KR101984963B1 - 양자 채널 변환 방법 및 양자 채널 변환 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 양자 채널 변환 방법에 있어서, 상기 방법은 송신 기기인 제1 기기에 의해 수행되고, 복수의 이용 가능한 채널의 각각에 대한 상관 예측을 수행하는 상관 예측 수행 단계; 상기 상관 예측에 기반하여 최적의 자유도(DOF: Degree of Freedom)를 선택하는 최적 자유도 선택 단계; 및 상기 선택된 DOF와 연관된 채널을 통해 상태(state)를 제2 기기로 전송하는 상태 전송 단계를 포함하고, 복수의 양자 채널들 간에 채널 변환 방법을 제공하여, 각각의 자유도를 갖는 상이한 채널에 의해 신뢰성 있는 양자 정보 전송을 제공할 수 있다.

Description

양자 채널 변환 방법 및 양자 채널 변환 시스템{Method of switching quantum channel and system thereof}
본 발명은 양자 채널 변환 방법 및 양자 채널 변환 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 양자 네트워크에서 복수의 채널 중 어느 하나의 채널을 선택하는 방법 및 이를 수행하는 양자 송수신 기기에 관한 것이다.
양자 통신(quantum communication)의 주된 목적은 일반 정보(classical information) 및 양자 정보(quantum information)의 신뢰성 있는 전송에 있다. 그러나, 채널에 의해 효율적으로 전송된 하나의 상태(state)는 다른 채널에 의해 동일한 효율로 전송되지 않을 수 있다는 문제점이 있다.
이와 관련하여, 편광 완화(depolarizing) 채널에 얽힌 상태들에 대하여 초-가산성(super-additivity)이 결여되었음이 입증되었다. 따라서, 전술된 바와 같이, 채널에 의해 효율적으로 전송된 하나의 상태(state)는 다른 채널에 의해 동일한 효율로 전송되지 않을 수 있다는 문제점을 여전히 해결할 수 없다.
따라서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 복수의 양자 채널들 간에 채널 변환 방법을 제공하는 것을 목표로 한다.
또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 복수의 양자 채널들 간에 채널 변환 방법을 제공하여 일반 정보(classical information) 및 양자 정보(quantum information)의 신뢰성 있는 전송을 제공하는 것을 목표로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 양자 채널 변환 방법에 있어서, 상기 방법은 송신 기기인 제1 기기에 의해 수행되고, 복수의 이용 가능한 채널의 각각에 대한 상관 예측을 수행하는 상관 예측 수행 단계; 상기 상관 예측에 기반하여 최적의 자유도(DOF: Degree of Freedom)를 선택하는 최적 자유도 선택 단계; 및 상기 선택된 DOF와 연관된 채널을 통해 상태(state)를 제2 기기로 전송하는 상태 전송 단계를 포함하고, 복수의 양자 채널들 간에 채널 변환 방법을 제공하여, 각각의 자유도를 갖는 상이한 채널에 의해 신뢰성 있는 양자 정보 전송을 제공할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 채널에 대한 상관 예측을 향상시키는데 이용되는 상관 피드백을 상기 제2 기기로부터 수신하는 상관 피드백 수신 단계를 더 포함하고, 상기 수신된 상관 피드백에 기반하여 상기 상관 예측 수행 단계, 상기 최적 자유도 선택 단계, 및 상기 상태 전송 단계를 반복하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 복수의 이용 가능한 채널은 궤도 각 운동(OAM: orbital angular momentum) 상태와 관련된 제1 채널, 및 편광(POL: Polarization) 상태와 관련된 제2 채널을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 기기에서 전송되는 상태가 ρ이고, 상기 제1 채널을 통해 전송되어 상기 제2 기기에서 수신된 상태가 σ1이고, 상기 제2 채널을 통해 전송되어 상기 제2 기기에서 수신된 상태가 σ2이면, 상기 상관 피드백은, 상기 ρ와 σ1에 기반하여 계산되는 제1충실도(Fidelity)와 상기 ρ와 σ2에 기반하여 계산되는 제2충실도와 관계된 값 ― 상기 제1 및 제2충실도는 상기 ρ를 구성하는 두 개의 상태|00> 과 |11>에 대한 결합 비율인 α의 변화에 따라 서로 다른 값을 가짐 ― 인 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 수신된 상관 피드백에 기반한 상기 상관 예측 수행 단계는 상기 α의 변화에 따른 상기 제1 및 제2충실도를 고려하여, 상기 제1 채널에 대한 위상 완화 확률(dephasing probability, p1)와 상기 제2 채널에 대한 편파 완화 인자(depolarizing probability, p2)를 예측하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 상관 예측 수행 단계에서, 상기 p1 및 p2가 동일한 확률을 갖는 범위 이내에 있는 것으로 예측되면, 상기 최적 자유도 선택 단계에서, 상기 제1 채널을 선택하고, 상기 상관 예측 수행 단계에서, 상기 p1 및 p2가 동일한 확률을 갖는 범위 이내에 있지 않은 것으로 예측되면, 상기 최적 자유도 선택 단계에서, 상기 제2 채널을 선택하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따른 양자 채널 변환 방법에 있어서, 상기 방법은 수신 기기인 제2 기기에 의해 수행되고, 복수의 이용 가능한 채널의 각각에 대한 상관 예측을 수행하기 위한 상관 피드백을 제1 기기로 전송하는 상관 피드백 전송 단계; 및 상기 상관 예측에 기반하여 상기 제1기기에 의해 선택된 최적의 자유도(DOF: Degree of Freedom)와 연관된 채널을 통해 상태(state)를 상기 제1기기로부터 수신하는 상태 수신 단계를 포함하고,상기 복수의 이용 가능한 채널은 궤도 각 운동(OAM: orbital angular momentum) 상태와 관련된 제1 채널, 및 편광(POL: Polarization) 상태와 관련된 제2 채널을 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 상태 수신 단계 이후에, 상기 상관 피드백 전송 단계를 반복하고, 상기 제1 기기에서 전송되는 상태가 ρ이고, 상기 제1 채널을 통해 전송되어 상기 제2 기기에서 수신된 상태가 σ1이고, 상기 제2 채널을 통해 전송되어 상기 제2 기기에서 수신된 상태가 σ2이면, 상기 상관 피드백 전송 단계에서, 상기 ρ와 σ1에 기반하여 계산되는 제1충실도(Fidelity)와 상기 ρ와 σ2에 기반하여 계산되는 제2충실도와 관계된 값 ― 상기 제1 및 제2충실도는 상기 ρ를 구성하는 두 개의 상태|00> 과 |11>에 대한 결합 비율인 α의 변화에 따라 서로 다른 값을 가짐 ― 을 전송하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 상관 피드백 전송 단계 이전에, 상기 α의 변화에 따른 상기 제1 및 제2충실도를 고려하여, 상기 제1 채널에 대한 위상 완화 확률(dephasing probability, p1)와 상기 제2 채널에 대한 편파 완화 인자(depolarizing probability, p2)를 예측하는 상관 예측 수행 단계를 더 포함하고, 상기 상관 피드백 전송 단계에서, 상기 예측된 p1, p2를 