KR102032144B1 - Quantum system performing quantum channel estimation and method of modelling quantum channel - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 양자 채널 예측을 수행하는 방법에 있어서, 상기 방법은 송신 기기인 제1 기기에 의해 수행되고, 양자 채널을 통해 밀도 연산자(ρ)를 수신 기기인 제2 기기로 전송하는 제1 양자 상태 전송 단계 ― 상기 양자 채널은 시간-상관(time-correlated) 압축 일반 진폭 감쇠(SGAD: Squeezed Generalized Amplitude Damping) 채널임 ―; 상기 양자 채널을 통해 상기 제2 기기에 의해 수신된 확률 맵(Φ(ρ))에 대한 정보를 상기 제2 기기로부터 수신하는 제2 양자 상태 정보 수신 단계; 및 상기 수신된 확률 맵(Φ(ρ))에 대한 정보에 기반하여, 상기 SGAD 채널의 특성을 추정하는 양자 채널 추정 단계를 포함하고, 특정 초기 상태를 갖는 시간 상관 양자 채널에서 채널 메모리 효과가 양자 상관에 미치는 영향을 정성적으로 분석할 수 있다.In the method for performing quantum channel prediction according to the present invention, the method is performed by a first device, which is a transmitting device, and transmits a density operator ρ to a second device, which is a receiving device, through a quantum channel. State transfer, wherein the quantum channel is a time-correlated compressed generalized amplitude damping (SGAD) channel; A second receiving step of receiving status information from both the first device information based on the probability map (Φ (ρ)) received by the second device via the quantum channel; And a quantum channel estimating step of estimating the characteristics of the SGAD channel based on the information on the received probability map Φ ( ρ ), wherein the channel memory effect is quantized in a time-correlated quantum channel having a specific initial state. Qualitatively analyze the impact on correlations.

Description

양자 채널 예측을 수행하는 양자 시스템 및 양자 채널 모델링 방법{Quantum system performing quantum channel estimation and method of modelling quantum channel}Quantum system performing quantum channel estimation and method of modeling quantum channel

본 발명은 양자 채널 예측을 수행하는 양자 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 양자 메모리 채널 모델링 방법 및 양자 채널 예측 방법과 이를 수행하는 양자 통신 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a quantum system for performing quantum channel prediction. More particularly, the present invention relates to a quantum memory channel modeling method and a quantum channel prediction method and a quantum communication system for performing the same.

양자 기술의 발전은 클라우드 컴퓨팅, 5G 통신, 사물 인터넷에서 양자 역학의 특성을 이용하여 다양한 정보 처리에 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다. 양자 상관(quantum correlation), 예컨대 양자 얽힘(quantum entanglement) 및 불일치(discord)는 초 압축 코딩, 양자 텔레포테이션 및 양자 암호화와 같은 다양한 잠재적인 응용에 있어 중요하게 활용 가능하다. 그러나 이러한 양자 상태와 관련된 양자 비-국부성(non-localities)은 환경과의 상호 작용에 쉽게 취약해질 수 있다는 문제점이 있다. 즉, 양자 잡음 또는 비-상관(decoherence)에 의해 양자 비-국부성은 쉽게 취약해질 수 있다는 문제점이 있다. 그러므로 다양한 주변 잡음하에서 양자 상관 거동을 연구하고, 양자 상관을 생성하고 보존하는 것은 양자 정보 처리 및 양자 연산 분야에서 가장 큰 중요성을 갖는다.Advances in quantum technology are expected to have a significant impact on various information processing using the characteristics of quantum mechanics in cloud computing, 5G communication, and the Internet of Things. Quantum correlation, such as quantum entanglement and discrepancy, is importantly available for a variety of potential applications such as ultra compression coding, quantum teleportation, and quantum cryptography. However, there is a problem that quantum non-localities related to such quantum states can be easily vulnerable to interaction with the environment. That is, there is a problem that quantum non-locality can be easily weakened by quantum noise or decoherence. Therefore, studying quantum correlation behavior under various ambient noises, and generating and preserving quantum correlations are of great importance in the field of quantum information processing and quantum computation.

