量子通信は量子情報技術の中核を成す技術です。絶対的な秘匿性、大容量通信、高速伝送などの利点を有し、従来の通信では実現できない特殊なタスクを遂行できます。量子通信は、解読不可能な秘密鍵システムを用いることで、真の意味での安全な通信を実現できるため、世界の科学技術の最先端技術となっています。量子通信は、量子状態を情報要素として用いることで、効率的な情報伝送を実現します。これは、電話通信や光通信に続く、通信の歴史における新たな革命です。
量子通信の主な構成要素：
量子秘密鍵配布：
量子秘密鍵配布は機密情報の伝送には用いられません。しかし、暗号書を確立して通信する、つまり個人通信の双方に秘密鍵を割り当てる、いわゆる量子暗号通信に用いられます。
1984年、米国のベネットとカナダのブラスサートは、量子ビットを情報キャリアとして用い、光の偏光特性を利用して量子状態を符号化することで、秘密鍵の生成と安全な配布を実現するBB84プロトコルを提案した。1992年、ベネットは、単純なフローと半分の効率を持つ2つの非直交量子状態に基づくB92プロトコルを提案した。これらの方式はいずれも、1つ以上の直交および非直交単一量子状態の組み合わせに基づいている。そして1991年、英国のエケルトは、2粒子最大エンタングルメント状態、すなわちEPRペアに基づくE91を提案した。
1998年には、BB84プロトコルにおいて、4つの偏光状態と左回転および真回転からなる3つの共役基底上の偏光選択を用いた、新たな6状態量子通信方式が提案されました。BB84プロトコルは安全な臨界分散方式であることが証明されており、これまで誰にも破られていません。量子不確定性原理と量子非複製原理によって、その絶対的な安全性が保証されています。したがって、EPRプロトコルは本質的な理論的価値を有しています。これは、量子もつれ状態と安全な量子通信を結び付け、安全な量子通信への新たな道を切り開きます。
量子テレポーテーション：
1993年にベネットら6カ国の科学者が提唱した量子テレポーテーションの理論は、2粒子最大エンタングルメント状態のチャネルを利用して未知の量子状態を伝送する純粋な量子伝送モードであり、テレポーテーションの成功率は100％に達する[2]。
199年、オーストリアのA.ツァイリンガーグループは、量子テレポーテーションの原理を初めて実験室で検証しました。多くの映画では、謎の人物が突然姿を消し、ある場所に現れたかと思うと、突然現れるというプロットがよく登場します。しかし、量子テレポーテーションは量子力学における量子複製不可能原理とハイゼンベルクの不確定性原理に反するため、古典的な通信における一種のSFに過ぎません。
しかし、量子通信には量子もつれという例外的な概念が導入され、元の未知の量子状態情報が量子情報と古典情報という二つの部分に分割され、この驚くべき奇跡が実現します。量子情報は測定プロセスでは抽出されない情報であり、古典情報は元の測定情報です。
量子通信の進歩：
1994年以降、量子通信は徐々に実験段階に入り、優れた開発価値と経済的メリットを持つ実用化目標へと歩みを進めてきました。1997年には、中国の若手科学者潘建偉氏とオランダの科学者ボウ・マイスター氏が実験を行い、未知の量子状態の遠隔伝送を実現しました。
2004年4月、ソレンセンらは量子もつれ分布を用いて初めて銀行間1.45kmのデータ伝送を実現し、量子通信を研究室から応用段階へと移行させました。現在、量子通信技術は政府、産業界、学界から大きな注目を集めています。英国電話電信会社、ベル、IBM、米国のAT&T研究所、日本の東芝、ドイツのシーメンスなど、著名な国際企業も量子情報の商業化に積極的に取り組んでいます。さらに、2008年には、欧州連合（EU）の「量子暗号に基づくグローバルセキュア通信ネットワーク開発プロジェクト」において、7ノードのセキュア通信実証検証ネットワークが構築されました。
2010年、アメリカのタイム誌は「爆発ニュース」欄で「中国の量子科学の飛躍」というタイトルで中国の16km量子テレポーテーション実験の成功を報じ、中国が地上と衛星の間に量子通信ネットワークを構築できることを示唆した[3]。2010年には、日本の国家情報通信研究機構と三菱電機、NEC、スイスのIDクォンティファイド、東芝ヨーロッパ社、オーストリアのウィーン全土が共同で、東京に6ノードのメトロポリタン量子通信ネットワーク「東京QKDネットワーク」を構築した。このネットワークは、日本とヨーロッパの量子通信技術の開発レベルが最も高い研究機関や企業の最新の研究成果に焦点を当てている。
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投稿日時: 2023年5月5日