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» 2015年09月28日 14時30分 UPDATE

2020年以降に実用化へ:単一光子源方式で120km量子暗号鍵伝送に成功 (1/2)

東京大学、富士通、NECの3者は2015年9月28日、単一光子源方式を用いた量子暗号鍵伝送システムで「世界最長」という120kmの距離間での伝送に成功したと発表した。

[竹本達哉,EE Times Japan]

 東京大学の荒川泰彦教授らと富士通、NECは2015年9月28日、単一光子源方式を用いた量子暗号鍵伝送システムで「世界最長」という120kmの距離間での伝送に成功したと発表した。

 120kmという距離は、東京〜宇都宮間に相当し「究極の都市圏セキュア通信の実用化に弾みがつくもの」(3者)としている。

これまでは50km

tt150928TUFN001.jpg 量子暗号鍵伝送の結果 (クリックで拡大) 出典:東京大学

 量子暗号は光の粒子である光子を情報の担い手とすることで、2者間で安全に暗号鍵共有を行うための技術。盗聴者が伝送路上で鍵情報を盗み見ようとすると、量子力学の原理により光子の状態変化を引き起こすため、この変化を検知することで完全な秘匿通信が可能になる。

 量子暗号では、単一光子源と呼ばれる光子を1個ずつ規則正しく生成するための装置が必要になる。ただ、単一光子源は、単一光子の発生段階で余計な光子が混じることにより生じる単一光子源の高い複数光子発生率と、半導体検出器で光子を検出する際の高い雑音という2つの影響を受け、長距離伝送に有利な1.5μm波長帯においても安全鍵伝送可能距離は50kmにとどまっていた。

複数光子の発生率を100万分の1に

 そうした中で東大、富士通、NECの3者は、複数光子の発生率を100万分の1にまで抑えた高純度の1.5μm量子ドット単一光子源を新たに開発した。

tt150928TUFN002.jpg 開発した1.5μm量子ドット単一光子源の概要 (クリックで拡大) 出典:東京大学

 1.5μm帯単一光子は、微細構造の中に配置された量子ドットに対し、特定のエネルギー準位に適合した波長の励起光パルスを照射することで生成される。この時、励起光パルスの照射時間が長いと1回の照射で2個以上の光子が放出されやすかった。これに対し開発した単一光源は、パルス幅の広がりを抑える分散補償の技術により照射する光パルスの時間幅を圧縮して短パルス化。複数光子の同時発生率を1パルス当たり100万分の1にまで抑えることに成功した。

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