한편, 채널 메모리 효과는 다양한 양자 채널을 통해 널리 활용되었다. 연속적인 채널 사용에 의해 유발되는 채널 메모리 효과는 분리 가능한 양자 상태보다는 오히려 얽힌 양자 상태를 이용하여 양자 채널의 기본적 용량을 증대시킬 수 있다. 정보 이론 분석과 달리, 채널 메모리 효과로 인해 시간에 따른 두 개의 큐빗 간의 양자 상관 변화(evolution)가 보류(freeze)될 수 있다. 따라서, entanglement sudden death (ESD) 현상이 완벽하게 회피 가능하다. 또한, 양자 상관이 시간-상관 양자 채널을 통해 생성되거나 보존될 수 있다. Meanwhile, channel memory effects have been widely utilized through various quantum channels. Channel memory effects caused by continuous channel use can increase the fundamental capacity of a quantum channel by using entangled quantum states rather than separable quantum states. Unlike information theory analysis, channel memory effects can freeze the quantum correlation evolution between two qubits over time. Thus, entanglement sudden death (ESD) can be completely avoided. In addition, quantum correlation may be generated or preserved over time-correlated quantum channels.

이러한 채널 메모리 효과는 변동 복굴절(fluctuating birefringence)이 나타나는 광섬유 링크와 저 주파수 잡음을 겪는 고체 상태 양자 하드웨어에서 실험적으로 증명되었다. 그러므로 다양한 유형의 양자 상관의 역학 거동에 대한 채널 메모리 효과를 연구하는 것이 중요하다. 예를 들어, 진폭 왜곡(damping), 위상 왜곡, 비-편파(depolarizing) 및 시간-상관 Markovian 양자 채널 (TCMQCs)에서 양자 상관 역학에 대한 채널 메모리 효과가 논의되었다. 진폭 왜곡, 비-편파 및 비트 반전(flip) 채널에서 비-관성(non-inertial) 프레임에서의 얽힘 역학에 대한 초기 상태의 역할이 연구되었다. 한편, 양자 상태를 비-상관으로부터 보호하기 위하여 제안된 weak measurement (WM)을 이용하여 비-상관이 효과적으로 억제될 수 있다.This channel memory effect has been experimentally demonstrated in fiber-optic links exhibiting fluctuating birefringence and in solid-state quantum hardware experiencing low frequency noise. Therefore, it is important to study the effect of channel memory on the dynamic behavior of various types of quantum correlation. For example, the effects of channel memory on quantum correlation dynamics in amplitude damping, phase distortion, depolarizing, and time-correlated Markovian quantum channels (TCMQCs) have been discussed. The role of early states on entanglement dynamics in non-inertial frames in amplitude distortion, non-polarization and bit flip channels has been studied. On the other hand, non-correlation can be effectively suppressed using the weak measurement (WM) proposed to protect quantum states from non-correlation.

하지만, 전술된 채널 메모리 효과로 인한 양자 상관에 미치는 영향을 정확히 분석하는 방법이 제시된 바가 없다는 문제점이 있다. 특히, 특정 초기 상태를 갖는 시간-상관 양자 채널에서 채널 메모리 효과가 양자 상관에 미치는 영향이 정성적으로 분석된 바가 없다는 문제점이 있다. 따라서, 양자 통신 및 보안에서, 시간에 따른 양자 채널의 정확한 추정이 요구된다.However, there is a problem that a method for accurately analyzing the influence on the quantum correlation due to the channel memory effect described above has not been presented. In particular, there is a problem that the effect of the channel memory effect on the quantum correlation has not been qualitatively analyzed in the time-correlated quantum channel having a specific initial state. Thus, in quantum communication and security, accurate estimation of quantum channels over time is required.

따라서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 시간의 변화에 따른 정확한 양자 채널 추정 방법을 제공하는 것을 목표로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an accurate quantum channel estimation method according to a change in time.

