KR102636303B1 - Apparatus and method of measuring quantum correlation in single qubit metrology in quantum information integrated processing system - Google Patents

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KR102636303B1 KR1020220049080A KR20220049080A KR102636303B1 KR 102636303 B1 KR102636303 B1 KR 102636303B1 KR 1020220049080 A KR1020220049080 A KR 1020220049080A KR 20220049080 A KR20220049080 A KR 20220049080A KR 102636303 B1 KR102636303 B1 KR 102636303B1
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Abstract

본 발명은 단일 큐비트 계측에서 양자 상관 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 단일 큐비트(single qubit)을 사용한 결정론적 양자 계산(deterministic quantum computation) 모델과 같은 단일 큐비트 계측(single qubit metrology) 실험에서 양자 상관 프로브의 계측적 자원 이용을 조사하는 양자 상관 측정 기술에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 따른 단일 큐비트 계측에서 양자 상관 측정 장치는 혼합된 양자 상태에 제어 큐비트에 기반한 아다마르(Hadamard) 연산을 적용하여 양자 상태를 입력하는 입력부, 제어 단일(controlled-unitary)에 기반하여 상기 입력된 양자 상태에 대한 단일 진화(unitary evolution)를 수행하는 상호 작용부 및 상기 수행된 단일 진화에 따른 단일 연산자의 정규화된 추적을 생성하고, 상기 생성된 정규화된 추적을 이용하여 양자 상관을 측정하는 측정부를 포함할 수 있다.The present invention relates to a quantum correlation measurement device and method in single qubit metrology, and in single qubit metrology experiments such as a deterministic quantum computation model using a single qubit. It relates to a quantum correlation measurement technology that investigates the use of metrological resources of a quantum correlation probe. In single qubit measurement according to an embodiment of the present invention, a quantum correlation measurement device is a Hadamard ( Hadamard ) based control qubit in a mixed quantum state. an input unit that inputs a quantum state by applying the Hadamard operation, an interaction unit that performs unitary evolution on the input quantum state based on controlled-unitary, and a unitary evolution according to the performed unitary evolution. It may include a measurement unit that generates a normalized trace of a single operator and measures quantum correlation using the generated normalized trace.

Description

양자 정보 처리 통합 시스템에서 단일 큐비트 계측에서 양자 상관 측정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF MEASURING QUANTUM CORRELATION IN SINGLE QUBIT METROLOGY IN QUANTUM INFORMATION INTEGRATED PROCESSING SYSTEM}Quantum correlation measurement device and method in single qubit measurement in quantum information processing integrated system {APPARATUS AND METHOD OF MEASURING QUANTUM CORRELATION IN SINGLE QUBIT METROLOGY IN QUANTUM INFORMATION INTEGRATED PROCESSING SYSTEM}

본 발명은 단일 큐비트 계측에서 양자 상관 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 단일 큐비트(single qubit)을 사용한 결정론적 양자 계산(deterministic quantum computation) 모델과 같은 단일 큐비트 계측(single qubit metrology) 실험에서 양자 상관 프로브의 계측적 자원 이용을 조사하는 양자 상관 측정 기술에 관한 것이다. 양자 상관 측정 장치 및 방법은 양자정보기술 통합 시스템에서 양자 관측 및 분석 플랫폼의 양자 상관 측정 처리부에 적용될 수 있다.The present invention relates to a quantum correlation measurement device and method in single qubit metrology, and in single qubit metrology experiments such as a deterministic quantum computation model using a single qubit. It concerns quantum correlation measurement techniques that investigate the metrological resource utilization of quantum correlation probes. The quantum correlation measurement device and method can be applied to the quantum correlation measurement processing unit of the quantum observation and analysis platform in the quantum information technology integrated system.

양자 상관은 코어 양자 기술의 근간을 형성하고, 기존 상관의 계층 간에, 얽힘(entanglement)은 양자 계측, 양자 암호화 및 양자 정보 처리 분야에서 발전을 위하여 매우 중요하다.Quantum correlation forms the basis of core quantum technologies, and entanglement between layers of existing correlations is critical for advancements in the fields of quantum metrology, quantum cryptography, and quantum information processing.

다시 말해, 전통적인 양자 상관 관계, 즉 얽힘(entanglement)과 불일치(discord)는 양자 정보 처리 작업에서 양자 이점을 보장하는 핵심 요소이다.In other words, traditional quantum correlations, namely entanglement and discord, are key elements that ensure quantum advantage in quantum information processing tasks.

얽힘은 혼합 상태의 분리 가능 이슈에 기인하는 혼합 상태의 역할을 완전히 설명할 수 없다는 문제점이 있다. 또한, 얽힘 없이도 비-국부성 (nonlocality)가 존재할 수 있다.Entanglement has the problem of not being able to fully explain the role of mixed states due to the separability issue of mixed states. Additionally, nonlocality can exist even without entanglement.

모든 상태들이 얽혀 있지는 않지만, 거의 모든 양자 상태들이 교란(disturb) 되어 불일치(discord)와 같은 비-일반 효과(nonclassical effects)를 나타낼 수 있다.Although not all states are entangled, almost all quantum states can be disturbed and exhibit nonclassical effects such as discord.

양자 불일치는 양자 가속 및 혼합-상태 계측에 중요한 역할을 한다.Quantum mismatch plays an important role in quantum acceleration and mixed-state metrology.

한편, 양자 계측은 양자 상관을 자원으로 활용하는 높은 정확도의 측정 분야이다.Meanwhile, quantum metrology is a high-accuracy measurement field that utilizes quantum correlation as a resource.

양자 계측은 일반적으로 4단계 과정으로 이루어지고, 여기서 양자 프로브가 이분 상태(bipartite state)로 준비된다.Quantum metrology is generally a four-step process, where a quantum probe is prepared in a bipartite state.

한편, QFI(quantum Fisher information)은 계측을 통한 임의의 양자 프로브를 통해 달성 가능한 정확도의 허용 가능한 정량자(quantifier)이다.Meanwhile, quantum Fisher information (QFI) is an acceptable quantifier of the accuracy achievable through arbitrary quantum probes through instrumentation.

한편, 분리 가능한 양자 상태는 비-소멸 QFI를 나타내기 때문에, 얽힘은 계측(metrology)에서 양자 상관의 역할을 완전히 설명할 수 없다는 문제점이 있다.On the other hand, because separable quantum states exhibit non-annihilating QFI, entanglement has the problem of not being able to fully explain the role of quantum correlation in metrology.

또한, 분리 가능한 상태의 양자 상관으로 인해, 프로브에 의해 나타나는 최소 민감도를 포착(capture)하도록 얽힘의 응용 가능성을 제한한다는 문제점이 있다.Additionally, there is a problem that the quantum correlation of separable states limits the applicability of entanglement to capture the minimum sensitivity exhibited by the probe.

예를 들어, 측정 중 교란에 의해 유도된 양자 상관, 즉 측정 유도 교란(measurement-induced disturbance, MID)은 유용하다.For example, quantum correlations induced by disturbances during measurement, i.e. measurement-induced disturbance (MID), are useful.

그러나, 단일 연산, 즉 LNU(Local Non-Effective Unitary Operation) 하에서의 양자 상관은 시스템 크기가 커짐에 따라 점근적으로 사라지기 때문에 상대적인 이점을 제공하지 않는다.However, quantum correlation under a single operation, i.e. Local Non-Effective Unitary Operation (LNU), does not provide a relative advantage because it asymptotically disappears as the system size increases.

이것은 양자 얽힘을 자원으로 활용하지 않고 고전적 대응물에 비해 지수 또는 다항식 이점을 갖는 양자 알고리즘이 존재할 수 있다는 추측으로 이어질 수 있다.This could lead to speculation that quantum algorithms may exist that do not exploit quantum entanglement as a resource and have exponential or polynomial advantages over their classical counterparts.

최근에 관찰자가 관찰되지 않은 시스템을 얼마나 강하게 섭동시키는지에 의존하는 새로운 이분자 양자 상관관계가 발견되었다.Recently, a new bimolecular quantum correlation was discovered that depends on how strongly the observer perturbs the unobserved system.

이러한 양자 상관 관계를 측정 기반 양자 상관 관계(Measurement-based quantum correlations, MbQC)라고 하고, 이 독특한 속성은 MbQC를 얽힘 및 불일치와 같은 전통적인 양자 상관 관계와 구별할 수 있다.These quantum correlations are called measurement-based quantum correlations (MbQC), and this unique property distinguishes MbQC from traditional quantum correlations such as entanglement and discordance.

양자 상관 측정 처리 뿐만 아니라, 관련된 기술의 구현 및 연구를 지원하기 위한 다양한 양자 정보 처리를 지원할 수 있는 양자 정보 통합 시스템이 필요하다.A quantum information integration system is needed that can support not only quantum correlation measurement processing, but also various quantum information processing to support the implementation and research of related technologies.

한국등록특허 제10-2211060호, "섭동 감도를 이용한 양자 계측 방법 및 이를 이용한 양자 시스템"Korean Patent No. 10-2211060, “Quantum measurement method using perturbation sensitivity and quantum system using the same” 한국등록특허 제10-2120663호, "혼합 상태 양자 계측에서 측정 기반 양자 상관 측정 방법"Korean Patent No. 10-2120663, “Measurement-based quantum correlation measurement method in mixed-state quantum measurement”

본 발명은 단일 큐비트(single qubit)을 사용한 결정론적 양자 계산(deterministic quantum computation) 모델과 같은 단일 큐비트 계측(single qubit metrology) 실험에서 양자 상관 프로브의 계측적 자원 이용을 조사하는 것을 목적으로 한다.The purpose of the present invention is to investigate the use of metrological resources of quantum correlation probes in single qubit metrology experiments, such as deterministic quantum computation models using single qubits. .

본 발명은 측정 실험에서 비기능적 큐비트 프로브 감지, 양자통신을 위한 양자 시계 동기화 및 양자 계산을 위한 효율적 양자 알고리즘 관련 기능을 제공하는 것을 목적으로 한다.The purpose of the present invention is to provide functions related to detection of non-functional qubit probes in measurement experiments, quantum clock synchronization for quantum communication, and efficient quantum algorithms for quantum computation.

본 발명은 잡음이 있는 큐비트 측정을 위한 자원 이용 혼합 상태를 식별하고, 다양한 무작위 단일(unitary) 연산자의 계측적 자원을 식별하며, 양자 매개변수 추정을 위산 개선된 계측적 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The purpose of the present invention is to identify mixed resource utilization states for noisy qubit measurements, identify metrological resources of various random unitary operators, and provide an improved metrological method for quantum parameter estimation. Do it as

본 발명은 양자 센싱 장치를 위한 향상된 계측적 장치로서 잡음이 많은 NISQ(Noisy Intermediate-Scale Quantum) 장치를 위한 효율적인 계산 프레임워크를 제공하는 것을 목적으로 한다.The purpose of the present invention is to provide an efficient computational framework for noisy NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum) devices as an improved metrological device for quantum sensing devices.

본 발명의 일실시예에 따른 단일 큐비트 계측에서 양자 상관 측정 장치는 혼합된 양자 상태에 제어 큐비트에 기반한 아다마르(Hadamard) 연산을 적용하여 양자 상태를 입력하는 입력부, 제어 단일(controlled-unitary)에 기반하여 상기 입력된 양자 상태에 대한 단일 진화(unitary evolution)를 수행하는 상호 작용부 및 상기 수행된 단일 진화에 따른 단일 연산자의 정규화된 추적을 생성하고, 상기 생성된 정규화된 추적을 이용하여 양자 상관을 측정하는 측정부를 포함할 수 있다.In single qubit measurement according to an embodiment of the present invention, the quantum correlation measurement device includes an input unit that inputs the quantum state by applying Hadamard operation based on a controlled qubit to the mixed quantum state, and a controlled-unitary ) based on the interaction unit that performs unitary evolution on the input quantum state and a normalized trace of a single operator according to the performed unitary evolution, and using the generated normalized trace It may include a measuring unit that measures quantum correlation.

상기 입력부는 하기 수학식 2에 기반하여 상기 양자 상태를 입력할 수 있다.The input unit may input the quantum state based on Equation 2 below.

[수학식 2][Equation 2]

상기 상호 작용부는 하기 수학식 3과 같이 상기 입력된 양자 상태에 대한 단일 진화를 수행할 수 있다.The interaction unit may perform single evolution on the input quantum state as shown in Equation 3 below.

[수학식 3][Equation 3]

상기 제어 단일(controlled-unitary)은 하기 수학식 4와 같이 주어질 수 있다.The controlled-unitary can be given as Equation 4 below.

[수학식 4][Equation 4]

상기 제어 큐비트는 하기 수학식 5와 같이 주어질 수 있다.The control qubit can be given as Equation 5 below.

[수학식 5][Equation 5]

상기 측정부는, 상기 단일 연산자가 랜덤 에르미트 단일 연산자(random Hermitian unitary operator)이고, 상기 생성된 정규화된 추적이 1에 수렴함에 따라 불화(discord) 및 얽힘(entanglement)이 사라지는 상기 양자 상관을 측정할 수 있다.The measurement unit measures the quantum correlation in which the unitary operator is a random Hermitian unitary operator, and discord and entanglement disappear as the generated normalized trace converges to 1. You can.

본 발명의 일실시예에 따른 단일 큐비트 계측에서 양자 상관 측정 방법은 입력부에서, 혼합된 양자 상태에 제어 큐비트에 기반한 아다마르(Hadamard) 연산을 적용하여 양자 상태를 입력하는 단계, 상호 작용부에서, 제어 단일(controlled-unitary)에 기반하여 상기 입력된 양자 상태에 대한 단일 진화(unitary evolution)를 수행하는 단계 및 측정부에서, 상기 수행된 단일 진화에 따른 단일 연산자의 정규화된 추적을 생성하고, 상기 생성된 정규화된 추적을 이용하여 양자 상관을 측정하는 단계를 포함할 수 있다.The quantum correlation measurement method in single qubit measurement according to an embodiment of the present invention includes the steps of applying a Hadamard operation based on a control qubit to a mixed quantum state in an input unit to input a quantum state, and an interaction unit. In the step of performing unitary evolution for the input quantum state based on controlled-unitary and the measurement unit, generating a normalized trace of a unitary operator according to the performed unitary evolution, , may include measuring quantum correlation using the generated normalized trace.

상기 혼합된 양자 상태에 제어 큐비트에 기반한 아다마르(Hadamard) 연산을 적용하여 양자 상태를 입력하는 단계는, 하기 수학식 2에 기반하여 상기 양자 상태를 입력하는 단계를 포함할 수 있다.The step of inputting a quantum state by applying a Hadamard operation based on a control qubit to the mixed quantum state may include inputting the quantum state based on Equation 2 below.

[수학식 2][Equation 2]

상기 제어 단일(controlled-unitary)에 기반하여 상기 입력된 양자 상태에 대한 단일 진화(unitary evolution)를 수행하는 단계는, 하기 수학식 3과 같이 상기 입력된 양자 상태에 대한 단일 진화를 수행할 수 있다.In the step of performing unitary evolution on the input quantum state based on the controlled-unitary, unitary evolution on the input quantum state can be performed as shown in Equation 3 below: .

