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衛星に「量子暗号鍵」を“飛ばす”未来に向けた壮大な実験

6/12(月) 12:50配信

WIRED.jp

現時点で使われているどんな暗号化の技術よりも安全だとされる「量子暗号鍵」。カナダの研究グループが、地上と空を飛ぶ飛行機との間で、大気を介して光子を送り届けるテストを成功させた。これにより、低軌道の人工衛星との量子暗号通信の可能性も開けてきたのだという。

新物質「時間結晶」、2グループが生成に成功

ある晴れた夜のこと。カナダ・オンタリオ州の小さな空港から、2人のパイロットと2人の科学者、そして1人のエンジニアが小さな飛行機で飛び立った。飛行機の左側にある扉からは、望遠鏡がのぞいている。その先は夜空ではなく、なぜか地上に向けられていた。

飛行機から数マイル離れた場所では、彼らの仲間たちがトレーラーに集まり、上空にいる飛行機の軌跡に向けて極めて小さな“ボール”を投げていた。それはレーザーから発せらる赤外線の光子(赤外線を構成する粒子の1粒)だった。

この光子を1粒ずつ捕らえようと、機内では物理学を専攻するカナダ・ウォータールー大学の大学院生クリス・ピューと他のメンバーが、望遠鏡を動かしていた。最高で数分間に80万個もの光子を捕らえたが、それは簡単なことではなかった。

「10,000の光子が送られてきても、捕らえられるのはそのうち1つです。ほとんどは捕らえられません」とピューは言う。彼らは大風の日にキャッチボールをするような、とても難しいことをしようとしていたのだ。

1つの光子に1つのデータを付与

2016年9月に行われた、この“高高度キャッチボール”は、「量子暗号」として知られる通信技術をテストするためのものだ。量子暗号とは1つの光子に1つのデータを付与する暗号化通信の仕組みである。一般的な光を用いた通信では、多数の光子にまとめてデータを付与するが、それとと比べて複雑さが増す。個々の光子を長距離間でコントロールするのは難しかったが、ピューの研究グループは初めて地上と飛行機間のテストを成功させた。

その原理とは、まず送信者が用意した光子を光ファイバーか大気を介して受信者へと発信する。光子を受け取った受信者は、その偏光(光子がどのように方向付けられていているか)を測定する。彼らの装置では、光子を4つの方向に偏光させることができる。この4種類の偏光を1と0からなるデータに“翻訳”し、モールス符号のように文字や数字と対応させる。

量子暗号は量子力学の理論を応用しているがゆえに、現在使われているどんな暗号化技術よりも安全だとされてきた。

量子力学の世界では、「粒子は様々な状態が重なり合った形で存在する」と定義する。「シュレディンガーの猫」という実験が有名だ。青酸ガスが発生する可能性のある箱に猫を1匹入れたとき、蓋を開けて見るまで猫の生死の確率は半々であり、「それぞれの“状態”は1対1で“重なり合っている”」とする。しかし、箱を開けた瞬間、「“状態”は生か死のどちらかに“収束する”」というものだ。

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最終更新:6/12(月) 12:50
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