또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 특정 초기 상태를 갖는 시간 상관 양자 채널에서 채널 메모리 효과가 양자 상관에 미치는 영향을 정성적으로 분석하는 것을 목표로 한다.In addition, an object of the present invention is to qualitatively analyze the effect of channel memory effects on quantum correlation in a time-correlated quantum channel having a specific initial state.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 양자 채널 예측을 수행하는 방법에서, 상기 방법은 송신 기기인 제1 기기에 의해 수행되고, 양자 채널을 통해 밀도 연산자(ρ)를 수신 기기인 제2 기기로 전송하는 제1 양자 상태 전송 단계 ― 상기 양자 채널은 시간-상관(time-correlated) 압축 일반 진폭 감쇠(SGAD: Squeezed Generalized Amplitude Damping) 채널임 ―; 상기 양자 채널을 통해 상기 제2 기기에 의해 수신된 확률 맵(Φ(ρ))에 대한 정보를 상기 제2 기기로부터 수신하는 제2 양자 상태 정보 수신 단계; 및 상기 수신된 확률 맵(Φ(ρ))에 대한 정보에 기반하여, 상기 SGAD 채널의 특성을 추정하는 양자 채널 추정 단계를 포함하고, 특정 초기 상태를 갖는 시간 상관 양자 채널에서 채널 메모리 효과가 양자 상관에 미치는 영향을 정성적으로 분석할 수 있다.In the method for performing quantum channel prediction according to the present invention for solving the above problems, the method is performed by a first device that is a transmitting device, the second operator is a receiving device through the quantum channel density operator ( ρ ) Transmitting a first quantum state to a device, wherein the quantum channel is a time-correlated compressed generalized amplitude damping (SGAD) channel; A second receiving step of receiving status information from both the first device information based on the probability map (Φ (ρ)) received by the second device via the quantum channel; And a quantum channel estimating step of estimating the characteristics of the SGAD channel based on the information on the received probability map Φ ( ρ ), wherein the channel memory effect is quantized in a time-correlated quantum channel having a specific initial state. Qualitatively analyze the impact on correlations.

일 실시 예에서, 상기 확률 맵(Φ(ρ))은 수학식 8로 결정되고, 여기서, Φu(ρ)는 양자 채널에서의 확률 맵이고, Ai는 크라우스 연산자(Kraus operator)이고, Φc(ρ)는 시간-상관 양자 채널에서의 확률 맵이고, Bk는 시간-상관 양자 채널에서의 크라우스 연산자일 수 있다. 이때, 상기 양자 채널 추정 단계는, 상기 수신된 확률 맵(Φ(ρ))에 대한 정보에 기반하여, 채널 메모리 파라미터 μ와 압축 파라미터 m을 추정하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the probability map Φ ( ρ ) is determined by Equation 8, where Φ u ( ρ ) is a probability map on a quantum channel, A i is a Kraus operator, and Φ c ( ρ ) is the probability map in the time-correlated quantum channel, and B k can be the Kraus operator in the time-correlated quantum channel. In this case, the quantum channel estimating step is characterized by estimating a channel memory parameter μ and a compression parameter m based on the information on the received probability map Φ ( ρ ).

일 실시 예에서, 상기 양자 채널 추정 단계는, 초기 밀도 행렬 ρ 1 ρ 2 에 대한 확률 맵에 대한 컨커런스(concurrence) 정보를 획득하는 단계; 및 특정 시각에서의 컨커런스 정보에 기반하여, 채널 메모리 파라미터 μ와 압축 파라미터인 m을 추정하고, 정상 상태(steady-state)에서의 컨커런스 정보에 기반하여, 양자 얽힘(entanglement) 인자 ε을 추정하는 양자 채널 인자 추정 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, the quantum channel estimating step includes: obtaining concurrence information for a probability map for initial density matrices ρ 1 and ρ 2 ; And estimating the channel memory parameter μ and the compression parameter m based on the conference information at a specific time point, and estimating the quantum entanglement factor ε based on the conference information in the steady-state. A quantum channel factor estimation step may be included.

