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JP4101743B2 - Quantum cash system and quantum cash issuing device - Google Patents

Quantum cash system and quantum cash issuing device Download PDF

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JP4101743B2
JP4101743B2 JP2003432227A JP2003432227A JP4101743B2 JP 4101743 B2 JP4101743 B2 JP 4101743B2 JP 2003432227 A JP2003432227 A JP 2003432227A JP 2003432227 A JP2003432227 A JP 2003432227A JP 4101743 B2 JP4101743 B2 JP 4101743B2
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Description

本発明は、量子複製禁止定理を根拠に偽造に対して安全性を有する量子現金について、量子現金の正当性検証するための量子現金システムおよび量子現金発行装置に関するものである。   The present invention relates to a quantum cash system and a quantum cash issuing apparatus for verifying the validity of quantum cash for quantum cash having security against forgery based on the quantum duplication prohibition theorem.

1969年にWiesnerにより考案された量子現金が知られている。ここでいう量子現金とは、シリアル番号と額面の情報に、検証用データを量子状態として記録し付与したものである。
量子状態は、元データが無い限り複製が不可能であり、複製に対する安全性が保証されている。このことは、一般に量子複製禁止定理と呼ばれている。
Quantum cash devised by Wiesner in 1969 is known. The term “quantum cash” here refers to data obtained by recording verification data as a quantum state in the serial number and face value information.
The quantum state cannot be replicated unless there is original data, and the security against replication is guaranteed. This is generally called the quantum duplication prohibition theorem.

一方、量子状態は、それと同じ量子状態を備え、所定方法にて両者を比較し一致することにより、その量子状態が正しいものであることを検証できる。なお、異なる量子状態同士を比較すると一定の確率で不一致となり、多数の量子状態を検証に用いることにより、両者の量子状態は異なっているとの判断を保証できる。また、検証用データから量子状態が生成できるから、検証用データを持っていても量子現金の検証ができる。(特許文献1に、量子状態の検証の一例が記載されている)。   On the other hand, the quantum state has the same quantum state, and it can be verified that the quantum state is correct by comparing and matching the two by a predetermined method. Note that when different quantum states are compared with each other, they are inconsistent with a certain probability, and by using a large number of quantum states for verification, it can be guaranteed that the two quantum states are different. Further, since the quantum state can be generated from the verification data, the quantum cash can be verified even if the verification data is provided. (Patent Document 1 describes an example of quantum state verification).

なお、量子状態の一例としては、単一光子の偏光状態を基底に利用するものが良く知られている。
特開2001−7798公報
As an example of the quantum state, one using a polarization state of a single photon as a basis is well known.
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-7798

量子現金の利用形態を考えた時、例えば銀行のように、量子現金を発行した店舗と異なる何れの店舗でも検証できるようにすることが望ましい。つまり、検証を代理で行って、代理先から発行元へ清算を行えるようにすることが望ましい。   When considering the usage form of quantum cash, it is desirable to enable verification at any store different from the store that issued quantum cash, such as a bank. In other words, it is desirable to perform verification on behalf of a proxy so that settlement can be performed from the proxy to the issuer.

しかしながら、検証するためには、上記で説明したように、検証用データ、または、検証用データから生成された量子状態が必要であり、これら何れかを配布すると、配布先で、量子現金が複製できることになってしまい、様々な不正行為が可能となってしまう。例えば、複製した1つをユーザから提示された量子現金であると偽った不正や、複製機能がないとしても、他の店舗と結託して、一方の検証用の量子状態をユーザから提示された量子現金であると偽った不正ができてしまい、発行側には、これらの不正を暴くことはできない。実際に、検証機能がすべて十分な信頼性を持って運用されるとは限らないので、現状では、検証を代理する有効な仕組みがなかった。   However, in order to verify, as described above, the verification data or the quantum state generated from the verification data is necessary, and when either of these is distributed, the quantum cash is copied at the distribution destination. It will be possible, and various fraudulent acts will become possible. For example, even if there is no fraudulent fake that the copied one is quantum cash presented by the user, or there is no duplicate function, the user is presented with a quantum state for verification on one side with another store The fraudulent fraud can be done with quantum cash, and the issuer cannot reveal these frauds. Actually, not all verification functions are operated with sufficient reliability, so there is currently no effective mechanism for proxying verification.

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、量子現金の発行機能と検証機能とを分離しつつ、安全性を確保した量子現金システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a quantum cash system that secures safety while separating a quantum cash issuing function and a verification function.

本発明は、量子現金を発行する量子現金発行装置と、該量子現金を検証するものであって、一意に識別可能な識別子が割り当てられている複数の量子現金検証装置とを備え、量子現金を流通可能とする量子現金システムであって、量子現金発行装置は、秘匿される元データから量子状態を生成し、この量子状態を保持する量子現金を生成する第1生成手段と、前記元データと、前記識別子のそれぞれに割り当てられており互いに異なる複数の変
換データとに基づいて、それぞれ異なる複数の量子状態を生成し、前記各識別子との対応付けが分かるように各量子状態を保持する量子検証情報を複数生成する第2生成手段と、前記各識別子と、前記各変換データを用いた変換を打ち消すための各逆変換データとをそれぞれ対応づけた検証リストを生成する第3生成手段と、前記第1生成手段で生成された量子現金と前記第3生成手段で生成された検証リストとを組として流通路へ出力する量子現金供給手段と、前記第2生成手段で生成された前記各検証情報を、各識別子が示す各量子現金検証装置へ供給する検証情報供給手段とを備え、各量子現金検証装置は、前記検証リスト内の当該量子現金検証装置の前記逆変換データと、当該量子現金検証装置が備える前記量子検証情報とに基づいて、前記量子現金の正当性を検証する検証手段を備え、量子現金を流通可能とするようにした。
The present invention comprises a quantum cash issuing device that issues quantum cash, and a plurality of quantum cash verification devices that verify the quantum cash and are assigned with uniquely identifiable identifiers. A quantum cash system that enables distribution, wherein the quantum cash issuing device generates a quantum state from the original data to be concealed, a first generation means for generating quantum cash that holds the quantum state, and the original data Quantum verification that generates a plurality of different quantum states based on a plurality of transformation data that are assigned to each of the identifiers and that are different from each other, and holds each quantum state so that the association with each identifier is known A verification list that associates each of the second generation means for generating a plurality of pieces of information, each identifier, and each inverse transformation data for canceling the transformation using each transformation data; A third generation unit configured to output the quantum cash generated by the first generation unit and a verification list generated by the third generation unit to the flow path as a set; and the second generation Verification information supply means for supplying each verification information generated by the means to each quantum cash verification device indicated by each identifier, each quantum cash verification device, the quantum cash verification device in the verification list Based on the reverse conversion data and the quantum verification information included in the quantum cash verification apparatus, a verification unit that verifies the validity of the quantum cash is provided so that the quantum cash can be distributed.