[수학식 3][Equation 3]

상기 수행된 단일 진화에 따른 단일 연산자의 정규화된 추적을 생성하고, 상기 생성된 정규화된 추적을 이용하여 양자 상관을 측정하는 단계는, 상기 단일 연산자가 랜덤 에르미트 단일 연산자(random Hermitian unitary operator)이고, 상기 생성된 정규화된 추적이 1에 수렴함에 따라 불화(discord) 및 얽힘(entanglement)이 사라지는 상기 양자 상관을 측정하는 단계를 포함할 수 있다.The step of generating a normalized trace of a single operator according to the performed unitary evolution and measuring quantum correlation using the generated normalized trace is where the single operator is a random Hermitian unitary operator. , measuring the quantum correlation such that discord and entanglement disappear as the generated normalized trace converges to 1.

본 발명은 단일 큐비트(single qubit)을 사용한 결정론적 양자 계산(deterministic quantum computation) 모델과 같은 단일 큐비트 계측(single qubit metrology) 실험에서 양자 상관 프로브의 계측적 자원 이용을 조사할 수 있다.The present invention can investigate the use of metrological resources of quantum correlation probes in single qubit metrology experiments, such as deterministic quantum computation models using single qubits.

본 발명은 측정 실험에서 비기능적 큐비트 프로브 감지, 양자통신을 위한 양자 시계 동기화 및 양자 계산을 위한 효율적 양자 알고리즘 관련 기능을 제공할 수 있다.The present invention can provide functions related to detection of non-functional qubit probes in measurement experiments, quantum clock synchronization for quantum communication, and efficient quantum algorithms for quantum computation.

본 발명은 잡음이 있는 큐비트 측정을 위한 자원 이용 혼합 상태를 식별하고, 다양한 무작위 단일(unitary) 연산자의 계측적 자원을 식별하며, 양자 매개변수 추정을 위산 개선된 계측적 방법을 제공할 수 있다.The present invention can provide an improved metrological method for identifying mixed resource utilization states for noisy qubit measurements, identifying metrological resources of various random unitary operators, and quantum parameter estimation. .

본 발명은 양자 센싱 장치를 위한 향상된 계측적 장치로서 잡음이 많은 NISQ(Noisy Intermediate-Scale Quantum) 장치를 위한 효율적인 계산 프레임워크를 제공할 수 있다.The present invention is an improved metrological device for quantum sensing devices and can provide an efficient computational framework for noisy intermediate-scale quantum (NISQ) devices.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 양자 상관 측정 처리 뿐만 아니라 관련된 기술의 구현 및 연구를 지원하기 위한 다양한 양자 정보 처리를 지원할 수 있다.Additionally, according to embodiments of the present invention, it is possible to support not only quantum correlation measurement processing but also various quantum information processing to support implementation and research of related technologies.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 양자 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 단일 큐비트를 사용한 결정적 양자 계산 프로토콜을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 단일 큐비트 계측에서 양자 상관 측정 장치를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 단일 큐비트 계측에서 양자 상관 측정 방법을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 단일 큐비트를 사용한 결정적 양자 계산 프로토콜에서의 양자 상관 측정 결과를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 반사실적 얽힘 분배(Counterfactual Entanglement Distribution) 모델을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제어된 양자 순간이동의 개념을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제어된 반사실적 양자 순간이동 지원 장치의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 9는 큐비트 전송에서 QST를 수행하기 위한 메커니즘을 설명하는 도면이다.
도 10은 순수 상태들 (a)과 혼합 상태들 (b)에 대한 재구성 상태와 실제 상태 의 Log 부정확도(infidelity)를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 단층 촬영 장치의 블록도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 양자정보기술 통합 시스템을 나타내는 도면이다.
1 is a diagram illustrating a quantum system according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram illustrating a deterministic quantum calculation protocol using a single qubit according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram illustrating a quantum correlation measurement device in single qubit measurement according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram illustrating a quantum correlation measurement method in single qubit measurement according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram illustrating quantum correlation measurement results in a deterministic quantum calculation protocol using a single qubit according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a diagram for explaining a counterfactual entanglement distribution model according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a diagram showing the concept of controlled quantum teleportation according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 is a flowchart showing the operation of a controlled counterfactual quantum teleportation support device according to an embodiment of the present invention.
Figure 9 is a diagram explaining a mechanism for performing QST in qubit transmission.
Figure 10 shows the Log infidelity of the reconstructed state and the actual state for pure states (a) and mixed states (b).
Figure 11 is a block diagram of a tomographic imaging device according to an embodiment of the present invention.
Figure 12 is a diagram showing a quantum information technology integrated system according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 문서의 다양한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다.Hereinafter, various embodiments of this document are described with reference to the attached drawings.

실시 예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The embodiments and terms used herein are not intended to limit the technology described in this document to a specific embodiment, and should be understood to include various changes, equivalents, and/or substitutes for the embodiments.

하기에서 다양한 실시 예들을 설명에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.In the following description of various embodiments, if a detailed description of a related known function or configuration is judged to unnecessarily obscure the gist of the invention, the detailed description will be omitted.

그리고 후술되는 용어들은 다양한 실시 예들에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.The terms described below are terms defined in consideration of functions in various embodiments, and may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.

도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.In connection with the description of the drawings, similar reference numbers may be used for similar components.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.Singular expressions may include plural expressions, unless the context clearly indicates otherwise.

본 문서에서, "A 또는 B" 또는 "A 및/또는 B 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다.In this document, expressions such as “A or B” or “at least one of A and/or B” may include all possible combinations of the items listed together.

"제1," "제2," "첫째," 또는 "둘째," 등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다.Expressions such as “first,” “second,” “first,” or “second,” can modify the corresponding components regardless of order or importance and are used to distinguish one component from another. It is only used and does not limit the corresponding components.

어떤(예: 제1) 구성요소가 다른(예: 제2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.When a component (e.g. a first) component is said to be "connected (functionally or communicatively)" or "connected" to another (e.g. a second) component, it means that the component is connected to the other component. It may be connected directly to a component or may be connected through another component (e.g., a third component).

본 명세서에서, "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, 하드웨어적 또는 소프트웨어적으로 "~에 적합한," "~하는 능력을 가지는," "~하도록 변경된," "~하도록 만들어진," "~를 할 수 있는," 또는 "~하도록 설계된"과 상호 호환적으로(interchangeably) 사용될 수 있다.In this specification, “configured to” means “suitable for,” “having the ability to,” or “changed to,” depending on the situation, for example, in terms of hardware or software. ," can be used interchangeably with "made to," "capable of," or "designed to."

어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다.In some contexts, the expression “a device configured to” may mean that the device is “capable of” working with other devices or components.

예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.For example, the phrase "processor configured (or set) to perform A, B, and C" refers to a processor dedicated to performing the operations (e.g., an embedded processor), or by executing one or more software programs stored on a memory device. , may refer to a general-purpose processor (e.g., CPU or application processor) capable of performing the corresponding operations.

또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or' 이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or' 를 의미한다.Additionally, the term 'or' means 'inclusive or' rather than 'exclusive or'.

즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다' 라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.That is, unless otherwise stated or clear from the context, the expression 'x uses a or b' means any of the natural inclusive permutations.

이하 사용되는 '..부', '..기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Terms such as '..unit' and '..unit' used hereinafter refer to a unit that processes at least one function or operation, and may be implemented as hardware, software, or a combination of hardware and software.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 양자 시스템을 설명하는 도면이다.1 is a diagram illustrating a quantum system according to an embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 복수의 양자 기기로 구성된 양자 시스템을 예시한다. 도 1에 도시된 장치는 도 11의 양자 상관 측정 처리부(2035)에 적용될 수 있다. Figure 1 illustrates a quantum system comprised of a plurality of quantum devices according to an embodiment of the present invention. The device shown in FIG. 1 can be applied to the quantum correlation measurement processing unit 2035 of FIG. 11.

도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 양자 시스템(100)은 제1 양자 기기(110), 제2 양자 기기(120) 및 제3 양자 기기(300)를 포함한다. 여기서, 양자 기기의 수는 추가되거나 감소될 수 있다.Referring to FIG. 1, a quantum system 100 according to an embodiment of the present invention includes a first quantum device 110, a second quantum device 120, and a third quantum device 300. Here, the number of quantum devices can be added or decreased.

일례로, 제1 양자 기기(110)는 송신 기기이고, 제2 양자 기기(120)는 수신 기기일 수 있고, 이에 한정되지 않으며, 상호 변경될 수 있다.For example, the first quantum device 110 may be a transmitting device, and the second quantum device 120 may be a receiving device, but they are not limited to this and may be interchanged.

예를 들어, 제2 양자 기기(120)가 제1 양자 기기(110)로 송신하는 경우, 제1 양자 기기(110)와 제2 양자 기기(120) 각각이 수신 기기와 송신 기기로 동작할 수 있다.For example, when the second quantum device 120 transmits to the first quantum device 110, the first quantum device 110 and the second quantum device 120 can operate as a receiving device and a transmitting device, respectively. there is.

본 발명의 일실시예에 따르면 제3 양자 기기(130)는 제1 양자 기기(110) 및 제2 양자 기기(120)를 제어하는 양자 기기일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the third quantum device 130 may be a quantum device that controls the first quantum device 110 and the second quantum device 120.

예를 들어, 제3 양자 기기(130)는 제1 양자 기기(110) 및 제2 양자 기기(120) 간의 양자 상관을 측정하는 장치일 수 있다.For example, the third quantum device 130 may be a device that measures quantum correlation between the first quantum device 110 and the second quantum device 120.

양자 시스템(100)의 양자 상관은 양자 계산 및 양자 계측의 자원으로 간주될 수 있다.Quantum correlation of quantum system 100 can be considered a resource for quantum computation and quantum metrology.

그러나, 일반적으로 모든 양자 상관이 단일 큐비트를 사용한 결정적 양자 계산(Deterministic Quantum Computation with Single qubit, DQC1) 프로토콜에 유용할 수 없다.However, in general, not all quantum correlations can be useful for deterministic quantum computation with single qubit (DQC1) protocols.

일례로, 제1 양자 기기(110) 내지 제3 양자 기기(130) 각각은 인터페이스부, 제어부 및 메모리부를 포함한다.For example, each of the first to third quantum devices 110 to 130 includes an interface unit, a control unit, and a memory unit.

예를 들어, 인터페이스부는 양자 채널(quantum channel)을 이용하는 양자 인터페이스부일 수 있고, 일반 채널(classical channel)을 이용하는 일반 인터페이스부일 수 있다.For example, the interface unit may be a quantum interface unit that uses a quantum channel, or it may be a general interface unit that uses a classical channel.

메모리는 양자 정보를 저장하는 양자 메모리일 수 있고, 일반 정보를 저장하는 일반 메모리 일 수 있다.The memory may be a quantum memory that stores quantum information, or it may be a general memory that stores general information.

전통적인 양자 상관(quantum correlation)에서 얽힘(entanglement)과 불일치(discord)는 양자 정보 처리 작업에서 양자 이점을 보장하는 핵심 요소일 수 있다.In traditional quantum correlation, entanglement and discord may be key elements to ensure quantum advantage in quantum information processing tasks.

단일 연산자의 정규화된 추적을 기존 연산자보다 효율적으로 추정하는 양자 정보 처리 프로토콜이 활용될 수 있다.Quantum information processing protocols that estimate the normalized trace of a single operator more efficiently than conventional operators can be utilized.

도 2에서 설명될, 단일 큐비트를 사용한 결정적 양자 계산(Deterministic Quantum Computation with Single qubit, DQC1) 프로토콜에서 달성 가능한 정확도는 제어 큐비트에 존재하는 양자 일관성과 관련될 수 있다.The accuracy achievable in the Deterministic Quantum Computation with Single qubit (DQC1) protocol, which will be described in Figure 2, can be related to the quantum coherence present in the control qubit.

예를 들어, 측정 중 교란에 의해 유도된 양자 상관, 즉 MID(측정 유도 교란)는 유용하지만 단일 연산, 즉 LNU(Local Non-Effective Unitary Operation) 하에서의 양자 상관은 시스템 크기가 커짐에 따라 점근적으로 사라지기 때문에 상대적인 이점을 제공하지 않을 수 있다.For example, quantum correlations induced by perturbations during measurement, i.e. measurement-induced disturbances (MID), are useful, but quantum correlations under a single operation, i.e. Local Non-Effective Unitary Operations (LNUs), asymptotically decrease as system size increases. Because it disappears, it may not provide a relative advantage.

이것은 양자 얽힘을 자원으로 활용하지 않고 고전적 대응물에 비해 지수 또는 다항식 이점을 갖는 양자 알고리즘이 존재할 수 있다는 추측으로 이어질 수 있다.This could lead to speculation that quantum algorithms may exist that do not exploit quantum entanglement as a resource and have exponential or polynomial advantages over their classical counterparts.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 단일 큐비트를 사용한 결정적 양자 계산 프로토콜을 설명하는 도면이다.Figure 2 is a diagram illustrating a deterministic quantum calculation protocol using a single qubit according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 단일 큐비트를 사용한 결정적 양자 계산 프로토콜에 기반한 양자 계측(quantum metrology)에서의 양자 상관을 측정하는 구성을 예시한다.Figure 2 illustrates a configuration for measuring quantum correlation in quantum metrology based on a deterministic quantum computing protocol using a single qubit according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 단일 큐비트를 사용한 결정적 양자 계산(Deterministic Quantum Computation with Single qubit, DQC1) 프로토콜(200)은 단일 연산자(unitary operator)의 추적(trace)를 효율적으로 추정한다.Referring to FIG. 2, the deterministic quantum computation with single qubit (DQC1) protocol 200 according to an embodiment of the present invention efficiently tracks a unitary operator. It is estimated that

일례로, 단일 큐비트를 사용한 결정적 양자 계산 프로토콜(200)은 단일 큐비트 계측 실험에서 양자 상관을 측정한다.As an example, the deterministic quantum computation protocol 200 using a single qubit measures quantum correlation in a single qubit metrology experiment.

본 발명의 일실시예에 따르면 단일 큐비트를 사용한 결정적 양자 계산 프로토콜(200)은 τ = tr(Un) /2n으로 주어진 단일 행렬(unitary matrix) Un의 정규화된 추적을 효율적으로 추정하도록 설계되었다.According to one embodiment of the present invention, the deterministic quantum computing protocol 200 using a single qubit is designed to efficiently estimate the normalized trace of a unitary matrix Un given by τ = tr(Un) /2n.

일례로, 단일 큐비트를 사용한 결정적 양자 계산 프로토콜(200)은 제어 큐비트 시스템(210)과 보조 시스템(220)으로 구성된다.As an example, the deterministic quantum computing protocol 200 using a single qubit consists of a control qubit system 210 and an auxiliary system 220.

