Research Abstract
全光都市間量子鍵配送
All-photonic intercity quantum key distribution
2015年12月16日 Nature Communications 6 : 10171 doi: 10.1038/ncomms10171
近年の量子鍵配送(QKD)ネットワークの実環境での実証試験は、無条件安全な通信への期待に繋がっている。しかし、光ファイバ中の損失により、ポイント・ツー・ポイント接続の長さは百キロメートルに制限され、 QKDネットワークは都市内に限定されている。安全性を担保しつつQKDネットワークを拡大する自然な方法の一つは、量子中継により、それを異なる都市のQKDネットワークと連結することである。しかしながら、この解決策は、そのようなバックボーンリンクが大陸間にでもならない限り、技術要求レベルが必要以上に高くなる可能性がある。そこで私たちは、800km圏内の都市にあるQKDネットワーク同士を連結する際に、量子中継よりも効率的に機能し得るQKDプロトコルを与える。このプロトコルは、その高効率性にも関わらず、量子中継とは対照的に、光学デバイスだけで構成される中間ノード一つしか使わず、量子メモリや量子誤り訂正を必要としない。私たちの全光「都市間」QKDプロトコルは、従来の市内間QKDネットワークと将来の大陸間量子中継の間の大きなギャップを、概念的にも技術的にも埋めるものである。
Koji Azuma, Kiyoshi Tamaki & William J. Munro
Corresponding Author
Recent field demonstrations of quantum key distribution (QKD) networks hold promise for unconditionally secure communication. However, owing to loss in optical fibres, the length of point-to-point links is limited to a hundred kilometers, restricting the QKD networks to intracity. A natural way to expand the QKD network in a secure manner is to connect it to another one in a different city with quantum repeaters. But, this solution is overengineered unless such a backbone connection is intercontinental. Here we present a QKD protocol that could supersede even quantum repeaters for connecting QKD networks in different cities below 800 km distant. Nonetheless, in contrast to quantum repeaters, this protocol uses only a single intermediate node with optical devices, requiring neither quantum memories nor quantum error correction. Our all-photonic ‘intercity’ QKD protocol bridges large gaps between the conventional intracity QKD networks and the future intercontinental quantum repeaters, conceptually and technologically.
