように構成されてもよい。

【0102】

本技術の一態様に従って、物理複製困難関数（ＰＵＦ）を製造する方法を、図８を参照して説明する。ＰＵＦは、フォトニックチップとして形成されている。

【0103】

当該方法は、工程ａ）において、光学モード（Ｍ_ｉ）（すなわち、光学モードを形成またはサポートするための光学モード導波路）を設ける工程を含む。当該光学モード（Ｍ_ｉ）に対して、事前に決定された初期光学モード分布が与えられ、当該光学モード（Ｍ_ｉ）から、最終的な光学モード分布が使用中に生成され得る。工程ｂ）は、光学モード（すなわち、光学モードを形成またはサポートするための光学モード導波路）に沿って間隔を置いて配置され、かつ当該光学モードに結合された光学モード混合層（Ｋ_ｊ）を設ける工程を含む。各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）を出る光学モード分布が各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られた光学モード分布と異なるようにするために、各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られた光学モード（Ｍ_ｉ）が混合される。工程ｃ）は、光学混合層（Ｋ_ｊ）のそれぞれの前後の点に、光学モード混合層（Ｋ_ｊ）に結合される光学モード／導波路（Ｍ_ｉ）に対する光結合インターフェースを形成する工程を含む。工程ｄ）は、光学混合層（Ｋ_ｊ）の光学モード混合動作を決定するために（例えば、入力光学モード分布をそれぞれの光学混合層から出力される光学モード分布にマッピングする光学モードのユニタリ変換を決定するために）、当該光結合インターフェースを通じてトモグラフィ（tomography）を実施する工程を含む。工程ｅ）は、工程ｄ）が完了した後に当該光結合インターフェースを除去して、ＰＵＦを完成させる工程を含む。

【0104】

実施例では、当該方法は、光学モードがそれぞれの光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られるに先立って、事前に決定された（１以上の）光位相シフトを適用して光学モード（Ｍ_ｉ）のそれぞれの位相を変化させるための、光学モード（すなわち、光学モードを形成またはサポートするための光学モード導波路）に沿って間隔を置いて配置され、かつ当該光学モードに結合された光位相シフタの列（Ｓ_ｋ）を設ける工程を含んでもよく、工程ｃ）において、光結合インターフェースが、それぞれの先行する光位相シフタの列（Ｓ_ｋ）の後の点に結合され、かつ／またはそれぞれの（後続する）光位相シフタの列（Ｓ_ｋ＋１）の前の点に結合される。

【0105】

本方法によって、各光学混合層についての完全なユニタリを事実上、決定することができる。より詳細には、光学モード（Ｍ_ｉ）に対する全ユニタリ演算は、（特徴づけられた）光学混合層（Ｋ_ｊ）と光位相シフタの列（Ｓ_ｋ）との対の積として、パラメータ表示できる。これにより、ＰＵＦの製造者は、全てのチャレンジＣをそれぞれのレスポンスＲに関連付ける関数を知ることができ、その結果、製造者は、ＰＵＦを探査（probe）することなく、あらゆる可能なＣＲＰを計算することができる。その後、製造後に個々の光学モード混合層（Ｋｊ）に光学的にアクセスしてそのユニタリを決定できないようにされる。すなわち、ＰＵＦ、すなわち光結合インターフェースを物理的かつ永続的に変更することによって、光結合インターフェースが消去される。その結果、（無許可の）第三者によるこの情報へのアクセスが排除される。

【0106】

光結合インターフェースは、工程ｅ）においてその後除去され得る種々のデバイスまたはコンポーネントであってもよい。例えば、光結合インターフェースは、屈折率の周期的な摂動を加えてＰＵＦの平面外へ光を散乱させるグレーティングカプラを含んでもよく、またはＰＵＦの内外へ光を結合させる高い反射率を有するビームスプリッタ光タップを含んでもよく、または集積フォトダイオードを含んでもよい。

【0107】

工程ｄ）におけるトモグラフィは、各光学モードＭｉに対して別々に、かつ／または各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）に対して別々に実施されるトモグラフィタスクを含む。工程ｄ）は、トモグラフィプロセス中にそれぞれの光学モード混合層に入る各光学モードの光入力および／または光位相シフタ設定を変化させる工程と、それぞれの光学モード混合層を出る各光学モードからの出力光の振幅を測定する工程と、を含んでもよい。工程ｄ）で使用され得るトモグラフィ技術の一例を、文献「Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ， Ｖｏｌ． ２１， Ｉｓｓｕｅ １１， ｐｐ． １３４５０－１３４５８ （２０１３） ａｕｔｈｏｒｅｄ ｂｙ Ｓａｌｅｈ Ｒａｈｉｍｉ－Ｋｅｓｈａｒｉ， Ｍａｔｔｈｅｗ Ａ． Ｂｒｏｏｍｅ， Ｒｏｂｅｒｔ Ｆｉｃｋｌｅｒ， Ａｌｅｓｓａｎｄｒｏ Ｆｅｄｒｉｚｚｉ， Ｔｉｍｏｔｈｙ Ｃ． Ｒａｌｐｈ， ａｎｄ Ａｎｄｒｅｗ Ｇ． Ｗｈｉｔｅ」に見つけることができる。光学モードＭ_ｉの各々についての光入力状態のアンサンブルについて、それぞれの光学混合層Ｋ_ｊから出力される光の強度／振幅が記録される。再構築（reconstruction）（例えば、位相リフト（ＰｈａｓｅＬｉｆｔ）－この技術の一例は、文献「ａｒＸｉｖ：２０１０．００５１７ ［Ｐｈｙｓｉｃｓ．Ｏｐｔｉｃｓ］ ａｕｔｈｏｒｅｄ ｂｙ Ｄａｎｉｅｌ Ｓｕｅｓｓ， Ｎｉｃｏｌａ Ｍａｒａｖｉｇｌｉａ， Ｒｉｃｈａｒｄ Ｋｕｅｎｇ， Ａｌｅｘａｎｄｒｅ Ｍａｉｎｏｓ， Ｃｈｒｉｓ Ｓｐａｒｒｏｗ， Ｔｏｓｈｉｋａｚｕ Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ， Ｎｏｂｕｙｕｋｉ Ｍａｔｓｕｄａ， Ｄａｖｉｄ Ｇｒｏｓｓ， ａｎｄ Ａｎｔｈｏｎｙ Ｌａｉｎｇ」に記載されている）の使用によって、それぞれの光学混合層Ｋ_ｊの変換ユニタリ行列が得られる。各光学混合層Ｋ_ｊについてこのプロセスが繰り返されることにより、製造者は、パラメータ表示された全ユニタリ変換を再構築し、全てのチャレンジＣをレスポンスＲにマッピングする根底にある関数を得ることができる。