일 실시 예에서, 상기 양자 채널 추정 단계는, 초기 밀도 행렬 ρ 1 ρ 2 에 대한 양자 불일치(quantum discord)에 관한 정보를 획득하는 단계; 및 특정 시각에서의 양자 불일치 정보에 기반하여, 채널 메모리 파라미터 μ와 압축 파라미터인 m을 추정하고, 정상 상태에서의 양자 불일치 정보에 기반하여, 양자 얽힘(entanglement) 인자 ε을 추정하는 양자 채널 인자 추정 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, the quantum channel estimating step includes: obtaining information about quantum discord for initial density matrices ρ 1 and ρ 2 ; And a quantum channel factor estimation for estimating the channel memory parameter μ and the compression parameter m based on the quantum mismatch information at a specific time point, and estimating the quantum entanglement factor ε based on the quantum mismatch information in the steady state. It may include a step.

일 실시 예에서, 상기 확률 맵(Φ(ρ))은, 수학식 35에 의해 결정되고, 여기서, Li 및 Ri는 좌측 고유 연산자(left eigenoperator) 및 우측 고유 연산자(right eigenoperator)이고, λi는 고유값(eigenvalue)일 수 있다. 상기 양자 채널 추정 단계는, 상기 고유값을 추정하여 zero-temperature dissipation rate Ω, 광자(photon) 평균 개수 n 및 압축 파라미터 m을 획득하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the probability map Φ ( ρ ) is determined by Equation 35, wherein Li and Ri are left eigenoperator and right eigenoperator, and λ i is unique It may be an eigenvalue. In the quantum channel estimating step, the eigen value is estimated to obtain a zero-temperature dissipation rate Ω, an average number n of photons, and a compression parameter m.

일 실시 예에서, 상기 추정된 SGAD 채널에 기반하여, 상기 채널 메모리 파라미터 μ와 상기 압축 파라미터 m을 상기 제2 기기로 전달하는 채널 파라미터 전달 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제2 기기는 상기 채널 메모리 파라미터 μ와 상기 압축 파라미터 m 에 기반하여, 상기 제1 기기와 양자 통신을 수행할 수 있다.In an embodiment, the method may further include a channel parameter transferring step of transmitting the channel memory parameter μ and the compression parameter m to the second device based on the estimated SGAD channel. In this case, the second device may perform quantum communication with the first device based on the channel memory parameter μ and the compression parameter m.

본 발명의 다른 양상에 따른 양자 채널 예측을 수행하는 방법에 있어서, 상기 방법은 수신 기기인 제2 기기에 의해 수행되고, 송신 기기인 제1 기기로부터 양자 채널을 통해 송신된 밀도 연산자(ρ)를 수신하는 제1 양자 상태 수신 단계 ― 상기 양자 채널은 시간-상관(time-correlated) 압축 일반 진폭 감쇠(SGAD: Squeezed Generalized Amplitude Damping) 채널이고, 상기 밀도 연산자(ρ)는 상기 SGAD 채널을 통해 확률 맵(Φ(ρ))으로 수신됨―; 및 상기 수신된 확률 맵(Φ(ρ))에 기반하여, 상기 SGAD 채널의 특성을 추정하는 양자 채널 추정 단계를 포함한다.In a method for performing quantum channel prediction according to another aspect of the present invention, the method is performed by a second device, which is a receiving device, and performs a density operator ρ transmitted over a quantum channel from a first device, which is a transmitting device. Receiving a First Quantum State Receiving—The Quantum Channel is a Time-correlated Compressed Generalized Amplitude Damping (SGAD) Channel, and the Density Operator ρ is a Probabilistic Map over the SGAD Channel. Received as Φ ( ρ ); And a quantum channel estimating step of estimating characteristics of the SGAD channel based on the received probability map Φ ( ρ ).