양자 계측은 일반적으로 준비 단계, 인코딩 단계, 측정 단계 및 추정 단계와 같은 4단계를 포함한다.Quantum metrology generally involves four stages: preparation stage, encoding stage, measurement stage, and estimation stage.

준비 단계에서는 하기 수학식 1과 같이 매우 혼합된 초기 상태가 제시된다.In the preparation stage, a very mixed initial state is presented as shown in Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

수학식 1에서, p는 양자 상태와 관련될 수 있고, pCA는 혼합 상태를 나타낼 수 있으며, I는 입력 연산자를 나타낼 수 있고, Z는 파울리 연산자를 나타낼 수 있다.In Equation 1, p may be associated with a quantum state, p CA may represent a mixed state, I may represent an input operator, and Z may represent a Pauli operator.

본 발명의 일실시예에 따르면 단일 큐비트를 사용한 결정적 양자 계산 프로토콜(200)에서 입력 값은 제어 큐비트(C)이고, 아다마르(Hadamard, H) 게이트는 제어 큐비트에 적용되어 합성 구조를 나타낸다.According to one embodiment of the present invention, in the deterministic quantum calculation protocol 200 using a single qubit, the input value is a control qubit (C), and a Hadamard (H) gate is applied to the control qubit to create a synthetic structure. indicates.

단일 큐비트를 사용한 결정적 양자 계산 프로토콜(200)은 제어 큐비트에 대한 아다마르 연산 후 하기 수학식 2와 같은 초기 상태를 입력한다.The deterministic quantum calculation protocol 200 using a single qubit inputs an initial state as shown in Equation 2 below after Hadamard operation on the control qubit.

[수학식 2][Equation 2]

수학식 2에서, pi CA는 제어 큐비트에 기반하여 아다마르 연산된 혼합 상태를 나타낼 수 있다.In Equation 2, p i CA may represent a Hadamard-operated mixed state based on the control qubit.

일례로, 단일 큐비트를 사용한 결정적 양자 계산 프로토콜(200)은 이 입력 양자 상태를 보조 시스템(220)에 기반한 제어된 단일 진화로 거쳐서 다음 수학식 3과 같이 산출한다.As an example, the deterministic quantum computation protocol 200 using a single qubit undergoes this input quantum state through a controlled single evolution based on the auxiliary system 220 to calculate Equation 3 below.

[수학식 3][Equation 3]

수학식 3에서, pf CA는 제어된 단일 진화가 진행된 양자 상태를 나타낼 수 있다.In Equation 3, p f CA can represent a quantum state in which controlled single evolution has occurred.

예를 들어, 제어 단일(controlled-unitary)은 하기 수학식 4와 같이 주어질 수 있다.For example, controlled-unitary can be given as Equation 4 below.

[수학식 4][Equation 4]

수학식 4에서, Un은 단일 행렬을 나타낼 수 있다. 한편, 측정하기 전에 제어 큐비트는 하기 수학식 5와 같이 주어질 수 있다.In Equation 4, U n may represent a single matrix. Meanwhile, before measurement, the control qubit can be given as in Equation 5 below.

[수학식 5][Equation 5]

수학식 5에서, α는 (1+α2)/2로 주어진 단일 제어 큐비트 시스템의 순도를 결정하고, 마지막으로 제어 큐비트 수익률에서 관찰 가능한 X, Y 측정은 하기 수학식 6과 같이 제시될 수 있다.In Equation 5, α determines the purity of a single control qubit system given by (1+α 2 )/2, and finally, the observable You can.

[수학식 6][Equation 6]

수학식 6에서, Xpf C는 X 측정을 위한 정규화된 추적을 나타낼 수 있고, Ypf C는 Y측정을 위한 정규화된 추적을 나타낼 수 있다.In Equation 6, Xp f C may represent the normalized trace for the X measurement, and Yp f C may represent the normalized trace for the Y measurement.

단일 큐비트를 사용한 결정적 양자 계산 프로토콜(200)을 충분히 실행하면 사용된 단일 연산자의 정규화된 추적 추정치가 산출될 수 있다.Sufficient execution of the deterministic quantum computation protocol 200 using a single qubit can yield a normalized trace estimate of the single operator used.

단일 큐비트를 사용한 결정적 양자 계산 프로토콜(200)의 양자 계산 이점은 파티션 제어 큐비트 시스템(C)|보조 시스템(A)에 대한 최종 상태 ρCAf에서의 양자 상관(quantum correlation)의 존재 여부에 달려 있다.The quantum computational advantage of the deterministic quantum computing protocol 200 using a single qubit depends on the presence of quantum correlation in the final state ρCAf for the partition control qubit system (C)|auxiliary system (A) .

양자 상관의 존재는 사용된 단일 연산자의 정규화된 추적에 따라 달라질 수 있다.The presence of quantum correlations may depend on the normalized trace of the single operator used.

이에 따라, 단일 큐비트를 사용한 결정적 양자 계산 프로토콜(200)에 따라 측정되는 양자 상관에 따른 양자 상태는 단일 연산자에 대해 분리 가능한 상태로 유지될 수 있다.Accordingly, the quantum state according to the quantum correlation measured according to the deterministic quantum computation protocol 200 using a single qubit can be maintained as a separable state for a single operator.

다시 말해, 단일 큐비트를 사용한 결정적 양자 계산 프로토콜(200)은 제어 시스템(210)에서 아다마르 게이트에 제어 큐비트가 적용된 후, 보조 시스템(220)에서 최종 상태를 생성하기 위해 제어된 단일 진화를 거친 후, 진화된 제어 큐비트에 대한 관찰 가능한 측정으로 단일 연산자의 정규화된 추적에 대한 추정치를 산출할 수 있다. 여기서, 산출된 추정치는 양자 상관 측정에 이용될 수 있다.In other words, the deterministic quantum computation protocol 200 using a single qubit involves applying a control qubit to a Hadamard gate in the control system 210, followed by controlled single evolution to produce a final state in the auxiliary system 220. After processing, observable measurements on the evolved control qubit can yield an estimate of the normalized trace of a single operator. Here, the calculated estimate can be used to measure quantum correlation.

따라서, 본 발명은 단일 큐비트(single qubit)을 사용한 결정론적 양자 계산(deterministic quantum computation) 모델과 같은 단일 큐비트 계측(single qubit metrology) 실험에서 양자 상관 프로브의 계측적 자원 이용을 조사할 수 있다.Therefore, the present invention can investigate the use of metrological resources of quantum correlation probes in single qubit metrology experiments, such as deterministic quantum computation models using single qubits. .

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 단일 큐비트 계측에서 양자 상관 측정 장치를 설명하는 도면이다.Figure 3 is a diagram illustrating a quantum correlation measurement device in single qubit measurement according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 단일 큐비트 계측에서 양자 상관 측정 장치의 구성 요소를 예시한다.Figure 3 illustrates the components of a quantum correlation measurement device in single qubit measurement according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 단일 큐비트 계측에서 양자 상관 측정 장치(300)는 입력부(310), 상호 작용부(320) 및 측정부(330)를 포함한다.Referring to FIG. 3, in single qubit measurement according to an embodiment of the present invention, the quantum correlation measurement device 300 includes an input unit 310, an interaction unit 320, and a measurement unit 330.

예를 들어, 입력부(310)는 도 2에서 설명된 제어 큐비트 시스템(210)과 유사한 역할을 수행할 수 있다.For example, the input unit 310 may perform a similar role as the control qubit system 210 described in FIG. 2.

예를 들어, 상호 작용부(320)는 도 2에서 설명된 보조 시스템(220)과 유사한 역할을 수행할 수 있다.For example, the interaction unit 320 may perform a similar role as the auxiliary system 220 described in FIG. 2 .

본 발명의 일실시예에 따르면 입력부(310)는 혼합된 양자 상태에 제어 큐비트에 기반한 아다마르(Hadamard) 연산을 적용하여 양자 상태를 입력한다.According to one embodiment of the present invention, the input unit 310 inputs a quantum state by applying a Hadamard operation based on a control qubit to the mixed quantum state.

일례로, 입력부(310)는 준비된 단계로서, 고도로 혼합된 초기의 양자 상태에 아다마르 변환을 통해 초기의 양자 상태를 변환하여 초기 양자 상태를 입력한다.For example, the input unit 310 is a prepared step and inputs the initial quantum state by converting the initial quantum state into a highly mixed initial quantum state through Hadamard transformation.

본 발명의 일실시예에 따르면 상호 작용부(320)는 제어 단일(controlled-unitary)에 기반하여 상기 입력된 양자 상태에 대한 단일 진화(unitary evolution)를 수행한다.According to one embodiment of the present invention, the interaction unit 320 performs unitary evolution on the input quantum state based on controlled-unitary.

즉, 상호 작용부(320)는 입력부(310)에 의해 입력된 양자 상태에 대하여 제어된 단일 진화를 수행한다.That is, the interaction unit 320 performs controlled single evolution on the quantum state input by the input unit 310.

일례로, 상호 작용부(320)는 양자 계측의 인코딩 단계를 수행한다.For example, the interaction unit 320 performs an encoding step of quantum measurement.

본 발명의 일실시예에 따르면 측정부(330)는 상호 작용부(320)에 의해 수행된 단일 진화에 따른 단일 연산자의 정규화된 추적을 생성하고, 정규화된 추적을 이용하여 양자 상관을 측정할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the measurement unit 330 can generate a normalized trace of a single operator according to the single evolution performed by the interaction unit 320, and measure quantum correlation using the normalized trace. there is.

일례로, 측정부(330)는 단일 연산자가 랜덤 에르미트 단일 연산자(random Hermitian unitary operator)이고, 생성된 정규화된 추적이 1에 수렴함에 따라 불화(discord) 및 얽힘(entanglement)이 사라지는 양자 상관을 측정할 수 있다.For example, the measurement unit 330 uses quantum correlation where the unitary operator is a random Hermitian unitary operator and discord and entanglement disappear as the generated normalized trace converges to 1. It can be measured.

예를 들어, 정규화된 추적 tr(U2n)/2n

Figure 112022042565684-pat00013
0을 갖는 Haar 랜덤 단일 연산자에 대해 불일치가 존재하지만, 정규화된 추적 tr(U2n)/2n
Figure 112022042565684-pat00014
1을 갖는 랜덤 에르미트 단일 연산자에 대해서는 불화 및 얽힘이 사라질 수 있다.For example, normalized trace tr(U2n)/2n
Figure 112022042565684-pat00013
A discrepancy exists for the Haar random unary operator with 0, but the normalized trace tr(U2n)/2n
Figure 112022042565684-pat00014
For a random Hermitian unitary operator with 1, discord and entanglement can disappear.

따라서, 본 발명은 양자 센싱 장치를 위한 향상된 계측적 장치로서 잡음이 많은 NISQ(Noisy Intermediate-Scale Quantum) 장치를 위한 효율적인 계산 프레임워크를 제공할 수 있다.Therefore, the present invention can provide an efficient computational framework for noisy intermediate-scale quantum (NISQ) devices as an improved metrological device for quantum sensing devices.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 단일 큐비트 계측에서 양자 상관 측정 방법을 설명하는 도면이다.Figure 4 is a diagram illustrating a quantum correlation measurement method in single qubit measurement according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 단일 큐비트(single qubit)을 사용한 결정론적 양자 계산(deterministic quantum computation) 모델과 같은 단일 큐비트 계측에서 양자 상관 측정 방법을 예시한다.Figure 4 illustrates a quantum correlation measurement method in single qubit measurement, such as a deterministic quantum computation model using a single qubit, according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 단일 큐비트 계측에서 양자 상관 측정 방법은 단계(401)에서 제어 큐비트에 기반한 아다마르 연산을 적용하여 양자 상태를 입력한다.Referring to FIG. 4, the quantum correlation measurement method in single qubit measurement according to an embodiment of the present invention inputs the quantum state by applying Hadamard operation based on the control qubit in step 401.

즉, 단일 큐비트 계측에서 양자 상관 측정 방법은 제어 시스템의 제어 큐비트와 아다마르 게이트에 따른 아다마르 연산에 기반하여 매우 혼합된 초기 양자 상태를 보조 시스템으로 입력한다.That is, the quantum correlation measurement method in single qubit measurement is based on the Hadamard operation according to the control qubit of the control system and the Hadamard gate, and inputs a highly mixed initial quantum state into the auxiliary system.

단계(402)에서 본 발명의 일실시예에 따른 단일 큐비트 계측에서 양자 상관 측정 방법은 제어 단위에 기반하여 양자 상태에 대한 단일 진화를 수행한다.In step 402, the quantum correlation measurement method in single qubit measurement according to an embodiment of the present invention performs a single evolution of the quantum state based on the control unit.

즉, 단일 큐비트 계측에서 양자 상관 측정 방법은 수학식 2의 입력 값에 대하여 단일 진화를 수행하여 수학식 3을 출력하고, 제어 단일은 수학식 4와 같이 주어지며, 제어 큐비트는 수학식 5와 같이 주어질 수 있다.That is, the quantum correlation measurement method in single qubit measurement performs unity evolution on the input value of Equation 2 and outputs Equation 3, the control single is given as Equation 4, and the control qubit is given by Equation 5 and can be given together.

단계(403)에서 본 발명의 일실시예에 따른 단일 큐비트 계측에서 양자 상관 측정 방법은 단일 진화에 따른 단일 연산자의 정규화된 추적을 생성하고, 정규화된 추적을 이용하여 양자 상관을 측정한다.In step 403, the method for measuring quantum correlation in single qubit measurement according to an embodiment of the present invention generates a normalized trace of a single operator according to single evolution, and measures quantum correlation using the normalized trace.

즉, 단일 큐비트 계측에서 양자 상관 측정 방법은 단일 연산자가 랜덤 에르미트 단일 연산자(random Hermitian unitary operator)이고, 생성된 정규화된 추적이 1에 수렴함에 따라 불화(discord) 및 얽힘(entanglement)이 사라지는 양자 상관을 측정할 수 있다.In other words, the quantum correlation measurement method in single qubit measurement is that the unitary operator is a random Hermitian unitary operator, and as the generated normalized trace converges to 1, discord and entanglement disappear. Quantum correlation can be measured.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 단일 큐비트를 사용한 결정적 양자 계산 프로토콜에서의 양자 상관 측정 결과를 설명하는 도면이다.Figure 5 is a diagram illustrating quantum correlation measurement results in a deterministic quantum calculation protocol using a single qubit according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참고하면, 그래프(500)는 가로축에서 단일 제어 큐비트의 순도를 결정하는 α의 변화를 나타내고, 세로축에서 양자 상관 측정 값의 변화를 나타낸다.Referring to FIG. 5, a graph 500 represents the change in α, which determines the purity of a single control qubit, on the horizontal axis, and the change in quantum correlation measurement value on the vertical axis.

그래프선(501)은 임의의(random) 에르미트(Hermitian) 단일 연산자의 MbQC(measurement-based quantum correlations)를 나타낸다.The graph line 501 represents measurement-based quantum correlations (MbQC) of a random Hermitian single operator.

