本庄利守１ 山本秀人2 山本貴司2
鎌田英彦１ 西田好毅3 忠永 修3 遊部雅生3 井上 恭4
１量子光物性研究部 2NTT未来ねっと研究所
3NTTフォトニクス研究所 4大阪大学/NTTリサーチプロフェッサー
量子力学の原理に基づいて絶対安全な通信を提供する量子鍵配送の研究が盛んに行われている。我々は、微弱なコヒーレント光パルス列の位相差にビット情報を載せる方式である差動位相シフト量子鍵配送（DPS-QKD）の研究を勢力的に進めてきた[1-2]。今回、実環境でのフィージビリティを示すため、偏波無依存化した周波数上方変換型単一光子検出器を用いてDPS-QKDのフィールド実験を実施した[3]。
送信側では、0もしくはπのランダムな位相変調を施したコヒーレントな光パルス列（波長1551
nm、繰返し1 GHz）を0.2光子/パルスまで減衰させ、光ファイバ伝送路に送出した。17.6
kmの敷設光ファイバを伝播させた後、受信側では、1ビット遅のPLC Mach-Zehnder干渉計を通過させ、その出力を図１に示すような偏波無依存化した周波数上方変換型単一光子検出器２台用いて光子検出を行った。本検出器では、入力光パルスを偏波ビームスプリッタ（PBS）で縦および横偏波成分に分離し、後者を縦偏波への変換した後、干渉を避けるための遅延を加え、双方を50：50カプラで合波する。偏波状態の揃った光パルスを、ポンプ光とともに、LiNBO3周期分極反転デバイス（PPLN）へ入力し、和周波発生過程により短波長の光子に変換する。フィルタ、プリズムなどによりポンプ光を除去した後、シリコンAPDで光子検出を行う。光子検出イベントは、時間間隔測定器により記録した。
以上のセットアップにより差動位相シフト量子鍵配送の長時間安定性試験を実施した。その結果、約６時間にわたりシフト鍵生成レート120 kbps、QBER 3.14%で安定した鍵配送を行うことができた。本成果は、差動位相シフト量子鍵配送が実環境でも安定した動作が可能であることを示す。
本研究の一部は、情報通信研究機構（NICT）の支援を受けて行われた。
[1] K. Inoue, et al., Phys. Rev. A 68 （2003） 022317.
[2] H. Takesue, et al., New J. Phys. 7 （2005） 232.
[3] T. Honjo, et al., Opt. Express 15 （2007） 15920.
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| 図１ 偏波無依存化した周波数上方変換型単一光子検出器 |