量子通信の実現へ、量子もつれ光の高速生成技術を開発：有線通信技術

情報通信研究機構（NICT）は2014年12月、電気通信大学と共同で、光ファイバー通信波長帯における量子もつれ光子対の生成効率を30倍以上に高める技術を開発した。

[EE Times Japan]

　情報通信研究機構（NICT）は2014年12月19日、電気通信大学と共同で、光ファイバー通信波長帯における量子もつれ光子対の生成効率を30倍以上に高める技術を開発したと発表した。

　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付きを形成できる。そのため、レーザー光では実現できない安全な通信「量子暗号」や「量子計算」、さらには高精度の光計測を可能になるとされる。

　量子もつれ光子対は、特殊な結晶や駆動用レーザーといった光源により生成され、光源の強度を上げることによって生成速度も速まる。これまで、高速な量子もつれ光子対生成を実現するため、駆動用レーザーの強度を上げる試みが行われてきたが、同時に雑音も増えるため、量子暗号通信で使用すると通信性能の劣化を引き起こすという問題を抱えていた。

動作速度を76MHzから2.5GHz

　こうした課題に対し、NICTは、光ファイバー通信波長帯（1550nm付近）において独自の高純度量子もつれ光源を開発。開発した光源は、これまで多く用いられてきた光源の動作速度は76MHz程度だったのに対し、2.5GHzと高速な動作速度を持つ周波数コム光源^＊）で、波長1553nmの光パルス列を生成。この光パルス列を2倍波（776.5nm）に変換して、非線形光学結晶を励起するための駆動用レーザーとして使用する。

＊）周波数コム：等間隔に並んだ多の成分を持つパルス状のレーザー光のこと。

実験装置の構成 （クリックで拡大） 出典：情報通信研究機構

　非線形光学結晶には、光学損失が少ない周期分極反転ポタシウムタイタニルフォスフェート（PPKTP）結晶を用い、群速度や位相整合条件を調整することで、良質な量子もつれ光子対の生成を実現した。その結果、「雑音を増やすことなく量子もつれ光の生成速度を30倍以上に高速化した」（NICT）とする。

左＝実際の実験装置 / 右＝単一光子検出器。量子もつれ光子対の数を計測する （クリックで拡大） 出典：情報通信研究機構

量子暗号の応用用途を広げられる

　今回の開発成果についてNICTは、「今回、光ファイバー通信波長帯で量子もつれ光源の高速化を実現したことにより、安価で高性能の光部品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る。今後は、（光源の）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く」としている。