그래프선(502)는 임의의 Harr 단일 연산자의 불화(discord)를 나타낸다.Graph line 502 represents the discord of any Harr single operator.

그래프선(503)은 임의의 Harr 단일 연산자의 MbQC를 나타낸다.The graph line 503 represents the MbQC of an arbitrary Harr single operator.

그래프선(504)는 임의의(random) 에르미트(Hermitian) 단일 연산자의 불화(discord)를 나타낸다.Graph line 504 represents a discord of a random Hermitian unitary operator.

그래프선(505)은 얽힘(entanglement)을 나타낸다.Graph line 505 represents entanglement.

그래프선(501) 내지 그래프선(503)는 제어 큐비트의 순도를 결정하는 α에 따라 증가되는 모습을 보여준다.Graph lines 501 to 503 show an increase according to α, which determines the purity of the control qubit.

그러나, 그래프선(504)은 임의의(random) 에르미트(Hermitian) 단일 연산자의 불화(discord)가 사라짐을 나타낸다.However, graph line 504 indicates that the random Hermitian unitary operator discord disappears.

그래프선(501)과 그래프선(503)은 MbQC에서는 제어 큐비트에 따른 예외가 없음을 나타낸다.Graph lines 501 and 503 indicate that there are no exceptions according to control qubits in MbQC.

즉, 그래프(500)는 단일 큐비트를 사용한 결정적 양자 계산 프로토콜 모델에서 양자 상관의 수치적 비교분석을 나타내고, MbQC가 자원의 관련성 및 일반성 측면에서 얽힘과 불일치를 추방함을 암시한다.That is, the graph 500 represents a numerical comparative analysis of quantum correlations in a deterministic quantum computing protocol model using a single qubit, and suggests that MbQC expels entanglement and inconsistency in terms of resource relevance and generality.

양자 상관의 존재는 사용된 단일 연산자의 정규화된 추적에 따라 달라질 수 있으며, 하기 수학식 7을 통해 보충 설명할 수 있다.The existence of quantum correlation may vary depending on the normalized trace of the single operator used, and can be supplementally explained through Equation 7 below.

[수학식 7][Equation 7]

수학식 7에서, Q(pCA)는 양자 상관을 나타낼 수 있고, 는 로컬 폰노이만 측정의 특성화를 나타낼 수 있으며, 는 정규화 인자를 나타낼 수 있고, 는 보조 시스템의 사전 측정과 사후 측정의 조건 상태 사이의 유효한 거리 매트릭스를 나타낼 수 있다.In equation 7, Q(p CA ) can represent quantum correlation, can represent the characterization of the local von Neumann measurement, may represent the normalization factor, can represent an effective distance matrix between the condition states of the pre-measurement and post-measurement of the auxiliary system.

MbQC는 단일 큐비트 계측에서 더 간단하고 분석적으로 계산 가능한 계측 성능 지수로 증명될 수 있다.MbQC can be proven to be a simpler and analytically calculable measurement figure of merit in single-qubit measurements.

단일 큐비트를 사용한 결정적 양자 계산 프로토콜에서의 양자 이점(quantum advantage)는 제어 큐비트 시스템(C)|보조 시스템(A)의 양자 상관의 존재뿐 만 아니라 사용된 단일 연산자에 따라 달라질 수 있다.The quantum advantage in a deterministic quantum computing protocol using a single qubit can depend on the single operator used as well as the presence of quantum correlations in the control qubit system (C)|auxiliary system (A).

단일 큐비트를 사용한 결정적 양자 계산 프로토콜에서 이분(Bipartition)을 위해 MbQC, 불일치 및 얽힘 값을 구하고 수많은 Harr 및 에르미트(Hermitian) 단일 연산자에 대해 평균 값이 계산될 수 있다.In a deterministic quantum computing protocol using a single qubit, MbQC, disparity and entanglement values are obtained for bipartition and the average values can be calculated for numerous Harr and Hermitian unitary operators.

따라서, 본 발명은 측정 실험에서 비기능적 큐비트 프로브 감지, 양자통신을 위한 양자 시계 동기화 및 양자 계산을 위한 효율적 양자 알고리즘 관련 기능을 제공할 수 있다.Therefore, the present invention can provide functions related to non-functional qubit probe detection in measurement experiments, quantum clock synchronization for quantum communication, and efficient quantum algorithms for quantum computation.

또한, 본 발명은 잡음이 있는 큐비트 측정을 위한 자원 이용 혼합 상태를 식별하고, 다양한 무작위 단일(unitary) 연산자의 계측적 자원을 식별하며, 양자 매개변수 추정을 위산 개선된 계측적 방법을 제공할 수 있다.In addition, the present invention provides an improved metrological method for identifying mixed resource utilization states for noisy qubit measurements, identifying metrological resources of various random unitary operators, and quantum parameter estimation. You can.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 반사실적 얽힘 분배(Counterfactual Entanglement Distribution) 모델을 설명하기 위한 도면이다.Figure 6 is a diagram for explaining a counterfactual entanglement distribution model according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 제1 단말(Alice)(610), 제2 단말(Bob)(620) 및 제3 단말(Charlie)(630) 각각은 모두 송신 단말, 수신 단말 및 제어 단말로 동작할 수 있다. 예를 들어, Alice(610)가 Bob(620)에게 양자 정보를 보내는 경우 Charlie(630)는 제어 단말의 역할을 수행하고, 반대로 Bob(620)이 Alice(630)에게 양자 정보를 보내는 경우도 가능하다. 이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 제어된 양자 순간 이동 프로토콜은 3자 양자네트워크를 가정한다. Referring to FIG. 6, the first terminal (Alice) 610, the second terminal (Bob) 620, and the third terminal (Charlie) 630 can each operate as a transmitting terminal, a receiving terminal, and a control terminal. there is. For example, when Alice (610) sends quantum information to Bob (620), Charlie (630) acts as a control terminal, and conversely, it is also possible for Bob (620) to send quantum information to Alice (630). do. As such, the controlled quantum teleportation protocol according to an embodiment of the present invention assumes a three-party quantum network.

한편, 도 6에서 참조부호 640 'SW'는 전환 가능 미러(Switchable Mirror)의 및 전환 가능 회전자 등을 포함하는 양자 채널을 의미하고, QAO는 quantum absorptive object의 약칭이고, V-CQZ는 수직(Vertical) CQZ 게이트를 포함함을 나타내고, H-CQZ는 수평(Horizontal) CQZ 게이트를 포함하고 있음을 나타낸다. Meanwhile, in FIG. 6, reference numeral 640 'SW' refers to a quantum channel including a switchable mirror and a switchable rotor, QAO is an abbreviation for quantum absorptive object, and V-CQZ is a vertical ( Vertical) indicates that it contains a CQZ gate, and H-CQZ indicates that it contains a horizontal (Horizontal) CQZ gate.

도 6에 도시된 제1 단말(Alice)(610), 제2 단말(Bob)(620) 및 제3 단말(Charlie)(630) 중 적어도 어느 하나는 도 12의 반사실 양자 통신 처리부(2013)에 적용될 수 있다.At least one of the first terminal (Alice) 610, the second terminal (Bob) 620, and the third terminal (Charlie) 630 shown in FIG. 6 is the counterfactual quantum communication processor 2013 of FIG. 12. can be applied to

[제1 단계][Step 1]

제1 단계에서 각 단말은 2N 개의 GHZ 상태를 반사실적으로 생성한다.In the first step, each terminal counterfactually generates 2N GHZ states.

제어된 반사실적 양자 순간이동을 안전하게 수행하기 위하여, Alice, Bob 및 Charlie는 CQZ (Counterfactual quantum Zeno) gate를 사용하여 2N GHZ 상태를 반사실적으로 생성한다. 여기서, N은 자연수를 나타내고, 각 단말은 2N GHZ 상태의 큐빗을 하나씩 갖는 2N 삼각(tripartie) GHZ 상태를 생성한다.To safely perform controlled counterfactual quantum teleportation, Alice, Bob, and Charlie use a CQZ (Counterfactual quantum Zeno) gate to counterfactually generate 2N GHZ states. Here, N represents a natural number, and each terminal generates a 2N tripartie GHZ state with one qubit of the 2N GHZ state.

송신 단말로 가정한 Alice는 얽힘을 반사실적으로 분배하기 위하여, GHZ 상태 생성의 각 라운드에서 자신의 큐빗이 양자 흡수 객체(quantum absorptive object, QAO)로 동작하는 상태에서 큐빗을 준비한다. 이때, Bob과 Charlie는 각각 인 상태에서 큐빗을 준비한다. Alice, assumed to be a transmitting terminal, has her qubit operate as a quantum absorptive object (QAO) in each round of GHZ state creation in order to counterfactually distribute entanglement. Prepare the qubit in this state. At this time, Bob and Charlie each and Prepare the qubit in the in state.

Bob과 Charlie는 도 6에 도시된 바와 같이, GHZ 상태 생성의 각 라운드에서 CQZ 게이트를 사용하여 양자 채널을 통해 Alice와 교대로 연결한다. Bob and Charlie alternately connect with Alice through quantum channels using CQZ gates in each round of GHZ state generation, as shown in Figure 6.

각 라운드가 종료되는 시점에 Alice, Bob 및 Charlie의 초기 상태는 수학식 8과 같이 변환된다. At the end of each round, the initial states of Alice, Bob, and Charlie are converted as shown in Equation 8.

[수학식 8][Equation 8]

, ,

. .

여기서, A, B, C는 각각 Alice, Bob 및 Charlie를 나타내는 인덱스이고, i는 GHZ 상태 생성의 i번째 라운드를 나타내는 인덱스를 의미한다. Here, A, B, and C are indices representing Alice, Bob, and Charlie, respectively, and i refers to the index representing the ith round of GHZ state creation.

[제2 단계][Second stage]

제2 단계에서 Alice, Bob 및 Charlie는 큐빗 측정 및 결과발표를 수행한다.In the second step, Alice, Bob, and Charlie perform qubit measurements and announce the results.

먼저, Alice는 보안 검사를 위하여, 2N개의 GHZ 상태들 중 N개의 GHZ 상태의 임의의 서브세트를 선택하고, 선택된 서브세트의 위치를 통지(announce) 한다.First, for security check, Alice selects a random subset of N GHZ states among 2N GHZ states and announces the location of the selected subset.

Bob 및 Charlie는 {x, y} 세트로부터 측정 기저(basis)을 랜덤하게 선택하여 각 큐빗에서 측정을 수행하고 측정 결과와 선택한 기저(basis) 세트를 통지한다. Bob and Charlie randomly select a measurement basis from the {x, y} set, perform measurements on each qubit, and report the measurement results and the selected basis set.

Alice는 [표 1]과 같은 Bob 및 Charlie의 측정 후 측정 결과 테이블을 참조하여 Bob 및 Charlie의 측정 결과를 비교하거나 매칭한다. 이를 통해 측정 결과의 일관성 여부를 확인할 수 있다. Alice compares or matches the measurement results of Bob and Charlie by referring to the measurement result table after Bob and Charlie's measurements as shown in [Table 1]. Through this, you can check whether the measurement results are consistent.

[표 1][Table 1]

측정 결과의 일관성이 기 설정된 허용 가능한 임계 값까지 신뢰 가능한 경우, Alice, Bob 및 Charlie는 다음 단계를 수행할 수 있다. 즉, Alice, Bob 및 Charlie는 다음 단계에서 선택된 서브 세트 이외의 N개의 GHZ 상태를 사용하여 임의의 알려지지 않은 큐빗을 삼각 양자 네트워크(tripartite quantum network)에서 전송할 수 있다. If the consistency of the measurement results is reliable up to a preset acceptable threshold, Alice, Bob, and Charlie can perform the next steps. That is, Alice, Bob, and Charlie can transmit arbitrary unknown qubits in a tripartite quantum network using N GHZ states other than the subset selected in the next step.

한편, 각 당사자는 송신 단말, 수신 단말 및 제어 단말로 동작할 수 있음을 고려하여, 이후의 명세서 상의 기재에서 GHZ 상태의 첨자는 s, r, c로 표현하기로 한다. 여기서, s, r, c는 각각 송신 단말, 수신 단말 및 제어 단말에 구비된(혹은 해당 단말이 소유한) 큐빗을 나타낸다.Meanwhile, considering that each party can operate as a transmitting terminal, receiving terminal, and control terminal, the GHZ state subscripts will be expressed as s, r, and c in the following description. Here, s, r, and c represent qubits provided (or owned by the corresponding terminal) in the transmitting terminal, receiving terminal, and control terminal, respectively.

[제3 단계][Step 3]

제3 단계에서 송신 단말은 자신이 소유한 큐빗에 대해 벨 기반 측정을 수행함으로써, 미지의 양자상태를 순간이동 시킨다. 보다 구체적으로, 수학식 9와 같이 정의되는 미지의 양자 상태 를 송신 단말이 전송하는 경우를 가정한다. In the third step, the transmitting terminal teleports the unknown quantum state by performing a bell-based measurement on the qubit it owns. More specifically, the unknown quantum state defined as Equation 9: Assume that the transmitting terminal transmits.

[수학식 9][Equation 9]

, ,

. .

미지의 양자 상태 및 GHZ 상태의 조합 상태는 수학식 10과 같이 표현될 수 있다.The combination state of the unknown quantum state and the GHZ state can be expressed as Equation 10.

[수학식 10][Equation 10]

, ,

. .

여기서, 는 벨 상태를 나타내고, j는 제어된 양자 순간 이동의 j번째 라운드를 나타낸다. here, and represents the bell state, and j represents the jth round of controlled quantum teleportation.

제3 단계에서 송신 단말은 큐빗 q 및 sj에 대한 벨 기저 측정을 수행하고, 측정 결과를 기록 및 유지한다. In the third step, the transmitting terminal performs Bell basis measurements on qubits q and s j , and records and maintains the measurement results.

[제4 단계][Step 4]

제4 단계에서 제어 단말은 Hadamard 기저로 큐빗을 측정하고 미지의 양자 상태를 재구성하도록 수신단말에게 측정 결과를 통지한다. In the fourth step, the control terminal measures the qubit based on the Hadamard basis and notifies the receiving terminal of the measurement result to reconstruct the unknown quantum state.

보다 구체적으로, 제어 단말은 큐빗 cj에서 Hadamard gate H를 수행하고 계산 기저로 큐빗을 측정한다. 제어 단말은 제어된 반사실적 양자 순간이동을 승인하기 위해 고전적 정보인 m의 1비트를 통해 측정 결과를 통지한다. More specifically, the control terminal performs the Hadamard gate H on qubit c j and measures the qubit as a computational basis. The control terminal notifies the measurement result through 1 bit of classical information m to approve the controlled counterfactual quantum teleportation.