【0108】

ＰＵＦデバイスの完全なトモグラフィが工程ｄ）で完了した後、物理的または化学的な後工程を介して、光結合インターフェースが破壊される。例えば、グレーティングカプラは、光結合インターフェースの一部として使用される場合に、当該光カプラが光を回折させなくなり入力／読み出し機構が終結するように当該コンポーネントを損傷させるために、超高強度パルスレーザ放射に曝され得るだろう。あるいは、集束イオンビームによるボンバード、電子ビームリソグラフィ、酸化物窓を通じた構造の化学エッチング、または熱アニールおよび注入イオンドーパント光カプラの外方拡散を介して、光結合インターフェースの変更を実現することができる（例として、特許文献「“Ｅｒａｓａｂｌｅ ｉｏｎ ｉｍｐｌａｎｔｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｕｐｌｅｒｓ”、ＷＯ２０１１１４２９１３Ａ３」を参照）。さらに、読み出しフォトダイオードが使用される場合には、静電放電、または電子的損傷閾値を越える（順方向または逆方向の）バイアスを介して、当該読み出しフォトダイオードが無効化され得るだろう。

【0109】

記載された実施例による本方法は、製造者が全てのＣＲＰ情報を有することを、製造後のＰＵＦデバイスを探査する必要なしに可能にするという点で有利であることが、容易に理解されよう。

【0110】

記載された実施例による本方法は、種々のＰＵＦデバイスアーキテクチャであって、そのデバイスのトモグラフィがＣＲＰ情報を導出する目的のために重要であり、かつ入力された光に対してそれらがどのように動作しレスポンスが得られるのかという点で逐次的な構成を有し得る種々のＰＵＦデバイスアーキテクチャについて、採用することができる。本方法は、本出願に記載された任意のＰＵＦデバイスに関して用いることができるが、その他のＰＵＦデバイスに関しても同様に、本発明の範囲から逸脱することなく用いることができる。

【0111】

本明細書および特許請求の範囲で使用される場合、用語「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ（備える、含む）」および「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、ならびにその変形は、指定された特徴、工程または整数が含まれることを意味する。この用語は、その他の特徴、工程または構成要素の存在を排除するように解釈されるべきではない。

【0112】

また、本発明は、２以上の部分、要素、工程、実施例、および／または特徴のあらゆる組み合わせにおいて、個々にまたは集合的に本明細書に言及されまたは示された当該部分、要素、工程、実施例、および／または特徴に、広く成立し得る。特に、本明細書に記載された任意の実施形態における１以上の特徴は、本明細書に記載された他の任意の（１以上の）実施形態からの１以上の特徴と組み合わせられてもよい。

【0113】

本明細書で参照される１以上の任意の公開文書に開示された任意の特徴について、本開示との組み合わせにおいて、保護が求められ得る。

【0114】

本発明の或る例示的な実施形態について説明してきたが、添付の特許請求の範囲は、これらの実施形態のみに限定されることが意図されたものではない。特許請求の範囲は、文字通りに、合目的的に、かつ／または均等物を包含するように、解釈されるべきである。

【0115】

特定の形態において、もしくは開示された機能を実行するための手段に関して表現された、前述した説明、もしくは以下の特許請求の範囲、もしくは添付の図面に開示された特徴、または開示された結果を得るための方法もしくはプロセスは、別個に、またはかかる特徴の任意の組み合わせにおいて、本発明をその多様な形態において実現するために適宜、利用され得る。

【0116】

上述した例示的な実施形態とともに本発明を説明してきたが、本開示が与えられた場合、当業者には多くの均等な修正形態および変形形態が明らかとなるであろう。このように、上述した本発明の例示的な実施形態は、例示的なものであって限定的なものではないものとみなされる。本発明の精神および範囲から逸脱することなく、記載された実施形態に様々な変更が加えられ得る。

【0117】

不確かさを避けるために、本明細書で提供されたいかなる理論的説明も読者の理解を深める目的で提供されたものである。本発明者らは、これらの理論的説明のいずれによっても拘束されることを望むものではない。

【0118】

本明細書で使用される任意のセクションの見出しは、構成上の目的のためのものであるにすぎず、記載された主題を限定するものとして解釈されるべきではない。後続の特許請求の範囲を含め、本明細書全体を通して、文脈上別段の必要のない限り、「ｃｏｍｐｒｉｓｅ」および「ｉｎｃｌｕｄｅ」という語、ならびに「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、および「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」等の変形は、記載された整数もしくは工程、または整数もしくは工程の群を含むことを意味するが、他の任意の整数もしくは工程、または整数もしくは工程の群を含まないことを意味するものではないと理解されたい。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」には、文脈上別段の明確な指定のない限り、複数の指示対象が含まれることに留意する必要がある。本明細書において、「約」ある特定の値から、かつ／または「約」他の特定の値までというように、範囲が表現されていることがある。かかる範囲が表現される場合、別の一実施形態には、当該ある特定の値から、かつ／または他の当該他の特定の値までが含まれる。同様に、先行語「約」の使用によって値が近似値として表現される場合、特定の値により別の一実施形態が形成されるものと理解される。数値に関する「約」という用語は、任意選択的であり、例えば±１０％を意味する。