일 실시 예에서, 상기 확률 맵(Φ(ρ))은 수학식 8로 결정되고, 여기서, Φu(ρ)는 양자 채널에서의 확률 맵이고, Ai는 크라우스 연산자(Kraus operator)이고, Φc(ρ)는 시간-상관 양자 채널에서의 확률 맵이고, Bk는 시간-상관 양자 채널에서의 크라우스 연산자일 수 있다. 이때, 상기 양자 채널 추정 단계는, 상기 수신된 확률 맵(Φ(ρ))에 대한 정보에 기반하여, 채널 메모리 파라미터 μ와 압축 파라미터 m에 관한 정보를 추정하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the probability map Φ ( ρ ) is determined by Equation 8, where Φ u ( ρ ) is a probability map on a quantum channel, A i is a Kraus operator, and Φ c ( ρ ) is the probability map in the time-correlated quantum channel, and B k can be the Kraus operator in the time-correlated quantum channel. In this case, the quantum channel estimation step, based on the information on the received probability map (Φ ( ρ )), characterized in that for estimating the information about the channel memory parameter μ and compression parameter m.

일 실시 예에서, 상기 양자 채널 추정 단계에서, 특정 시각에서의 컨커런스 정보에 기반하여, 상기 채널 메모리 파라미터 μ와 상기 압축 파라미터인 m에 관한 정보를 추정하고, 정상 상태(steady-state)에서의 컨커런스 정보에 기반하여, 상기 제1 기기에 의해 추정된 양자 얽힘(entanglement) 인자 ε에 관한 정보를 추정할 수 있다. 이때, 상기 컨커런스 정보는 초기 밀도 행렬 ρ 1 ρ 2 에 대한 확률 맵으로부터 획득될 수 있다.In an embodiment, in the quantum channel estimating step, based on the conference information at a specific time, information about the channel memory parameter μ and the compression parameter m is estimated, and in steady-state Based on the conference information, information about the quantum entanglement factor ε estimated by the first device may be estimated. In this case, the conference information may be obtained from a probability map for initial density matrices ρ 1 and ρ 2 .

일 실시 예에서, 상기 양자 채널 추정 단계에서, 특정 시각에서의 양자 불일치 정보에 기반하여, 채널 메모리 파라미터 μ와 압축 파라미터인 m에 관한 정보를 추정하고, 정상 상태에서의 양자 불일치 정보에 기반하여, 양자 얽힘(entanglement) 인자 ε에 관한 정보를 추정할 수 있다. 이때, 상기 양자 불일치 정보는 초기 밀도 행렬 ρ 1 ρ 2 에 대한 확률 맵으로부터 획득될 수 있다.In one embodiment, in the quantum channel estimation step, based on the quantum mismatch information at a specific time, estimating information about the channel memory parameter μ and the compression parameter m, and based on the quantum mismatch information in the steady state, Information about the quantum entanglement factor ε can be estimated. In this case, the quantum mismatch information may be obtained from a probability map for initial density matrices ρ 1 and ρ 2 .

일 실시 예에서, 상기 확률 맵(Φ(ρ))은, 수학식 35에 의해 결정되고, 여기서, Li 및 Ri는 좌측 고유 연산자(left eigenoperator) 및 우측 고유 연산자(right eigenoperator)이고, λi는 고유값(eigenvalue)일 수 있다. 이때, 상기 양자 채널 추정 단계는, 상기 고유값에 기반하여, zero-temperature dissipation rate Ω, 광자(photon) 평균 개수 n 및 압축 파라미터 m에 관한 정보가 추정될 수 있다.In one embodiment, the probability map Φ ( ρ ) is determined by Equation 35, wherein Li and Ri are left eigenoperator and right eigenoperator, and λ i is unique It may be an eigenvalue. In this case, in the quantum channel estimation step, information about a zero-temperature dissipation rate Ω, an average number n of photons and a compression parameter m may be estimated based on the eigenvalue.

