2021 Fiscal Year Research-status Report
量子もつれによる計測技術を応用した非対称型無線量子通信方式
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21K04064
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| Research Institution | Aichi Prefectural University |
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Principal Investigator |
臼田 毅 愛知県立大学, 情報科学部, 教授 (80273308)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 情報通信工学 / 量子通信 / 量子計測 / 量子もつれ状態 / 非対称型通信 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度に行った研究を要約すると次のようになる．
(1) 擬似ベル状態を用いた減衰環境における量子イルミネーション：本研究の特徴は，量子もつれを利用した量子計測の知恵を量子通信に持ち込むことにあるため，まず，量子計測に関する研究を進めた．特に，ベル状態，2モードスクィズド状態に続く第三の量子もつれ状態である擬似ベル状態について，量子通信に応用する際にも重要な減衰環境を考え，その誤り率特性を明らかにした．その結果，擬似ベル状態を用いた量子イルミネーションは，減衰量によらずレーザーレーダを凌駕することを明らかにした．
(2) 非対称型量子通信方式の提案とその特性解析：PSK型とASK型の非対称型量子通信方式を提案した．PSK型に関しては理想的な環境において通信の信頼性と安全性について考察した．ASK型に関しては減衰環境も含め通信の信頼性について考察した．いずれの場合も方式の有効性を示す結果が得られた．前者について減衰環境を考えること，後者について安全性を考察することについて，次年度以降に研究を進める．
(3) 量子通信に関わるその他の研究：本研究課題を支える量子通信の基礎的な研究として，(a)非対称量子信号の通信路行列計算の簡単化，(b)量子測定BWSRMの幾何学的表現，(c)混合状態に対する量子測定SRMについて，研究を進めた．(a)について，非対称信号の部分対称性を用いた通信路行列計算の簡単化を計算量評価などを含め進めた．(b)は他分野の研究者と量子通信に関する議論を容易にする量子測定過程の可視化を行うものであり，特に量子通信分野で極めて重要なTrine信号を中心に扱った．(c)は純粋状態に比べて理論整備の遅れている混合状態について扱い，部分空間の重要性を明らかにした．
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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
本年度は，量子計測の再調査から開始し，非対称型量子通信に関してもプロトタイプの検討を始めるなど研究のスタートを切る計画であったが，量子計測の研究とともに，非対称型量子通信方式としてPSK型とASK型の2方式を提案・解析，量子通信に関わるその他の研究も予定以上に進めることができた．初年度から論文誌4件，国際会議論文7件を含めた研究発表を行ったことも，当初の想定以上であった．
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| Strategy for Future Research Activity |
非対称型量子通信方式としては，基本となるPSK型とASK型の取り組みを引き続き行う．研究実績の概要の項でも述べたとおり，PSK型について減衰環境を考えること，ASK型について安全性を考察することは，早速2022年度に取り組みたい．また，これまで，ベル状態，2モードスクィズド状態，擬似ベル状態の三種の量子もつれ状態を扱ってきた．研究実施計画においてもこれら三種を扱うとしており，今後もこれを基本とするが，これらのみに限定せず，新たな量子もつれ状態を提案することにも挑戦する．
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| Causes of Carryover |
COVID-19の影響により，対面で開催予定だった量子情報ミニワークショップを完全オンラインにて開催したこと，学会や国際会議等もオンライン開催となったこと，出張による情報収集や研究討論なども延期したことなどにより，次年度使用額が生じた．2022年度以降は，対面開催も徐々に増えると見込まれるため，出張等を復活させられる可能性が高いと考えている．
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