【0119】

〔参考文献〕
Ｐａｅｓａｎｉ ｅｔ ａｌ．：Ｎａｔｕｒｅ Ｐｈｙｓｉｃｓ １５， ９２５ （２０１９）．
Ｓａｌｅｈ Ｒａｈｉｍｉ－Ｋｅｓｈａｒｉ， Ｍａｔｔｈｅｗ Ａ． Ｂｒｏｏｍｅ， Ｒｏｂｅｒｔ Ｆｉｃｋｌｅｒ， Ａｌｅｓｓａｎｄｒｏ Ｆｅｄｒｉｚｚｉ， Ｔｉｍｏｔｈｙ Ｃ． Ｒａｌｐｈ， ａｎｄ Ａｎｄｒｅｗ Ｇ． Ｗｈｉｔｅ：Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ， Ｖｏｌ．２１， Ｉｓｓｕｅ １１， ｐｐ．１３４５０－１３４５８ （２０１３）．
Ｄａｎｉｅｌ Ｓｕｅｓｓ， Ｎｉｃｏｌａ Ｍａｒａｖｉｇｌｉａ， Ｒｉｃｈａｒｄ Ｋｕｅｎｇ， Ａｌｅｘａｎｄｒｅ Ｍａｉｎｏｓ， Ｃｈｒｉｓ Ｓｐａｒｒｏｗ， Ｔｏｓｈｉｋａｚｕ Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ， Ｎｏｂｕｙｕｋｉ Ｍａｔｓｕｄａ， Ｄａｖｉｄ Ｇｒｏｓｓ， ａｎｄ Ａｎｔｈｏｎｙ Ｌａｉｎｇ： ａｒＸｉｖ：２０１０．００５１７ ［Ｐｈｙｓｉｃｓ．Ｏｐｔｉｃｓ］．
ＷＯ２０１１１４２９１３Ａ３

【図面の簡単な説明】

【0120】

【図1】本開示を具現化する装置の概略図である。

【図2】本開示を具現化する装置のコンポーネントの概略図である。

【図3】本開示を具現化する装置のコンポーネントの概略図である。

【図4A】本開示を具現化する装置の或るコンポーネントを示す。

【図4B】本開示を具現化する装置の或るコンポーネントを示す。

【図5A】本開示を具現化する装置の或る部分を示す概略図である。

【図5B】本開示を具現化する装置の或る部分を示す概略図である。

【図6】本開示の或る態様を具現化するデバイスの或るコンポーネントを示す概略図である。

【図7】本開示の或る態様を具現化するデバイスを動作させるための或る方法を示すフロー図である。

【図8】本開示の或る態様を具現化するデバイスを製造するための或る方法を示すフロー図である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】

【手続補正書】

【提出日】2024-09-30

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

装置であって、
チャレンジＣに基づく初期光学モード分布を処理し、最終的な光学モード分布を出力するためのフォトニック物理複製困難関数（ＰＵＦ）デバイスであって、
複数の光学モード（Ｍ_ｉ）を形成またはサポートするための複数の光学モード導波路であって、複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）に対して、前記初期光学モード分布が与えられ、複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）から、前記最終的な光学モード分布が生成される、複数の光学モード導波路と、
複数の前記光学モード導波路Ｍ_ｉに沿って間隔を置いて配置され、かつ複数の前記光学モード導波路Ｍ_ｉに結合された複数の光学モード混合層（Ｋ_ｊ）であって、各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られた複数の光学モードＭ_ｉを混合して、各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）を出る光学モード分布が各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られた光学モード分布と異なるようにする、複数の光学モード混合層（Ｋ_ｊ）と、
複数の前記光学モード導波路に沿って間隔を置いて配置され、かつ複数の前記光学モード導波路に結合された複数の光位相シフタの複数の列（Ｓ_ｋ）であって、事前に決定された（１以上の）光位相シフトを適用して複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）のそれぞれの位相を変化させ、その後の光学モードがそれぞれの光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られる、複数の光位相シフタの複数の列（Ｓ_ｋ）であって、複数の光位相シフタの複数の前記列（Ｓ_ｋ）のうちの２個以上、または複数の光位相シフタの複数の前記列（Ｓ_ｋ）の各々について、複数の当該光位相シフタが複数の前記光学モード導波路の各々に結合されている、複数の光位相シフタの複数の列（Ｓ_ｋ）と、
を含む、フォトニックＰＵＦデバイスと、
前記フォトニックＰＵＦデバイスを制御し、前記チャレンジＣを受け取り、レスポンスＲを提供するためのセキュリティコントローラであって、前記セキュリティコントローラは、前記チャレンジＣを変換して、変換された前記チャレンジＣを前記フォトニックＰＵＦデバイスに提供し、前記セキュリティコントローラは、前記フォトニックＰＵＦデバイスによって出力される最終的な光学モード分布を受け取り、当該最終的な光学モード分布を前記レスポンスＲに変換する、セキュリティコントローラと、
コンピュータ可読記憶媒体であって、前記セキュリティコントローラにチャレンジＣを出し、前記セキュリティコントローラからレスポンスＲを受け取るプロセッサのための命令を含む、コンピュータ可読記憶媒体と、
を含む、装置。