본 발명의 또 다른 양상에 따른 양자 채널 예측을 수행하는 양자 송신 기기는, 양자 채널을 통해 밀도 연산자(ρ)를 수신 기기인 제2 기기로 전송하고, 상기 양자 채널을 통해 상기 제2 기기에 의해 수신된 확률 맵(Φ(ρ))에 대한 정보를 상기 제2 기기로부터 수신하는 인터페이스부 ― 상기 양자 채널은 시간-상관(time-correlated) 압축 일반 진폭 감쇠(SGAD: Squeezed Generalized Amplitude Damping) 채널임 ―; 및 상기 수신된 확률 맵(Φ(ρ))에 대한 정보에 기반하여, 상기 SGAD 채널의 특성을 추정하는 제어부를 포함한다.A quantum transmitting device for performing quantum channel prediction according to another aspect of the present invention transmits a density operator ρ through a quantum channel to a second device, which is a receiving device, by the second device through the quantum channel. An interface unit for receiving information about the received probability map Φ ( ρ ) from the second device, the quantum channel being a time-correlated compressed generalized amplitude damping (SGAD) channel ―; And a controller estimating characteristics of the SGAD channel based on the received information about the probability map Φ ( ρ ).

일 실시 예에서, 상기 확률 맵(Φ(ρ))은 수학식 8로 결정되고, 여기서, Φu(ρ)는 양자 채널에서의 확률 맵이고, Ai는 크라우스 연산자(Kraus operator)이고, Φc(ρ)는 시간-상관 양자 채널에서의 확률 맵이고, Bk는 시간-상관 양자 채널에서의 크라우스 연산자일 수 있다. 이때, 상기 제어부는, 상기 수신된 확률 맵(Φ(ρ))에 대한 정보에 기반하여, 채널 메모리 파라미터 μ와 압축 파라미터 m을 추정할 수 있다.In one embodiment, the probability map Φ ( ρ ) is determined by Equation 8, where Φ u ( ρ ) is a probability map on a quantum channel, A i is a Kraus operator, and Φ c ( ρ ) is the probability map in the time-correlated quantum channel, and B k can be the Kraus operator in the time-correlated quantum channel. In this case, the controller may estimate a channel memory parameter μ and a compression parameter m based on the received information about the probability map Φ ( ρ ).

일 실시 예에서, 상기 제어부는, 초기 밀도 행렬 ρ 1 ρ 2 에 대한 확률 맵에 대한 컨커런스(concurrence) 정보를 획득하고, 특정 시각에서의 컨커런스 정보에 기반하여, 채널 메모리 파라미터 μ와 압축 파라미터인 m을 추정하고, 정상 상태(steady-state)에서의 컨커런스 정보에 기반하여, 양자 얽힘(entanglement) 인자 ε을 추정할 수 있다.In one embodiment, the control unit obtains concurrence information on the probability maps for the initial density matrices ρ 1 and ρ 2 , and compresses the channel memory parameter μ and compression based on the conference information at a specific time. A parameter m may be estimated and a quantum entanglement factor ε may be estimated based on the conference information in the steady-state.

일 실시 예에서, 상기 제어부는, 초기 밀도 행렬 ρ 1 ρ 2 에 대한 양자 불일치(quantum discord)에 관한 정보를 획득하고, 특정 시각에서의 양자 불일치 정보에 기반하여, 채널 메모리 파라미터 μ와 압축 파라미터인 m을 추정하고, 정상 상태에서의 양자 불일치 정보에 기반하여, 양자 얽힘(entanglement) 인자 ε을 추정할 수 있다.In one embodiment, the control unit obtains information about quantum discord for the initial density matrices ρ 1 and ρ 2 , and based on the quantum discord information at a specific time, the channel memory parameter μ and the compression parameter The phosphorus m may be estimated, and based on the quantum mismatch information in the steady state, the quantum entanglement factor ε may be estimated.