また、本発明は、ユーザへ量子状態を含む量子現金を発行し、該量子現金を検証する多数の検証装置へ、量子現金の正当性を評価するための検証情報を発行する、量子現金発行装置であって、秘匿される元データから量子状態を生成し、この量子状態を保持する量子現金を生成する第1生成手段と、前記元データと、前記識別子のそれぞれに割り当てられており互いに異なる複数の変換データとに基づいて、それぞれ異なる複数の量子状態を生成し、前記各識別子との対応付けが分かるように各量子状態を保持する量子検証情報を複数生成する第2生成手段と、前記各識別子と、前記各変換データを用いた変換を打ち消すための各逆変換データとをそれぞれ対応づけた検証リストを生成する第3生成手段と、前記第1生成手段で生成された量子現金と前記第3生成手段で生成された検証リストとを組として流通路へ出力する量子現金供給手段と、前記第2生成手段で生成された前記各検証情報を、各識別子が示す各量子現金検証装置へ供給する検証情報供給手段とを備えるようにした。   In addition, the present invention issues a quantum cash including a quantum state to a user, and issues verification information for evaluating the validity of the quantum cash to a number of verification devices that verify the quantum cash. A first generation means for generating a quantum state from the original data to be concealed and generating quantum cash holding the quantum state; and a plurality of different ones assigned to the original data and the identifier, respectively. Second generation means for generating a plurality of different quantum states based on the transformed data, and generating a plurality of quantum verification information holding each quantum state so that the association with each identifier can be understood, and Third generation means for generating a verification list in which an identifier and each inversely converted data for canceling the conversion using each of the converted data are associated with each other; and the quantum generated by the first generating means Quantum cash supply means for outputting the cash and the verification list generated by the third generation means as a set to the flow path, and each verification information generated by the second generation means, each quantum cash indicated by each identifier Verification information supply means for supplying to the verification device is provided.

本発明によれば、量子現金発行装置と分離した量子現金検証装置を複数備えても、複製・偽造、等の危険を回避しつつ、それら量子現金検証装置に検証を行わせることができる。   According to the present invention, even if a plurality of quantum cash verification devices separated from the quantum cash issuing device are provided, the quantum cash verification devices can be verified while avoiding dangers such as duplication and forgery.

以下に、本発明の実施の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

量子状態とは、電子や光子など素粒子の波動的な性質も考慮した状態のことで、
複数の基本的状態の重ね合わせであり、測定によって状態の一部の情報しか得られず、測定によって状態は変化し、かつ、測定値も一意的には決まらないという性質を持つ。これらの性質により、量子状態は、量子状態の設計情報が無い未知の量子状態の複製を、元の状態を保ったまま作ることは不可能である特徴をもつ。
Quantum state is a state that considers the wave nature of elementary particles such as electrons and photons.
This is a superposition of a plurality of basic states, and only a part of the state information can be obtained by measurement, the state changes by measurement, and the measured value is not uniquely determined. Due to these properties, the quantum state has a feature that it is impossible to make a copy of an unknown quantum state without design information of the quantum state while keeping the original state.

量子現金とは、小切手、証券、紙幣などのような、それ自身が価値を備えたものであり、且つ、この量子現金が正しいものであることを示している量子状態を情報として備えている。なお、価値は、必ずしも金銭である必要はなく、
量子検証情報とは、量子現金の真偽を確かめるための量子状態を検証用の情報として備えている。
Quantum cash is a value that itself has value, such as a check, a security, a banknote, and the like, and includes a quantum state that indicates that this quantum cash is correct. Note that value does not necessarily have to be money,
The quantum verification information includes a quantum state for verifying the authenticity of quantum cash as information for verification.

量子状態の正当性の検証は、検証すべき量子状態が、検証用の量子状態と完全に一致するか否かを調べることによってのみ可能である。つまり、同じ量子状態が二つ存在することにより、正当である旨の判断ができる。   The validity of the quantum state can be verified only by checking whether or not the quantum state to be verified completely matches the verification quantum state. In other words, it can be determined that the two quantum states are valid.

図1と図2は、本実施の形態の量子現金流通システムの全体を示している。本実施の形態の量子現金システムは、量子現金の発行機能と、量子現金の立替機能と、量子現金の清
算機能とに大別でき、図1は、量子現金の発行機能を示しており、図2は、量子現金の立替機能および量子現金の清算機能を示している。なお、立替とは、量子現金の発行元に代わり、量子現金を受けて、その対価として価値を供給することを言い、清算とは、量子現金の発行元が、価値を供給し、量子現金を回収することを言う。
1 and 2 show the whole quantum cash distribution system of the present embodiment. The quantum cash system of the present embodiment can be broadly divided into a quantum cash issuing function, a quantum cash replacement function, and a quantum cash clearing function. FIG. 1 shows the quantum cash issuing function. 2 shows a quantum cash replacement function and a quantum cash settlement function. Reimbursement refers to receiving quantum cash instead of quantum cash issuer and supplying value as compensation, and liquidation means that the quantum cash issuer provides value and Say to collect.

このシステムは、量子現金発行装置1とn個の量子現金検証装置2−1〜2―n(nは2以上の整数)とを備える。量子現金発行装置1は、ユーザへの量子現金の発行とそのための検証に係る各種情報(検証リスト、量子検証情報(1)〜(n))の発行、及び、発行した量子現金の清算(量子検証情報(i)、量子現金)を行うものである。一方、量子現金検証装置2−1〜2−nは、量子現金発行装置1に代わって立替を行うためのものである。量子現金検証装置2−1・・・2―nには、予め一意に識別可能な識別子(例えば、装置固有番号、装置名、等)が割り当てられている。   This system includes a quantum cash issuing device 1 and n quantum cash verification devices 2-1 to 2-n (n is an integer of 2 or more). The quantum cash issuing device 1 issues various information (verification list, quantum verification information (1) to (n)) related to issuance of quantum cash to a user and verification thereof, and settlement of the issued quantum cash (quantum Verification information (i), quantum cash) is performed. On the other hand, the quantum cash verifying devices 2-1 to 2-n are for performing a change in place of the quantum cash issuing device 1. An identifier (for example, a device unique number, a device name, etc.) that can be uniquely identified is assigned in advance to each of the quantum cash verification devices 2-1 to 2-n.

図3は、量子現金発行装置1の内部の機能ブロックを示す図である。   FIG. 3 is a diagram showing functional blocks inside the quantum cash issuing apparatus 1.

量子現金発行装置1は、量子状態を生成するためのものであって、秘密に管理される元データと、量子現金検証装置2−1・・・2―nにそれぞれ割り当てられた各識別子と、これら各識別子に対応付けた各変換データと、これら各変換データに対応する各逆変換データとを記憶する記憶部11を備える。なお、記憶部11に代え、これらのデータを量子現金発行装置1の管理者から都度入力するようにしても良いが、特に元データは、量子現金の発行時のみならず、回収時にも利用するため、不明となることなく何らかの方法で秘密に保管することが重要である。ここで、変換データおよび逆変換データは、所定の可逆性の変換方式(可逆性の変換方式を、一般にユニタリー変換と呼ぶ)に与えるパラメータであり、あるデータを所定のユニタリー変換へ変換データを作用させて変換した変換情報を得、この変換情報を前記ユニタリー変換へ逆変換データを作用させて変換することによって前記あるデータを得ることができる関係にあるデータを言う。つまり、所定のユニタリー変換に対し、逆変換データの作用は、変換データの作用を打ち消すことができるデータである。   The quantum cash issuing device 1 is for generating a quantum state, and is secretly managed original data, each identifier assigned to each of the quantum cash verification devices 2-1 to 2 -n, A storage unit 11 is provided for storing each conversion data associated with each identifier and each inverse conversion data corresponding to each conversion data. In addition, it replaces with the memory | storage part 11, and you may make it input these data from the administrator of the quantum cash issuing apparatus 1 each time, but especially original data are utilized not only at the time of issuance of quantum cash but also at the time of collection | recovery. Therefore, it is important to keep it secret in some way without becoming unknown. Here, the conversion data and the inverse conversion data are parameters given to a predetermined reversible conversion method (a reversible conversion method is generally called a unitary conversion), and a certain data is converted into a predetermined unitary conversion. The conversion information is obtained by converting the conversion information to the unitary conversion by applying the inverse conversion data, and the certain data can be obtained. That is, the action of the inverse transformation data is data that can cancel the action of the transformation data for a predetermined unitary transformation.

量子現金生成部12は、元データから量子状態を生成し、この量子状態を保持する量子現金を生成する。   The quantum cash generator 12 generates a quantum state from the original data, and generates quantum cash that holds this quantum state.