전송하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 상관 예측 수행 단계에서, 상기 p1 및 p2가 동일한 확률을 갖는 범위 이내에 있는 것으로 예측되면, 상기 상관 피드백 전송 단계에서, 상기 제1 채널을 선택하도록 제어하는 제1메시지를 포함하여 전송하고, 상기 상관 예측 수행 단계에서, 상기 p1 및 p2가 동일한 확률을 갖는 범위 이내에 있지 않은 것으로 예측되면, 상기 상관 피드백 전송 단계에서, 상기 제2 채널을 선택하도록 제어하는 제2메시지를 포함하여 전송하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양상에 따른, 양자 채널 변환을 수행하는 송신 기기에 있어서, 복수의 이용 가능한 채널의 각각에 대한 상관 예측을 수행하고, 상기 상관 예측에 기반하여 최적의 자유도(DOF: Degree of Freedom)를 선택하도록 제어하는 제어부; 및 상기 선택된 DOF와 연관된 채널을 통해 상태(state)를 제2 기기로 전송하는 송수신부를 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 송수신부는, 상기 채널에 대한 상관 예측을 향상시키는데 이용되는 상관 피드백을 상기 제2 기기로부터 수신하고, 상기 제어부는 상기 수신된 상관 피드백에 기반하여, 상기 상관 예측, 상기 최적의 자유도 선택, 및 상기 상태를 전송하는 것을 반복하도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 복수의 이용 가능한 채널은 궤도 각 운동(OAM: orbital angular momentum) 상태와 관련된 제1 채널, 및 편광(POL: Polarization) 상태와 관련된 제2 채널을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 기기에서 전송되는 상태가 ρ이고, 상기 제1 채널을 통해 전송되어 상기 제2 기기에서 수신된 상태가 σ1이고, 상기 제2 채널을 통해 전송되어 상기 제2 기기에서 수신된 상태가 σ2이면, 상기 제어부는, 상기 ρ와 σ1에 기반하여 계산되는 제1충실도(Fidelity)와 상기 ρ와 σ2에 기반하여 계산되는 제2충실도와 관계된 값 ― 상기 제1 및 제2충실도는 상기 ρ를 구성하는 두 개의 상태|00> 과 |11>에 대한 결합 비율인 α의 변화에 따라 서로 다른 값을 가짐 ― 을 수신하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 α의 변화에 따른 상기 제1 및 제2충실도를 고려하여, 상기 제1 채널에 대한 위상 완화 확률(dephasing probability, p1)와 상기 제2 채널에 대한 편파 완화 인자(depolarizing probability, p2)를 예측하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 p1 및 p2가 동일한 확률을 갖는 범위 이내에 있는 것으로 예측되면, 상기 제1 채널을 선택하고, 상기 p1 및 p2가 동일한 확률을 갖는 범위 이내에 있지 않은 것으로 예측되면, 상기 제2 채널을 선택하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양상에 따른 양자 채널 변환을 수행하는 수신 기기에 있어서, 복수의 이용 가능한 채널의 각각에 대한 상관 예측을 수행하기 위한 상관 피드백을 제1 기기로 전송하도록 제어하는 제어부; 및 상기 상관 예측에 기반하여 상기 제1기기에 의해 선택된 최적의 자유도(DOF: Degree of Freedom)와 연관된 채널을 통해 상태(state)를 상기 제1기기로부터 수신하는 송수신부를 포함하고, 상기 복수의 이용 가능한 채널은 궤도 각 운동(OAM: orbital angular momentum) 상태와 관련된 제1 채널, 및 편광(POL: Polarization) 상태와 관련된 제2 채널을 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 제1 기기에서 전송되는 상태가 ρ이고, 상기 제1 채널을 통해 전송되어 상기 제2 기기에서 수신된 상태가 σ1이고, 상기 제2 채널을 통해 전송되어 상기 제2 기기에서 수신된 상태가 σ2이면, 상기 제어부는, 상기 ρ와 σ1에 기반하여 계산되는 제1충실도(Fidelity)와 상기 ρ와 σ2에 기반하여 계산되는 제2충실도와 관계된 값 ― 상기 제1 및 제2충실도는 상기 ρ를 구성하는 두 개의 상태|00> 과 |11>에 대한 결합 비율인 α의 변화에 따라 서로 다른 값을 가짐 ― 을 전송하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 α의 변화에 따른 상기 제1 및 제2충실도를 고려하여, 상기 제1 채널에 대한 위상 완화 확률(dephasing probability, p1)와 상기 제2 채널에 대한 편파 완화 인자(depolarizing probability, p2)를 예측하고, 상기 예측된 p1, p2를 전송하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제어부는, 상기 p1 및 p2가 동일한 확률을 갖는 범위 이내에 있는 것으로 예측되면, 상기 제1 채널을 선택하도록 제어하는 제1메시지를 포함하여 전송하고, 상기 p1 및 p2가 동일한 확률을 갖는 범위 이내에 있지 않은 것으로 예측되면, 상기 제2 채널을 선택하도록 제어하는 제2메시지를 포함하여 전송하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 방법은, 복수의 양자 채널들 간에 채널 변환 방법을 제공하여, 각각의 자유도를 갖는 상이한 채널에 의해 신뢰성 있는 양자 정보 전송을 제공할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명에 따른 방법은, 양자 채널 상관 정보와 이에 따라 각각의 자유도를 갖는 상이한 채널을 통하여 신뢰성 있는 양자 정보 전송을 제공할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 복수의 양자 채널을 포함하는 양자 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 양자 기기의 상세 구성을 도시한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 복수의 양자 채널을 포함하는 양자 시스템을 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 서로 다른 p에 대하여 α와 충실도(fidelity)와의 관계를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 서로 다른 p에 대하여 α와 컨커런스(concurrence)와의 관계를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 송신 기기인 제1 기기에 의해 수행되는 양자 채널 변환 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 7은 본 발명에 따른 수신 기기인 제2 기기에 의해 수행되는 양자 채널 변환 방법의 흐름도를 나타낸다.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제1, 제2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈", "블록" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다. 하기에서 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 양자 채널 변환 방법 및 양자 채널 변환 시스템에 대해 살펴보기로 하자.
