単フォトン出力LED、本当に使える?

brake-handle曰く、"東芝ヨーロッパおよびUniversity of Cambridgeの研究者たちが、フォトン(光子)を正確に1個だけ出力することができる発光ダイオード(LED)を開発した(本家/.の記事)。Science Magazineに技術の詳細が掲載されている。このLEDは、量子暗号を用いた通信の実現に大きく貢献することとなろう。
ところで素朴な疑問なのだが、このLEDを用いて通信する場合、外部からの侵入があるとフォトンの運動に影響を及ぼす。量子暗号をやっている人達はこれにより侵入検出ができるというのだが、四六時中侵入を受けていたら通信そのものができないのではないだろうか? それは応用上本当に便利なのか?"

フォトマル(光電子増倍管)使うのかな

[cyber205 (4374)]

カミオカンデにあるような巨大なセンサーが必要なのでは。

Re:フォトマル(光電子増倍管)使うのかな

[oku (4610)]

Photon 一個を検出するくらいが目的であれば、何も KAMIOKANDE のような特注品を使わずとも、その辺の大学にある口径数 cm 程度の PMT で十分です (それでも数万円はすると思いますが)。 むしろ、PMT を使用するのであればノイズの方が気になります。 ディスクリと電圧との組合わせ次第ですが、相応のエラー検出機構を用意してあげないといけなくなるでしょう。

生成密度は？

[WindKnight (1253)]

時間あたりの射出数が、それなりに多くないと、
使い物にならないと思うが。

確かに、光子そのものは、デリケートなものだろ
うから、他にスキャンされようものなら、すぐ影
響がでてくるでしょうけど。

Re:生成密度は？

[Hebikuzure (489)]

確かに。
毎秒30個なんて事ならモールス信号の世界 [srad.jp]に逆戻りだし(^^;

Re:生成密度は？

[oku (4610)]

場所はとってしまいますが、複数個並べてしまえばいいのでは。 (でもそうなると時間分解能が気に掛かる。もしνが一定で放出時間間隔を無限に正確に出来るなら不確定性原理が...なので無理なのか)

デリケートだから盗聴されないのではありません。

[Anonymous Coward]

>確かに、光子そのものは、デリケートなものだろ
>うから、他にスキャンされようものなら、すぐ影
>響がでてくるでしょうけど。

量子暗号は光子（など）がデリケートだから盗聴できないのではありません。原理的に盗聴はできないのです。
あまり良いポインタを紹介できないのですが、たとえば


http://www.rs.noda.sut.ac.jp/~ohya/study/qcrt.html
[sut.ac.jp]

あたりを参照してください。

Re:デリケートだから盗聴されないのではありません。

[mishima (737)]

リンク先の説明を読んだが...
これって、偽装に弱くないか？
「古典的な手段で」伝えるという部分で偽装される
(例えば「ランプは５」「ランプは１」のように偽情報を流す)と、
量子暗号が使えなくなってしまうんじゃぁ...

--
# mishimaは本田透先生を熱烈に応援しています

量子暗号ってこんな感じ

[HIRONOBU_SUZUKI (2058)]

普通、量子暗号という説明をするときはBennett-Brassardの鍵配送とかを説明するんだけど、リンク先の量子暗号はメタレベルの話をしているので、ちょっとわかりづらいかも知れません。

さて、量子暗号のポイントは「 途中で光子に触ると状態がランダムに変化してしまう 」という部分です。つまり、盗聴者がいると受信者の受ける光子は送り主が出した内容とは異なるわけです。どうかわるかはランダムに変化するから盗聴者はコントロールできません。

Bennett-Brassard鍵配送方式では、光子の４つの状態を見ます。盗聴者がタップすると、１／４の確率で違う状態になってしまいます。 ｋ個の光子を送って、それが盗聴されていないと思う確率は (3/4)^kで、たとえばkが80だとすると、10^-10の値 となります。あとは好きなだけkの値を大きくして ください。それから、この経路で２度同じものを送ればいいわけ だから、わざわざ別経路を用意する必要はないですよ。

最初の「ずっと盗聴されていたら使えないじゃん」という 疑問はその通り。これは盗聴を検出するものであって、 保護するものではありません。遅くてもあまり関係なくって、 まず、量子暗号で鍵を配送しておいて、 高速な処理は共通鍵暗号で行うということをします。

光子を送るために、 中継がすべてオプティカルスイッチ で形成されていないといけないので、 単純には今のインターネット上では 使えません。 たとえばホワイトハウスとペンタゴンを結ぶラインとか、 そんなところに使うと良いでしょう。 IBMのBennettとBrassardが書いた 実用化可能な量子暗号の論文は1992年だから、 もしかするとDoDは既にIBMに発注しているかも。

量子暗号が注目が浴びたのは、 「量子コンピュータが出来たとき、現在の安全性が素因数分解問題や 離散対数問題に帰結する公開鍵暗号が崩壊する」 という理由です。 が、しかし、今では量子コンピュータが出来たら、量子コンピュータを 計算に使って作る公開鍵暗号という方法も考えられています。 一般向けに書いた 量子公開鍵暗号の解説 [iij4u.or.jp] は、 ここにおいてありますので、詳しくはそっちを読んでください。 ま、量子暗号も面白いには面白いのですが、 研究面から見るとOne of Themです。量子公開鍵暗号のほかにも 量子暗号と同じく条件に関係なく安全な 情報理論をベースにした暗号法 なども研究されています。 私個人は情報理論をベースにした方式の方がずいぶん 面白いと思うのですが。(いかん、仕事じゃ仕事じゃ）

--
すずきひろのぶ

Re:デリケートだから盗聴されないのではありません。

[m-masa (4724)]

量子物理学の講義では寝ていたので、エンタングルド状態の詳細はまったくわからないのですが、量子暗号の基本概念は理解できました。
ついでにあつかましくも質問なのですが、光子を送るという意味はエンタングルド状態を伝達するということなのですか。

あのね

[Anonymous Coward]

受けるほうはどうなのよ。正確にフォトン１つを測定できるの？

プロトコルって、出す側と受ける側で１対でしょう？

Re:あのね

[oku (4610)]

PMT とか使えばそれなりに photon 一個を検出できます。 もっとも通信的な実用にはならないと思いますが。 他には APD なんかでも可能かもしれません。

Re:あのね

[locate (5848)]

>PMT とか使えばそれなりに photon 一個を検出できます。
>他には APD なんかでも可能かもしれません。

みんながみんな実験家さんでは無いのでもう少し説明した方が
分かりやすいと思いますよ。

PMT...Photomultiplier tubes（光電子増倍管）
APD...Avalanche Photo Diode（電子なだれ増倍型光ダイオード）

どういうものかは、科学技術振興事業団のこのページ [jst.go.jp]を見ると書いてあったのでそちらを見て下さい。

Re:あのね

[oku (4610)]

みんながみんな実験家さんでは無いのでもう少し説明した方が 分かりやすいと思いますよ。

おっとっと、すみません。 という事で以下に参考文献をば:

• http://host1.sde.co.jp/hyper-dictionary/50-aa/aa/apd.html [sde.co.jp]
• http://ccwww.kek.jp/public/jiten/matter/ [ccwww.kek.jp]

以後気をつけま～す。_(_ _)_