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2011 年度 実績報告書

マルチユーザ型量子ネットワーク

研究課題

研究課題/領域番号 23246071
研究種目

基盤研究(A)

研究機関名古屋大学

研究代表者

林 正人  名古屋大学, 多元数理科学研究科, 教授 (40342836)

研究分担者 石坂 智  広島大学, 総合科学研究科, 教授 (10443631)
松本 隆太郎  東京工業大学, 理工学研究科, 准教授 (10334517)
小柴 健史  埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (60400800)
小川 朋宏  電気通信大学, その他の研究科, 准教授 (00323527)
西村 治道  名古屋大学, 情報科学研究科, 准教授 (70433323)
渡辺 峻  徳島大学, ソシオテクノサイエンス研究部, 助教 (70546910)
キーワード通信路 resolvability / 盗聴通信路 / 放送型通信路 / ユニバーサル符号 / 量子ネットワーク符号 / 量子対話型証明 / 汎用ブラインド計算
研究概要

マルチユーザ型の情報理論において,盗聴通信路及びそれを拡張した放送型通信路に注目し,達成可能な漏えい情報量の上限を導出した.さらに,既存の誤り訂正符号を用いることで現実的な計算量で実現可能な符号化法を与えた.この構成においては,従来の通信路 resolvability 定理を代数的な形式に拡張した.定常無記憶性の下,通信路の数学的構造に依存せずユニバーサルに機能する符号を構成した.
一方,量子系に関しては,盗聴通信の場合に通信路 resolvability 定理を拡張し,秘匿性を保証するために用いられる乱数が一様でない場合の符号化を構成した.さらに,盗聴通信としての通信路容量よりも大きいサイズの情報を送る場合,漏えい情報量が符号のブロックサイズに関して線形となるが,equivocation rateとよばれるこの係数を特徴づけた.特に,degraded通信路の場合に,その係数を陽に求め,その判定アルゴリズムを与えた.定常無記憶性の下,通信路の構造に依存せずユニバーサルに機能する符号を構成した.degraded通信路を含むクラスとしてmore capableとless noisyと呼ばれる量子通信路のクラスを導入しそれらの特徴づけに成功した.さらに,量子ネットワーク符号においてマルチプルユニキャスト型のネットワーク上で効率的に量子情報を伝送する新しい符号化プロトコルを提案した.これは2009年に発表された符号化プロトコルに比して通信量を改良するものである.
量子暗号プロトコルの基盤となる量子対話型証明について研究し,証明が古典に場合における成功確率を増幅する手法を発見した.そして,テレポーテーション型の観測ベース量子計算の枠組みで安全な代理計算方式を実現した.この方法を補助キュービット駆動型の枠組みへ適用できるようにし,補助キュービット駆動型の汎用ブラインド計算方式を実現した.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初,目的とした盗聴通信路を含む放送型通信路に関して,十分な成果が得られ,その量子系への拡張も順調に進んでいる.さらに,量子ネットワーク符号についても,順調に成果が出ている.
その他,量子暗号プロトコルの基盤となる量子対話式証明やセキュアな計算方式に関する成果も十分に出ており,おおむね順調に進展していると判断できる.

今後の研究の推進方策

24年度は,シンガポール国立大学の量子技術研究センターと共同で,国際会議Japan-Singapore Workshop on Multi–user Quantum Networksを開催することができた.今後も海外の研究機関と共同で国際会議を開催することで,国際的に我々の研究活動をアピールしていきたい.
なお,25年度から徳島大学の渡辺峻氏が,日本学術振興会の海外特別研究員に採用されたため,研究分担者から抜けることとなった.大きな損失であるが, 渡辺氏と共同研究を進めることで戦力ダウンとならないように進めたい.
NICTのプロジェクトや分担者である小柴氏が代表を務める基盤A科研費プロジェクトと連携し,研究を推進させたい.

  • 研究成果

    (24件)

すべて 2012 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (23件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Private and quantum capacities of more capable and less noisy quantum channels2012

    • 著者名/発表者名
      Shun Watanabe
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 85 ページ: 012326-1-6

    • DOI

      10.1103/PhysRevA.85.012326

    • 査読あり
  • [学会発表] テレポーテーション型量子計算による安全な代理計算2012

    • 著者名/発表者名
      末木貴洋、小柴健史
    • 学会等名
      SCIS2012: 2012年暗号と情報セキュリティシンポジウム
    • 発表場所
      金沢
    • 年月日
      20120130-20120202
  • [学会発表] On general formulas for c-q channel resolvability,private capacity,and q-q capacity

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Ogawa
    • 学会等名
      量子情報技術研究会(QIT27)
    • 発表場所
      慶応義塾大学
  • [学会発表] An universal resolvability and wiretap channel coding for classical-quantum channels

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Ogawa
    • 学会等名
      Japan-Singapore Workshop on Multi-user Quantum Networks
    • 発表場所
      National University of Singapore,Singapore
  • [学会発表] Universal Resolvability and Wiretap Channel Coding for Classical-Quantum Channels

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Ogawa
    • 学会等名
      35th Symposium on Information Theory and its Applications (SITA2012)
    • 発表場所
      別府湾ロイヤルホテル (大分県)
  • [学会発表] 量子通信路のノイズに関する順序と情報量に関する研究