이와 관련하여, 도 1은 본 발명에 따른 복수의 양자 채널을 포함하는 양자 시스템을 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 사용자 Alice 측에 해당하는 Photon-1은 송신 기기로 제1 기기(100)로 지칭될 수 있다. 유사하게, 사용자 Bob 측에 해당하는 Photon-2는 수신 기기로 제2 기기(100)로 지칭될 수 있다. 한편, 편의상 제1 기기(100)가 송신 기기로, 제2 기기(200)가 수신 기기로 표시되었지만, 그 역도 성립할 수 있다. 또한, 경우에 따라, 제1 기기(100)가 송신 또는 수신 기기로 동작함에 따라, 제2 기기(200)는 이에 대응하여 수신 또는 송신 기기로 동작할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 양자 기기의 상세 구성을 도시한다. 편의상, 송신 기기를 제1 기기(100)로, 그리고 수신 기기를 제2 기기(200)로 지칭할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 전술된 바와 같이 그 역도 성립하고, 또한 송신/수신 기기로 동시에 동작할 수 있다.
제1 기기(100)는 제어부(110), 송수신부(120) 및 메모리(130)를 포함한다. 마찬가지로, 제2 기기(200)도 제어부(210), 송수신부(220) 및 메모리(230)를 포함한다. 한편, 도 2에서 송수신부(120, 220) 간의 채널은 도 1 및 3에 도시된 바와 같이 복수의 양자 채널의 형태일 수 있다.
한편, 도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 복수의 양자 채널을 포함하는 양자 시스템을 도시한다. 도 1과 비교하여, 복수의 양자 채널은 각각 주파수(FREQ: frequency) 채널을 더 포함할 수 있다. 도 1 및 도 3에서 OAM 및 POL 채널은 각각 위상 완화 채널(dephasing channel) 및 편광 완화 채널(depolarizing channel)로 지칭될 수 있다. 한편, 도 3을 참조하면, 제어부(110, 210)는 로컬 연산부(111, 211)과 DOF 선택부(112, 212)를 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 양자 네트워크 기기에 의한 동기화 동작을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 송신 기기에 해당하는 제1 기기(100)에서의 동작에 대해 살펴보면 다음과 같다.
송수신부(120)는 일반 채널(classical channel)과 양자 채널(quantum channel)을 통해 수신 기기인 제2 기기(200)로 양자 정보를 송신하도록 구성된다. 여기서, 양자 정보는 상태(state) (예컨대, 양자 상태)에 관한 정보를 포함한다.
또한, 송수신부(120)는 상기 일반 채널을 통해 상기 제2 기기(200)로부터 피드백 정보 (예컨대, 상관 피드백)를 수신할 수 있다.
제어부(110)는 복수의 이용 가능한 채널의 각각에 대한 상관 예측을 수행하고, 상기 상관 예측에 기반하여 최적의 자유도(DOF: Degree of Freedom)를 선택하도록 제어하도록 구성된다. 구체적으로, 로컬 연산부(111)는 복수의 이용 가능한 채널의 각각에 대한 상관 예측을 수행하고, DOF 선택부(112)는 상기 상관 예측에 기반하여 최적의 자유도(DOF: Degree of Freedom)를 선택하도록 제어할 수 있다. 이때, 로컬 연산의 결과는 상태 토모그래피(state tomography)의 대상이 된다. 여기서, 복수의 이용 가능한 채널은 궤도 각 운동(OAM: orbital angular momentum) 상태와 관련된 제1 채널, 및 편광(POL: Polarization) 상태와 관련된 제2 채널을 포함할 수 있다. 한편, 도 3을 참조하면, 주파수(FREQ: frequency) 상태와 관련된 제3 채널을 더 포함할 수 있다.
송수신부(120)는 상기 선택된 DOF와 연관된 채널을 통해 상태(state)를 제2 기기로 전송할 수 있다. 또한, 이에 응답하여 상기 송수신부(120)는, 상기 채널에 대한 상관 예측을 향상시키는데 이용되는 상관 피드백을 상기 제2 기기(200)로부터 수신할 수 있다.
한편, 상기 제어부(110)는 상기 수신된 상관 피드백에 기반하여, 상기 상관 예측, 상기 최적의 자유도 선택, 및 상기 상태를 전송하는 것을 반복하도록 제어할 수 있다.
한편, 상기 제1 기기(100)에서 전송되는 상태가 ρ이고, 상기 제1 채널을 통해 전송되어 상기 제2 기기(200)에서 수신된 상태가 σ1이고, 상기 제2 채널을 통해 전송되어 상기 제2 기기(200)에서 수신된 상태가 σ2인 경우, 상기 제어부(110)는 다음과 같은 동작을 수행할 수 있다. 즉, 상기 제어부(110)는 상기 ρ와 σ1에 기반하여 계산되는 제1충실도(Fidelity)와 상기 ρ와 σ2에 기반하여 계산되는 제2충실도와 관계된 값을 수신할 수 있다. 이때, 상기 제1 및 제2충실도는 상기 ρ를 구성하는 두 개의 상태|00> 과 |11>에 대한 결합 비율인 α의 변화에 따라 서로 다른 값을 갖도록 구성될 수 있다.
다음으로, 상기 제어부(110)는, 상기 α의 변화에 따른 상기 제1 및 제2충실도를 고려하여, 상기 제1 채널에 대한 위상 완화 확률(dephasing probability, p1)와 상기 제2 채널에 대한 편파 완화 인자(depolarizing probability, p2)를 예측할 수 있다. 이때, 상기 제어부(110)는, 상기 제어부는, 상기 p1 및 p2가 동일한 확률을 갖는 범위 이내에 있는 것으로 예측되면, 상기 제1 채널을 선택할 수 있다. 또한, 상기 p1 및 p2가 동일한 확률을 갖는 범위 이내에 있지 않은 것으로 예측되면, 상기 제2 채널을 선택할 수 있다. 이때, 상기 p1 및 p2가 동일한 확률을 갖는 범위 이내에 있는 것은 |p1 - p2| ≤△p 인 경우이고, 여기서, △p는 일정한 값이거나 또는 상기 제1 채널 및 제2 채널의 상태 (예컨대, 얽힘 상태 또는 특정 채널이 상태에 더 영향을 미치는지 여부)에 따라 적응적으로 결정될 수 있다. 또한, 전송되는 양자 정보의 종류 및 특정 양자 정보의 대역폭 특성이나 특정 채널을 통한 전송에 따른 지연 시간 등을 고려하여 적응적으로 결정될 수 있다.
한편, 메모리(130)는 양자 채널 변환 및 상태 전송과 관련하여, 양자 정보 및 일반 정보를 저장하도록 구성될 수 있다.
다음으로, 수신 기기에 해당하는 제2 기기(200)에 의해 수행되는 동작에 대해 살펴보면 다음과 같다.
제어부(210)는 복수의 이용 가능한 채널의 각각에 대한 상관 예측을 수행하기 위한 상관 피드백을 제1 기기(100)로 전송하도록 제어하도록 구성된다. 예를 들어, 로컬 연산부(211)는 복수의 이용 가능한 채널의 각각에 대한 상관 예측을 수행하기 위한 상관 피드백을 제1 기기(100)로 양자 채널을 이용하지 않고, 일반 채널을 이용하여 전송할 수 있다.
