量子通信は量子情報技術の中核を成す技術です。絶対的な機密性、大容量の通信、高速な伝送速度などの利点を持ち、従来の通信では実現できない特定のタスクを完了することができます。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となっています。量子通信は量子状態を情報要素として利用し、情報の効率的な伝送を実現します。これは、電話通信や光通信に続く、通信史における新たな革命と言えるでしょう。
量子通信の主要構成要素：
量子秘密鍵配布：
量子秘密鍵配布は、機密情報の送信には使用されません。しかし、暗号帳を作成して共有する、つまり、個人間の通信の両側に秘密鍵を割り当てるために使用され、一般に量子暗号通信として知られています。
1984年、米国ベネットとカナダブラッサートは、量子ビットを情報キャリアとして使用し、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の単一量子状態のセットに基づいている。最後に、1991年、英国のエカートは、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、BB84プロトコルにおいて、4つの偏光状態と左回転および右回転からなる3つの共役基底上での偏光選択のための、別の6状態量子通信方式が提案された。BB84プロトコルは、これまで誰にも破られていない安全な臨界データ配信方式であることが証明されている。量子不確定性と量子非クローニングの原理が、その絶対的な安全性を保証する。したがって、EPRプロトコルは重要な理論的価値を持ち、量子もつれ状態と安全な量子通信を結びつけ、安全な量子通信のための新たな道を開くものである。
量子テレポーテーション：
1993年にベネットと6か国の科学者によって提案された量子テレポーテーションの理論は、未知の量子状態を伝送するために2粒子最大エンタングル状態のチャネルを使用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.ツァイリンガー研究グループは、実験室で量子テレポーテーションの原理の最初の実験的検証を完了しました。多くの映画では、謎の人物が突然ある場所から消え、突然その場所に現れるという筋書きがよく登場します。しかし、量子テレポーテーションは量子力学の非クローン原理とハイゼンベルクの不確定性原理に違反するため、古典的な通信においては単なる一種のSFにすぎません。
しかし、量子通信には量子もつれという特別な概念が導入されており、これは元の未知の量子状態情報を量子情報と古典情報の2つの部分に分割することで、この驚くべき奇跡を実現しています。量子情報は測定プロセスで抽出されなかった情報であり、古典情報は元の測定結果です。
量子通信の進歩：
1994年以来、量子通信は徐々に実験段階に入り、実用化に向けて大きく前進しており、優れた発展価値と経済的利益を有している。1997年、中国の若手科学者である潘建偉氏とオランダの科学者であるボウ・マイスター氏が、未知の量子状態の遠隔伝送を実験的に実現した。
2004年4月、Sorensenらは量子もつれ分布を用いて銀行間で1.45kmのデータ伝送を初めて実現し、量子通信が研究室段階から応用段階へと移行した。現在、量子通信技術は政府、産業界、学術界から大きな注目を集めている。英国の電話電信会社、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、いくつかの有名な国際企業も量子情報の商業化を積極的に進めている。さらに、2008年には、欧州連合の「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」が7ノードのセキュア通信実証検証ネットワークを構築した。
2010年、米国のタイム誌は「爆発ニュース」欄で「中国の量子科学の飛躍」という見出しで、中国の16km量子テレポーテーション実験の成功を報じ、中国が地上と衛星間の量子通信ネットワークを構築できることを示した[3]。2010年、日本の国家情報通信研究所、三菱電機、NEC、スイスのID quantified、東芝ヨーロッパ株式会社、オーストリアのall Viennaは、東京に6ノードの都市型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