量子検証情報生成部13は、元データから量子状態を生成し、所定のユニタリー変換に各変換データをそれぞれ作用させて、得られた各量子状態をそれぞれ個別に保持する量子検証情報を生成する。なお、ここでは、便宜的に量子現金生成部12と検証情報生成部13とを別々の構成としたが、同一の装置で構成するようにしても良いことは勿論である。この場合、量子現金を生成するには、ユニタリー変換へ変換データを0を与える、つまり変換しないとすれば良い。   The quantum verification information generation unit 13 generates a quantum state from the original data, causes each conversion data to act on a predetermined unitary transformation, and generates quantum verification information that holds each obtained quantum state individually. Here, for convenience, the quantum cash generation unit 12 and the verification information generation unit 13 are configured separately, but it is needless to say that they may be configured by the same device. In this case, in order to generate quantum cash, it is only necessary to give the conversion data 0 to the unitary conversion, that is, not to convert it.

検証リスト生成部14は、前記各識別子と、前記各逆変換データとをそれぞれ対応づけた検証リストを生成する。   The verification list generation unit 14 generates a verification list in which each identifier is associated with each inverse transformation data.

量子現金発行装置1は、量子現金と検証リストとの組をユーザへ発行する。この発行は、一つの量子現金に対して一度だけ行われる。また、量子現金発行装置1は、各量子現金検証装置2−1・・・2−nへ、各識別子に対応する量子検証情報を供給する。つまり、各量子現金検証装置2−1・・・2−nは、この量子現金に対し、互いに異なる、各量子現金検証装置2−1・・・2−nそれぞれに固有の量子検証情報を備えることとなる。   The quantum cash issuing device 1 issues a set of quantum cash and a verification list to the user. This issuance is made only once for one quantum cash. Moreover, the quantum cash issuing apparatus 1 supplies the quantum verification information corresponding to each identifier to each quantum cash verification apparatus 2-1 ... 2-n. That is, each quantum cash verification apparatus 2-1 ... 2-n is provided with the quantum verification information peculiar to each quantum cash verification apparatus 2-1 ... 2-n mutually different with respect to this quantum cash. It will be.

量子現金清算部15は、発行した量子現金がユーザに利用された後、量子現金が利用された量子現金検証装置2−i(iは、1〜nの何れか1つ)から、ユーザへ代行して支払
われた価値を清算するために、量子現金検証装置2−iが正当にユーザへの代行を果たしたかを検証し、清算するものである。
After the issued quantum cash is used by the user, the quantum cash clearing unit 15 acts on behalf of the user from the quantum cash verification device 2-i (i is any one of 1 to n) using the quantum cash. In order to settle the paid value, the quantum cash verification apparatus 2-i verifies whether or not the user has properly acted for the user and performs settlement.

このような構成の量子現金発行装置から、量子現金を受けたユーザは、量子現金を換金する際に、n個の量子現金検証装置2−1〜2−nの1つを選択し、検証リストの中から、その選択した量子現金検証装置2−iに対応する一つの逆変換データを選択し、量子現金とともに量子現金検証装置2−1へ供給する。   A user who receives quantum cash from the quantum cash issuing device having such a configuration selects one of the n quantum cash verification devices 2-1 to 2-n when converting the quantum cash, and a verification list. One reverse conversion data corresponding to the selected quantum cash verification apparatus 2-i is selected from the above and supplied to the quantum cash verification apparatus 2-1 together with the quantum cash.

図4は、量子現金検証装置2−1・・・2−nのうちの、一つの内部の機能ブロックを示す図である。以後、説明を簡単にするために、量子現金検証装置2−iに着目して説明する。   FIG. 4 is a diagram showing one internal functional block of the quantum cash verification apparatuses 2-1 to 2-n. Hereinafter, in order to simplify the description, the quantum cash verification apparatus 2-i will be described.

検証用情報供給部21は、量子現金発行装置1から量子現金検証装置2−i用に供給された量子検証情報を、所定のユニタリー変換にユーザから供給された量子現金検証装置2−i用の逆変換データを作用させて、得られた量子状態を量子状態検証部22へ供給する。   The verification information supply unit 21 uses the quantum verification information supplied from the quantum cash issuing device 1 for the quantum cash verification device 2-i for the quantum cash verification device 2-i supplied from the user to a predetermined unitary conversion. The inverse transformation data is applied, and the obtained quantum state is supplied to the quantum state verification unit 22.

量子状態検証部22は、ユーザから供給された量子現金の量子状態と、検証用情報供給部21からの量子状態との一致/不一致を検証するものである。量子状態検証部22は、量子現金を所有するユーザ(正当な量子現金を持っているか否かは不明)から、量子現金と、検証リストからこの量子現金検証部21の識別子に対応する逆変換データとを与えられると、検証用情報供給部21が所有する量子検証情報に、ユーザーから与えられた逆変換データを作用させた量子状態を得、また、ユーザから与えられた量子現金から量子状態を得、これら与えられた量子状態が一致するか否かを確認する。一致すればこの量子現金は正当なものであると判断でき、一致しなければこの量子現金は不当なものであると判断できる。なお、量子状態の検証を行うと、検証結果が一致した場合には、それぞれ元の量子状態が得られる(同じ2つの量子状態)が、不一致の場合には、元の量子状態を得ることはできないことが、知られている。   The quantum state verification unit 22 verifies the match / mismatch between the quantum state of the quantum cash supplied from the user and the quantum state from the verification information supply unit 21. The quantum state verification unit 22 receives the quantum cash and reverse conversion data corresponding to the identifier of the quantum cash verification unit 21 from the verification list from the user who owns the quantum cash (it is unknown whether or not it has a valid quantum cash). Is given to the quantum verification information owned by the verification information supply unit 21, the quantum state obtained by applying the inverse transformation data given by the user is obtained, and the quantum state is obtained from the quantum cash given by the user. And confirm whether these given quantum states match. If they match, it can be determined that the quantum cash is valid, and if it does not match, it can be determined that the quantum cash is invalid. In addition, when the verification of the quantum state is performed, if the verification results match, the original quantum state is obtained (same two quantum states), respectively, but if they do not match, the original quantum state is obtained. It is known that it cannot be done.

量子現金検証装置2−iで、ユーザの量子現金が正当なものであると検証できた場合に、ユーザから提供された量子現金と引き換えに量子現金に設定されている対価がユーザへ提供される。この対価は量子現金に具体的な金額を印刷しておいても良いし、量子現金発行装置1から、ユーザと各量子現金検証装置2−1・・・2−nへ量子現金の価値を伝えておき、それら共通に認識される価値に基づくようにしても良い。   When the quantum cash verification device 2-i can verify that the user's quantum cash is valid, the user is provided with the consideration set in the quantum cash in exchange for the quantum cash provided by the user. . This consideration may be printed in a specific amount on the quantum cash, or the value of the quantum cash is transmitted from the quantum cash issuing device 1 to the user and each of the quantum cash verification devices 2-1 to 2-n. It may be based on the value recognized in common.

ユーザと量子現金検証装置2−iとの間での立替の処理が終了後、適切なタイミングで、量子現金検証装置2−iと量子現金発行装置1との間で清算の処理を行う。清算の処理とは、本来量子現金に対する対価を支払うべき量子現金発行装置1に代わって、量子現金検証装置2−iが代行して価値を支払っているため、量子現金発行装置1がその価値を量子現金検証装置2−iへ支払うこと、および、その際に量子現金検証装置2−iが不正を行っていないかを検証することを指す。   After the replacement process between the user and the quantum cash verification apparatus 2-i is completed, the settlement process is performed between the quantum cash verification apparatus 2-i and the quantum cash issuing apparatus 1 at an appropriate timing. In the process of liquidation, instead of the quantum cash issuing device 1 that should originally pay the consideration for the quantum cash, the quantum cash verification device 2-i pays the value on behalf of the quantum cash issuing device 1; It refers to paying to the quantum cash verification device 2-i and verifying whether the quantum cash verification device 2-i is fraudulent at that time.

