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» 2017年07月12日 10時30分 UPDATE

重さ50kg、大きさ50cm角:NICT、超小型衛星で量子通信の実証実験に成功 (2/2)

[馬本隆綱,EE Times Japan]
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時刻同期と量子通信を1つのレーザー光源で

 NICTが開発した技術は、時刻同期と量子通信を1つのレーザー光源のみで行う。量子通信信号の中に長さ約32kビットの特殊なパターン(同期用系列)を埋め込んで送信する。地上局では受信した光子信号の系列から直接、時刻同期と偏光軸整合を行うことができる。これに対して中国の方法は、量子通信用レーザーとは別に、同期専用の短パルスレーザーを衛星に組み込んで地上局との時刻同期を実現しているという。

 NICTは2016年8月5日深夜に実験を行った。この時、SOCRATESはNICT光地上局付近の太平洋上空を南から北へ飛行。日本時間午後10時59分41秒にはNICT光地上局まで744kmという距離まで接近した。この時刻付近で2分15秒間にわたり量子通信を行った。

左はSOCRATESの軌道とNICT光地上局の関係、中央は軌道情報から予測されるドップラーシフトの理論値、右は実際に観測されたドップラーシフトのデータ 出典:NICT

 時刻同期を確立した後に、光子信号を「0」「1」のビット情報に復元する。ところが、地上局で復元されたビット系列とSOTAから送信されたビット系列との間ではビット位置のずれが残る。そこで、約32kビットの同期用系列を用いた相関解析により、このずれを補正する。相関ピークは29656番目のビット位置にあり、地上局ではこの位置を原点とみなし、ビット系列の復号を行った。

左は同期用系列を用いた相関解析の結果、右は29656番目の相関ピーク付近の拡大図 出典:NICT

 実際に地上局で得られた光子検出信号系列のヒストグラムから、地上局で光子が検出された時刻に、SOTAの送信機が必ず光パルスを出射していることが分かる。このことが、光子検出信号から正確にビット系列の同期が確立できていることを示しているという。

SOTAからの同期用系列と地上局で受信した光子検出信号系列のヒストグラム 出典:NICT

 さらに、衛星と地上局の間で行う偏光軸の整合も重要となる。この時の識別性能は、ビット誤り率で3.7%まで下げられることを確認している。

偏光軸整合の実験結果 出典:NICT

 今回の研究成果は、従来に比べてより安価な衛星を用いて量子通信を実現できる可能性を示した。さらに、探査衛星に対する深宇宙光通信の高速化にもつながる技術だとみられている。

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