송수신부(220)는 상기 상관 예측에 기반하여 상기 제1기기에 의해 선택된 최적의 자유도(DOF: Degree of Freedom)와 연관된 채널을 통해 상태(state)를 상기 제1기기(100)로부터 수신하도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 제1 기기(100)에서 전송되는 상태가 ρ이고, 상기 제1 채널을 통해 전송되어 상기 제2 기기(200)에서 수신된 상태가 σ1이고, 상기 제2 채널을 통해 전송되어 상기 제2 기기(200)에서 수신된 상태가 σ2이면, 상기 제어부(210)는 아래와 같은 동작을 수행할 수 있다.
즉, 상기 제어부(210)는 상기 ρ와 σ1에 기반하여 계산되는 제1충실도(Fidelity)와 상기 ρ와 σ2에 기반하여 계산되는 제2충실도와 관계된 값을 전송하도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 제1 및 제2충실도는 상기 ρ를 구성하는 두 개의 상태|00> 과 |11>에 대한 결합 비율인 α의 변화에 따라 서로 다른 값을 가질 수 있다. 이와 관련하여, 제2 기기(200)는 제1 기기(100)로부터 상태를 수신하고, 제2 기기(200)가 제1 및 제2충실도를 계산하여 제1 기기(100)로 전송할 수 있다. 또는, 제2 기기(200)가 수신된 상태로부터 관련된 정보를 전송하면, 제1 기기(100)가 제1 및 제2충실도를 계산할 수 있다. 두 가지 경우에서, 제1 및 제2충실도 (또는 후술될 컨커런스) 정보는 별도의 로컬 연산부(111, 211)에서 계산되고, 양자 채널이 아닌 별도의 채널 (예컨대, 일반 채널)을 통해 교환된다. 따라서, 이러한 정보의 계산과 교환에 따른 양자 통신의 성능 저하가 발생하지 않는다.
또한, 상기 제어부(210)는, 상기 α의 변화에 따른 상기 제1 및 제2충실도를 고려하여, 상기 제1 채널에 대한 위상 완화 확률(dephasing probability, p1)와 상기 제2 채널에 대한 편파 완화 인자(depolarizing probability, p2)를 예측하고, 상기 예측된 p1, p2를 전송할 수 있다.
이와 관련하여, 상기 제어부(210)는, 상기 p1 및 p2가 동일한 확률을 갖는 범위 이내에 있는 것으로 예측되면, 상기 제1 채널을 선택하도록 제어하는 제1메시지를 포함하여 전송할 수 있다. 또한, 상기 제어부(210)는, 상기 p1 및 p2가 동일한 확률을 갖는 범위 이내에 있지 않은 것으로 예측되면, 상기 제2 채널을 선택하도록 제어하는 제2메시지를 포함하여 전송할 수 있다. 이에 따라, 제1 기기(100)가 제1메시지를 수신하면 제1 기기(100)는 제1 채널을 선택하고, 제2메시지를 수신하면 제1 기기(100)는 제2 채널을 선택할 수 있다.
한편, 메모리(230)는 양자 채널 변환 및 상태 전송과 관련하여, 양자 정보 및 일반 정보를 저장하도록 구성될 수 있다.
전술된, 양자 송신 기기 (제1 기기(100)) 및 양자 수신 기기 (제2 기기(200))에서의 양자 채널 변환 방법에 대해서 상세히 설명하면 아래와 같다.
도 1을 참조하면, 광자(photon)와 연관된 두 개의 DOF를 고려할 수 있고, OAM DOF는 이와 연관된 위상 완화 채널을 갖고, POL DOF는 이와 연관된 편광 완화 채널을 갖는다. 한편, 도 3을 참조하면, 세 개의 DOF를 고려할 수 있다. FREQ DOF는 이와 연관된 주파수 완화 채널을 갖는다. 예를 들어, OAM DOF, POL DOF 및 FREQ DOF는 각각 직교하는 위상, 편광(또는 편파), 및 주파수 채널일 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 유사 직교한(pseudo orthogonal) 위상, 편광(또는 편파), 및 주파수 채널일 수 있다.
제1 기기(100) 측에서, 로컬 연산부(111)에 의한 로컬 연산이 이루어질 수 있다. 이러한 로컬 연산의 결과가 제2 기기(200)로 전송된다. 이와 관련하여, 제2 기기(200)로 전송될 제1 기기(100)에서 출력되는 로컬 양자 연산의 결과는 아래의 수학식 1과 같다. 여기서, α는 ρ (또는 Ψ)를 구성하는 두 개의 상태|00> 과 |11>에 대한 결합 비율이다.
Figure 112017086634795-pat00001
본원에서 고려되는 이러한 상태의 전송을 위한 두 개의 채널 (또는 세 개의 채널)은 편광 완화 채널과 위상 완화 채널 (또는 주파수 완화 채널)이다. 편광 완화 채널은 POL DOF를 통해 전송된 상태에 영향을 미치고, 두 개의 큐빗에 대해, 상기 채널의 영향은 아래의 수학식 2와 같다. 여기서, p는 위상 이완 인자(dephasing factor) 또는 위상 이완과 관련된 확률이고, π는 최대 얽힌 단일 큐빗 시스템을 나타낸다.
Figure 112017086634795-pat00002
OAM DOF는 이와 연관된 위상 완화 채널을 갖고, 아래의 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112017086634795-pat00003
한편, 두 개의 채널들 중 하나를 통해 이동하는 (traversing) 수학식 1의 형태의 임의의 양자 상태에 대하여, 컨커런스(concurrence) 및 충실도(fidelity)를 고려할 수 있다. 양자 상태의 충실도는 아래의 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112017086634795-pat00004
여기서, ρ = |Ψ> <Ψ|는 제1 기기(100)에 의해 전송되는 상태이고, σ는 제2 기기(200)에 의해 수신되는 상태이다. 따라서, 수학식 4의 충실도는 제1 기기(100)에 의해 전송되는 상태와 제2 기기(200)에 의해 수신되는 상태의 유사성(closeness)을 정의하는 파라미터이다.
한편, 제1 기기에서 전송되는 상태가 ρ이고, 제1 채널(OAM DOF)을 통해 전송되어 상기 제2 기기에서 수신된 상태가 σ1이고, 제2 채널(POL DOF)을 통해 전송되어 상기 제2 기기에서 수신된 상태가 σ2이라고 하면, 수학식 4의 σ에 각각 σ1과 σ2를 대입하여 제1 및 제2 충실도를 획득할 수 있다. 이때, 수학식 2의 σ는 제2 채널(POL DOF)을 통해 수신되는 신호이므로, σ1에 해당하므로 제1 충실도(F(ρ,σ1))와 연관된다. 한편, 수학식 3의 σ는 제1 채널(OAM DOF)을 통해 수신되는 신호이므로, σ2에 해당하므로 제2 충실도(F(ρ,σ2))와 연관된다.