제어 단말이 송신 단말과 수신 단말 간의 통신을 승인하면, 송신 단말은 벨 상태 에 대응하는 세트로부터 고전적 정보인 m1m2 2비트를 통해 측정 결과를 제어 단말 및 수신 단말에게 통지한다. When the control terminal approves communication between the sending terminal and the receiving terminal, the sending terminal is in the ring state. corresponding to The measurement result is notified to the control terminal and the receiving terminal through 2 bits of m1m2, which is classical information from the set.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제어된 양자 순간이동의 개념을 나타내는 도면이다. Figure 7 is a diagram showing the concept of controlled quantum teleportation according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 제어 단말의 승인하에 송신 단말은 벨 측정 결과를 통지함으로써, 제어된 양자 순간이동을 수행함을 알 수 있다. Referring to FIG. 7, it can be seen that the transmitting terminal performs controlled quantum teleportation by notifying the bell measurement result with the approval of the control terminal.

[제5 단계][Step 5]

제5 단계에서 수신 단말은 양자 상태를 재구성한다. In the fifth step, the receiving terminal reconstructs the quantum state.

보다 구체적으로, 수신 단말은 양자 상태를 재구성하기 위해 송신 단말 및 제어 단말의 측정 결과에 기초하여 큐빗 rj에서 수학식 11과 같이 정의되는 유니터리 오퍼레이션(unitary operation)을 수행한다. More specifically, the receiving terminal performs a unitary operation defined as Equation 11 on the qubit r j based on the measurement results of the transmitting terminal and the control terminal to reconstruct the quantum state.

[수학식 11][Equation 11]

여기서, X 및 Z는 각각 Pauli x 및 z 연산자를 의미한다. Here, X and Z refer to the Pauli x and z operators, respectively.

제1 단계 내지 제5단계를 통해 설명된 방법은 제어를 수행하는 제어 단말의 승인하에 미지의 양자 상태 시퀀스를 재구성할 수 있다. 따라서, 다양한 공격 전략에 대해 보다 안전하고 다자간 통신 시스템에 활용이 가능하다. The method described through steps 1 to 5 can reconstruct an unknown quantum state sequence under the approval of a control terminal performing control. Therefore, it is safer against various attack strategies and can be used in a multi-party communication system.

만일, 도청을 시도하는 단말이 얽힘 분배 과정에 참여하려고 시도하는 경우, 얽힘 관계에 있을 수 있지만 제2 단계의 보안 검사 과정에서 도청을 시도하는 단말이 탐지될 수 있다. If a terminal attempting eavesdropping attempts to participate in the entanglement distribution process, it may be in an entanglement relationship, but the terminal attempting eavesdropping may be detected during the security check process of the second stage.

또한, 도청을 시도하는 단말이 Alice의 미지 양자 상태를 훔치기 위해 보이지 않는 광자를 추가하는 경우, 보이지 않는 광자로 인해 보안 검사 단계에서 더 많은 오류가 발생할 수 있다. Additionally, if a terminal attempting eavesdropping adds invisible photons to steal Alice's unknown quantum state, more errors may occur in the security check step due to the invisible photons.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제어된 반사실적 양자 순간이동 지원 장치의 동작을 나타내는 흐름도이다. Figure 8 is a flowchart showing the operation of a controlled counterfactual quantum teleportation support device according to an embodiment of the present invention.

여기서, 제어된 반사실적 양자 순간이동 지원 장치는 송신 단말, 수신 단말 및 제어 단말 중 어느 하나의 단말일 수 있고, 도 8은 제어된 반사실적 양자 순간이동 지원 장치가 송신 단말인 경우에 해당한다. Here, the controlled counterfactual quantum teleportation support device may be any one of a transmitting terminal, a receiving terminal, and a control terminal, and Figure 8 corresponds to the case where the controlled counterfactual quantum teleportation support device is a transmitting terminal.

도 8을 참조하면, 송신 단말은 810 단계에서 2N 개의 GHZ(Greenberger-Horne-Zeilinger)상태를 반사실적으로 생성한다. Referring to FIG. 8, the transmitting terminal counterfactually generates 2N GHZ (Greenberger-Horne-Zeilinger) states in step 810.

820 단계에서 송신 단말은 N개의 GHZ 상태의 임의의 서브세트를 선택하고, 선택된 서브세트의 위치를 통지한다. In step 820, the transmitting terminal selects a random subset of N GHZ states and notifies the location of the selected subset.

830 단계에서 송신 단말은 측정 결과의 일관성 여부를 확인한다.In step 830, the transmitting terminal checks whether the measurement results are consistent.

측정 결과의 일관성이 기 설정된 허용 가능한 임계 값까지 신뢰 가능한 경우, 송신 단말은 840 단계에서 소유한 큐빗에 대해 벨 기반 측정을 수행한다. If the consistency of the measurement result is reliable up to a preset acceptable threshold, the transmitting terminal performs bell-based measurement on the owned qubit in step 840.

이후, 제어 단말로부터 통신이 승인되면, 850 단계에서 송신 단말은 벨 상태에 대응하는 고전적인 2비트를 사용하여 측정 결과 통지한다.Thereafter, if communication is approved by the control terminal, in step 850, the transmitting terminal notifies the measurement result using the classic 2 bits corresponding to the bell state.

이하, 본 발명의 양자정보기술 통합 시스템에서 양자 실험 플랫폼에 적용될 수 있는 양자상태 단층 촬영 처리부를 설명한다. Hereinafter, a quantum state tomography processing unit that can be applied to the quantum experiment platform in the quantum information technology integrated system of the present invention will be described.

양자 상태 단층 촬영(Quantum State Tomography, QST)은 미지의 양자 상태를 결정하기 위한 양자 정보 처리 작업이다. 이 작업은 동일하게 준비된 양자 시스템(identically prepared quantum system)의 앙상블(ensemble)을 측정하고, 그 상태를 다양한 추정 방법으로 추론함으로써 수행된다. 양자 상태가 측정 전, 명확한 인과 순서(고전적 궤적)가 입력된 최대 잡음 탈분극 채널을 통과할 때 양자 상태가 최대 혼합 상태로 전환되어, QST 수행이 불가능하다.Quantum State Tomography (QST) is a quantum information processing task to determine unknown quantum states. This work is performed by measuring an ensemble of identically prepared quantum systems and inferring their states using various estimation methods. When the quantum state passes through the maximum noise depolarization channel with a clear causal sequence (classical trajectory) input before measurement, the quantum state switches to the maximum mixed state, making QST impossible.

고전적 궤적을 통해 양자 상태를 전달하는 대신, 본 명세서의 제안 방법은 채널을 무한한 인과 순서(Indefinite Causal Order, ICO)로 설정한다. 본 명세서에서는 ICO에서 탈분극 채널을 설정하면 채널이 최대 잡음 상태에 있더라도(maximally noisy) QST를 수행할 수 있음을 보여준다. 그리고/또는, 본 명세서에서는 채널이 최대 잡음이 없을 때 선형 회귀 추정을 통해 QST에 대한 ICO의 영향을 살펴본다. 그리고/또는, 본 명세서에서는 ICO 배열에서 채널을 설정하는 것은 채널이 최대 잡음이 있을 때 유리하다는 것을 보여준다.Instead of propagating quantum states through classical trajectories, the proposed method here sets the channels in an infinite causal order (ICO). In this specification, we show that by setting a depolarizing channel in ICO, QST can be performed even if the channel is maximally noisy. And/or, this specification examines the impact of ICO on QST through linear regression estimation when the channel has no maximum noise. And/or, the present disclosure shows that configuring channels in an ICO arrangement is advantageous when the channels have maximum noise.

본 발명의 실시예에 따른 양자상태 단층 촬영 처리부는 추정될 양자 상태를 양자 스위치로 전송하고, 상기 양자 스위치에서 출력되는 상태에서 양자 상태 단층 촬영을 수행하고, 상기 양자 상태 단층 촬영의 출력 및 대수학에 기반하여 초기 상태를 추정할 수 있다. The quantum state tomography processing unit according to an embodiment of the present invention transmits the quantum state to be estimated to the quantum switch, performs quantum state tomography in the state output from the quantum switch, and calculates the output of the quantum state tomography and algebra. Based on this, the initial state can be estimated.

미지의 시스템의 상태를 판별하는 양자 작업은 양자 상태 단층 촬영(QST, Quantum State Tomography)라 칭할 수 있다. QST는 두 단계로 구성될 수 있다. Quantum work that determines the state of an unknown system can be called quantum state tomography (QST). QST can consist of two steps.

먼저, 동일하게 준비된 양자 상태 사본에 대한 측정이 수행된다. First, measurements are performed on identically prepared copies of the quantum state.

다음, 고전적인 통계 추정 방법을 사용해 양자 상태가 재구성된다. 양자 상태를 구성하는 방법은 선형 반전(methods to construct a quantum states are linear inversion, MLE), 최대 가능도 추정(maximum likelihood estimation), 베이지안 추정 방법(bayesian estimation method) 및 선형 회귀(linear regression) 등이 있을 수 있다.Next, the quantum state is reconstructed using classical statistical estimation methods. Methods to construct a quantum state are linear inversion (MLE), maximum likelihood estimation, Bayesian estimation method, and linear regression. There may be.

선형 반전(Linear inversion)은 이상적인 환경을 가정하여 수행될 수 있다. 따라서, 큐비트 측정 중에 오류가 발생한 경우, 복구된 상태는 물리적 상태가 아닐 수 있다. MLE는 수치 최적화에 의해 결정된 측정 데이터 세트를 생성할 가장 높은 확률을 제공하는 밀도 행렬을 찾는다. 베이지안 방법은 베이지안 정리를 이용하여 사전 확률 분포(prior) p(ρ)에 대한 지식으로 사후 확률 분포(posterior probability distribution) p(ρ|D)를 결정할 수 있다. 여기서 D는 측정 데이터를 의미한다.Linear inversion can be performed assuming an ideal environment. Therefore, if an error occurs during qubit measurement, the recovered state may not be the physical state. MLE finds the density matrix that provides the highest probability of generating a set of measurement data determined by numerical optimization. The Bayesian method uses the Bayesian theorem to determine the posterior probability distribution p(ρ|D) with knowledge of the prior probability distribution p(ρ). Here D means measurement data.

전통적인 양자 통신에서 양자 메시지가 일련의 통신채널 를 통해 전송될 때, 채널을 통해 송신되는 메시지의 순서는 채널 을 통과한 후에 또는 먼저 를 통과한 다음 을 통과하는 것으로 정의될 수 있다. In traditional quantum communication, quantum messages are a series of communication channels. and When transmitted through a channel, the order of messages transmitted through the channel is After passing or first After passing through It can be defined as passing through.

양자 이론은 이 채널들의 중첩을 생성하여 양자 채널을 결합하는 새로운 방식을 허용할 수 있다. 이를 통해, 정보 전달 순서는 이전의 두 가지 상태에 해당하지 않는다. 즉, 양자 채널 사이의 인과 순서가 무한하다. 무한한 인과 순서의 과정은 작업 순서가 퀀텀 비트(quantum bit)로 제어되는 양자 스위치(Quantum switch)에 의할 수 있다. 그리고/또는, 두 가지 대안적 순서를 중첩하여 완전 탈분극 채널의 조합을 통해 정보가 전송될 수 있다. 양자 스위치는 양자 계측(quantum metrology), 채널 용량 향상, 양자 탈분극 채널 식별 및 양자 인터넷을 향상시키는 데 활용될 수 있다.Quantum theory could allow new ways to combine quantum channels by creating superpositions of these channels. Through this, the information transfer order does not correspond to the previous two states. That is, the causal order between quantum channels is infinite. The process of infinite causal order can be achieved by a quantum switch where the order of operations is controlled by quantum bits. And/or, information can be transmitted through a combination of fully depolarizing channels, superimposing two alternative sequences. Quantum switches can be used to improve quantum metrology, enhance channel capacity, identify quantum depolarization channels, and enhance the quantum internet.

본 명세서에서는 양자 상태가 측정 전에 최대 잡음이 있는 양자 탈분극 채널을 통해 전송된다는 가정하에 선형 회귀 분석을 통해 QST를 모델링한다. 그리고, 본 명세서에서는 양자 채널을 무한한 인과 순서로 설정하는 것이 QST에 미치는 영향을 살펴본다. 그리고, 본 명세서에서는 명확한(definite) 인과 순서 및 ICO로 조립된 채널을 통해 전송되는 경우 추정된 상태와 실제 상태의 부정확성(infidelity)을 비교한다. 후자의 방법은 최대 잡음이 있는 양자 탈분극 채널에 대한 QST를 지원할 수 있다.Herein, we model QST through linear regression under the assumption that the quantum state is transmitted through a quantum depolarization channel with maximum noise before measurement. Additionally, in this specification, we examine the impact of setting the quantum channel to an infinite causal order on QST. And, in this specification, the infidelity of the estimated state and the actual state is compared when transmitted through a channel assembled with a definite causal sequence and ICO. The latter method can support QST for quantum depolarization channels with maximum noise.

이하, 본 명세서에서는 먼저, 선형 회귀 방법과 양자 스위치를 통한 양자 상태 단층 촬영을 살펴보고, 명확한 인과 순서와 ICO에 따라 설정된 채널을 통해 양자 상태를 전송할 때 QST 성능을 살펴본다.Hereinafter, in this specification, we first look at quantum state tomography using a linear regression method and a quantum switch, and then look at QST performance when transmitting quantum states through a channel established according to a clear causal order and ICO.

양자 상태 단층 촬영(Quantum State Tomography)Quantum State Tomography

먼저, 미지의 양자 상태를 추정하기 위한 선형 회귀 접근법을 살펴본다. First, we look at a linear regression approach to estimate unknown quantum states.

이면 1이고, 그렇지 않은 경우 0인 Kronecker의 델타 함수 를 이용할 수 있다. 은 행렬의 추적을 의미하는 것으로 (1) 와 (2) 를 만족하는 Hermitian 연산자 로 지정할 수 있다. 예를 들면, 단일 큐비트의 경우(single-qubit case), 는 아래 수학식 12와 같을 수 있다. Kronecker's delta function, equal to 1 if can be used. means tracking the matrix (1) and (2) Hermitian operator that satisfies It can be specified as . For example, in the single-qubit case, may be the same as Equation 12 below.

[수학식 12][Equation 12]

큐비트 밀도 연산자(operator)는 다음 수학식 13과 같이 매개변수화될 수 있다. The qubit density operator can be parameterized as in Equation 13 below.

[수학식 13][Equation 13]

여기서, 이고, 측정 세트 이 베이시스(bases) 하에 다음 수학식 14와 같이 매개변수화될 수 있다고 가정할 수 있다.here, and the measurement set These basis It can be assumed that it can be parameterized as shown in Equation 14 below.

[수학식 14][Equation 14]

여기서, 이고, 이다. 이 작업에서 사용되는 측정 세트는 인 스토크스 측정 세트(stokes measurement set)이다. 보른 규칙(Born's rule)에 기반하여, 동일하게 준비된 양자 시스템의 다수의 사본들이 측정된다면, 의 측정 결과를 획득하기 위한 확률은 다음 수학식 15와 같을 수 있다.here, ego, am. The measurement set used in this work is This is the Stokes measurement set. Based on Born's rule, if multiple copies of an identically prepared quantum system are measured, The probability of obtaining the measurement result may be as follows in Equation 15.

