東芝、量子インターネット実現に向けて大きな前進

東芝は本日、量子インターネット実現に向けた画期的な進歩を発表しました。東北大学病院（日本）と共同で、研究チームは600kmの光ファイバーを用いてヒトゲノム全体を伝送することに成功しました。この伝送は、量子暗号技術を用いて暗号化することで、究極のデータプライバシー保護を実現しました。この研究成果は、科学誌「Nature Photonics」に掲載されました。

データは光ファイバーケーブルを経由して複数の地点を経由して移動・保存され、総移動距離は約600kmに及びました。世界初のデュアルバンド安定化技術（同社は「ツインフィールド」と名付けました）が採用され、量子通信で通常発生する温度と歪みの変動の問題を解消します。これは純粋な物理学です。データが光ケーブルを流れる際、ケーブル自体が微小な収縮と膨張を起こします。これを考慮に入れないと、情報の符号化・伝送に使用される極めて高感度な量子ビットが不安定になり、データにエラーが発生したり、場合によっては使用不能になったりする可能性があります。東芝が採用したデュアルバンド技術は、同社によると、「（…）長い光ファイバー上の位相変動を最小限に抑えるために、異なる波長の2つの光参照信号を送信します。最初の波長は急速に変化する変動をキャンセルするために使用され、光量子ビットと同じ波長の2番目の波長は位相の微調整に使用されます。」データはネットワークを通過するさまざまな段階で繰り返し検証され、新しい技術のおかげで劣化の兆候は見られませんでした。

この研究は、ついに長距離量子鍵配送（QKD）への扉を開くものです。QKDは量子物理学に基づく暗号鍵配送プロトコルであり、暗号化方式における最終フロンティアとして高く評価されています。この「セキュリティの最終フロンティア」は、量子物理学と量子ビットの挙動そのものに基づいて提唱されています。安全なQKD鍵で暗号化されたデータは、インターネットなどの安全でない接続を介して送信することができ、復号鍵の所有者だけがその内容にアクセスできます。量子領域の特定の特性は、セキュリティの保証に特に役立ちます。例えば、量子関連の研究の多くを支える基本的な量子観測原理は、流体システムを観測するだけで最終結果が変化すると述べています。これを踏まえると、QKD で暗号化された安全な通信が第三者によって傍受された場合、その傍受自体が情報の流れに変化を誘発し、情報の送信者 (または受信者) に対して、誰かがデータの流れを改ざんして傍受しようとしているという警告として機能することになります。

東芝ヨーロッパの量子技術部門責任者であるアンドリュー・シールズ氏は、「近年、QKDは都市圏ネットワークのセキュリティ確保に活用されてきました。今回の最新の技術革新により、量子リンクの最大伝送距離が延長され、信頼できる中間ノードを介さずに、国や大陸をまたいで都市間を接続できるようになります。衛星QKDと併せて実装することで、量子セキュリティ通信のためのグローバルネットワークを構築できるようになります」と述べています。

東芝が実施したもう一つの調査には、多重化の互換性が含まれています。これにより、基本的にデータと量子鍵の両方を同じファイバーで送信できるようになり、鍵配布用の高価な専用インフラストラクチャが不要になります。