한편, 전술된 충실도와 함께 또는 이를 대체하여 컨커런스가 이용될 수 있다. 컨커런스는 상태의 얽힘을 정량화하는 파라미터이다. 전술된 수학식 1과 같은 형태의 입력 순수 상태(input pure state)에 대하여, 컨커런스는 아래의 수학식 5와 같이 표현된다.
Figure 112017086634795-pat00005
한편, 수신된 혼합 상태 σ에 대하여, 컨커런스는 아래의 수학식 6과 같이 표현된다.
Figure 112017086634795-pat00006
여기서, λi는
Figure 112017086634795-pat00007
의 감소하는 순서(order)의 고유 값(eigen vlaue)이다.
도 4는 본 발명에 따른 서로 다른 p에 대하여 α와 충실도(fidelity)와의 관계를 나타낸 도면이다. 또한, 도 5는 본 발명에 따른 서로 다른 p에 대하여 α와 컨커런스(concurrence)와의 관계를 나타낸 도면이다.
수학식 1의 상이한 상태에 대하여, 도 4 및 도 5에서 각각의 상태(편광 완화 채널 및 위상 완화 채널에서의 상태)의 충실도 및 이의 컨커런스를 나타내었다. 이러한 도 4 및 도 5의 플롯을 이용하여, 임의의 주어진 상태에 대하여 더 적합한 채널을 판단할 수 있다. 상태가 최적 채널에 의해 영향을 받는 DOF에 이미 있다면, 채널을 변경하지 않고 바로 양자 상태(또는 양자 정보)가 전송될 수 있다. 하지만, 예를 들어, 아래의 수학식 7과 같이 OAM 및 POL DOF를 모두 고려하는 형태의 양자 시스템을 고려할 수 있다.
Figure 112017086634795-pat00008
이때, 모든 채널들이 특정 p 값을 갖는 상태에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 모든 채널들이 p=0.1을 갖는 상태에 영향을 미칠 수 있다.
한편, 도 4는 최적의 충실도를 달성하기 위해 POL DOF로 전환될 필요가 있음을 보여준다. 이를 위하여, 두 개의 광자들 내부의 OAM 및 POL DOF 간에 스왑 동작을 적용할 필요가 있고, 이에 따라 수학식 8이 획득될 수 있다.
Figure 112017086634795-pat00009
따라서, 보다 신뢰성 있는 두 개의 이용 가능한 채널을 이용하여 POL DOF의 얽힌 상태가 전송될 수 있다.
한편, 도 4 및 도 5의 충실도 및 컨커런스를 이용하여 채널을 선택하는 방법에 대해 자세히 살펴보기로 하자. 이와 관련하여, 광자와 연관된 복수의 자유도를 이용할 수 있는 능력으로 인해, 충실도 및 컨커런스 보존을 이용하여 정량화된 향상된 성능을 갖는 양자 정보를 전송하는 것이 가능하다. 도 4는 다양한 이용 가능한 채널들을 통해 상태들이 전송될 수 있는 충실도를 나타낸다. 채널이 동일한 확률로 상태에 영향을 미치는 경우에, 상태가 매우 얽힌 상태인 경우를 제외하고 제1 채널(OAM 채널, 위상 완화 채널)을 선택할 수 있다. 이를 위하여, 제어부(110)는, p1 및 p2가 동일한 확률을 갖는 범위 이내에 있는 것으로 예측되면, 제1 채널(OAM 채널, 위상 완화 채널)을 선택한다. 이때, 상태가 매우 얽힌 상태인지를 확인하기 위해 도 5에서와 같은 컨커런스 정보가 이용될 수 있다.
그러나, 서로 다른 확률로 상태에 영향을 미치는 채널에 대해, 제2채널(POL 채널, 편광 완화 채널)이 양자 상태에 대해 더 유용한다. 이때, 제1 채널(OAM 채널, 위상 완화 채널)은 상태에 급격하게 영향을 미치기 때문이다. 이를 위하여, 제어부(110)는, 상기 p1 및 p2가 동일한 확률을 갖는 범위 이내에 있지 않은 것으로 예측되면, 제2 채널(POL 채널, 편광 완화 채널)을 선택한다.
도 5는 상태가 다른 채널을 통해 전달되는 경우에 얽힘의 지속성(perserverance of entanglement)를 나타낸다. 입력 양자 상태에 채널이 최소한의 영향만을 주면, 제2 채널(POL 채널, 편광 완화 채널)이 매우 효율적이지만, 상태에 상당히 영향을 주는 채널에 대해서는 적용되지 않는다. 충실도와 컨커런스 모두 중요성을 가지고, 이들 중 하나에 기반하여 선택된 채널은 자원(flying resources)이 제한된 경우에 특히 유용한다.
한편, 양자 불일치(quantum discord)와 같은 파라미터의 효율적인 전송과 관련한 응용 및 가변 특성을 갖는 복소 채널 모델(complex channel model)이 고려될 수 있다.
전술된 내용을 토대로, 본 발명의 다른 측면에 따른 양자 채널 변환 방법에 대해 살펴보면 다음과 같다. 이와 관련하여, 도 6은 본 발명에 따른 송신 기기인 제1 기기에 의해 수행되는 양자 채널 변환 방법의 흐름도를 나타낸다. 한편, 도 7은 본 발명에 따른 수신 기기인 제2 기기에 의해 수행되는 양자 채널 변환 방법의 흐름도를 나타낸다. 한편, 전술된 내용은 이하에서 설명되는 양자 채널 변환 방법과 결합하여 이용될 수 있다.
도 6을 참조하면, 양자 채널 변환 방법은 상관 예측 수행 단계(S110), 최적 자유도 선택 단계(S120), 및 상태 전송 단계(S130)를 포함한다.
상관 예측 수행 단계(S110)에서, 복수의 이용 가능한 채널의 각각에 대한 상관 예측을 수행한다. 최적 자유도 선택 단계(S120)에서, 상기 상관 예측에 기반하여 최적의 자유도(DOF: Degree of Freedom)를 선택한다. 또한, 상태 전송 단계(S130)에서, 상기 선택된 DOF와 연관된 채널을 통해 상태(state)를 제2 기기로 전송한다. 여기서, 상기 복수의 이용 가능한 채널은 궤도 각 운동(OAM: orbital angular momentum) 상태와 관련된 제1 채널, 및 편광(POL: Polarization) 상태와 관련된 제2 채널을 포함한다.