量子現金検証装置2−iは、検証の結果得られた2つの量子状態の組に基づいて、量子現金発行装置1へ清算の処理を依頼する。   The quantum cash verification apparatus 2-i requests the quantum cash issuing apparatus 1 for a settlement process based on the set of two quantum states obtained as a result of the verification.

量子現金発行装置1は、先に説明した量子現金清算部15にて正当性の検証を行った上、正当と判断した場合に、ユーザへ量子現金に設定されている対価が提供されたと見なし、代替してもらっていた価値を提供する。   When the quantum cash issuing device 1 verifies the validity in the quantum cash clearing unit 15 described above and determines that the quantum cash is valid, the quantum cash issuing device 1 considers that the consideration set for the quantum cash is provided to the user, Providing value that had been replaced.

以上説明したことは、例えば、銀行を例に取ると、量子現金は預金の証書、量子現金発
行装置は、当該証書の発行元の銀行、量子現金検証装置は前記証書の発行元の銀行を除く各支店、ユーザは預金者とすると理解しやすいだろう。このような実施形態にすれば、変換データを量子現金検証装置へ隠蔽しつつ、ユーザが預金した銀行以外の銀行でも量子現金を換金することができるようになる。
For example, taking a bank as an example, the quantum cash is a deposit certificate, the quantum cash issuing device is the bank that issued the certificate, and the quantum cash verification device is the bank that is issuing the certificate. It is easy to understand that each branch and user is a depositor. According to such an embodiment, the quantum cash can be exchanged even by a bank other than the bank where the user has deposited while concealing the conversion data in the quantum cash verification apparatus.

なお、上記実施の形態では、量子現金の発行の処理と清算の処理を同じ装置内で行っていたが、別々の装置で行うようにしても良いことは勿論である。重要な点は、発行の処理および清算の処理は1箇所であるが、立替の処理が複数備えられることにある。   In the above embodiment, the quantum cash issuance process and the clearing process are performed in the same apparatus, but it is needless to say that the processes may be performed in separate apparatuses. The important point is that there is only one issue process and clearing process, but there are multiple replacement processes.

以上の様な本実施の形態によれば、量子現金発行装置1からみて、安全性を保ちつつ、且つ、ユーザからの量子現金の検証を、複数の量子現金検証装置2−1・・・2−nで行うことができるようになった。そのため、量子現金の所有者であるユーザにとっても、利用しやすいシステムを提供できるようになった。   According to the present embodiment as described above, a plurality of quantum cash verification devices 2-1 to 2 can be used to verify quantum cash from a user while maintaining safety as viewed from the quantum cash issuing device 1. -N can be performed. Therefore, it has become possible to provide an easy-to-use system for users who are owners of quantum cash.

次に本実施の形態の一具体例として、量子状態として単一光子の偏光方向を利用する場合についての、本実施の形態の各部の実現例について説明をする。   Next, as a specific example of this embodiment, an implementation example of each part of this embodiment in the case where the polarization direction of a single photon is used as a quantum state will be described.

単一光子は、レーザー光を減衰機によって十分強度を弱めることで生成でき、また、この単一光子の偏光方向は、電気光学効果素子を用いた偏光子に通す際に、印加電圧の程度によって任意に切り替え制御可能なことが知られている。   A single photon can be generated by sufficiently weakening the intensity of the laser beam with an attenuator, and the polarization direction of this single photon depends on the degree of applied voltage when passing through the polarizer using an electro-optic effect element. It is known that switching can be arbitrarily controlled.

本具体例では、偏光方向が水平(0°)および垂直(90°)である直線偏光の組と、偏光方向が45°およびー45°である直線偏光の組との2つの基底を利用する。ここで、前者をプラス基底、後者をクロス基底と呼ぶこととする。そして、プラス基底において偏光方向が0°を論理値0、90°を論理値1と割り当て、また、クロス基底において偏光方向がー45°を論理値0、45°を論理値1と割り当てる。プラス基底とクロス基底とは共役の関係とし、それぞれ論理値0および論理値1を取り得るから、単一光子に対し4つの量子状態を示し得る。この関係を図5に表として示しておく。   In this example, two bases are used: a pair of linearly polarized light whose polarization directions are horizontal (0 °) and vertical (90 °), and a pair of linearly polarized light whose polarization directions are 45 ° and −45 °. To do. Here, the former is called a plus basis and the latter is called a cross basis. In the plus base, the polarization direction is assigned 0 ° as the logical value 0 and 90 ° is assigned as the logical value 1, and in the cross base, the polarization direction is assigned as −45 ° as the logical value 0 and 45 ° as the logical value 1. Since the plus base and the cross base are in a conjugate relationship and can take a logical value of 0 and a logical value of 1, respectively, four quantum states can be shown for a single photon. This relationship is shown as a table in FIG.

また、このように光子の偏光方向で生成した量子状態の保持には、例えば酸化物結晶(Y2SiO5)中に分散させた希土類イオン(Pr3+)に上記単一光子を入射することで、固体中に光子の偏光方向を記録するEIT(Electromagnetically Induced Transparency)と呼ばれる技術が知られており、本具体例においてもEITを利用することとする。なお、EITについては、[市村厚一,"周波数空間を利用した固体素子量子コンピュータ", 東芝レビュー Vol.57, No.9,( 2002 )]に記載されている。EITによって量子状態を保持した固体を以下ではEIT固体と呼ぶこととする。   In addition, in order to maintain the quantum state generated in the polarization direction of the photon in this way, for example, the single photon is incident on the rare earth ion (Pr3 +) dispersed in the oxide crystal (Y2SiO5), so that it enters the solid. A technique called EIT (Electromagnetically Induced Transparency) for recording the polarization direction of a photon is known, and EIT is also used in this specific example. The EIT is described in [Kazuichi Ichimura, “Solid-state device quantum computer using frequency space”, Toshiba Review Vol.57, No.9, (2002)]. Hereinafter, a solid that maintains a quantum state by EIT will be referred to as an EIT solid.

元データは、十分な長さのランダムなビット列と、前記ビット列の各ビットに対応してランダムな基底列との組で構成される。図6に、元データの生成についての一例を示す。   The original data is composed of a set of a random bit string having a sufficient length and a random base string corresponding to each bit of the bit string. FIG. 6 shows an example of generation of original data.

2つの乱数生成装置31、32は、乱数生成に関し互いに相関の無いものである。乱数生成装置31は、所定長の0/1の乱数を生成し、これを元データのビット列とする。一方、乱数生成装置32は、前記と同じ長さの0/1の乱数を生成する。この生成された0/1の乱数を、基底割り当て装置33によって、0を+(基底)、1をx(基底)と割り当てる。割り当てられた結果の、所定長の+およびxを基底列とする。以上のようにして生成されたビット列及び基底列の組を元データとする。   The two random number generators 31 and 32 have no correlation with respect to random number generation. The random number generation device 31 generates a random number of 0/1 having a predetermined length, and uses this as a bit string of the original data. On the other hand, the random number generation device 32 generates a 0/1 random number having the same length as described above. The generated random number of 0/1 is assigned as 0 (+ base) and 1 (x) by the base assignment unit 33. A predetermined length + and x of the assigned result are set as base sequences. A set of the bit string and the base string generated as described above is used as original data.

この元データは、他の元データと区別するためにシリアル番号と、この元データに与える額面とを対応付けて、記憶装置11に記憶され、秘密に管理される。なお、シリアル番号および額面は、ユーザへ量子現金を発行するときに対応づけて記憶させるようにしても
良い。
This original data is stored in the storage device 11 in association with a serial number and a face value given to the original data in order to distinguish it from other original data, and is managed secretly. The serial number and face value may be stored in association with each other when quantum cash is issued to the user.

