量子通信の実現に向けた、量子もつれ光の高速生成技術を開発 ～従来の30倍以上の高速化を実現～

2014年12月19日

独立行政法人 情報通信研究機構（NICT）
国立大学法人 電気通信大学

量子通信の実現に向けた、量子もつれ光の高速生成技術を開発
～従来の30倍以上の高速化を実現～

【ポイント】
■光ファイバ通信波長帯において、従来技術の30倍以上の量子もつれ光の高速生成を達成
■NICTが独自に開発した高速で安定性の高い駆動用レーザーによって実現
■市販の安価な光通信機器を用いた量子情報通信システムの構築により実用化が加速

　独立行政法人 情報通信研究機構（NICT、理事長: 坂内 正夫） リンクは、国立大学法人 電気通信大学（学長： 福田 喬）と共同で、光ファイバ通信波長帯における量子もつれ光子対の生成効率を向上させる技術の開発に成功しました。量子もつれ光子対は、絶対に破られない暗号や超高速計算など、従来の情報通信技術では不可能だった機能を実現する上で不可欠な光源です。今回の成果により、市販の安価な光通信機器を用いた量子情報通信システムの構築が可能になるため、実用化に向けた研究開発が加速されるものと期待されます。
　なお、本成果は、英国科学誌「Scientific Reports」（Nature Publishing Group）（電子版: 英国時間12月19日（金）午前10：00）に掲載されます。

【背景】
　量子もつれ光子対は、離れた2地点にある信号間に強い結びつきを形成できるため、レーザー光では実現できない安全な通信（量子暗号）や高速の計算（量子計算）、さらには高精度の光計測を実現することができます。しかし、量子もつれ光源は、特殊な結晶や駆動用レーザーが必要となり、量子もつれ光子対を高速で生成し検出することは容易ではありません。現在、高速化に向けた研究開発が世界中で行われています。これまでも、駆動用レーザーの強度を上げることで、量子もつれ光子対の生成速度を上げる方法が試みられてきました。しかし、雑音も同時に増えるため、量子暗号通信に使おうとすると、通信性能の劣化を引き起こすという問題がありました。しかも、これまでの研究では、光ファイバ通信波長帯（1,550nm付近）より短い波長帯（800nm以下）での開発がほとんどで、また、駆動用レーザーの動作速度も76MHz程度に止まっていました。

【今回の成果】
　NICTでは、通信波長帯において独自の高純度量子もつれ光源を開発してきました。今回、2.5GHzの駆動用レーザーをこの高純度量子もつれ光源に組み合わせることで、雑音を増やすことなく、量子もつれ光の生成速度を30倍以上高速化することに成功しました。
　量子もつれ光源を駆動するためには、波長やパルス幅等のパラメータを自在に調整でき、なおかつ高速で安定動作のできるレーザーが必要です。NICTが2006年に独自開発し、改良を進めてきた周波数コム光源は、これらの要求をすべて満たす性能を備えたパルス光源です。
　今回の成果は、この周波数コム光源を内蔵した高速の駆動用レーザーシステムを新たに開発することによって実現しました。

【今後の展望】
　今回、光ファイバ通信波長帯で量子もつれ光源の高速化が実現したことにより、安価で高性能の光部品との組み合わせが可能となり、量子暗号の応用用途を広げられるとともに、量子計算や高精度の光計測の実現に向けた研究開発の加速化が期待されます。
　今後は、動作速度を10GHzまで向上させ、装置を小型化してフィールド環境下での量子暗号伝送実験などを進めながら、データセンター内の安全な光配線技術や企業内ネットワークへの応用に向けた研究開発を進めていきます。