【請求項2】

装置であって、
チャレンジＣに基づく初期光学モード分布を処理して、最終的な光学モード分布を出力するためのフォトニック物理複製困難関数（ＰＵＦ）デバイスであって、
複数の光学モード（Ｍ_ｉ）を形成またはサポートするための複数の光学モード導波路であって、複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）に対して、前記初期光学モード分布が与えられ、複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）から、前記最終的な光学モード分布が生成される、複数の光学モード導波路と、
複数の前記光学モード導波路に沿って間隔を置いて配置され、かつ複数の前記光学モード導波路に結合された複数の光学モード混合層（Ｋ_ｊ）であって、各光学モード混合層Ｋ_ｊによって受け取られた複数の光学モード（Ｍ_ｉ）を混合して、各混合層を出る光学モード分布が各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られた光学モード分布と異なるようにする複数の光学モード混合層（Ｋ_ｊ）であって、複数の前記光学モード混合層（Ｋ_ｊ）のうちの１個以上、または複数の前記光学モード混合層（Ｋ_ｊ）の各々は、複数の光学モード（Ｍ_ｉ）のうちの３個以上を混合する、複数の光学モード混合層（Ｋ_ｊ）と、
複数の前記光学モード導波路に沿って間隔を置いて配置され、かつ複数の前記光学モード導波路に結合された複数の光位相シフタの複数の列（Ｓ_ｋ）であって、事前に決定された（１以上の）光位相シフトを適用して複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）のそれぞれの位相を変化させ、その後の光学モードがそれぞれの光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られる、複数の光位相シフタの複数の列（Ｓ_ｋ）と、
を含む、フォトニックＰＵＦデバイスと、
前記フォトニックＰＵＦデバイスを制御し、前記チャレンジＣを受け取り、レスポンスＲを提供するためのセキュリティコントローラであって、前記セキュリティコントローラは、前記チャレンジＣを変換して、変換された前記チャレンジＣを前記フォトニックＰＵＦデバイスに提供し、前記セキュリティコントローラは、前記フォトニックＰＵＦデバイスによって出力される最終的な光学モード分布を受け取り、当該最終的な光学モード分布を前記レスポンスＲに変換する、セキュリティコントローラと、
コンピュータ可読記憶媒体であって、前記セキュリティコントローラにチャレンジＣを出し、前記セキュリティコントローラからレスポンスＲを受け取るプロセッサのための命令を含む、コンピュータ可読記憶媒体と、
を含む、装置。

【請求項3】

複数の光位相シフタの複数の前記列（Ｓ_ｋ）のうちの２個以上、もしくは複数の光位相シフタの複数の前記列（Ｓ_ｋ）の各々について、複数の当該光位相シフタが複数の前記光学モード導波路の各々に結合され、かつ／または複数の前記光学モード混合層（Ｋ_ｊ）のうちの１個以上、もしくは複数の前記光学モード混合層（Ｋ_ｊ）の各々は、複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）のうちの全てを混合する、請求項２に記載の装置。

【請求項4】

単一の入力光学モードをサポートまたは形成するように接続可能な入力部と、複数の前記光学モード導波路に接続可能な１以上の出力部と、を有する再構成可能フォトニックネットワークを含み、
前記チャレンジＣは、初期光学モード分布情報を含み、
前記セキュリティコントローラは、前記初期光学モード分布情報を用いることで、当該再構成可能フォトニック回路に、前記初期光学モード分布を生成するための対応する構成を採用させる、請求項１、２または３に記載の装置。

【請求項5】

前記再構成可能フォトニックネットワークは、前記初期光学モード分布を生成するための複数の光位相シフタ（Ｒ_ｓ）を含む、請求項４に記載の装置。

【請求項6】

前記再構成可能フォトニックネットワークは、前記単一の入力光学モードからの光を、複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）にわたる前記初期光学モード分布に対応する光学状態に変換するための複数のマッハ－ツェンダ干渉計のアレイを備える、請求項４に記載の装置。

【請求項7】

前記再構成可能フォトニックネットワークは、前記単一の入力光学モードからの光を、複数の前記光学モード（Ｍ _ｉ ）にわたる前記初期光学モード分布に対応する光学状態に変換するための複数のマッハ－ツェンダ干渉計のアレイを備える、請求項５に記載の装置。

【請求項8】

ａ）前記チャレンジＣは、光位相シフタ設定を決定するための情報を含み、前記セキュリティコントローラは、当該光位相シフタ設定を決定するこの情報を使用して、複数の光位相シフタの複数の前記列（Ｓ_ｋ）を設定すること；
ｂ）複数の光位相シフタの複数の前記列（Ｓ_ｋ）と複数の前記光学モード混合層（Ｋ_ｊ）とは、複数の前記光学モード導波路の長さに沿って、交互に配置されていること；および、
ｃ）ｊ＝０～Ｋ、ｋ＝０～Ｋ＋１であり、複数の光位相シフタの（Ｓ_Ｋ＋１）番目の前記列は、干渉計プロセスの下流でのその後の使用のために、複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）の前記最終的な光学モード分布の調整を適用するためのものであること
のうちの１以上を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の装置。