한편, 전술된 상관 예측 수행 단계(S110), 최적 자유도 선택 단계(S120), 및 상태 전송 단계(S130)는 각 순서에 한정되는 것이 아니라, 응용에 따라 자유롭게 그 순서를 변형하여 실시할 수 있다. 예를 들어, 상태 전송 단계(S130)를 통해 제2 기기가 상태를 수신하면, 이에 따라 제2 기기로부터 전송된 정보에 따라 상관 예측 수행 단계(S110)가 이후에 수행될 수 있다. 이때, 상태 전송 단계(S130)가 먼저 수행되는 경우에 전송된 상태 정보는 제1 기기 및 제2 기기 간에 사전에 알고 있는 상태 정보(예: 트레이닝 정보)일 수 있다. 이에 따라, 제1 기기 및 제2 기기 간에 전술된 단계를 통해 최적 자유도가 선택된 이후에 상태 전송 단계(S130)에서 제2 기기에게 미지의 상태 정보(예: 양자 데이터)가 전송될 수 있다.
한편, 전술된 단계들은 반복적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 채널에 대한 상관 예측을 향상시키는데 이용되는 상관 피드백을 상기 제2 기기로부터 수신하는 상관 피드백 수신 단계(S140)가 더 포함될 수 있다. 이에 따라, 상기 상관 피드백 수신 단계(S140)에서 수신된 상관 피드백에 기반하여 상관 예측 수행 단계(S110), 최적 자유도 선택 단계(S120), 및 상태 전송 단계(S130)가 반복될 수 있다.
한편, 상기 제1 기기에서 전송되는 상태가 ρ이고, 상기 제1 채널을 통해 전송되어 상기 제2 기기에서 수신된 상태가 σ1이고, 상기 제2 채널을 통해 전송되어 상기 제2 기기에서 수신된 상태가 σ2인 경우에 대해 살펴보면 다음과 같다. 이때, 상기 상관 피드백은 상기 ρ와 σ1에 기반하여 계산되는 제1충실도(Fidelity)와 상기 ρ와 σ2에 기반하여 계산되는 제2충실도와 관계된 값일 수 있다. 이때, 상기 제1 및 제2충실도는 상기 ρ를 구성하는 두 개의 상태|00> 과 |11>에 대한 결합 비율인 α의 변화에 따라 서로 다른 값을 가질 수 있다.
이에 따라, 제1 기기는 제1 및 제2 충실도 각각에 대하여 복수의 값들을 수신할 수 있고, 이에 따라 수신된 값들을 도 4에서의 커브와 커브 피팅을 통해 p1, p2 값을 알아낼 수 있다. 따라서, α의 변화에 따라 서로 다른 복수의 충실도 값들을 수신하면 커브 피팅을 통해 보다 신뢰성 있는 p1, p2 값을 알아낼 수 있고, 이를 통해 상관 예측과 채널 선택을 수행할 수 있다. 따라서, 상기 상관 피드백 수신 단계(S140) 이후의 상기 상관 예측 수행 단계(S110)를 통해, 상기 α의 변화에 따른 상기 제1 및 제2충실도를 고려할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 채널에 대한 위상 완화 확률(dephasing probability, p1)와 상기 제2 채널에 대한 편파 완화 인자(depolarizing probability, p2)를 예측한다.
이때, 상기 상관 예측 수행 단계(S110)에서, 상기 p1 및 p2가 동일한 확률을 갖는 범위 이내에 있는 것으로 예측되면, 상기 최적 자유도 선택 단계에서, 상기 제1 채널을 선택한다. 반면에, 상기 상관 예측 수행 단계(S110)에서, 상기 p1 및 p2가 동일한 확률을 갖는 범위 이내에 있지 않은 것으로 예측되면, 상기 최적 자유도 선택 단계에서, 상기 제2 채널을 선택한다. 한편, 이러한 전술된 단계의 반복은 일정 시간 간격 또는 일정 데이터 전송량 별로 수행되거나, 또는 제1 및 제2 기기에서 측정된 값 (예컨대, 충실도 및/또는 컨커런스)에 기반하여 이벤트 기반으로 수행될 수 있다.
다음으로, 수신 기기인 제2 기기에 의해 수행되는 양자 채널 변환 방법을 도 7을 참조하여 살펴보면 다음과 같다. 도 7을 참조하면, 양자 채널 변환 방법은, 상관 예측 수행 단계(S210), 상관 피드백 전송 단계(S220) 및 상태 수신 단계(S230)를 포함한다. 한편, 상기 상태 수신 단계(S230) 이후에, 상기 상관 예측 수행 단계(S210) 및 상기 상관 피드백 전송 단계(S220)를 반복할 수 있다. 한편, 전술된 단계의 순서에 한정되는 것이 아니라 응용에 따라 자유롭게 변형하여 실시할 수 있다.
또한, 최초 단계에서는 상기 상관 예측 수행 단계(S210) 없이 상기 상관 피드백 전송 단계(S220)부터 실시할 수 있다. 이때, 상관 예측은 제2 기기가 아니라 제1 기기에 의해 수행될 수 있다. 즉, 상기 상관 피드백 전송 단계(S220)에서, 복수의 이용 가능한 채널의 각각에 대한 상관 예측을 수행하기 위한 상관 피드백을 제1 기기로 전송한다. 또한, 상기 상태 수신 단계(S230)에서, 상기 상관 예측에 기반하여 상기 제1기기에 의해 선택된 최적의 자유도(DOF: Degree of Freedom)와 연관된 채널을 통해 상태(state)를 상기 제1기기로부터 수신한다. 이때, 상기 복수의 이용 가능한 채널은 궤도 각 운동(OAM: orbital angular momentum) 상태와 관련된 제1 채널, 및 편광(POL: Polarization) 상태와 관련된 제2 채널을 포함할 수 있다.
한편, 상기 상태 수신 단계(S230) 이후에, 상기 상관 예측 수행 단계(S210) 및 상기 상관 피드백 전송 단계(S220)를 반복할 수 있다. 이때, 상기 제1 기기에서 전송되는 상태가 ρ이고, 상기 제1 채널을 통해 전송되어 상기 제2 기기에서 수신된 상태가 σ1이고, 상기 제2 채널을 통해 전송되어 상기 제2 기기에서 수신된 상태가 σ2이면, 다음과 같은 동작을 수행할 수 있다. 즉, 상기 상관 피드백 전송 단계(S220)에서, 상기 ρ와 σ1에 기반하여 계산되는 제1충실도(Fidelity)와 상기 ρ와 σ2에 기반하여 계산되는 제2충실도와 관계된 값 ― 상기 제1 및 제2충실도는 상기 ρ를 구성하는 두 개의 상태|00> 과 |11>에 대한 결합 비율인 α의 변화에 따라 서로 다른 값을 가짐 ― 을 전송하는 것을 특징으로 할 수 있다.