일 실시 예에서, 상기 확률 맵(Φ(ρ))은, 수학식 35에 의해 결정되고, 여기서, Li 및 Ri는 좌측 고유 연산자(left eigenoperator) 및 우측 고유 연산자(right eigenoperator)이고, λi는 고유값(eigenvalue)일 수 있다. 이때, 상기 제어부는, 상기 고유값을 추정하여 zero-temperature dissipation rate Ω, 광자(photon) 평균 개수 n 및 압축 파라미터 m을 획득할 수 있다.In one embodiment, the probability map Φ ( ρ ) is determined by Equation 35, wherein Li and Ri are left eigenoperator and right eigenoperator, and λ i is unique It may be an eigenvalue. In this case, the controller may estimate the eigenvalues to obtain a zero-temperature dissipation rate Ω, an average number n of photons, and a compression parameter m.

본 발명의 또 다른 양상에 있어, 양자 채널 예측을 수행하는 양자 수신 기기는, 송신 기기인 제1 기기로부터 양자 채널을 통해 송신된 밀도 연산자(ρ)를 수신하는 인터페이스부 ― 상기 양자 채널은 시간-상관(time-correlated) 압축 일반 진폭 감쇠(SGAD: Squeezed Generalized Amplitude Damping) 채널이고, 상기 밀도 연산자(ρ)는 상기 SGAD 채널을 통해 확률 맵(Φ(ρ))으로 수신됨―; 및 상기 수신된 확률 맵(Φ(ρ))에 기반하여, 상기 SGAD 채널의 특성을 추정하는 제어부를 포함한다.In still another aspect of the present invention, a quantum receiving device for performing quantum channel prediction includes an interface unit for receiving a density operator ρ transmitted over a quantum channel from a first device, which is a transmitting device, wherein the quantum channel is time-. A time-correlated Compressed Generalized Amplitude Damping (SGAD) channel, wherein the density operator ρ is received as a probability map Φ ( ρ ) over the SGAD channel; And a controller estimating characteristics of the SGAD channel based on the received probability map Φ ( ρ ).

일 실시 예에서, 상기 확률 맵(Φ(ρ))은 수학식 8로 결정되고, 여기서, Φu(ρ)는 양자 채널에서의 확률 맵이고, Ai는 크라우스 연산자(Kraus operator)이고, Φc(ρ)는 시간-상관 양자 채널에서의 확률 맵이고, Bk는 시간-상관 양자 채널에서의 크라우스 연산자일 수 있다. 이때, 상기 제어부는, 상기 수신된 확률 맵(Φ(ρ))에 대한 정보에 기반하여, 채널 메모리 파라미터 μ와 압축 파라미터 m에 관한 정보를 추정할 수 있다.In one embodiment, the probability map Φ ( ρ ) is determined by Equation 8, where Φ u ( ρ ) is a probability map on a quantum channel, A i is a Kraus operator, and Φ c ( ρ ) is the probability map in the time-correlated quantum channel, and B k can be the Kraus operator in the time-correlated quantum channel. In this case, the controller may estimate the information about the channel memory parameter μ and the compression parameter m based on the information about the received probability map Φ ( ρ ).

일 실시 예에서, 상기 제어부는, 특정 시각에서의 컨커런스 정보에 기반하여, 상기 채널 메모리 파라미터 μ와 상기 압축 파라미터인 m에 관한 정보를 추정하고, 정상 상태(steady-state)에서의 컨커런스 정보에 기반하여, 상기 제1 기기에 의해 추정된 양자 얽힘(entanglement) 인자 ε에 관한 정보를 추정할 수 있다. 이때, 상기 컨커런스 정보는 초기 밀도 행렬 ρ 1 ρ 2 에 대한 확률 맵으로부터 획득될 수 있다.In an embodiment, the controller estimates information about the channel memory parameter μ and the compression parameter m based on the conference information at a specific time, and the conference information in a steady-state. Based on, information about the quantum entanglement factor ε estimated by the first device may be estimated. In this case, the conference information may be obtained from a probability map for initial density matrices ρ 1 and ρ 2 .