【請求項9】

ａ）前記チャレンジＣは、光位相シフタ設定を決定するための情報を含み、前記セキュリティコントローラは、当該光位相シフタ設定を決定するこの情報を使用して、複数の光位相シフタの複数の前記列（Ｓ _ｋ ）を設定し、かつ／または複数の前記光位相シフタ（Ｒ _ｓ ）を設定すること；
ｂ）複数の光位相シフタの複数の前記列（Ｓ _ｋ ）と複数の前記光学モード混合層（Ｋ _ｊ ）とは、複数の前記光学モード導波路の長さに沿って、交互に配置されていること；および、
ｃ）ｊ＝０～Ｋ、ｋ＝０～Ｋ＋１であり、複数の光位相シフタの（Ｓ _Ｋ＋１ ）番目の前記列は、干渉計プロセスの下流でのその後の使用のために、複数の前記光学モード（Ｍ _ｉ ）の前記最終的な光学モード分布の調整を適用するためのものであること、
のうちの１以上を含む、請求項５に記載の装置。

【請求項10】

チャレンジＣに基づく初期光学モード分布を処理し、最終的な光学モード分布を出力するためのフォトニック物理複製困難関数（ＰＵＦ）デバイスであって、
複数の光学モード（Ｍ_ｉ）を形成またはサポートするための複数の光学モード導波路であって、複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）に対して、前記初期光学モード分布が与えられ、複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）から、前記最終的な光学モード分布が生成される、複数の光学モード導波路と、
複数の前記光学モード導波路に沿って間隔を置いて配置され、かつ複数の前記光学モード導波路に結合された複数の光学モード混合層（Ｋ_ｊ）であって、各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られた複数の光学モード（Ｍ_ｉ）を混合して、各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）を出る光学モード分布が各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られた光学モード分布と異なる分布となるようにする複数の光学モード混合層（Ｋ_ｊ）であって、複数の前記光学モード混合層（Ｋ_ｊ）の各々は、複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）の少なくともサブセットを受け取って、複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）の当該サブセットについて、それぞれの振幅の混合をもたらす複数の連続エバネッセント結合導波路を含む、複数の光学モード混合層（Ｋ_ｊ）と、
複数の前記光学モード導波路に沿って間隔を置いて配置され、かつ複数の前記光学モード導波路に結合された複数の光位相シフタの複数の列（Ｓ_ｋ）であって、事前に決定された（１以上の）光位相シフトを適用して複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）のそれぞれの位相を変化させ、その後の光学モードがそれぞれの光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られる、複数の光位相シフタの複数の列（Ｓ_ｋ）と、
前記フォトニックＰＵＦデバイスを制御し、前記チャレンジＣを受け取り、レスポンスＲを提供するためのセキュリティコントローラであって、前記セキュリティコントローラは、前記チャレンジＣを変換して、変換された前記チャレンジＣを前記フォトニックＰＵＦデバイスに提供し、前記セキュリティコントローラは、前記フォトニックＰＵＦデバイスによって出力される最終的な光学モード分布を受け取り、当該最終的な光学モード分布を前記レスポンスＲに変換する、セキュリティコントローラと、
コンピュータ可読記憶媒体であって、前記セキュリティコントローラにチャレンジＣを出し、前記セキュリティコントローラからレスポンスＲを受け取るプロセッサのための命令を含む、コンピュータ可読記憶媒体と、
を含む、フォトニック物理複製困難関数（ＰＵＦ）デバイス。

【請求項11】

複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）は、それぞれの光学モード導波路に形成され、
複数の前記連続エバネッセント結合導波路は、複数の前記光学モード導波路の複数の領域に対応する、請求項１０に記載のフォトニック物理複製困難関数（ＰＵＦ）デバイス。

【請求項12】

複数の前記光学モード混合層（Ｋ_ｊ）の各々は、複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）の少なくともサブセットを受け取って、複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）の当該サブセットについて、それぞれの振幅の混合をもたらす複数の連続エバネッセント結合導波路を含み、任意選択的に、または好ましくは、複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）は、それぞれの光学モード導波路に形成され、複数の前記連続エバネッセント結合導波路は、複数の前記光学モード導波路の複数の領域に対応する、請求項１～３のいずれか一項に記載の装置。

【請求項13】

複数の前記エバネッセント結合導波路の間隔、および／または複数の前記エバネッセント結合導波路がある長さにわたって互いに近接する当該長さは、それぞれの前記光学モード混合層（Ｋ_ｊ）のエバネッセント結合の強さが、前記間隔および前記長さ、ならびに製造時に事前決定的に形成されない複数の前記導波路の微視的特徴の組み合わせによって決定されるように、事前決定的に形成されている、請求項１０または１１に記載のフォトニック物理複製困難関数（ＰＵＦ）デバイス。

【請求項14】

複数の前記エバネッセント結合導波路の間隔、および／または複数の前記エバネッセント結合導波路がある長さにわたって互いに近接する当該長さは、それぞれの前記光学モード混合層（Ｋ _ｊ ）のエバネッセント結合の強さが、前記間隔および前記長さ、ならびに製造時に事前決定的に形成されない複数の前記導波路の微視的特徴の組み合わせによって決定されるように、事前決定的に形成されている、請求項１２に記載の装置。

【請求項15】

複数の前記光学モード混合層（Ｋ_ｊ）のうちの１個以上は、複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）のうちの少なくとも３個、または複数の前記光学モード（Ｍ_ｉ）のうちの全てを受け取って、複数の前記光学モードＭ_ｉのうちの当該少なくとも３個、または複数の前記光学モードＭ_ｉのうちの全てについて、それぞれの振幅の混合をもたらす連続エバネッセント結合導波路を含む、請求項１０または１１に記載のフォトニック物理複製困難関数（ＰＵＦ）デバイス。

【請求項16】

複数の前記光学モード混合層（Ｋ _ｊ ）のうちの１個以上は、複数の前記光学モード（Ｍ _ｉ ）のうちの少なくとも３個、または複数の前記光学モード（Ｍ _ｉ ）のうちの全てを受け取って、複数の前記光学モードＭ _ｉ のうちの当該少なくとも３個、または複数の前記光学モードＭ _ｉ のうちの全てについて、それぞれの振幅の混合をもたらす連続エバネッセント結合導波路を含む、請求項１２に記載の装置。

