横国大ら,量子暗号通信の長距離化技術を開発


横浜国立大学と神奈川県立産業技術総合研究所(KISTEC)は,量子通信長距離化に必須の量子中継器用光源および波長変換を用い光ファイバ長距離伝送に成功した(ニュースリリース)。

量子通信は完全な情報セキュリティを保証する通信方式。インターネットを初めとした現状の通信への付加のみならず,急速に開発が進んでいる量子コンピュータのクラウド使用の安全性保証にも必要な技術として期待されている。

さらに,量子インターネットと呼ばれる量子通信ネットワークで結ばれた様々な量子デバイス(量子コンピューターからセンシングデバイスなど)は,現在のインターネットのように,次世代の情報通信技術の基盤として期待されている。

現在,数百km-1000kmを超える光ファイバネットワークを用いた長距離量子通信が待望されているが,まだ課題が山積している。現在実証されている最長距離は光ファイバ通信で500km程度。これ以上の長距離化には,量子中継技術が必要になる。

中継には,遠方の中継ノードに搭載される量子メモリ間に量子もつれ(エンタングルメント)と呼ばれる量子相関を共有する必要がある。そのため必要な中継器の要素は,1:量子もつれ光源,2:量子メモリ,3:光源-メモリ間インターフェース技術(波長変換,周波数安定化)など。

これらの技術を単一システムで実装することは,量子中継器に向け必要なステップだが,光源-メモリ間をつなぐには,光源スペクトル幅が広い制約などにより,1~3の技術を通じた量子中継用技術の統合が困難であった現状がある。

今回,研究グループは光共振器を用いて通信波長量子もつれ光源開発を実施し,量子メモリ物質との結合効率を従来より大幅に上昇させる光源と,波長変換を併せたシステム開発に成功した。量子中継で用いる光源は,極めて微弱な量子レベルである必要がある反面,量子メモリの狭スペクトルに対して高い光子供給レートをもつ性質が両立する必要がある。

この研究の光共振器内2光子発生による共振器増強効果によって,これまでの通信波長でメインとして使われる1.5μm近辺で開発された2光子源として世界最小スペクトル幅をもち,多重化量子通信にもちいる量子メモリへの結合効率90%以上が可能になるという。

研究グループは今後,今回開発した光源と高効率で結合する量子メモリに対し,開発中のインターフェース技術を通じて光源と接続することで,より長距離の量子通信実証に向けて取り組むとしている。

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