次に、本具体例の量子現金生成部12を図7に示す。量子現金生成部12は、量子状態生成部41とEIT部42とを備える。量子状態生成部41は、量子現金の量子状態を生成するものであり、その内部構成を図8に示す。量子状態生成部41は、レーザー光を発光するレーザー光部43と、レーザー光を減衰させる減衰機44と、減衰機44からの光子を、入力される元データのビット列および基底列によって制御され、上記で説明した4状態の何れかの量子状態を持った光子を出力する偏光子45とを備える。偏向子45から出力された光子の量子状態は、EIT部42によってEIT固体に保持する。   Next, the quantum cash generator 12 of this example is shown in FIG. The quantum cash generation unit 12 includes a quantum state generation unit 41 and an EIT unit 42. The quantum state generation unit 41 generates a quantum state of quantum cash, and its internal configuration is shown in FIG. The quantum state generation unit 41 is controlled by a laser beam unit 43 that emits a laser beam, an attenuator 44 that attenuates the laser beam, and a photon from the attenuator 44 based on a bit string and a base string of input original data, And a polarizer 45 that outputs a photon having any one of the four states described above. The quantum state of the photon output from the deflector 45 is held in an EIT solid by the EIT unit 42.

変換データのそれぞれは、所定のユニタリー変換に対して与える変換パラメータであり、量子現金検証部2−1・・・2−nのそれぞれに一つずつ、それぞれ異なった値として割り当てられる。一方、逆変換データのそれぞれは、前記所定のユニタリー変換に与える変換パラメータとして先に説明した変換データとしての変換パラメータの逆変換、つまり、変換を打ち消すためのパラメータである。本具体例でのユニタリー変換は、角度変換を想定する。各変換パラメータと、各逆変換パラメータとは、一意に識別可能な識別子と対応付けて記憶される。これら識別子は、量子現金検証装置2−1・・・2−nのそれぞれを識別する識別子である(識別子、変換データ、逆変換データの関係の一例・・・図9)。   Each of the conversion data is a conversion parameter given to a predetermined unitary conversion, and is assigned as a different value to each of the quantum cash verification units 2-1 to 2 -n. On the other hand, each of the inverse transformation data is a parameter for canceling the transformation, that is, the inverse transformation of the transformation parameter as the transformation data described above as the transformation parameter to be given to the predetermined unitary transformation. The unitary conversion in this specific example assumes angle conversion. Each conversion parameter and each inverse conversion parameter are stored in association with an identifier that can be uniquely identified. These identifiers are identifiers for identifying each of the quantum cash verification apparatuses 2-1 to 2-n (an example of a relationship between an identifier, conversion data, and inverse conversion data ... Fig. 9).

次に、量子検証情報生成部13の構成について図10を用いて説明する。量子検証情報生成部13は、量子現金検証装置2−1・・・2−nへ、検証を行うためのそれぞれ異なる量子検証情報を生成するためのものであり、量子状態生成部51とユニタリー変換部52とEIT部53とを備える。量子状態生成部51は、量子状態生成部41と同一の構成であり、および、EIT部53は、EIT部42と同一構成である。ユニタリー変換部52は、量子状態生成部41から出力される光子状態を、順次与えられた変換データに基づき、順次作用(ここでは、角度変換)させて、順次得られた光子状態をEIT部53によって、それぞれ別個のEIT固体に保持する。   Next, the configuration of the quantum verification information generation unit 13 will be described with reference to FIG. The quantum verification information generation unit 13 is for generating different quantum verification information for verification to the quantum cash verification devices 2-1 to 2-n. A unit 52 and an EIT unit 53 are provided. The quantum state generation unit 51 has the same configuration as the quantum state generation unit 41, and the EIT unit 53 has the same configuration as the EIT unit 42. The unitary conversion unit 52 sequentially operates (here, angle conversion) the photon states output from the quantum state generation unit 41 based on sequentially applied conversion data, and sequentially converts the photon states obtained by the EIT unit 53. Hold each in a separate EIT solid.

光子状態にユニタリー変換の実現方法としては、例えば、ハーフビームスプリッターを用いることにより実現できる。ハーフビームスプリッターについては、「M. A. Nielsen and I. Chuang, "Quantum Computation and QuantumInformation", Cambridge Univ., 2000,Chap. 7.4.2 (pp290-296).」に詳しく記載されており、ここでは説明を省略する。以上のようにして、量子検証情報生成部13は、量子現金検証装置2−1・・・2−nごとに異なる検証用の量子状態を保持したそれぞれのEIT固体を生成できる。   As a method for realizing the unitary conversion to the photon state, for example, it can be realized by using a half beam splitter. The half beam splitter is described in detail in “MA Nielsen and I. Chuang,“ Quantum Computation and QuantumInformation ”, Cambridge Univ., 2000, Chap. 7.4.2 (pp290-296).” Omitted. As described above, the quantum verification information generation unit 13 can generate each EIT solid that holds a different quantum state for verification for each of the quantum cash verification apparatuses 2-1 to 2-n.

検証リスト生成部14は、対応付けて記憶される各逆変換データと各識別子との一覧リストを生成する。   The verification list generation unit 14 generates a list of each inverse transformation data and each identifier stored in association with each other.

記憶部11に記憶された元データに対応するシリアル番号と額面、該元データに基づいて量子現金生成部12によって生成されたEIT固体と、検証リスト生成部14によって、生成された検証リストとは、特に図示しない量子現金発行部によって、例えば図11のような形態で発行する。図11は、例えば、ICカードのような形状で構成でき、シリアル番号と額面は、表面に印刷され、検証リストは、例えばEEPROMに記憶され、EIT固体は、埋め込まれるように付着されるようなものを想定しているが、これに限るものではない。この発行は、一つの量子状態(EIT固体)に対して1度のみ発行する。なお、ここでは、このようにして発行されたものを量子現金カードと呼ぶこととする。   The serial number and face value corresponding to the original data stored in the storage unit 11, the EIT solid generated by the quantum cash generation unit 12 based on the original data, and the verification list generated by the verification list generation unit 14 For example, it is issued in a form as shown in FIG. FIG. 11 can be configured in the shape of an IC card, for example, the serial number and face value are printed on the surface, the verification list is stored in, for example, an EEPROM, and the EIT solid is attached to be embedded It is assumed, but not limited to this. This issue is issued only once for one quantum state (EIT solid). Here, the card issued in this way is called a quantum cash card.

一方、量子検証情報生成部13で生成されたそれぞれのEIT固体は、それぞれの識別子に対応する量子現金検証装置2−1・・・2−nへ配布する。この配布は、物の配布で
あり、例えば郵便などで配布すればよい。
On the other hand, each EIT solid generated by the quantum verification information generation unit 13 is distributed to the quantum cash verification apparatuses 2-1 to 2-n corresponding to the respective identifiers. This distribution is a distribution of things, and may be distributed by mail, for example.

次に、量子現金検証装置2−1・・・2−nについて説明する。いずれの量子現金検証装置2−1・・・2−nも同じ構成であるので、ここでは、量子現金検証装置2−1を図12に示し、説明する。   Next, the quantum cash verification apparatuses 2-1 to 2-n will be described. Since any quantum cash verification apparatus 2-1 ... 2-n is the same structure, here, the quantum cash verification apparatus 2-1 is shown in FIG. 12, and is demonstrated.

