Research Abstract


All-photonic intercity quantum key distribution

2015年12月16日 Nature Communications 6 : 10171 doi: 10.1038/ncomms10171 (2015)

近年の量子鍵配送(QKD)ネットワークの実環境での実証試験は、無条件安全な通信への期待に繋がっている。しかし、光ファイバ中の損失により、ポイント・ツー・ポイント接続の長さは百キロメートルに制限され、 QKDネットワークは都市内に限定されている。安全性を担保しつつQKDネットワークを拡大する自然な方法の一つは、量子中継により、それを異なる都市のQKDネットワークと連結することである。しかしながら、この解決策は、そのようなバックボーンリンクが大陸間にでもならない限り、技術要求レベルが必要以上に高くなる可能性がある。そこで私たちは、800km圏内の都市にあるQKDネットワーク同士を連結する際に、量子中継よりも効率的に機能し得るQKDプロトコルを与える。このプロトコルは、その高効率性にも関わらず、量子中継とは対照的に、光学デバイスだけで構成される中間ノード一つしか使わず、量子メモリや量子誤り訂正を必要としない。私たちの全光「都市間」QKDプロトコルは、従来の市内間QKDネットワークと将来の大陸間量子中継の間の大きなギャップを、概念的にも技術的にも埋めるものである。

Koji Azuma, Kiyoshi Tamaki & William J. Munro

Corresponding Author

東 浩司
NTT 物性科学基礎研究所

Recent field demonstrations of quantum key distribution (QKD) networks hold promise for unconditionally secure communication. However, owing to loss in optical fibres, the length of point-to-point links is limited to a hundred kilometers, restricting the QKD networks to intracity. A natural way to expand the QKD network in a secure manner is to connect it to another one in a different city with quantum repeaters. But, this solution is overengineered unless such a backbone connection is intercontinental. Here we present a QKD protocol that could supersede even quantum repeaters for connecting QKD networks in different cities below 800 km distant. Nonetheless, in contrast to quantum repeaters, this protocol uses only a single intermediate node with optical devices, requiring neither quantum memories nor quantum error correction. Our all-photonic ‘intercity’ QKD protocol bridges large gaps between the conventional intracity QKD networks and the future intercontinental quantum repeaters, conceptually and technologically.