【請求項17】

前記初期光学モード分布が光源から生成される当該光源を含み、
前記光源は、レーザ、電気励起集積レーザ、（例えば、狭い光スペクトルを有する）ＬＥＤ光源、量子状態の光（例えば、スクイーズド光または単一光子）のうちの１以上を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の装置。

【請求項18】

前記初期光学モード分布が光源から生成される当該光源を含み、
前記光源は、レーザ、電気励起集積レーザ、（例えば、狭い光スペクトルを有する）ＬＥＤ光源、量子状態の光（例えば、スクイーズド光または単一光子）のうちの１以上を含む、請求項１０または１１に記載のフォトニック物理複製困難関数（ＰＵＦ）デバイス。

【請求項19】

前記初期光学モード分布が光源から生成される当該光源を含み、
前記光源は、レーザ、電気励起集積レーザ、（例えば、狭い光スペクトルを有する）ＬＥＤ光源、量子状態の光（例えば、スクイーズド光または単一光子）のうちの１以上を含む、請求項１２に記載の装置。

【請求項20】

前記初期光学モード分布が光源から生成される当該光源を含み、
前記光源は、レーザ、電気励起集積レーザ、（例えば、狭い光スペクトルを有する）ＬＥＤ光源、量子状態の光（例えば、スクイーズド光または単一光子）のうちの１以上を含む、請求項１３に記載のフォトニック物理複製困難関数（ＰＵＦ）デバイス。

【請求項21】

前記初期光学モード分布が光源から生成される当該光源を含み、
前記光源は、レーザ、電気励起集積レーザ、（例えば、狭い光スペクトルを有する）ＬＥＤ光源、量子状態の光（例えば、スクイーズド光または単一光子）のうちの１以上を含む、請求項１４に記載の装置。

【請求項22】

ａ）前記最終的な光学モード分布を測定するための、複数の前記光学モード導波路に接続された光学測定デバイスであって、任意選択的に、または好ましくは、フォトダイオードまたは単一光子検出器を含む、光学測定デバイス；
ｂ）前記フォトニック物理複製困難関数（ＰＵＦ）は、集積フォトニックチップを備え、任意選択的に、前記集積フォトニックチップは、ケイ素（Ｓｉ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、シリカ（ＳｉＯ_２）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、ポリマー、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ）、または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のうちの１種以上から形成される；および、
ｃ）複数の前記光位相シフタは、独立して制御可能であり、かつ／または熱光学デバイス、電気光学デバイス、圧電デバイス、複屈折デバイス、微小電気機械デバイス、ひずみ誘起デバイス、もしくは音響光学デバイスを含み得る、
のうちの１以上を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の装置。

【請求項23】

ａ）前記最終的な光学モード分布を測定するための、複数の前記光学モード導波路に接続された光学測定デバイスであって、任意選択的に、または好ましくは、フォトダイオードまたは単一光子検出器を含む、光学測定デバイス；
ｂ）前記フォトニック物理複製困難関数（ＰＵＦ）は、集積フォトニックチップを備え、任意選択的に、前記集積フォトニックチップは、ケイ素（Ｓｉ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、シリカ（ＳｉＯ _２ ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、ポリマー、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ）、または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のうちの１種以上から形成される；および、
ｃ）複数の前記光位相シフタは、独立して制御可能であり、かつ／または熱光学デバイス、電気光学デバイス、圧電デバイス、複屈折デバイス、微小電気機械デバイス、ひずみ誘起デバイス、もしくは音響光学デバイスを含み得る、
のうちの１以上を含む、請求項１０または１１に記載のフォトニック物理複製困難関数（ＰＵＦ）デバイス。

【請求項24】

チャレンジＣに基づく初期光学モード分布を処理し、変更された光学モード分布を出力するためのフォトニック物理複製困難関数（ＰＵＦ）デバイスであって、
複数の光学モード（Ｍ_ｉ）を形成またはサポートするための複数の光学モード導波路であって、複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）に対して、前記初期光学モード分布が与えられ、複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）から、前記変更された光学モード分布が生成される、複数の光学モード導波路と、
複数の前記光学モード導波路に沿って間隔を置いて配置され、かつ複数の前記光学モード導波路に結合された複数の光学モード混合層（Ｋ_ｊ）であって、各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られた複数の光学モード（Ｍ_ｉ）を混合して、各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）を出る光学モード分布が各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られた光学モード分布と異なるようにする複数の光学モード混合層（Ｋ_ｊ）と、
複数の前記光学モード導波路に沿って間隔を置いて配置され、かつ複数の前記光学モード導波路に結合された複数の光位相シフタの複数の列（Ｓ_ｋ）であって、事前に決定された（１以上の）光位相シフトを適用して複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）のそれぞれの位相を変化させ、その後の光学モードがそれぞれの光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られる、複数の光位相シフタの複数の列（Ｓ_ｋ）と、
前記フォトニックＰＵＦデバイスを制御し、前記チャレンジＣを受け取り、レスポンスＲを提供するためのセキュリティコントローラであって、前記セキュリティコントローラは、前記チャレンジＣを変換して、変換された前記チャレンジＣを前記フォトニックＰＵＦデバイスに提供し、前記セキュリティコントローラは、前記フォトニックＰＵＦデバイスによって出力される最終的な光学モード分布を受け取り、当該最終的な光学モード分布を前記レスポンスＲに変換する、セキュリティコントローラと、
を含み、
前記セキュリティコントローラは、
ａ）前記セキュリティコントローラが、前記チャレンジＣを用いて、前記ＰＵＦによる処理のための初期光学モード分布を設定する工程と、
ｂ）前記セキュリティコントローラが、前記変更された光学モード分布の振幅を取得する工程と、
ｃ）前記セキュリティコントローラが、前記変更された光学モード分布の前記振幅を、さらなる初期光学モード分布として処理されるために前記ＰＵＦデバイスに提供する工程と、
ｄ）前記セキュリティコントローラが、工程ｂ）および工程ｃ）をＴ回繰り返して、前記最終的な光学モード分布を生成する工程と、
を含む繰り返しプロセスによって、最終的な前記変更された光学モード分布を生成するように、前記フォトニックＰＵＦデバイスを動作させるよう構成されている、フォトニックＰＵＦデバイス。