量子現金の検証は、量子状態を検証することによって行う。具体的には、偏光方向の基底列とそれによって埋め込まれたランダムなビット列とを用意し、量子現金のEIT固体を復元した光子を偏光基底で測定し、埋め込まれたビット列と一致するか確認する。正当な量子状態の場合は必ず一致するが、量子状態が異なる場合、一定の確率で不一致となる。例えば、単一光子に着目すると、量子現金発行検証装置2−1が保持するビットが0°の偏光である場合、測定値が一致する確率は、量子現金の偏光が0°では100%、-45°と45°では50%、90°では0%になる。つまり、単一光子に着目し、量子現金の量子情報の1ビットを値と基底をランダムに選んだ場合には、量子情報(偏光方向)が異なるにもかかわらず、「正しい」と誤って判定する確率は1/4となる。   The quantum cash is verified by verifying the quantum state. Specifically, a base sequence in the polarization direction and a random bit sequence embedded thereby are prepared, and a photon obtained by restoring the EIT solid of quantum cash is measured with the polarization base to confirm whether it matches the embedded bit sequence. . When the quantum state is valid, it always matches, but when the quantum state is different, it does not agree with a certain probability. For example, focusing on single photons, if the bit held by the quantum cash issue verification device 2-1 is polarized at 0 °, the probability that the measured values match is 100% when the polarization of the quantum cash is 0 °, − It is 50% at 45 ° and 45 °, and 0% at 90 °. In other words, focusing on single photons and randomly selecting the value and base of 1 bit of quantum information in quantum cash, it is erroneously determined as “correct” even though the quantum information (polarization direction) is different. The probability of doing is 1/4.

量子現金検証装置2−1側では、量子現金発行装置1から量子現金の発行ごとに、配布された検証用のEIT固体を発行時のシリアル番号と対応付けて多数所有しており、ユーザから量子現金カードを提示されたとき、その表面に印刷されるシリアル番号で、EIT固体の一つを特定する。   The quantum cash verification device 2-1 has a lot of distributed verification EIT solids associated with the serial number at the time of issuance of quantum cash from the quantum cash issuing device 1, and the user receives quantum When the cash card is presented, one of the EIT solids is specified by the serial number printed on the surface.

量子現金検証装置2−1は、量子状態復元部61、62、ユニタリ変換部63、検証用量子ゲート64を備える。   The quantum cash verification apparatus 2-1 includes quantum state restoration units 61 and 62, a unitary conversion unit 63, and a verification quantum gate 64.

量子状態復元部61は、シリアル番号から特定したEIT固体から光子状態を復元するものである。一方、量子状態復元部62は、量子現金カードに付着されるEIT固体から光子状態を復元するものである。量子状態復元部61で復元された光子状態は、ユニタリー変換部63へ入力され、量子現金カードに記憶されるこの量子現金検証装置2−1の識別子に対応する逆変換データに基づいて、ユニタリー変換を施して光子状態を生成する。   The quantum state restoration unit 61 restores the photon state from the EIT solid specified from the serial number. On the other hand, the quantum state restoration unit 62 restores the photon state from the EIT solid attached to the quantum cash card. The photon state restored by the quantum state restoration unit 61 is input to the unitary conversion unit 63, and unitary conversion is performed based on the inverse conversion data corresponding to the identifier of the quantum cash verification device 2-1 stored in the quantum cash card. To generate a photon state.

ユニタリー変換部63からの光子状態と、量子状態復元部62からの光子状態は、検証用量子ゲート64に入射され、偏光方向が一致するか否かを判定し、両者が一致するか否かを検証する。   The photon state from the unitary conversion unit 63 and the photon state from the quantum state restoration unit 62 are incident on the verification quantum gate 64 to determine whether or not the polarization directions match, and whether or not they match. Validate.

検証用量子ゲート64は、アダマールゲートとスワップゲートの組み合わせで実現できることが、「H. Buhrman,R. Cleve, J. Watrous, and R. de Wolf, Phys. Rev. Lett., 87, 167902(2003)」によって知られ、また、アダマールゲートとスワップゲートは、単一光子源と単一光子検出器があれば、線形光学素子のみによって構成できることが「E.Knill, L. Laflamme, and G.J. Milburn, Nature 409, 46 (2001)」によって知られており、ここでは説明を省略する。   The verification quantum gate 64 can be realized by a combination of a Hadamard gate and a swap gate, as described in “H. Buhrman, R. Cleve, J. Watrous, and R. de Wolf, Phys. Rev. Lett., 87, 167902 (2003). The Hadamard gate and the swap gate can be configured by only a linear optical element if there is a single photon source and a single photon detector, "E. Knill, L. Laflamme, and GJ Milburn, Nature 409, 46 (2001) ”, and the description is omitted here.

検証用量子ゲート64からのそれぞれの量子状態は、ユニタリー変換部63からの光子状態と量子状態復元部62からの光子状態そのものであり、EIT部65、66によってEIT固体に保持し、先のシリアル番号および額面と対応付けて、組として保管する。検証用量子ゲート64によって、両者が完全に一致すると、量子現金検証装置2−1側は、量子現金カードの正当性が保証され、量子現金カードに印刷される価値をユーザへ支払う。なお、量子現金検証装置2−1は、2つの量子状態の一致・不一致を知ることはできるが、量子状態そのものについては知ることができない。この性質によって、量子現金の偽造の不可能性が保証される。   The respective quantum states from the verification quantum gate 64 are the photon state from the unitary conversion unit 63 and the photon state from the quantum state restoration unit 62, which are held in an EIT solid by the EIT units 65 and 66, Store as a set in association with the number and face value. If the two are completely matched by the verification quantum gate 64, the quantum cash verification device 2-1 side guarantees the validity of the quantum cash card and pays the user the value printed on the quantum cash card. In addition, although the quantum cash verification apparatus 2-1 can know the coincidence / mismatch of two quantum states, it cannot know the quantum state itself. This property ensures the impossibility of counterfeiting quantum cash.

量子現金検証装置2−1は、支払後に、量子現金発行装置1へ量子現金の精算の処理を行なう。この精算の処理は、主に次の2通りの何れかで実現すればよい。   The quantum cash verification apparatus 2-1 performs the process of the quantum cash settlement to the quantum cash issuing apparatus 1 after payment. This settlement process may be realized mainly in one of the following two ways.

まず、一つ目の方法は、保管しているシリアル番号、額面と2つのEIT固体の組を、量子現金発行装置1側へ持って行き、検証する方法である。   First, the first method is a method in which the stored serial number, face value, and two EIT solid pairs are brought to the quantum cash issuing apparatus 1 side and verified.

この際の量子現金発行装置1の精算部15の機能ブロックを図13に示す。   The functional block of the settlement unit 15 of the quantum cash issuing apparatus 1 at this time is shown in FIG.

シリアル番号から、量子現金発行装置1の記憶部11に記憶する、基底列およびビット列からなる元データを特定し、基底列および元データを量子状態生成部71へ供給し、量子状態を生成する。これにより、量子現金の発行の際に生成された量子状態と完全に同一のものが生成される。一方、2つのEIT固体を一方を量子状態復元部72で復元し、量子状態を生成する。これらの量子状態を検証用量子ゲート64と同一構成の検証用量子ゲート73で検証することにより一致の有無を調べる。同様に、2つのEIT固体のもう一方についても検証を行う。それぞれが、同一であると判定されたとき、量子現金検証装置2−1は適切に量子現金の立替の処理が行われたと判断し、量子現金発行装置1は、量子現金検証装置2−1へ立て替えられた価値を支払う。これによって精算の処理が完了する。   From the serial number, the original data consisting of the base sequence and the bit sequence stored in the storage unit 11 of the quantum cash issuing apparatus 1 is specified, and the base sequence and the original data are supplied to the quantum state generation unit 71 to generate the quantum state. Thereby, the completely same quantum state produced | generated at the time of issuance of quantum cash is produced | generated. On the other hand, one of the two EIT solids is restored by the quantum state restoration unit 72 to generate a quantum state. These quantum states are verified by a verification quantum gate 73 having the same configuration as that of the verification quantum gate 64 to check whether there is a match. Similarly, the other EIT solid is verified. When it is determined that they are the same, the quantum cash verification apparatus 2-1 determines that the quantum cash replacement process has been appropriately performed, and the quantum cash issuing apparatus 1 moves to the quantum cash verification apparatus 2-1. Pay the reimbursed value. This completes the checkout process.