한편, 상기 상관 예측 수행 단계(S210)에서, 상기 α의 변화에 따른 상기 제1 및 제2충실도를 고려하여, 상기 제1 채널에 대한 위상 완화 확률(dephasing probability, p1)와 상기 제2 채널에 대한 편파 완화 인자(depolarizing probability, p2)를 예측할 수 있다. 이때, 상기 상관 피드백 전송 단계(S220)에서, 상기 예측된 p1, p2를 전송하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이와 관련하여, 상기 상관 예측 수행 단계(S210)에서, 상기 p1 및 p2가 동일한 확률을 갖는 범위 이내에 있는 것으로 예측되면, 상기 상관 피드백 전송 단계(S220)에서, 상기 1 채널을 선택하도록 제어하는 제1메시지를 포함하여 전송할 수 있다. 또한, 상기 상관 예측 수행 단계(S210)에서, 상기 p1 및 p2가 동일한 확률을 갖는 범위 이내에 있지 않은 것으로 예측되면, 상기 상관 피드백 전송 단계(S220)에서, 상기 제2 채널을 선택하도록 제어하는 제2메시지를 포함하여 전송할 수 있다.
이상에서는 본 발명에 따른 양자 채널 변환 방법 및 양자 채널 변환 시스템에 대해 살펴보았다. 최적의 충실도와 연관된 자유도(DOF)를 이용하여 양자 채널 스위칭과 관련된 채널 변환을 수행할 수 있다. 이에 따라, 상태 복구 기법의 필요성을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 분산 연산에서 양자 상관의 장점을 이용하여 양자 상관의 최적의 전송을 달성할 수 있다.
한편, 기술의 사업화 전망과 관련하여, 암호화, 텔레포테이션, 및 초고밀도 코딩, 양자 상관의 전송과 관련하여 중요성을 갖는다. 이러한 상관 정보를 이용하는 상태의 복구에 있어서 감소된 연산량은 더 양호한 자원 활용을 가능하게 한다.
전술된 본 발명의 적어도 일 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 방법은, 복수의 양자 채널들 간에 채널 변환 방법을 제공하여, 각각의 자유도를 갖는 상이한 채널에 의해 신뢰성 있는 양자 정보 전송을 제공할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 적어도 일 실시 예에 따르면, 양자 채널 상관 정보와 이에 따라 각각의 자유도를 갖는 상이한 채널을 통하여 신뢰성 있는 양자 정보 전송을 제공할 수 있다는 장점이 있다.
소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능뿐만 아니라 각각의 구성 요소들은 별도의 소프트웨어 모듈로도 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 작동을 수행할 수 있다. 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 어플리케이션으로 소프트웨어 코드가 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 코드는 메모리에 저장되고, 제어부(controller) 또는 프로세서(processor)에 의해 실행될 수 있다.
100: 제1 기기 200: 제2 기기
110, 210: 제어부 120, 220: 송수신부
130, 230: 메모리

Claims (20)

  1. 양자 채널 변환 방법에 있어서, 상기 방법은 송신 기기인 제1 기기에 의해 수행되고,
    복수의 이용 가능한 채널의 각각에 대한 상관 예측을 수행하는 상관 예측 수행 단계;
    상기 상관 예측에 기반하여 최적의 자유도(DOF: Degree of Freedom)를 선택하는 최적 자유도 선택 단계; 및
    상기 선택된 DOF와 연관된 채널을 통해 상태(state)를 제2 기기로 전송하는 상태 전송 단계를 포함하고,
    상기 채널에 대한 상관 예측을 향상시키는데 이용되는 상관 피드백을 상기 제2 기기로부터 수신하는 상관 피드백 수신 단계를 더 포함하고,
    상기 수신된 상관 피드백에 기반하여 상기 상관 예측 수행 단계, 상기 최적 자유도 선택 단계, 및 상기 상태 전송 단계를 반복하고,
    상기 복수의 이용 가능한 채널은 궤도 각 운동(OAM: orbital angular momentum) 상태와 관련된 제1 채널, 및 편광(POL: Polarization) 상태와 관련된 제2 채널을 포함하고,
    상기 제1 기기에서 전송되는 상태가 ρ이고, 상기 제1 채널을 통해 전송되어 상기 제2 기기에서 수신된 상태가 σ1이고, 상기 제2 채널을 통해 전송되어 상기 제2 기기에서 수신된 상태가 σ2이면,
    상기 상관 피드백은,
    상기 ρ와 σ1에 기반하여 계산되는 제1충실도(Fidelity)와 상기 ρ와 σ2에 기반하여 계산되는 제2충실도와 관계된 값 ― 상기 제1 및 제2충실도는 상기 ρ를 구성하는 두 개의 상태|00> 과 |11>에 대한 결합 비율인 α의 변화에 따라 서로 다른 값을 가짐 ― 인 것을 특징으로 하는, 양자 채널 변환 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 수신된 상관 피드백에 기반한 상기 상관 예측 수행 단계는 상기 α의 변화에 따른 상기 제1 및 제2충실도를 고려하여, 상기 제1 채널에 대한 위상 완화 확률(dephasing probability, p1)와 상기 제2 채널에 대한 편파 완화 인자(depolarizing probability, p2)를 예측하는 것을 특징으로 하는, 양자 채널 변환 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 상관 예측 수행 단계에서, 상기 p1 및 p2가 동일한 확률을 갖는 범위 이내에 있는 것으로 예측되면, 상기 최적 자유도 선택 단계에서, 상기 제1 채널을 선택하고,
    상기 상관 예측 수행 단계에서, 상기 p1 및 p2가 동일한 확률을 갖는 범위 이내에 있지 않은 것으로 예측되면, 상기 최적 자유도 선택 단계에서, 상기 제2 채널을 선택하는 것을 특징으로 하는, 양자 채널 변환 방법.
  7. 양자 채널 변환 방법에 있어서, 상기 방법은 수신 기기인 제2 기기에 의해 수행되고,
    복수의 이용 가능한 채널의 각각에 대한 상관 예측을 수행하기 위한 상관 피드백을 제1 기기로 전송하는 상관 피드백 전송 단계;
    상기 상관 예측에 기반하여 상기 제1기기에 의해 선택된 최적의 자유도(DOF: Degree of Freedom)와 연관된 채널을 통해 상태(state)를 상기 제1기기로부터 수신하는 상태 수신 단계를 포함하고,
    상기 복수의 이용 가능한 채널은 궤도 각 운동(OAM: orbital angular momentum) 상태와 관련된 제1 채널, 및 편광(POL: Polarization) 상태와 관련된 제2 채널을 포함하고,
    상기 상태 수신 단계 이후에, 상기 상관 피드백 전송 단계를 반복하고,
    상기 제1 기기에서 전송되는 상태가 ρ이고, 상기 제1 채널을 통해 전송되어 상기 제2 기기에서 수신된 상태가 σ1이고, 상기 제2 채널을 통해 전송되어 상기 제2 기기에서 수신된 상태가 σ2이면,
    상기 상관 피드백 전송 단계에서,
    상기 ρ와 σ1에 기반하여 계산되는 제1충실도(Fidelity)와 상기 ρ와 σ2에 기반하여 계산되는 제2충실도와 관계된 값 ― 상기 제1 및 제2충실도는 상기 ρ를 구성하는 두 개의 상태|00> 과 |11>에 대한 결합 비율인 α의 변화에 따라 서로 다른 값을 가짐 ― 을 전송하는 것을 특징으로 하는, 양자 채널 변환 방법.
