迈向实用化的新一步　NTT利用光交换机验证单光子量子加密传输

　　量子加密通信由于从理论上来讲是不可能进行信息“窃听”的，因此作为终极通信方式受到了业界的广泛关注。目前，这项研究正稳步地朝着实用化方向迈进。

　　NTT此次宣布，可在普通线路通信所需的光交换机中对量子加密通信所用的信号传输路径进行控制。“过去的开发活动只是在实验室里向光纤传输量子加密信号，单纯地在传输距离的长度上进行竞争。从利用接近于实际光网络的环境成功进行传输的这一角度讲，与过去相比取得了跨越性的进步。希望通过推进高速化和长距离传输，在2年内完成实用系统的开发”（NTT物性科学基础研究所量子光物性研究部长森田雅夫）。

　　利用光的干涉作用控制传输路径

　　NTT此次使用目前正在作为大容量光通信网络主干元件而进行开发的光交换机进行了实验。作为构成光交换机的元件，先在硅底板上层叠石英玻璃，再形成2条导光线路。其工作原理如下：将入射到元件中的光分配给2个导光线路，再在终点进行汇合；在设置于出射端的2个端口中，先选择让光线从哪个端口射出后再进行交换。出射端口的选择可通过在一条导光线路内进行光的相位反转控制来完成；光汇合时，光将从2束光因同相干涉而相互加强的端口射出，而因异相干涉而相互减弱的端口则不会有光射出。以矩阵方式横竖分别将8个交换元件连接起来，形成8×8的多层次结构。导光线路内的相位反转则利用了热光效应。

　　在与普通数据通信相混合的状态下对量子加密传输进行验证

　　实验中，对光交换机内同时存在普通数据通信信号与量子加密通信信号的条件下，能否正常传输2种信号进行了验证。“我们将这次实验定位于设想将来在主干光线路中传输量子加密通信时的基础实验。”NTT的森田说道。

　　实验详情如下。首先，作为模拟加密密钥数据，准备了随机数数据。使用这种数据，对每隔一定时间间隔发生的波长1555nm单光子进行调制。将单光子发送给相位调制器即可完成这一步。将调制后的光子和另外准备的波长1551nm的光信号（10Gbit/秒）分别发送到不同的光纤中，然后使这些光纤传输的2种光再从8×8交换机中通过。在从不同端口射出的2种光线中，10Gbit/秒的信号光发送给光纤后再传输5km，最后输入接收装置。实验证实，能够以几乎没有失真的眼图进行接收。

　　而基于单光子的量子加密信号则直接导入马赫-泽德干涉仪（Mach-Zehnder Interferometer），通过对与时间轴方向相邻的光子之间的相位差进行测定，提取出作为原始加密密钥数据的位列。光子利用APD（雪崩光电二极管）进行检测。在由干涉仪和APD构成的接收装置的前一级插入一种滤波器，用于减轻在光交换机中混入的波长1551nm信号光的影响。尽管作为加密通信信号的波长1555nm的光也会因这种滤波器而发生衰减，不过其衰减量仅2～3dB。

　　以2Kbit/秒传输加密密钥，“目标是Mbit/秒级”

　　结果，利用单光子接收装置成功地实现了2kbi/秒的加密密钥传输。比特误码率为6％。作为对加密密钥传输速度的提高影响最大的接收装置的外部量子效率目前约为10％。根据单纯的计算，所发送的光子中10个有9个接不到。“目标是通过提高APD的灵敏度等措施，将加密密钥的传输速度提高到Mbit/秒级。假如能够达到这样的速度，实用上绝对没问题”（森田）。从原理上来说，由于在传输线路上不能使用光放大器，因此存在着如何延长传输距离的问题。对此，森田表示“尽管传输速度与加密密钥的传输速度是一种此消彼长的关系，难以两全，不过希望能够达到100km大关”。

　　利用多端口光交换机进行验证，表明有可能用于大容量通信

　　通过光交换机传输量子加密的实验，过去美国等国的研究小组曾做过。但使用的都是端口数为2×2和4×4的交换机。这是因为光子通过的元件数越多，交换机内的光衰减就越大，从而就无法准确地接收信号。考虑到在大容量通信中的应用，端口数是越多越好，“能够在几乎没有衰减的情况下使单光子通过8个元件进行传输，这是此次实验的最大成果”。另外，此次所用的交换机与过去的验证实验中使用的、采用MEMS元件或电化学结晶的交换机相比，在机械强度和传输效率上都更好一些，在实用上更有利。 
 
新闻来源：日经BP社