次に精算の処理の2つ目の方法について説明する。2つ目の方法は、保管しているシリアル番号、額面と2つのEIT固体の組を、量子現金検証装置2−1側で電子的な情報に変換してから、量子現金発行装置1で検証する方法である。   Next, the second method of the settlement process will be described. The second method is to convert the stored serial number, face value, and two EIT solids into electronic information on the quantum cash verification device 2-1, and then verify with the quantum cash issuing device 1. It is a method to do.

この際の量子現金検証装置2−1側に備える電子的情報変換する機能を図14に示す。   FIG. 14 shows the function of electronic information conversion provided on the quantum cash verification apparatus 2-1 side at this time.

量子現金検証装置2−1は、精算したいEIT固体の組を取り出して、量子状態復元部81、82で2つの光子状態を取り出し、一方には+基底で光子状態を測定する+基底測定器83で偏光の測定を行い、他方にはx基底で光子状態を測定するx基底測定器84で偏光の測定を行い、全測定結果を図示しない送信部により量子現金発行装置1へ送信する。   The quantum cash verification apparatus 2-1 takes out a set of EIT solids to be settled, takes out two photon states at the quantum state restoration units 81 and 82, and measures a photon state at the + base on one side + a base measuring device 83 In the other hand, the polarization is measured, and on the other hand, the polarization is measured by the x-base measuring device 84 that measures the photon state on the x-base, and all the measurement results are transmitted to the quantum cash issuing apparatus 1 by a transmitter not shown.

量子現金発行装置1は、受信した全測定結果と、記憶装置1に保持していた元データの基底列およびビット列とを、検証部85に入力し、この測定結果の正当性を判定する。具体的には、図15のように、1ビットずつ基底列で、+基底で測定された測定結果またはx基底で測定された測定結果の何れかを選択し、その選択した測定結果の値をビット列の対応するビット値で一致するか否かを比較する。なお、選択されない基底の測定ビット値については判定に利用しない。これを全ての測定結果に対して行って、全部一致する場合は正当と判断し、1ビットでも一致しないものがある場合は正当でないと判断する。なお、偏光方向が異なる不正な光子が誤って正しいと検証される確率は単一光子1個あたり1/4であり、光子数を十分多くすることで誤って判定する確率を所与の値に抑えることが可能である。また、量子複製禁止定理により、量子現金の偽造が不可能であることが保証できる。   The quantum cash issuing device 1 inputs all the received measurement results and the base sequence and bit sequence of the original data held in the storage device 1 to the verification unit 85, and determines the validity of the measurement results. Specifically, as shown in FIG. 15, one of the measurement results measured on the + basis or the measurement result measured on the x basis is selected in the base sequence bit by bit, and the value of the selected measurement result is selected. It is compared whether or not it matches with the corresponding bit value of the bit string. Note that the base measurement bit value that is not selected is not used for the determination. This is performed for all measurement results, and if all match, it is determined to be valid, and if even one bit does not match, it is determined not to be valid. The probability that an incorrect photon with a different polarization direction is erroneously verified to be correct is 1/4 per single photon, and the probability of erroneous determination by sufficiently increasing the number of photons is a given value. It is possible to suppress. In addition, the quantum duplication prohibition theorem can guarantee that counterfeiting of quantum cash is impossible.

なお、上記の検証方法では、量子状態を一旦EIT固体に保持したものを利用したが、検証用量子ゲート64からのそれぞれの量子状態をそのまま量子テレポテーションという技術を用いて、量子状態を量子現金発行装置1へ転送することも可能である。この量子テレポテーションでの転送の利点は、安全性を有している点にある。なお、量子テレポテーションについては、文献「M. A. Nielsen and I. Chuang, "Quantum Computation and QuantumInformation", Cambridge Univ., 2000,Chap. 1.3.7 (pp26-28).」に詳しく記載されており、ここでは説明を省略する。   In the verification method described above, a quantum state once held in an EIT solid is used. However, each quantum state from the verification quantum gate 64 is directly converted into a quantum cash using a technique called quantum teleportation. Transfer to the issuing device 1 is also possible. The advantage of transfer in this quantum teleportation is that it has security. Quantum teleportation is described in detail in the document "MA Nielsen and I. Chuang," Quantum Computation and QuantumInformation ", Cambridge Univ., 2000, Chap. 1.3.7 (pp26-28). Then, explanation is omitted.

このようにして、正当と判断した場合は、額面の実現金を量子現金検証支払機能に対して支払う。   In this way, when it is determined to be valid, the realization of the face value is paid to the quantum cash verification payment function.

以上のような具体例によれば、量子現金発行装置1と分離した複数の量子現金検証装置2−1・・・2−nを備えても、複製・偽造、等の危険を回避しつつ、それら量子現金検証装置に検証を行わせることができるようになった。これにユーザにとっても、利便性の高い量子現金のシステムが提供できるようになった。   According to the specific example as described above, even if a plurality of quantum cash verification devices 2-1 to 2-n separated from the quantum cash issuing device 1 are provided, while avoiding dangers such as duplication and forgery, These quantum cash verification devices can now be verified. In addition, users can now provide a convenient quantum cash system.

本実施の形態の量子現金流通システムの全体を示す図(その1)。The figure which shows the whole quantum cash distribution system of this Embodiment (the 1). 本実施の形態の量子現金流通システムの全体を示す図(その2)。The figure which shows the whole quantum cash distribution system of this Embodiment (the 2). 量子現金発行装置1の内部の機能ブロックを示す図。The figure which shows the functional block inside the quantum cash issuing apparatus 1. FIG. 量子現金検証装置2−1・・・2−nのうちの、一つの内部の機能ブロックを示す図。The figure which shows one internal functional block among quantum cash verification apparatuses 2-1 ... 2-n. 量子状態の検出確率表Quantum state detection probability table 元データの生成についての一例を示す図。The figure which shows an example about the production | generation of original data. 本具体例の量子現金生成部12を示す図。The figure which shows the quantum cash production | generation part 12 of this example. 量子状態生成部41の内部構成を示す図。The figure which shows the internal structure of the quantum state production | generation part 41. FIG. 識別子、変換データ、逆変換データの関係の一例。An example of the relationship between an identifier, conversion data, and inverse conversion data. 量子検証情報生成部13の構成を示すThe structure of the quantum verification information generation part 13 is shown. 量子現金の一例。An example of quantum cash. 量子現金検証装置2−1を示す図。The figure which shows the quantum cash verification apparatus 2-1. 量子現金発行装置1の精算部15の機能ブロックを示す図。The figure which shows the functional block of the adjustment part 15 of the quantum cash issuing apparatus 1. FIG. 量子現金検証装置2−1側に備える電子的情報変換する機能を示す図。The figure which shows the function to convert the electronic information with which the quantum cash verification apparatus 2-1 side is equipped. +基底測定結果及びx基底測定結果を用いた検証を示す図。The figure which shows the verification using the + base measurement result and the x base measurement result.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・量子現金発行装置
2−1〜2―n・・・量子現金検証装置
11・・・記憶部
12・・・量子現金生成部
13・・・量子検証情報生成部
14・・・検証リスト生成部
15・・・量子現金清算部
21・・・検証用情報供給部
22・・・量子状態検証部
31、32・・・乱数生成装置
33・・・基底割り当て装置
41、51、71・・・量子状態生成部
42、53・・・EIT部
43・・・レーザー光部
44・・・減衰機
45・・・偏向子
52・・・ユニタリー変換部
61、62、72、81、82・・・量子状態復元部
63・・・ユニタリ変換部
64、73・・・検証用量子ゲート
83・・・+基底測定器
84・・・x基底測定器
85・・・検証部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Quantum cash issue apparatus 2-1 to 2-n ... Quantum cash verification apparatus 11 ... Memory | storage part 12 ... Quantum cash generation part 13 ... Quantum verification information generation part 14 ... Verification List generation unit 15 ... Quantum cash clearing unit 21 ... Verification information supply unit 22 ... Quantum state verification unit 31,32 ... Random number generation device 33 ... Base allocation device 41, 51, 71 ..Quantum state generation units 42, 53... EIT unit 43... Laser beam unit 44... Attenuator 45 .. Deflector 52 ... Unitary conversion units 61, 62, 72, 81, 82 ..Quantum state restoration unit 63... Unitary conversion units 64 and 73... Verification quantum gate 83... + Basis measurement device 84... X basis measurement device 85.