[수학식 15][Equation 15]

여기서, 는 열벡터 의 전치이고, 이다.here, is a column vector is the transpose of am.

상기 수학식 15로부터 QST에 대한 선형 회귀 형태는 다음 수학식 16과 같을 수 있다.From Equation 15 above, the linear regression form for QST may be as shown in Equation 16 below.

[수학식 16][Equation 16]

여기서, 이고, 이다.here, ego, am.

에 대해 상태 에서 양자 시스템을 N번 측정하는 것을 가정할 수 있다. 측정 결과 을 획득하기 위한 확률은 다음 수학식 17에 의해 추정될 수 있다.each About status It can be assumed that the quantum system is measured N times. Measurement results The probability of obtaining can be estimated by the following equation 17.

[수학식 17][Equation 17]

여기서, 는 추정 오류 를 갖는 관찰된 주파수들을 나타낸다. 다음, 상기 수학식 16에서 선형 회귀 방정식은 다음 수학식 18과 같을 수 있다.here, is the estimation error represents the observed frequencies with . Next, the linear regression equation in Equation 16 may be as shown in Equation 18 below.

[수학식 18][Equation 18]

여기서, 이고, 이다. 큰 N의 경우, 은 평균 0과 변화량 를 갖는 정규 분포에 대한 분포로 수렴될 수 있다. 많은 측정이 수행된다면, 큐비트 상태에 대한 측정은 더 정확해질 수 있다. 상기 수학식 18에서 선형 회귀 문제에 대한 해결책은 다음 수학식 19를 최소화하는 일 수 있다.here, ego, am. For large N, is the mean 0 and the change It can converge to a distribution for a normal distribution with . If more measurements are performed, measurements of the qubit state can become more accurate. The solution to the linear regression problem in Equation 18 above is to minimize Equation 19: It can be.

[수학식 19][Equation 19]

측정 세트 이 정보적으로 완전하거나 넘쳐서 역을 가지는 것을 가정할 수 있다. 추정값 는 평균 제곱 오차(mean squared error)를 갖는 평향되지 않는 추정값이고, 점근적으로, 다음 수학식 20과 같을 수 있다.measurement set This information is complete or overflowing. It can be assumed that it has a station. estimate is an unbiased estimate with a mean squared error, and asymptotically may be equivalent to Equation 20 below.

[수학식 20][Equation 20]

여기서, 이다. here, am.

양자 탈분극 채널(Quantum Depolarizing Channel)Quantum Depolarizing Channel

양자 정보는 양자 채널을 통해 전송될 수 있다. 양자 채널은 밀도 연산자에 대한 맵을 보존하는 완전한 양의 추적으로서 수학적으로 정의될 수 있다. 채널을 통해 전송되는 동안, 큐비트는 확률 (1-q)를 갖는 완전히 혼합된 상태로 진화(evolution)하고, 확률 q로 그대로 유지될 수 있다. 이러한 종류의 양자 채널을 양자 탈분극 채널 이라 칭할 수 있다. 큐비트의 진화 는 다음 수학식 21과 같이 정의된다.Quantum information can be transmitted through quantum channels. A quantum channel can be mathematically defined as a complete positive trace that preserves the map over the density operator. While transmitted through the channel, the qubit can evolve into a fully mixed state with probability (1-q) and remain with probability q. This type of quantum channel is called quantum depolarization channel It can be called . Evolution of qubits is defined as in Equation 21 below.

[수학식 21][Equation 21]

양자 스위치 (Quantum Switch)Quantum Switch

상술한 바와 같이, 두 개의 양자 채널을 통해 전송되는 양자 시스템은 명확한 인과 순서로 진화하고, 두 번째 채널은 첫 번째 채널의 출력에 작용한다. 양자 시스템은 ICO에서도 진화할 수 있기 때문에 어떤 과정이 다른 과정보다 먼저 일어나는지 결정할 수 없다. 이것은 양자 스위치 때문에 가능하다. 양자 스위치는 양자 채널을 결합하고, 제어 큐비트라고 하는 큐비트 에 의해 상대적인 순서를 제어할 수 있다. 제어 큐비트가 상태에 있는 경우, 양자 스위치는 순서에 따라 양자 시스템을 지나갈 것이다. 제어 큐비트가 상태에 있다면, 양자 상태는 순서에 따라 양자 채널을 지나간다. 제어 큐비트가 와 같이 의 중첩에 있는 경우, 양자 스위치는 채널을 순서의 중첩에 둘 수 있다. 양자 스위치의 결과로서 양자 채널의 Kraus 연산자는 다음 수학식 22와 같이 정의될 수 있다.As described above, a quantum system transmitted through two quantum channels evolves in a clear causal sequence, with the second channel acting on the output of the first channel. Because quantum systems can evolve even in ICOs, it is impossible to determine which process occurs before the other. This is possible because of quantum switches. Quantum switches combine quantum channels, qubits called control qubits. You can control the relative order by . control qubit When in the state, the quantum switch is We will go through quantum systems in order. control qubit If in a state, the quantum state is It passes through quantum channels in order. control qubit together with and If there is a superposition of , the quantum switch changes the channel to and It can be placed in a nested order. As a result of the quantum switch, the Kraus operator of the quantum channel can be defined as Equation 22 below.

[수학식 22][Equation 22]

여기서, 채널 의 Kraus 연산자는 각각 로 나타낼 수 있다. Here, channel and The Kraus operators are respectively and It can be expressed as

하나의 큐비트 시스템에 대한 양자 스위치는 다음 수학식 23과 같이 주어질 수 있다.The quantum switch for one qubit system can be given as Equation 23 below.

[수학식 23][Equation 23]

단층 촬영 방법, 시뮬레이션 및 결과Tomography methods, simulations and results

추론할 양자 상태 가 고전적인 궤적에서 잡음이 있는 탈분극 채널을 통해 측정 시스템으로 전송된다고 가정할 수 있다. 채널이 최대 잡음인 경우, 예를 들면 일 때, 수학식 10으로부터 큐비트는 에 종속하지 않는 다음 수학식 24의 최대 혼합 상태로 변환될 수 있다.Quantum state to infer It can be assumed that is transmitted to the measurement system through a noisy depolarizing channel in the classical trajectory. If the channel is at maximum noise, e.g. When , from Equation 10, the qubit is It can be converted to the maximum mixed state of Equation 24 below, which does not depend on .

[수학식 24][Equation 24]

결론적으로, 에서 QST가 수행된다면, 를 재구성하는 것은 불가능하다.as a result, If QST is performed in It is impossible to reconstruct.

제어 큐비트 를(여기서, ) 갖는 무한한 인과 순서에서 채널이 설정된다면, 채널의 출력은 다음 수학식 25과 같을 수 있다.control qubit (here, ), if the channel is set up in an infinite causal sequence, the output of the channel can be as shown in Equation 25 below.

[수학식 25][Equation 25]

베이시스(basis)에서 제어 큐비트의 측정은 채널의 출력을 다음 수학식 26과 같이 변환할 수 있다. When measuring the control qubit in basis, the output of the channel can be converted as shown in Equation 26 below.

[수학식 26][Equation 26]

여기서, 는 각각 에서 측정 결과를 획득하는 확률을 나타낼 수 있다. 채널이 최대로 잡음이 있는 경우, 수학식 26으로부터, 에 대해 QST를 수행한다면, 는 상태 를 재구성할 수 있는 것을 의미하는 에 의존할 수 있다.here, and are respectively and can represent the probability of obtaining a measurement result. If the channel is maximally noisy, from equation 26: If you perform QST on is the state meaning that it is possible to reconstruct can depend on

를 측정한다면, 가 아닌 의 추정을 얻을 것이다. If you measure not You will get an estimate of

양자 상태의 확률이 온전히 남아 있는지 여부는 를 다음 수학식 27과 같이 복구할 수 있는 수학식 26으로부터 양자 처리 단층 촬영(quantum process tomography)에 의해 결정될 수 있다.Whether the probability of a quantum state remains intact is Can be determined by quantum process tomography from Equation 26, which can be recovered as shown in Equation 27 below.

[수학식 27][Equation 27]

상에 수학식 27이 적용되는 경우, 가 비물리적 행렬인 몇가지 경우들이 있을 수 있다. If Equation 27 is applied to the above, There may be some cases where is a non-physical matrix.

이러한 이유로, 를 물리적 행렬 공간에 투영할 수 있고, 단위 트레이스와 양의 반정의 행렬들의 공간으로 표현될 수 있다. 단순 투영 알고리즘은 채택될 수 있으며, 이것의 아이디어는 밀도 행렬의 모든 고윳값들을 양의 값들 그리고 이들의 합으로 변환하는 것일 수 있다.For this reason, can be projected onto the physical matrix space and expressed as a space of unit traces and positive semidefinite matrices. A simple projection algorithm can be adopted, the idea of which may be to transform all the eigenvalues of the density matrix into positive values and their sum.

<MSE 분석(MSE analysis)><MSE analysis>

수학식 26에서의 양자 상태가 측정된다면, 상태 에 대한 의 측정 결과를 획득하기 위한 확률은 다음 수학식 28과 같이 정의될 수 있다.If the quantum state in Equation 26 is measured, then the state for The probability of obtaining the measurement result of can be defined as Equation 28 below.

[수학식 28][Equation 28]

상태 의 경우, 확룔은 다음 수학식 29와 같이 정의될 수 있다.situation In the case of , the certainty can be defined as follows in Equation 29.

[수학식 29][Equation 29]

최대 노이즈 채널(q=0)의 경우, 는 다음 수학식 30과 같을 수 있다.For the maximum noise channel (q=0), may be equal to the following equation 30:

[수학식 30][Equation 30]

여기서, 제어 큐비트가 상태 에 해당하는 경우, 즉 인 경우, 더 나은 결과는 얻어질 수 있다.Here, the control qubit is in the state In the case that applies, that is, In this case, better results can be obtained.

수학식 20으로부터, X는 제어 큐비트 측정 후 획득된 양쪽 상태에 대한 동일한 값을 얻을 수 있다. 그러므로, P에 의해 야기된 차이점을 확인해야할 필요가 있다.From equation 20, X can obtain the same value for both states obtained after measuring the control qubit. Therefore, there is a need to identify the differences caused by P.

모순을 가정하기 위해, 는 다음 수학식 31로부터 수학식 32의 과정을 거쳐 수학식 33으로 표현될 수 있다.To assume a contradiction, Can be expressed as Equation 33 through the following process from Equation 31 to Equation 32.

[수학식 31][Equation 31]

[수학식 32][Equation 32]

[수학식 33][Equation 33]

여기서, 이고, 이며, 이고, 이며, 이다.here, ego, and ego, and am.

여기서, 수학식 33은 로 표현될 수 있고, 은 모순이다. 그러므로, 어야 할 수 있다.Here, equation 33 is It can be expressed as is a contradiction. therefore, It can be done.

수학식 24로부터 양자 상태가 고전(classical) 배열을 통해 전송되는 경우, 의 측정 결과를 획득하기 위한 확률은 이고, 이에 따라 보다 더 큰 MSE는 주어질 것이다.From Equation 24, if the quantum state is transmitted through a classical arrangement, The probability of obtaining a measurement result of And, accordingly, and A larger MSE will be given.

<수치 시뮬레이션(Numerical Simulation)><Numerical Simulation>

이하에서는, 상술한 체계를 사용하여 하나의 큐비트 시스템에서 수치 시뮬레이션을 수행한다. 순수 상태와 혼합 상태에서 QST를 수행하여 두 가지 상태 모두에서 체계가 잘 작동하는지 확인한다.Below, numerical simulations are performed on a single qubit system using the above-described scheme. QST is performed in pure and mixed states to ensure that the system performs well in both states.

도 9는 큐비트 전송에서 양자 스위치(1010)를 채택함으로써, 최대 잡음이 있는 양자 탈분극 채널에서 QST를 수행하기 위한 메커니즘을 설명하는 도면이다.FIG. 9 is a diagram illustrating a mechanism for performing QST in a quantum depolarization channel with maximum noise by employing a quantum switch 1010 in qubit transmission.

도 9를 참조하면, 시뮬레이션 시 구성되는 일실시예에 따른 단층 촬영 장치(1000)는 양자 스위치(Quantum Switch)(1010)와, 제어 큐비트를 측정하는 측정(Control Qubit Measurement) 장치(1020)와, 양자 상태 단층 촬영(Quantum Sate Tomography) 장치(1030)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 9, the tomography device 1000 according to an embodiment configured during simulation includes a quantum switch 1010, a control qubit measurement device 1020, and , may include a quantum state tomography device 1030.

Haar 측정(measure)에 따라, 그리고 혼합 상태들을 위한 힐베르트-슈미트(Hilbert-Schmidt) 측정(measure) 또는 Bures 측정(measure)에 따라 균일하게 분포된 개의 임의 양자 상태들이 생성될 수 있다. 측정 전에 고전적 궤도에서 조립된 최대 잡음이 있는 탈분극 채널 및 ICO에서 큐비트 전송을 모델링할 수 있다. 측정들은 각 큐비트 상에서 각 마다 수행될 수 있다. 실제 상태와 추정이 얼마나 가까운지 정량화하기 위해, 양쪽 상태 모두의 정확도(fidelity)가 계산될 수 있다.uniformly distributed according to the Haar measure and according to the Hilbert-Schmidt measure or Bures measure for mixed states. Random quantum states can be created. It is possible to model qubit transport in depolarizing channels and ICOs with maximum noise assembled from classical orbits prior to measurement. Measurements are made on each qubit. It can be performed every time. To quantify how close the actual state is to the estimate, both states The fidelity of all can be calculated.

다음, 개의 양자 상태들의 평균 log 정확도 는 계산될 수 있다. 상태들이 유한한 인과 순서 그리고 ICO에서 전송되는 경우, 이러한 추정을 갖는 실제 순수 상태들의 Log 부정확도(infidelity)는 도 10과 같이 나타낼 수 있다.next, Average log accuracy of quantum states can be calculated. If the states are transmitted in finite causal order and ICO, the Log infidelity of the actual pure states with this estimate can be represented as in Figure 10.

도 10은 순수 상태들 (a)과 혼합 상태들 (b)에 대한 재구성 상태 와 실제 상태 의 Log 부정확도(infidelity)를 나타낸다.Figure 10 shows the reconstruction states for pure states (a) and mixed states (b) and actual state Indicates the log infidelity.

실제 상태들이 ICO 배열에서 놓여진 채널을 통해 전송되는 경우, log 부정확도(infidelity)는 각 에서의 측정 결과에 대해 빨간 색과 녹색 선에 의해 표시될 수 있다. 또한, 추정된 상태의 평균 정확도는 다음 수학식 34와 같이 계산될 수 있다.When real states are transmitted over channels placed in an ICO array, the log infidelity is and Measurement results can be displayed by red and green lines. Additionally, the average accuracy of the estimated state can be calculated as shown in Equation 34 below.