  8. 삭제
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 상관 피드백 전송 단계 이전에,
    상기 α의 변화에 따른 상기 제1 및 제2충실도를 고려하여, 상기 제1 채널에 대한 위상 완화 확률(dephasing probability, p1)와 상기 제2 채널에 대한 편파 완화 인자(depolarizing probability, p2)를 예측하는 상관 예측 수행 단계를 더 포함하고,
    상기 상관 피드백 전송 단계에서, 상기 예측된 p1, p2를 전송하는 것을 특징으로 하는, 양자 채널 변환 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 상관 예측 수행 단계에서, 상기 p1 및 p2가 동일한 확률을 갖는 범위 이내에 있는 것으로 예측되면, 상기 상관 피드백 전송 단계에서, 상기 제1 채널을 선택하도록 제어하는 제1메시지를 포함하여 전송하고,
    상기 상관 예측 수행 단계에서, 상기 p1 및 p2가 동일한 확률을 갖는 범위 이내에 있지 않은 것으로 예측되면, 상기 상관 피드백 전송 단계에서, 상기 제2 채널을 선택하도록 제어하는 제2메시지를 포함하여 전송하는 것을 특징으로 하는, 양자 채널 변환 방법.
  11. 양자 채널 변환을 수행하는 송신 기기에 있어서,
    복수의 이용 가능한 채널의 각각에 대한 상관 예측을 수행하고, 상기 상관 예측에 기반하여 최적의 자유도(DOF: Degree of Freedom)를 선택하도록 제어하는 제어부; 및
    상기 선택된 DOF와 연관된 채널을 통해 상태(state)를 제2 기기로 전송하는 송수신부를 포함하고,
    상기 송수신부는, 상기 채널에 대한 상관 예측을 향상시키는데 이용되는 상관 피드백을 상기 제2 기기로부터 수신하고,
    상기 제어부는 상기 수신된 상관 피드백에 기반하여, 상기 상관 예측, 상기 최적의 자유도 선택, 및 상기 상태를 전송하는 것을 반복하도록 제어하고,
    상기 복수의 이용 가능한 채널은 궤도 각 운동(OAM: orbital angular momentum) 상태와 관련된 제1 채널, 및 편광(POL: Polarization) 상태와 관련된 제2 채널을 포함하고,
    제1 기기에서 전송되는 상태가 ρ이고, 상기 제1 채널을 통해 전송되어 상기 제2 기기에서 수신된 상태가 σ1이고, 상기 제2 채널을 통해 전송되어 상기 제2 기기에서 수신된 상태가 σ2이면,
    상기 제어부는,
    상기 ρ와 σ1에 기반하여 계산되는 제1충실도(Fidelity)와 상기 ρ와 σ2에 기반하여 계산되는 제2충실도와 관계된 값 ― 상기 제1 및 제2충실도는 상기 ρ를 구성하는 두 개의 상태|00> 과 |11>에 대한 결합 비율인 α의 변화에 따라 서로 다른 값을 가짐 ― 을 수신하는 것을 특징으로 하는, 양자 송신 기기.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 α의 변화에 따른 상기 제1 및 제2충실도를 고려하여, 상기 제1 채널에 대한 위상 완화 확률(dephasing probability, p1)와 상기 제2 채널에 대한 편파 완화 인자(depolarizing probability, p2)를 예측하는 것을 특징으로 하는, 양자 송신 기기.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 p1 및 p2가 동일한 확률을 갖는 범위 이내에 있는 것으로 예측되면, 상기 제1 채널을 선택하고,
    상기 p1 및 p2가 동일한 확률을 갖는 범위 이내에 있지 않은 것으로 예측되면, 상기 제2 채널을 선택하는 것을 특징으로 하는, 양자 송신 기기.
  17. 양자 채널 변환을 수행하는 수신 기기에 있어서,
    복수의 이용 가능한 채널의 각각에 대한 상관 예측을 수행하기 위한 상관 피드백을 제1 기기로 전송하도록 제어하는 제어부; 및
    상기 상관 예측에 기반하여 상기 제1기기에 의해 선택된 최적의 자유도(DOF: Degree of Freedom)와 연관된 채널을 통해 상태(state)를 상기 제1기기로부터 수신하는 송수신부를 포함하고,
    상기 복수의 이용 가능한 채널은 궤도 각 운동(OAM: orbital angular momentum) 상태와 관련된 제1 채널, 및 편광(POL: Polarization) 상태와 관련된 제2 채널을 포함하고,
    상기 제1 기기에서 전송되는 상태가 ρ이고, 상기 제1 채널을 통해 전송되어 제2 기기에서 수신된 상태가 σ1이고, 상기 제2 채널을 통해 전송되어 상기 제2 기기에서 수신된 상태가 σ2이면,
    상기 제어부는,
    상기 ρ와 σ1에 기반하여 계산되는 제1충실도(Fidelity)와 상기 ρ와 σ2에 기반하여 계산되는 제2충실도와 관계된 값 ― 상기 제1 및 제2충실도는 상기 ρ를 구성하는 두 개의 상태|00> 과 |11>에 대한 결합 비율인 α의 변화에 따라 서로 다른 값을 가짐 ― 을 전송하는 것을 특징으로 하는, 양자 수신 기기.
  18. 삭제
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 α의 변화에 따른 상기 제1 및 제2충실도를 고려하여, 상기 제1 채널에 대한 위상 완화 확률(dephasing probability, p1)와 상기 제2 채널에 대한 편파 완화 인자(depolarizing probability, p2)를 예측하고, 상기 예측된 p1, p2를 전송하는 것을 특징으로 하는, 양자 수신 기기.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 p1 및 p2가 동일한 확률을 갖는 범위 이내에 있는 것으로 예측되면, 상기 제1 채널을 선택하도록 제어하는 제1메시지를 포함하여 전송하고,
    상기 p1 및 p2가 동일한 확률을 갖는 범위 이내에 있지 않은 것으로 예측되면, 상기 제2 채널을 선택하도록 제어하는 제2메시지를 포함하여 전송하는 것을 특징으로 하는, 양자 수신 기기.
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