【請求項25】

前記セキュリティコントローラは、工程ｃ）の一部として、複数の光位相シフタの複数の前記列（Ｓ_ｋ）の複数の前記光位相シフタのうちの１個以上、または複数の光位相シフタの複数の前記列（Ｓ_ｋ）の複数の前記光位相シフタの全てについて、その設定を変更し、変更された当該設定に基づいて、前記ＰＵＦデバイスが前記さらなる初期光学モード分布を処理するように構成され得る、請求項２４に記載のフォトニックＰＵＦデバイス。

【請求項26】

前記セキュリティコントローラは、前記プロセスの各繰り返しについての複数の光位相シフタの複数の前記列（Ｓ_ｋ）の前記設定を、前記チャレンジＣを用いて設定する、請求項２５に記載のフォトニックＰＵＦデバイス。

【請求項27】

前記レスポンスＲは、前記最終的な光学モード分布のみから変換される、請求項２４～２６のいずれか一項に記載のフォトニックＰＵＦデバイス。

【請求項28】

前記レスポンスＲは、工程ｂ）において得られた複数の前記変更された光学モード分布のうちの１個以上、または工程ｂ）において得られた複数の前記変更された光学モード分布のうちの全てから変換される、請求項２４～２６のいずれか一項に記載のフォトニックＰＵＦデバイス。

【請求項29】

前記レスポンスＲは、工程ｂ）において得られた複数の前記変更された光学モード分布のうちの１個以上、または工程ｂ）において得られた複数の前記変更された光学モード分布のうちの全てから変換される、請求項２７に記載のフォトニックＰＵＦデバイス。

【請求項30】

単一の入力光学モードをサポートまたは形成するように接続可能な入力部と、複数の前記光学モード導波路に接続可能な（１以上の）出力部と、を有する再構成可能フォトニックネットワークを含み、
工程ａ）において、前記セキュリティコントローラは、前記チャレンジＣを用いることで、前記再構成可能フォトニックネットワークに、前記初期光学モード分布を生成するための対応する構成を採用させる、請求項２４～２６のいずれか一項に記載のフォトニックＰＵＦデバイス。

【請求項31】

単一の入力光学モードをサポートまたは形成するように接続可能な入力部と、複数の前記光学モード導波路に接続可能な（１以上の）出力部と、を有する再構成可能フォトニックネットワークを含み、
工程ａ）において、前記セキュリティコントローラは、前記チャレンジＣを用いることで、前記再構成可能フォトニックネットワークに、前記初期光学モード分布を生成するための対応する構成を採用させる、請求項２７に記載のフォトニックＰＵＦデバイス。

【請求項32】

単一の入力光学モードをサポートまたは形成するように接続可能な入力部と、複数の前記光学モード導波路に接続可能な（１以上の）出力部と、を有する再構成可能フォトニックネットワークを含み、
工程ａ）において、前記セキュリティコントローラは、前記チャレンジＣを用いることで、前記再構成可能フォトニックネットワークに、前記初期光学モード分布を生成するための対応する構成を採用させる、請求項２８に記載のフォトニックＰＵＦデバイス。

【請求項33】

単一の入力光学モードをサポートまたは形成するように接続可能な入力部と、複数の前記光学モード導波路に接続可能な（１以上の）出力部と、を有する再構成可能フォトニックネットワークを含み、
工程ａ）において、前記セキュリティコントローラは、前記チャレンジＣを用いることで、前記再構成可能フォトニックネットワークに、前記初期光学モード分布を生成するための対応する構成を採用させる、請求項２９に記載のフォトニックＰＵＦデバイス。

【請求項34】

工程ｃ）は、前記セキュリティコントローラが、前記変更された光学モード分布の前記振幅を用いることで、前記再構成可能フォトニックネットワークに、前記変更された光学モード分布の前記振幅を生成して、当該振幅を前記ＰＵＦデバイスに提供するための対応する構成を採用させる工程を含む、請求項３０に記載のフォトニックＰＵＦデバイス。

【請求項35】

工程ｃ）は、前記セキュリティコントローラが、前記変更された光学モード分布の前記振幅を用いることで、前記再構成可能フォトニックネットワークに、前記変更された光学モード分布の前記振幅を生成して、当該振幅を前記ＰＵＦデバイスに提供するための対応する構成を採用させる工程を含む、請求項３１に記載のフォトニックＰＵＦデバイス。

【請求項36】

工程ｃ）は、前記セキュリティコントローラが、前記変更された光学モード分布の前記振幅を用いることで、前記再構成可能フォトニックネットワークに、前記変更された光学モード分布の前記振幅を生成して、当該振幅を前記ＰＵＦデバイスに提供するための対応する構成を採用させる工程を含む、請求項３２に記載のフォトニックＰＵＦデバイス。

【請求項37】

工程ｃ）は、前記セキュリティコントローラが、前記変更された光学モード分布の前記振幅を用いることで、前記再構成可能フォトニックネットワークに、前記変更された光学モード分布の前記振幅を生成して、当該振幅を前記ＰＵＦデバイスに提供するための対応する構成を採用させる工程を含む、請求項３３に記載のフォトニックＰＵＦデバイス。

