東大光量子科学研究センターが量子暗号に30年ぶりの新原理を、「読まれたら気づく」から「読めない」手法に転換

東京大学大学院工学系研究科附属光量子科学研究センターは、国立情報学研究所とともに、従来とは全く異なる動作原理に基づく量子暗号方式を提案、通信路の雑音量を監視せずにセキュリティを確保できることを証明したそうだ。

量子暗号の最初の提案以来30年ぶりに、本質的に新しい量子効果の利用法を提唱するもので、暗号にとどまらず、広範囲な発展が期待されるそうだ。

新方式は、基本的に、通常のレーザー光源と干渉計の組み合わせで実現できるもので、盗聴者は何をしても、一定の小さい情報量しか得られない。「読まれたら気づく」方式から、「そもそも読まれない」方式に転換できるうえ、従来の方式に比べると監視の手間がかからず、また、雑音が大きい通信路でも秘匿通信ができる。

量子暗号は、量子力学の性質を利用し、盗聴者の計算能力や技術レベルに依存しない強固なセキュリティで通信できるようにする技術。既存の量子暗号方式は、盗聴者が盗み見ると変化する通信路の雑音量を監視することで、不確定性原理を介して盗聴された情報量を見積る仕組みに基づいていた。

東京大学大学院工学系研究科附属光量子科学研究センターの小芦雅斗教授と佐々木寿彦特任研究員は、国立情報学研究所の山本喜久教授とともに、従来とは全く異なる動作原理に基づく量子暗号方式を提案し、通信路の雑音量を監視せずにセキュリティを確保できることを証明した。


上の図は今回提案された量子暗号方式の概念図。位相変調器により、各パルスに2種類の印をつける。実際には、位相という量を2種類切り替えるが、図では赤と青の色で表している。

受信側ではハーフミラーで光を分岐し、遅延の大きさを選んで、再び重ねて干渉させる。重ねたパルスの位相（色）が同じか異なるかで、2台の光子検出器のどちらに光子が向かうかが決まる。従って、光子が検出されれば、対応する2つのパルスの位相（色）の相違がわかるので、これをビット値とする。

受信者は、その2つのパルスの番号を公開する。送信者は、全てのパルスの位相（色）を記録しているので、公開されたパルスの番号から、受信者の決めたビット値がわかる。