Claims (6)

量子現金を発行する量子現金発行装置と、該量子現金を検証するものであって、一意に識別可能な識別子が割り当てられている複数の量子現金検証装置とを備え、量子現金を流通可能とする量子現金システムであって、
量子現金発行装置は、
秘匿される元データから量子状態を生成し、この量子状態を保持する量子現金を生成する第1生成手段と、
前記元データと、前記識別子のそれぞれに割り当てられており互いに異なる複数の変換データとに基づいて、それぞれ異なる複数の量子状態を生成し、前記各識別子との対応付けが分かるように各量子状態を保持する量子検証情報を複数生成する第2生成手段と、
前記各識別子と、前記各変換データを用いた変換を打ち消すための各逆変換データとをそれぞれ対応づけた検証リストを生成する第3生成手段と、
前記第1生成手段で生成された量子現金と前記第3生成手段で生成された検証リストとを組として流通路へ出力する量子現金供給手段と、
前記第2生成手段で生成された前記各検証情報を、各識別子が示す各量子現金検証装置へ供給する検証情報供給手段とを備え、
各量子現金検証装置は、
前記検証リスト内の当該量子現金検証装置の前記逆変換データと、当該量子現金検証装置が備える前記量子検証情報とに基づいて、前記量子現金の正当性を検証する検証手段を備え、
量子現金を流通可能とすることを特徴とする量子現金システム。
Quantum cash issuing device for issuing quantum cash, and a plurality of quantum cash verification devices for verifying the quantum cash and assigned with uniquely identifiable identifiers, and enabling the distribution of quantum cash A quantum cash system,
The quantum cash issuing device
A first generation means for generating a quantum state from the concealed original data and generating quantum cash holding the quantum state;
Based on the original data and a plurality of different transform data assigned to each of the identifiers, a plurality of different quantum states are generated, and each quantum state is assigned so that the correspondence with each identifier is known. Second generation means for generating a plurality of quantum verification information to be held;
Third generation means for generating a verification list in which each identifier is associated with each inversely converted data for canceling the conversion using each converted data;
Quantum cash supply means for outputting the quantum cash generated by the first generation means and the verification list generated by the third generation means to the flow passage as a set;
Verification information supply means for supplying each verification information generated by the second generation means to each quantum cash verification device indicated by each identifier,
Each quantum cash verification device
Based on the reverse conversion data of the quantum cash verification device in the verification list and the quantum verification information provided in the quantum cash verification device, the verification means for verifying the validity of the quantum cash,
A quantum cash system characterized in that quantum cash can be distributed.
前記第1生成手段で生成された量子現金に、固有のシリアル番号を付加し、このシリアル番号を、前記第2生成手段で複数生成された量子検証情報にもそれぞれ付加したことを特徴とする請求項1に記載の量子現金システム。 A unique serial number is added to the quantum cash generated by the first generation unit, and the serial number is added to each of the quantum verification information generated by the second generation unit. Item 2. A quantum cash system according to item 1. 更に、前記検証手段によって、量子現金の正当性を検証した前記量子現金検証装置からの量子現金の清算要求に応答する清算装置を備え、この清算装置は、前記量子現金検証装置からの前記量子現金の正当性が検証された時に得られる2つの量子状態と、前記元データとに基づいて、前記量子現金検証装置の正当性を検証するようにしたことを特徴とする請求項1記載の量子現金システム。 Furthermore, the verification means includes a clearing device that responds to a quantum cash clearing request from the quantum cash verification device that has verified the validity of quantum cash, and the clearing device includes the quantum cash from the quantum cash verification device. The quantum cash according to claim 1, wherein the validity of the quantum cash verification device is verified based on two quantum states obtained when the validity of the quantum cash is verified and the original data. system. 前記量子状態の生成は、元データに含まれる2つの異なる基底の列と、0または1のビットの列との組み合わせに基づくものであり、
更に、前記検証手段によって量子現金の正当性を検証した結果得られる2つの量子状態を、2つの前記基底のそれぞれから得られるデータとし、それらデータを送信路を介して前記量子現金発行装置へ送信し、
前記量子現金発行装置は、それらデータを、元データと比較することにより、前記量子現金検証装置の正当性を検証するようにしたことを特徴とする請求項1記載の量子現金システム。
The generation of the quantum state is based on a combination of two different base sequences included in the original data and a sequence of 0 or 1 bits;
Further, the two quantum states obtained as a result of verifying the validity of the quantum cash by the verification means are data obtained from each of the two bases, and the data is transmitted to the quantum cash issuing device via a transmission path. And
The quantum cash system according to claim 1, wherein the quantum cash issuing device verifies the validity of the quantum cash verification device by comparing the data with the original data.
ユーザへ量子状態を含む量子現金を発行し、該量子現金を検証する多数の検証装置へ、量子現金の正当性を評価するための検証情報を発行する、量子現金発行装置であって、
秘匿される元データから量子状態を生成し、この量子状態を保持する量子現金を生成する第1生成手段と、
前記元データと、前記識別子のそれぞれに割り当てられており互いに異なる複数の変換データとに基づいて、それぞれ異なる複数の量子状態を生成し、前記各識別子との対応付けが分かるように各量子状態を保持する量子検証情報を複数生成する第2生成手段と、
前記各識別子と、前記各変換データを用いた変換を打ち消すための各逆変換データとをそれぞれ対応づけた検証リストを生成する第3生成手段と、
前記第1生成手段で生成された量子現金と前記第3生成手段で生成された検証リストとを組として流通路へ出力する量子現金供給手段と、
前記第2生成手段で生成された前記各検証情報を、各識別子が示す各量子現金検証装置
へ供給する検証情報供給手段とを備えたことを特徴とする量子現金発行装置。
Issuing quantum cash including a quantum state to a user, issuing a verification information for evaluating the validity of quantum cash to a number of verification devices that verify the quantum cash,
A first generation means for generating a quantum state from the concealed original data and generating quantum cash holding the quantum state;
Based on the original data and a plurality of different transform data assigned to each of the identifiers, a plurality of different quantum states are generated, and each quantum state is assigned so that the correspondence with each identifier is known. Second generation means for generating a plurality of quantum verification information to be held;
Third generation means for generating a verification list in which each identifier is associated with each inversely converted data for canceling the conversion using each converted data;
Quantum cash supply means for outputting the quantum cash generated by the first generation means and the verification list generated by the third generation means to the flow passage as a set;
A quantum cash issuing apparatus, comprising: verification information supply means for supplying each verification information generated by the second generation means to each quantum cash verification apparatus indicated by each identifier.
前記元データに含まれる2つの異なる基底の列と、0または1のビットの列との組み合わせからなるものであることを特徴とする請求項5に記載の量子現金発行装置。 6. The quantum cash issuing apparatus according to claim 5, comprising a combination of two different base columns included in the original data and a 0 or 1 bit sequence.
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