[수학식 34][Equation 34]

여기서, 는 제어 큐비트의 측정이 에 대응하는 경우, 추정된 상태의 확률과 정확도일 수 있다.here, and is the measurement of the control qubit and In the case corresponding to , it may be the probability and accuracy of the estimated state.

도 10으로부터, 최대 잡음이 있는 양자 탈분극 채널에 대해, ICO 배열이 순수 상태 및 혼합 상태 양쪽 모두에 대한 QST 추정 성능에 도움이 되는 것을 확인할 수 있다. 측정 결과 에 해당하는 상태들 상에 QST는 이전에 설명된 MSE 분석과 일치하는 에 해당하는 상태들보다 더 좋은 추정을 획득할 수 있다.From Figure 10, it can be seen that for the quantum depolarization channel with maximum noise, the ICO arrangement helps the QST estimation performance for both pure and mixed states. Measurement results The QST on the corresponding states is consistent with the previously described MSE analysis. A better estimate can be obtained than the corresponding states.

예를 들어, 도 11의 일실시예에 따른 단층 촬영 장치(1100)는 상술한 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 단층 촬영 장치(1100)의 양자 스위치부(1110)를 통과한 출력은 수학식 25와 같을 수 있다. 그리고/또는, 단층 촬영 장치(1100)의 양자 스위치부(1110)는 베이시스(basis)에서의 제어 큐비트에서 채널의 출력을 수학식 26과 같이 변환할 수 있다. 그리고/또는, 단층 촬영 장치(1100)의 단층 촬영부(1120) 및/또는 추정부(1130)는 상기의 양자 상태 단층 촬영에 대한 설명과 같이 선형 회귀 접근법에 기반하여 양자 상태를 추정할 수 있다. 예를 들어, 단층 촬영 장치(1100)의 단층 촬영부(1120) 및/또는 추정부(1130)는 수학식 12 내지 수학식 20의 연산을 수행할 수 있다. 그리고/또는, 단층 촬영 장치(1100)의 단층 촬영부(1120) 및/또는 추정부(1130)는 수학식 26에 기반하여 를 재구성할 수도 있다.For example, the tomographic imaging device 1100 according to the embodiment of FIG. 11 may perform the above-described operation. For example, the output passing through the quantum switch unit 1110 of the tomography apparatus 1100 may be expressed as Equation 25. And/or, the quantum switch unit 1110 of the tomography device 1100 The output of the channel from the control qubit in the basis can be converted as shown in Equation 26. And/or, the tomography unit 1120 and/or the estimation unit 1130 of the tomography apparatus 1100 may estimate the quantum state based on a linear regression approach, as described above for quantum state tomography. . For example, the tomography unit 1120 and/or the estimation unit 1130 of the tomography apparatus 1100 may perform the calculations of Equations 12 to 20. And/or, the tomography unit 1120 and/or the estimation unit 1130 of the tomography apparatus 1100 based on Equation 26 can also be reconstructed.

그리고/또는, 단층 촬영 장치(1100)의 단층 촬영부(1120) 및/또는 추정부(1130)는 수학식 23에 의해 에 또는 를 결정 및/또는 추정할 수 있다. And/or, the tomography unit 1120 and/or the estimation unit 1130 of the tomography apparatus 1100 is calculated by Equation 23: to or can be determined and/or estimated.

도 11을 참조하여 설명한 단층 촬영 장치의 동작은 상술한 방식에 한하지 않으며, 다양한 방식으로 본 명세서에서 설명된 동작들을 수행할 수 있다. 또한, 단층 촬영 장치는 상기 도 11을 참조하여 설명한 단층 촬영 장치의 동작 이외에도 본 명세서에서 설명된 모든 또는 일부 동작들을 수행할 수 있다. The operation of the tomography apparatus described with reference to FIG. 11 is not limited to the above-described method, and the operations described herein can be performed in various ways. Additionally, the tomographic imaging device may perform all or some of the operations described in this specification in addition to the operations of the tomographic imaging device described with reference to FIG. 11 above.

도 11의 단층 촬영 장치는 도 12의 양자 상태 단층 촬영 처리부(2031)에 적용될 수 있다. The tomography apparatus of FIG. 11 can be applied to the quantum state tomography processing unit 2031 of FIG. 12.

본 명세서에서는 최대 잡음이 있는 탈분극 채널에서의 QST를 살펴보았다. 본 명세서에서는 최대 잡음 채널에서 QST가 가능하도록 양자 스위치(quantum switch)을 적용하였다. 본 명세서에서 설명한 바와 같이, 양자 전환 배열로 큐비트를 전송하는 것이 고전적인 궤도를 통해 전송하는 것보다 더 정확한 양자 상태 추정을 제공한다. 다시 말해, 본 발명은 최대 잠음이 있는 탈분극 양자 채널에서 정확한 양자 상태 단층 촬영을 수행할 수 있다.In this specification, we look at QST in a depolarizing channel with maximum noise. In this specification, a quantum switch was applied to enable QST in the maximum noise channel. As described herein, transmitting qubits in a quantum switching array provides more accurate quantum state estimates than transmitting them via classical orbitals. In other words, the present invention can perform accurate quantum state tomography in a depolarized quantum channel with maximum silencing.

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 단층 촬영 장치의 블록도이다.Figure 11 is a block diagram of a tomographic imaging device according to an embodiment of the present invention.

도 11을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 단층 촬영 장치(1100)는 제어 큐비트에 의해 제어되고 추정될 양자 상태를 수신하는 양자 스위치부(1110)와, 양자 스위치부(1110)에서 출력되는 상태에 양자 상태 단층 촬영을 수행하는 단층 촬영부(1120)와, 단층 촬영부(1120)의 출력 및 대수학에 기반하여 초기 상태를 추정하는 추정부(1130)를 포함하며, 최대 잡음 채널에서도 양자 상태 촬영이 수행될 수 있다. Referring to FIG. 11, the tomography apparatus 1100 according to an embodiment of the present invention includes a quantum switch unit 1110 that is controlled by a control qubit and receives a quantum state to be estimated, and a quantum switch unit 1110. It includes a tomography unit 1120 that performs quantum state tomography on the output state, and an estimation unit 1130 that estimates the initial state based on the output of the tomography unit 1120 and algebra, even in the maximum noise channel. Quantum state imaging can be performed.

그리고/또는, 양자 스위치부(1110)는 양자 채널을 결합할 수 있다.And/or, the quantum switch unit 1110 may combine quantum channels.

그리고/또는, 단층 촬영은 선형 회귀 추정에 기반할 수 있다.And/or, tomography may be based on linear regression estimation.

그리고/또는, 최대 잡음 채널은 무한 인과 순서(Indefinite Causal Order, ICO)로 설정될 수 있다.And/or, the maximum noise channel can be set to Indefinite Causal Order (ICO).

그리고/또는, 최대 잡음 채널은 양자 탈분극 채널일 수 있다.And/or, the maximum noise channel may be a quantum depolarization channel.

다른 일실시예에 따라, 단층 촬영 장치(1100)는 추정될 양자 상태를 양자 스위치로 전송하고, 양자 스위치에서 출력되는 상태에서 양자 상태 단층 촬영을 수행하며, 양자 스위치에서 출력되는 상태의 예측에서 대수학을 수행하여 초기 상태를 추정함에 따라 최대 잡음 탈분극 양자 채널에서 양자 상태 단층 촬영 정확도를 향상시킬 수 있다.According to another embodiment, the tomography device 1100 transmits the quantum state to be estimated to the quantum switch, performs quantum state tomography in the state output from the quantum switch, and uses algebra in predicting the state output from the quantum switch. By performing , the quantum state tomography accuracy can be improved in the maximum noise depolarization quantum channel by estimating the initial state.

다른 일실시예에 따라, 단층 촬영 장치(1100)는 추정될 양자 상태를 양자 스위치로 전송하고, 양자 스위치에서 출력되는 상태에서 양자 상태 단층 촬영을 수행하며, 양자 스위치에서 출력되는 상태의 예측에서 대수학을 수행하여 초기 상태를 추정함으로써, 채널 잡음이 최대인 경우에도 양자 상태 단층 촬영을 수행할 수 있다.According to another embodiment, the tomography device 1100 transmits the quantum state to be estimated to the quantum switch, performs quantum state tomography in the state output from the quantum switch, and uses algebra in predicting the state output from the quantum switch. By performing to estimate the initial state, quantum state tomography can be performed even when the channel noise is maximum.

그리고/또는, 양자 상태는 최대 잡음 탈분극 양자 채널로 전송되면 최대한으로 혼합된 상태로 변환하면서 양자 상태 단층 촬영을 수행할 수 없게 된다. 채널 잡음이 최대인 경우에도 일실시 예에 따른 양자 상태 단층 촬영 장치는 먼저, 추정될 양자 상태를 양자 스위치로 전송하고, 양자 스위치에서 출력되는 상태에서 양자 상태 단층 촬영을 수행하며, 양자 스위치에서 출력되는 상태의 예측에서 대수학을 수행하여 초기 상태를 추정할 수 있다.And/or, when the quantum state is transmitted in a maximally noisy depolarizing quantum channel, it transforms into a maximally mixed state, making it impossible to perform quantum state tomography. Even when the channel noise is maximum, the quantum state tomography device according to one embodiment first transmits the quantum state to be estimated to the quantum switch, performs quantum state tomography in the state output from the quantum switch, and outputs from the quantum switch. The initial state can be estimated by performing algebra on the prediction of the resulting state.

도 11을 참조하여 설명한 단층 촬영 장치의 동작은 이에 한정되지 않으며, 이외 본 명세서에서 설명된 모든 또는 일부 동작들이 단층 촬영 장치에 의해 수행될 수 있다.The operations of the tomography apparatus described with reference to FIG. 11 are not limited to this, and all or some of the operations described in this specification may be performed by the tomography apparatus.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 양자정보기술 통합 시스템을 나타내는 도면이다. Figure 12 is a diagram showing a quantum information technology integrated system according to an embodiment of the present invention.

도 12를 참조하면, 양자 통신 플랫폼(2010), 양자 컴퓨팅 플랫폼(2020), 양자 관측 및 분석 플랫폼(2030), 플랫폼 제어부(2040) 및 플랫폼 인터페이스부(2050)을 포함한다. Referring to FIG. 12, it includes a quantum communication platform (2010), a quantum computing platform (2020), a quantum observation and analysis platform (2030), a platform control unit (2040), and a platform interface unit (2050).

양자 통신 플랫폼(2010)은 양자통신 및 양자정보통신과 관련된 요소 기술의 구현 및 실험을 제공하는 플랫폼이다. Quantum Communication Platform (2010) is a platform that provides implementation and experimentation of element technologies related to quantum communication and quantum information communication.

양자 통신 플랫폼(2010)은 양자 키 분배(quantum key distribution: QKD)를 통해 보안된 통신을 수행하는 양자 키 분배 처리부(2011), 채널에 입자가 존재하지 않는 무-입자(particle-free) 정보전송과 새로운 형태의 전 이중(full-duplex) 정보전송 및 익명-원격계산(blind tele-computation) 등을 수행하는 반사실 양자 통신 처리부(2013), 차세대이동통신에 양자 통신을 적용하는 경우 무선자원 관리를 수행하는 무선 자원 관리 처리부(2015) 및 네트워크 간섭 제어를 수행하는 네트워크 간섭 제어 처리부(2017)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 반사실 양자통신 처리부(2013)는 제1 단말(Alice), 제2 단말(Bob) 및 제3 단말(Charlie) 중 적어도 어느 하나의 역할을 수행할 수 있다.Quantum communication platform (2010) is a quantum key distribution processor (2011) that performs secure communication through quantum key distribution (QKD), particle-free information transmission in which no particles exist in the channel. and a counterfactual quantum communication processing unit (2013) that performs a new form of full-duplex information transmission and blind tele-computation, and radio resource management when applying quantum communication to next-generation mobile communication. It may include a radio resource management processing unit 2015 that performs and a network interference control processing unit 2017 that performs network interference control. For example, the counterfactual quantum communication processing unit 2013 may perform the role of at least one of the first terminal (Alice), the second terminal (Bob), and the third terminal (Charlie).

양자 컴퓨팅 플랫폼(2020)은 양자 알고리즘을 기반으로 기하급수적으로 빠른 병렬게산이 가능한 양자컴퓨터의 실용화를 위한 요소 기술의 구현 및 실험을 제공하는 플랫폼이다. The Quantum Computing Platform (2020) is a platform that provides implementation and experiments of element technologies for the practical use of quantum computers capable of exponentially fast parallel calculations based on quantum algorithms.

양자 컴퓨팅 플랫폼(2020)은 잡음중규모양자(noisy intermediate-scale quantum: NISQ) 장치를 위해 특별 히 설계된 변형 양자알고리즘(variational quantum algorithm: VQA)을 제공하는 변형 양자 알고리즘 처리부(2021), Grover 검색 알고리즘 또는 양자 카운팅 알고리즘과 같은 양자 검색 알고리즘(quantum search algorithm: QSA)을 제공하는 양자 검색 알고리즘 처리부(2023) 및 다체(multi-body) Hamiltonian의 양자강화학습(quantum reinforcement learning)과 같은 양자머신러닝(quantum machine learning: QML) 기술을 제공하는 양자 머신 러닝 처리부(2025)을 포함할 수 있다. The quantum computing platform (2020) includes a variant quantum algorithm processor (2021) that provides a variational quantum algorithm (VQA) specifically designed for noisy intermediate-scale quantum (NISQ) devices, the Grover search algorithm or Quantum search algorithm processing unit (2023) that provides a quantum search algorithm (QSA) such as a quantum counting algorithm and quantum machine learning such as quantum reinforcement learning of a multi-body Hamiltonian It may include a quantum machine learning processing unit (2025) that provides learning: QML) technology.

양자 관측 및 분석 플랫폼(2030)은 양자 측정 및 양자 시뮬레이션을 지원하고, 양자 결맞음(coherence) 및 얽힘(entanglement)과 같은 실제 입자의 양자특성을 직접 활용하기 때문에 고전 컴퓨터에서 모의실험하기 어려운 문제를 해결하기 위한 플랫폼이다. The Quantum Observation and Analysis Platform (2030) supports quantum measurements and quantum simulations and directly utilizes the quantum properties of real particles, such as quantum coherence and entanglement, solving problems that are difficult to simulate on classical computers. It is a platform for doing this.

양자 관측 및 분석 플랫폼(2030)은 양자 상태 단층 촬영을 제공하는 양자 상태 단층 촬영 처리부(2031), 양자 상태 측정을 지원하는 양자 상태 측정 처리부(2033), 큐빗 측정 및 실험을 위한 양자 상관 측정을 지원하는 양자 상관 측정 처리부(2035) 및 모의실험을 위한 텐서 네트워크 및 Hamiltonian 기반 양자시뮬레이션을 지원하는 텐서 네트워크 실험 처리부(2037)을 포함한다. The quantum observation and analysis platform (2030) includes a quantum state tomography processor (2031) that provides quantum state tomography, a quantum state measurement processor (2033) that supports quantum state measurements, and quantum correlation measurements for qubit measurements and experiments. It includes a quantum correlation measurement processing unit 2035 and a tensor network experiment processing unit 2037 supporting tensor network and Hamiltonian-based quantum simulation for simulation.