    • 著者名/発表者名
      岡澤太志、鈴木淳、小川朋宏
    • 学会等名
      IT・ISEC・WBS合同研究会
    • 発表場所
      関西学院大学(大阪)
  • [学会発表] Secure Multiplex Coding Over Interference Channel with Confidential Messages

    • 著者名/発表者名
      X.Li and R.Matsumoto
    • 学会等名
      2012 International Zurich Seminar on Communications
    • 発表場所
      Zurich,Switzerland
  • [学会発表] テレポーテーション型量子計算による安全な代理計算

    • 著者名/発表者名
      末木貴洋、小柴健史
    • 学会等名
      2012年暗号と情報セキュリティシンポジウム (SCIS2012)
    • 発表場所
      金沢
  • [学会発表] Finite Analysis of QKD Protocol with Hashed Two-Way Classical Communication

    • 著者名/発表者名
      Shun Watanabe
    • 学会等名
      QCRYPT2011:First Annual Conference on Quantum Cryptography
    • 発表場所
      チューリッヒ工科大学 Switerland
  • [学会発表] Remarks on Private and Quantum Capacities of More Capable and Less Noisy Quantum Channels

    • 著者名/発表者名
      Shun Watanabe
    • 学会等名
      第34回情報理論とその応用シンポジウム
    • 発表場所
      ホテル森の風鶯宿、盛岡
  • [学会発表] Constructing quantum network coding schemes from classical nonlinear protocols

    • 著者名/発表者名
      Hirotada Kobayashi, Francois Le Gall,Harumichi Nishimura, and Martin Roetteler
    • 学会等名
      IEEE International Symposium on Information Theory 2011(ISIT 2011)
    • 発表場所
      Saint Petersburg(Russia)
  • [学会発表] On QMA protocols with two short quantum proofs

    • 著者名/発表者名
      Francois Le Gall,中川翔太, 西村治道
    • 学会等名
      数理解析研究所研究集会:アルゴリズムと計算理論の 新展開(2011年冬のLAシンポジウム)
    • 発表場所
      京都
  • [学会発表] On QMA protocols with two short quantum proofs

    • 著者名/発表者名
      Francois Le Gall,中川翔太、 西村治道
    • 学会等名
      第25回量子情報技術研究会
    • 発表場所
      大阪大学 豊中キャンパス
  • [学会発表] Constructing quantum network coding schemes from classical nonlinear protocols

    • 著者名/発表者名
      小林弘忠、Francois Le Gall、 西村治道、Martin Roetteler
    • 学会等名
      コンピュテーション研究会
    • 発表場所
      長野
  • [学会発表] Quantum wiretap channel with non-uniform random number and its exponent of leaked information

    • 著者名/発表者名
      Masahito Hayashi
    • 学会等名
      IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT 2011)
    • 発表場所
      Cambridge, MA, USA
  • [学会発表] University attainable error and information exponents,and equivocation rate for the broadcast channels with confidential messages

    • 著者名/発表者名
      M.Hayashi and R.Matsumoto
    • 学会等名
      Forty-Ninth Annual Allerton Conference
    • 発表場所
      University of Illinois at Urbana―Champaign,IL, USA
  • [学会発表] Secure multiplex network coding

    • 著者名/発表者名
      M.Hayashi and R.Matsumoto
    • 学会等名
      2011 International Symposium on Network Coding (NetCod)
    • 発表場所
      Beijing, China
  • [学会発表] Secure multiplex coding with a common message

    • 著者名/発表者名
      R.Matsumoto and M.Hayashi
    • 学会等名
      IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT 2011)
    • 発表場所
      Saint-Petersburg,Russia
  • [学会発表] Dual university of hash functions and its applocations to classical and quantum cryptography

    • 著者名/発表者名
      T.Tsurumaru and M.Hayashi
    • 学会等名
      QCRYPT2011:First Annual Conference on Quantum Cryptography
    • 発表場所
      Zurich, Switzerland
  • [学会発表] 量子ガウス状態族に対する量子仮説検定

    • 著者名/発表者名
      熊谷 亘、林 正人
    • 学会等名
      2011年度 統計関連学会連合11大会
    • 発表場所
      九州大学
  • [学会発表] 量子ガウス状態族に対する量子仮説検定

    • 著者名/発表者名
      熊谷 亘、林 正人
    • 学会等名
      第25回量子情報技術研究会(QIT25)
    • 発表場所
      大阪大学 豊中キャンパス
  • [学会発表] 情報スペクトルによる二次オーダーの情報理論

    • 著者名/発表者名
      林 正人
    • 学会等名
      電子情報通信学会 情報理論研究会
    • 発表場所
      岩手県岩手郡雫石町、ホテル森の風鶯宿
    • 招待講演
  • [学会発表] ユニバーサルハッシュ関数の双対性とその量子暗号への応用

    • 著者名/発表者名
      鶴丸豊広、林 正人
    • 学会等名
      SCIS2012: 2012年暗号と情報セキュリティシンポジウム
    • 発表場所
      金沢
  • [学会発表] Weaker entanglement guarantees stronger entanglement

    • 著者名/発表者名
      M. Hayashi
    • 学会等名
      th Asia-Pacific Workshop on Quantum Information Science (5th APWQIS )
    • 発表場所
      , Nanyang Technological University, Singapore
    • 招待講演

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公開日: 2014-07-24  

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