【請求項38】

工程ｃ）は、前記セキュリティコントローラが、前記変更された光学モード分布を変換して、当該変更された光学モード分布を、さらなる初期光学モード分布として処理されるために前記ＰＵＦデバイスに提供する工程を含む、請求項２４～２６のいずれか一項に記載のフォトニックＰＵＦデバイス。

【請求項39】

単一の入力光学モードをサポートまたは形成するように接続可能な入力部と、複数の前記光学モード導波路に接続可能な（１以上の）出力部と、を有する再構成可能フォトニックネットワークを含み、
工程ａ）において、前記セキュリティコントローラは、前記チャレンジＣを用いることで、前記再構成可能フォトニックネットワークに、前記初期光学モード分布を生成するための対応する構成を採用させ、
工程ｃ）は、前記セキュリティコントローラが、前記変更された光学モード分布の前記振幅を用いることで、前記再構成可能フォトニックネットワークに、前記変更された光学モード分布の前記振幅を生成して、当該振幅を前記ＰＵＦデバイスに提供するための対応する構成を採用させる工程を含み、
前記セキュリティコントローラは、変換された前記変更された光学モード分布を用いることで、前記再構成可能フォトニックネットワークに、変換された前記変更された光学モード分布を生成して、変換された当該変更された光学モード分布を前記ＰＵＦデバイスに提供するための対応する構成を採用させる、請求項３８に記載のフォトニックＰＵＦデバイス。

【請求項40】

前記変更された光学モード分布と前記最終的な光学モード分布とをそれぞれ測定するために、複数の前記光学モード導波路に接続された光学測定デバイスを含む、請求項２４～２６のいずれか一項に記載のフォトニックＰＵＦデバイス。

【請求項41】

チャレンジＣに関連する初期光学モード分布を受け取り、レスポンスＲに関連する最終的な光学モード分布を出力するためのフォトニック物理複製困難関数（ＰＵＦ）デバイスと、複数のチャレンジＣを複数のレスポンスＲにそれぞれ関連付ける情報とを含むシステムを形成する方法であって、
ａ）複数の光学モード（Ｍ_ｉ）を形成またはサポートするための複数の光学モード導波路を設ける工程であって、複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）に対して、事前に決定された前記初期光学モード分布が与えられ得、複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）から、前記最終的な光学モード分布が使用中に生成され得る工程と、
ｂ）複数の前記光学モード導波路に沿って間隔を置いて配置され、かつ複数の前記光学モード導波路に結合された複数の光学混合層（Ｋ_ｊ）であって、各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られた複数の光学モード（Ｍ_ｉ）を混合して、各光学モード混合層（Ｋ_ｊ）を出る光学モード分布が各光学モード混合層Ｋ_ｊによって受け取られた光学モード分布と異なるようにする、複数の光学混合層（Ｋ_ｊ）を設ける工程と、
ｃ）複数の前記光学混合層（Ｋ_ｊ）のうちのそれぞれの光学混合層（Ｋ_ｊ）の前後の点に、複数の前記光学モード混合層（Ｋ_ｊ）に結合される複数の前記光学モード導波路に対する複数の光結合インターフェースを形成する工程と、
ｄ）複数のチャレンジＣをそれぞれのレスポンスＲに関連付ける複数の前記光学混合層（Ｋ_ｊ）の光学モード混合動作を決定するために、複数の前記光結合インターフェースを通じてトモグラフィを実施する工程と、
ｅ）工程ｄ）が完了した後に複数の前記光結合インターフェースを除去する工程と、
を含む、方法。

【請求項42】

複数の前記光学モード導波路に沿って間隔を置いて配置され、かつ複数の前記光学モード導波路に結合された複数の光位相シフタの複数の列（Ｓ_ｋ）であって、事前に決定された（１以上の）光位相シフトを適用して複数の当該光学モード（Ｍ_ｉ）のそれぞれの位相を変化させ、その後の光学モードがそれぞれの光学モード混合層（Ｋ_ｊ）によって受け取られる、複数の光位相シフタの複数の列（Ｓ_ｋ）を設ける工程を含み、
工程ｃ）において、複数の前記光結合インターフェースは、それぞれの先行する複数の光シフタの列（Ｓ_ｋ）の後の点に結合され、かつ／またはそれぞれの（後続する）複数の光シフタの列（Ｓ_ｋ＋１）の前の点に結合される、請求項４１に記載の方法。

【請求項43】

工程ｄ）は、各光学モードを通じて別々に、かつ／もしくは各光学モード混合層に対して別々に前記トモグラフィが実施される工程を含み、
かつ／または、
工程ｄ）は、
前記トモグラフィのプロセス中にそれぞれの前記光学モード混合層に入る各光学モードの光入力および／もしくは前記光位相シフタの設定を変化させる工程と、
それぞれの前記光学モード混合層を出る各光学モードからの出力光の振幅を測定する工程と、
を含む、請求項４１または４２に記載の方法。

【請求項44】

請求項１～３のいずれか一項に記載の装置を動作させる方法であって、任意選択的に、または好ましくはデバイス、ユーザ、または通信を認証するために、前記装置を認証プロセスの一部として用いる工程を含む、方法。

【請求項45】

請求項１０、１１、２４～２６のいずれか一項に記載のフォトニックＰＵＦデバイスを動作させる方法であって、任意選択的に、または好ましくはデバイス、ユーザ、または通信を認証するために、前記フォトニックＰＵＦデバイスを認証プロセスの一部として用いる工程を含む、方法。

【国際調査報告】