2018 Fiscal Year Annual Research Report
Information communication technology ensuring the long term security over a century
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18H05237
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
富田 章久 北海道大学, 情報科学研究科, 教授 (60501434)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平野 琢也 学習院大学, 理学部, 教授 (00251330)
玉木 潔 富山大学, 大学院理工学研究部(工学), 教授 (20435928)
藤原 幹生 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所量子ICT先端開発センター, 研究マネージャー (70359066)
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| Project Period (FY) |
2018-06-11 – 2023-03-31
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| Keywords | 量子鍵配送 / 秘密分散 / 量子通信 / 量子ネットワーク / 安全性保証 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
長期間にわたって安全に情報を保存するために，秘密分散と量子鍵配送(QKD)を組み合わせた量子暗号ネットワークの研究開発を行っている．量子暗号ネットワークの実現には，長距離量子鍵配送，高速量子鍵配送，秘密分散ネットワーク，安全性理論の4つの研究項目に高度化を進める必要がある．初年度である今年度は主に研究開発の基礎となる方式検討を行った．
長距離QKDに関しては2つの方式を検討した．一つはMDI(Measurement Device Independent)とよばれる，通信者が伝送路の両端から微弱光を発し，中央で測定を行うことにより検出器雑音の影響を低下させる方式である．この方式では両端から送られてきた光が中央の測定者には区別できないことが必要となる．今年度は鍵配送の性能と光源の識別可能性との関係を明らかにした．また，量子もつれ光源を使用して単一光子放出確率を向上させる方式を提案し，シミュレーションの結果300km程度の長距離伝送も可能となることを示した．
近距離高速QKD技術として，独立した局部発振器（LO）光源をもつ連続変数QKD(CV-QKD)の研究開発と，光通信とCV-QKDの同一ファイバでの伝送実験を行った．前者については，信号光と局部発振光の位相を同期させることが必要である．位相同期を実現する方法として光注入同期とコスタス回路を用いる技術の２つについて研究開発を進めた．後者は，量子鍵配送の社会実装に必須の要件と考えられるが，今年度100波のコヒーレント光通信とCV-QKDの共存実験に成功した．
ネットワーク技術として秘密分散の実装方法と秘匿計算の方法について検討を進めた．安全性理論については送信光パルスの独立性といった仮定を排除した一般的な状況において安全性を保証する理論の構築を行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
長距離量子鍵配送，ネットワーク制御，安全性理論の研究開発はおおむね計画通り推移している．
近距離高速量子鍵配送において100波のコヒーレント光通信とCV-QKDの共存実験を実現した．これはNICTの光通信グループとの共同研究を実施することにより，光通信とCV-QKDの同一ファイバでの伝送実験を前倒して実現することができたためである．
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| Strategy for Future Research Activity |
長距離化についてはMDIで重要なレーザ光源の同期技術の開発に注力する．単一光子レベルの微弱光同士を同期させるのは技術的に極めて困難であるため，信号光と同期した光パルスを多重化して伝送することにより同期を実現する．この後，QKDシステムの構築に向かう．最近，長距離化に適した方式としてTwin-Field QKDが提案され，世界的に注目されている．この方式ではMDIよりも高精度の位相同期が要求されるため，実用は難しいと考えられるが，本研究開発によって実現可能性がどこまで高められるかを検討していく．
独立した局部発振器（LO）をもつCV-QKDの研究開発については，狭線幅レーザーの出力光をDFBレーザーに注入し，注入同期の注入量と周波数依存性を明らかにする．その結果に基づいて，光周波数シフターを用いるCV-QKDの光学系を構築し，LOの光源を受信者側に設置したCV-QKDの原理検証を実現する．その後，自動制御化して可用性を高める．
同期技術は，所要スペックは異なるが，局部発振光源を独立化する連続光量子鍵配送でも鍵となるため，両者の知見を合わせて効率的に研究開発を進める．
ネットワーク技術については量子鍵配送によって共有された暗号鍵をネットワーク上で効率的かつ安全に使用するための鍵管理ソフトウェアを開発する．その後，順次機能を追加し，最終的に量子鍵を用いる秘密分散ネットワークを構築する．
安全性理論では量子鍵配送装置における装置の不完全性を一般的に記述する理論を構築する．また，CV-QKD装置の安全性理論のモデルを再検討し，装置の不完全性の影響を明らかにする．
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Research Products
(17 results)
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[Presentation] Continuous Variable Quantum Key Distribution Multiplexed with Classical Channels2018
Author(s)
Tobias Eriksson, Takuya Hirano, Georg Rademacher, Benjamin Puttnam, Ruben Luis, Mikio Fujiwara, Ryo Namiki, Ken-Ichiro Yoshino, Akio Tajima, Yoshinari Awaji, Masahiro Takeoka, Naoya Wada and Masahide Sasaki
Organizer
8th International Conference on Quantum Cryptography
Int'l Joint Research
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