NICT、“量子通信”を長距離化する新しい中継増幅技術の実証に成功

　情報通信研究機構（NICT）は13日、ソウル国立大学と共同で、量子暗号などで使われる微弱な光信号を、遠く離れた地点に大きな信号として増幅して再生する新しい方法を考案し、その実証に成功したことを発表した。

　量子力学に基づき、光信号を遠隔地点に増幅・再生することで、盗聴不可能な暗号通信（量子暗号）や究極的な低電力・大容量通信（量子通信）が可能になるとされる。一方で、信号の量子力学的性質は、回線内の損失や雑音によってすぐに壊れてしまうため、長距離化は容易でなかった。

　今回NICTでは、受信側にあらかじめ大きな振幅を持つ「量子重ね合わせ状態」という特殊な光を用意しておき、そこへ送りたい光信号の情報を転写することで、従来の光増幅器と異なり、無雑音の信号増幅を可能とした（量子増幅転送）。この新プロトコルは、量子暗号を長距離化できる他、量子コンピュータの回路の構築にも活用されるという。

　今回の実験では、高純度の量子重ね合わせ状態を生成・制御することにより、信号エネルギーの80％が失われる大きな損失を持つ光回線でも、無雑音のまま最大3倍まで増幅された信号を受信側に再生できた。受信側で用意する量子重ね合わせ状態の振幅をさらに大きくできれば、原理的に距離や増倍利得をいくらでも増やすことが可能とのこと。この成果は、量子暗号の長距離化や量子通信の実現に大きな突破口を与えるものと見られている。

　なお、本研究の一部は、内閣府最先端研究開発支援プログラム（FIRSTプログラム）「量子情報処理プロジェクト」および韓国研究財団の支援を受けて行われている。