完全受動型量子通信送信装置

QKDシステムにおける測定装置の問題に対処した後、もう一つ重要な脆弱性として残っているのがQKDの送信装置である。QKDでは、アリスが光子の偏光に符号化されたランダムなビット（例えば0101）を送信する必要がある。この過程では、デジタル信号を光子の偏光に変換するために、送信源内部にある能動的な変調器を使用することが多い。しかし、このような変調器はサイドチャネルによる情報漏洩や、盗聴者（例えばトロイの木馬攻撃）による攻撃の対象となる可能性がある。

これらのサイドチャネルを除去するための巧妙な方法は、能動的な変調器を一切使用しないことである。特別な光源（例えば光子干渉計に基づいたもの）を使用して、自然にさまざまな偏光を出力する場合、信号を観測し、偏光が望ましい状態にある場合のみ選別することができる。このアイデアは「受動型」QKDと呼ばれ、2009年に研究者によって初めて提案されたもので、QKD送信源の実装におけるセキュリティを大幅に向上させることができる。しかし、10年以上にわたり、受動型QKDは部分的な実現に限られており、送信源のいくつかの要素は依然として能動的である必要があった。

我々は、能動的な変調器を一切使用せず、最も一般的なBB84 QKDプロトコルを実行できる世界初の完全受動型QKD送信源[1]を提案した。また、この技術をMDI-QKD[2]やその変種であるツインフィールドQKD[3]などの他のプロトコルにも拡張した。将来的には、この受動型QKDの設計をさらに多くのプロトコルに適用し、受動型プロトコルの設計やセキュリティ証明の普遍的な記述を模索していきたいと考えている。

[1] W Wang, et al. "Fully passive quantum key distribution." Physical Review Letters 130.22 (2023): 220801.

[2] J Li, W Wang, HK Lo "Fully passive measurement-device-independent quantum key distribution." Physical Review Applied 21.6 (2024): 064056.

[3] W Wang, R Wang, HK Lo. "Fully-passive twin-field quantum key distribution." arXiv preprint arXiv:2304.12062 (2023).