플랫폼 제어부(240)은 양자 통신 플랫폼(2010), 양자 컴퓨팅 플랫폼(2020) 및 양자 관측 및 분석 플랫폼(2030)에서 수행된 내역 및 측정 결과를 저장하고, 어느 하나의 플랫폼에서 다른 플랫폼의 구성요소의 사용이 필요할 때 이를 연결해 주는 동작을 수행할 수 있다. The platform control unit 240 stores the history and measurement results performed on the quantum communication platform (2010), the quantum computing platform (2020), and the quantum observation and analysis platform (2030), and controls the components of the other platform from any one platform. When you need to use it, you can perform an action to connect it.

예를 들어, 양자 통신 플랫폼(2010)의 반사실 양자 통신 처리부(2013)에서 벨 측정이 필요한 경우 벨 측정은 양자 관측 및 분석 플랫폼(2030)의 양자 상태 측정 처리부(2033) 또는 양자 상관 측정 처리부(2035)에서 수행될 수 도 있다. For example, if a Bell measurement is required in the counterfactual quantum communication processing unit (2013) of the quantum communication platform (2010), the Bell measurement is performed in the quantum state measurement processing unit (2033) or the quantum correlation measurement processing unit (2033) of the quantum observation and analysis platform (2030). 2035).

플랫폼 인터페이스부(2050)는 사용자 또는 실험자가 각 플랫폼에 접속할 수 있는 컴퓨터 장치일 수 있다. 예를 들어, 사용자는 플랫폼 인터페이스부(2050)를 통해 양자 관측 및 분석 플랫폼(2030)에 접속하여 원하는 양자 시뮬레이션을 실행할 수 있다. The platform interface unit 2050 may be a computer device that allows a user or experimenter to access each platform. For example, a user can access the quantum observation and analysis platform 2030 through the platform interface unit 2050 and run a desired quantum simulation.

예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 양자정보기술 통합 시스템은 제1단계 내지 제5단계를 수행하는 반사실 양자 통신 처리부를 포함하는 양자 통신 플랫폼 및 도 9 내지 도 11에서 설명된 동작을 수행하는 양자 상태 단층 촬영 처리부를 포함하는 양자 관측 및 분석 플랫폼을 포함할 수 있다. For example, a quantum information technology integrated system according to an embodiment of the present invention performs the operations described in Figures 9 to 11 and a quantum communication platform including a counterfactual quantum communication processor that performs the first to fifth steps. It may include a quantum observation and analysis platform including a quantum state tomography processing unit.

양자정보기술은 통신, 알고리즘 및 시뮬레이션 기술 분야와 융합되어 네트워크 보안, 무선자 원 관리, 채널추정, 네트워크 간섭관리 등 차세대이동통신의 한계를 극복하기 위한 방향으로 지속적으로 연구가 진행되고 있다. 따라서, 양자 통신 플랫폼(2010), 양자 컴퓨팅 플랫폼(2020) 및 양자 관측 및 분석 플랫폼(2030) 각각에 포함되는 구성요소는 각 기술의 발전 및 출현에 따라 대체되거나 개량될 수 있다. Quantum information technology is converging with the fields of communication, algorithms, and simulation technologies, and research is ongoing to overcome the limitations of next-generation mobile communications, such as network security, wireless resource management, channel estimation, and network interference management. Accordingly, the components included in each of the quantum communication platform (2010), the quantum computing platform (2020), and the quantum observation and analysis platform (2030) may be replaced or improved according to the development and emergence of each technology.

예를 들어, 양자 키 분배 처리부(2011)는 차세대이동통신 시스템의 보안계층에 융합되기 위한 기술을 제공하기 위하여 개량될 수 있다. For example, the quantum key distribution processor 2011 can be improved to provide technology for integration into the security layer of the next-generation mobile communication system.

예를 들어, 지능형 네트워크 기능을 요구하는 차세대이동통신 시스템의 간섭 관리에 활용하기 위하여 양자 통신 플랫폼(2010)의 각 구성요소는 개량될 수 있다.For example, each component of the quantum communication platform (2010) can be improved for use in interference management of next-generation mobile communication systems that require intelligent network functions.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described with limited drawings as described above, various modifications and variations can be made by those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components are used. Alternatively, appropriate results may be achieved even if substituted or substituted by an equivalent.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims also fall within the scope of the claims described below.

300: 양자 상관 측정 장치
310: 입력부 320: 상호 작용부
330: 측정부
300: Quantum correlation measurement device
310: input unit 320: interaction unit
330: Measuring unit

Claims (10)

혼합된 양자 상태에 제어 큐비트에 기반한 아다마르(Hadamard) 연산을 적용하여 양자 상태를 입력하는 입력부;
제어 단일(controlled-unitary)에 기반하여 상기 입력된 양자 상태에 대한 단일 진화(unitary evolution)를 수행하는 상호 작용부; 및
상기 수행된 단일 진화에 따른 단일 연산자인 단일 행렬의 정규화된 추적을 생성하고, 상기 생성된 정규화된 추적을 이용하여 양자 계측에서의 양자 상관을 측정하되, 상기 생성된 정규화된 추적이 "1"에 수렴하면 상기 단일 연산자가 랜덤 에르미트 단일 연산자(random Hermitian unitary operator)인 경우에서 상기 단일 연산자에 대해서 불화(discord) 및 얽힘(entanglement)이 사라지는 상기 양자 상관을 측정하는 측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는
단일 큐비트 계측에서 양자 상관 측정 장치.
An input unit that inputs a quantum state by applying a Hadamard operation based on a control qubit to the mixed quantum state;
an interaction unit that performs unitary evolution on the input quantum state based on controlled-unitary; and
Generate a normalized trace of a single matrix, which is a single operator according to the performed single evolution, and measure quantum correlation in quantum metrology using the generated normalized trace, wherein the generated normalized trace is set to “1”. When convergence occurs, when the single operator is a random Hermitian unitary operator, discord and entanglement disappear for the single operator, characterized in that it includes a measuring unit for measuring the quantum correlation.
A quantum correlation measurement device in single-qubit metrology.
제1항에 있어서,
상기 입력부는 하기 수학식 2에 기반하여 상기 양자 상태를 입력하고,
하기 수학식 2에서, pi CA는 제어 큐비트에 기반하여 아다마르 연산된 혼합 상태를 나타내고, α는 (1+α2)/2로 주어진 단일 제어 큐비트 시스템의 순도를 결정하며, I는 입력 연산자를 나타내고, Z는 파울리 연산자를 나타내는 것을 특징으로 하는
단일 큐비트 계측에서 양자 상관 측정 장치.
[수학식 2]
According to paragraph 1,
The input unit inputs the quantum state based on Equation 2 below,
In Equation 2 below, p i CA represents the Hadamard-operated mixed state based on the control qubit, α determines the purity of the single control qubit system given by (1+α 2 )/2, and I is Characterized in that it represents the input operator, and Z represents the Pauli operator.
A quantum correlation measurement device in single-qubit metrology.
[Equation 2]
제2항에 있어서,
상기 상호 작용부는 하기 수학식 3과 같이 상기 입력된 양자 상태에 대한 단일 진화를 수행하고,
하기 수학식 3에서, pf CA는 제어된 단일 진화가 진행된 양자 상태를 나타내고, pCA는 혼합 상태를 나타내며, α는 (1+α2)/2로 주어진 단일 제어 큐비트 시스템의 순도를 결정하고, I는 입력 연산자를 나타내며, Un은 단일 행렬을 나타내는 것을 특징으로 하는
단일 큐비트 계측에서 양자 상관 측정 장치.
[수학식 3]
According to paragraph 2,
The interaction unit performs a single evolution on the input quantum state as shown in Equation 3 below,
In Equation 3 below, p f CA represents the quantum state in which controlled single evolution has occurred, p CA represents the mixed state, and α determines the purity of the single controlled qubit system given by (1+α 2 )/2 , I represents the input operator, and U n represents a single matrix.
A quantum correlation measurement device in single-qubit metrology.
[Equation 3]
제1항에 있어서,
상기 제어 단일(controlled-unitary)은 하기 수학식 4와 같이 주어지고,
하기 수학식 4에서, I는 입력 연산자를 나타내며, Un은 단일 행렬을 나타내는 것을 특징으로 하는
단일 큐비트 계측에서 양자 상관 측정 장치.
[수학식 4]
According to paragraph 1,
The controlled-unitary is given by Equation 4 below,
In Equation 4 below, I represents an input operator, and U n represents a single matrix.
A quantum correlation measurement device in single-qubit metrology.
[Equation 4]
제4항에 있어서,
상기 제어 큐비트는 하기 수학식 5와 같이 주어지고,
하기 수학식 5에서, pf C는 제어 큐비트를 나타내고, pf CA는 제어된 단일 진화가 진행된 양자 상태를 나타내며, α는 (1+α2)/2로 주어진 단일 제어 큐비트 시스템의 순도를 결정하고, tr은 정규화된 추적을 나타낼 수 있으며, Un은 단일 행렬을 나타내는 것을 특징으로 하는
단일 큐비트 계측에서 양자 상관 측정 장치.
[수학식 5]
According to clause 4,
The control qubit is given by Equation 5 below,
In Equation 5 below, p f C represents the control qubit, p f CA represents the quantum state in which controlled single evolution has occurred, and α is the purity of the single control qubit system given by (1+α 2 )/2. Determine , tr may represent a normalized trace, and U n may represent a single matrix.
A quantum correlation measurement device in single-qubit metrology.
[Equation 5]
삭제delete 입력부에서, 혼합된 양자 상태에 제어 큐비트에 기반한 아다마르(Hadamard) 연산을 적용하여 양자 상태를 입력하는 단계;
상호 작용부에서, 제어 단일(controlled-unitary)에 기반하여 상기 입력된 양자 상태에 대한 단일 진화(unitary evolution)를 수행하는 단계; 및
측정부에서, 상기 수행된 단일 진화에 따른 단일 연산자인 단일 행렬의 정규화된 추적을 생성하고, 상기 생성된 정규화된 추적을 이용하여 양자 계측에서의 양자 상관을 측정하되, 상기 생성된 정규화된 추적이 "1"에 수렴하면 상기 단일 연산자가 랜덤 에르미트 단일 연산자(random Hermitian unitary operator)인 경우에서 상기 단일 연산자에 대해서 불화(discord) 및 얽힘(entanglement)이 사라지는 상기 양자 상관을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
단일 큐비트 계측에서 양자 상관 측정 방법.
At the input unit, inputting a quantum state by applying a Hadamard operation based on a control qubit to the mixed quantum state;
In the interaction unit, performing unitary evolution on the input quantum state based on controlled-unitary; and
In the measurement unit, a normalized trace of a single matrix, which is a single operator according to the performed single evolution, is generated, and quantum correlation in quantum measurement is measured using the generated normalized trace, where the generated normalized trace is When converging to "1", discord and entanglement disappear for the unitary operator in the case where the unitary operator is a random Hermitian unitary operator, comprising measuring the quantum correlation. characterized by
Quantum correlation measurement method in single-qubit instrumentation.
제7항에 있어서,
상기 혼합된 양자 상태에 제어 큐비트에 기반한 아다마르(Hadamard) 연산을 적용하여 양자 상태를 입력하는 단계는,
하기 수학식 2에 기반하여 상기 양자 상태를 입력하는 단계를 포함하고,
하기 수학식 2에서, pi CA는 제어 큐비트에 기반하여 아다마르 연산된 혼합 상태를 나타내고, α는 (1+α2)/2로 주어진 단일 제어 큐비트 시스템의 순도를 결정하며, I는 입력 연산자를 나타내고, Z는 파울리 연산자를 나타내며
[수학식 2]

상기 제어 단일(controlled-unitary)에 기반하여 상기 입력된 양자 상태에 대한 단일 진화(unitary evolution)를 수행하는 단계는,
하기 수학식 3과 같이 상기 입력된 양자 상태에 대한 단일 진화를 수행하는 단계를 포함하고,
하기 수학식 3에서, pf CA는 제어된 단일 진화가 진행된 양자 상태를 나타내고, pCA는 혼합 상태를 나타내며, α는 (1+α2)/2로 주어진 단일 제어 큐비트 시스템의 순도를 결정하고, I는 입력 연산자를 나타내며, Un은 단일 행렬을 나타내는 것을 특징으로 하는
단일 큐비트 계측에서 양자 상관 측정 방법.
[수학식 3]
In clause 7,
The step of inputting a quantum state by applying a Hadamard operation based on a control qubit to the mixed quantum state is,
Including the step of inputting the quantum state based on Equation 2 below,
In Equation 2 below, p i CA represents the Hadamard-operated mixed state based on the control qubit, α determines the purity of the single control qubit system given by (1+α 2 )/2, and I is represents the input operator, and Z represents the Pauli operator.
[Equation 2]

The step of performing unitary evolution on the input quantum state based on the controlled-unitary,
It includes performing a single evolution on the input quantum state as shown in Equation 3 below,
In Equation 3 below, p f CA represents the quantum state in which controlled single evolution has occurred, p CA represents the mixed state, and α determines the purity of the single controlled qubit system given by (1+α 2 )/2 , I represents the input operator, and U n represents a single matrix.
Quantum correlation measurement method in single-qubit instrumentation.
[Equation 3]
제7항에 있어서,
상기 제어 단일(controlled-unitary)은 하기 수학식 4와 같이 주어지고,
하기 수학식 4에서, I는 입력 연산자를 나타내며, Un은 단일 행렬을 나타내며,
[수학식 4]

상기 제어 큐비트는, 하기 수학식 5와 같이 주어지고,
하기 수학식 5에서, pf C는 제어 큐비트를 나타내고, pf CA는 제어된 단일 진화가 진행된 양자 상태를 나타내며, α는 (1+α2)/2로 주어진 단일 제어 큐비트 시스템의 순도를 결정하고, tr은 정규화된 추적을 나타낼 수 있으며, Un은 단일 행렬을 나타내는 것을 특징으로 하는
단일 큐비트 계측에서 양자 상관 측정 방법.
[수학식 5]
In clause 7,
The controlled-unitary is given by Equation 4 below,
In Equation 4 below, I represents an input operator, U n represents a single matrix,
[Equation 4]

The control qubit is given by Equation 5 below,
In Equation 5 below, p f C represents the control qubit, p f CA represents the quantum state in which controlled single evolution has occurred, and α is the purity of the single control qubit system given by (1+α 2 )/2. Determine , tr may represent a normalized trace, and U n may represent a single matrix.
Quantum correlation measurement method in single-qubit instrumentation.
[Equation 5]
삭제delete
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