일 실시 예에서, 상기 제어부는, 특정 시각에서의 양자 불일치 정보에 기반하여, 채널 메모리 파라미터 μ와 압축 파라미터인 m에 관한 정보를 추정하고, 정상 상태에서의 양자 불일치 정보에 기반하여, 양자 얽힘(entanglement) 인자 ε에 관한 정보를 추정할 수 있다. 이때, 상기 양자 불일치 정보는 초기 밀도 행렬 ρ 1 ρ 2 에 대한 확률 맵으로부터 획득될 수 있다.In one embodiment, the control unit estimates the information about the channel memory parameter μ and the compression parameter m based on the quantum mismatch information at a specific time, and based on the quantum mismatch information in the steady state, entanglement information can be estimated. In this case, the quantum mismatch information may be obtained from a probability map for initial density matrices ρ 1 and ρ 2 .

본 발명에 따른 방법은, 양자 상태의 양자 상관 특성을 이용하여, 시간의 변화에 따른 정확한 양자 채널 추정 방법을 제공할 수 있다는 장점이 있다.The method according to the present invention has an advantage in that it is possible to provide an accurate quantum channel estimation method according to the change of time by using the quantum correlation property of the quantum state.

또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 특정 초기 상태를 갖는 시간 상관 양자 채널에서 채널 메모리 효과가 양자 상관에 미치는 영향을 정성적으로 분석할 수 있다는 장점이 있다. In addition, the problem to be solved in the present invention, there is an advantage that can be analyzed qualitatively the effect of the channel memory effect on the quantum correlation in the time-correlated quantum channel having a specific initial state.

특히, 시간-상관 압축 일반 진폭 왜곡(SGAD) 채널에서 초기에 준비된 Werner-유사 혼합 상태를 이용하여 양자 상관 거동에 관한 채널 메모리 효과를 증명할 수 있다는 장점이 있다.In particular, there is an advantage in that channel memory effects on quantum correlation behavior can be demonstrated using the Werner-like mixed state initially prepared in a time-correlated compressed general amplitude distortion (SGAD) channel.

도 1은 본 발명에 따른 양자 채널 예측 방법을 수행하는 양자 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 양자 기기의 상세 구성을 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 μ = 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 및 1인 경우 압축 파라미터 m에 따른 ρ 1 ρ 2 에 대한 컨커런스를 나타낸다.
도 4a 및 도 4b는 각각 μ = 0과 μ = 0.7에 대하여, m = 0, 0.5, 1.0, 및 m → 1.5인 경우 시간 t의 함수로서 n =1, Ω = 1, ε = 0.6에 대한 컨커런스를 나타낸다.
도 5a 및 도 5b는 정상 상태에서 초기 상태 ρ 2 의 컨커런스 거동을 제시하기 위한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 μ = 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1인 경우, n = 1, Ω = 1, ε = 0.9에 대해 압축 파라미터 m의 함수로서 t = 0.5에서의 변성 상태의 불일치를 나타낸다.
도 7a 및 도 7b는 각각 μ = 0과 μ = 0.7에 대하여, m = 0, 0.5, 1.0, 및 m → 1.5인 경우 시간 t의 함수로서 n =1, Ω = 1, ε = 0.6에 대한 불일치를 나타낸다.
도 8a 및 도 8b는 n = 0 및 n →∞에 대하여 (ε, μ)의 함수로서 정상 상태에서 불일치를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 양자 채널 예측 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 양자 채널 예측 방법의 흐름도를 나타낸다.
1 illustrates a quantum system for performing a quantum channel prediction method according to the present invention.
2 shows a detailed configuration of a quantum device according to the present invention.
3a and 3b show the conferences for ρ 1 and ρ 2 according to the compression parameter m for μ = 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 and 1 according to the invention.
4A and 4B show conkers for n = 1, Ω = 1, ε = 0.6 as a function of time t for m = 0, 0.5, 1.0, and m → 1.5, for μ = 0 and μ = 0, respectively. Indicates a run.
5A and 5B are diagrams for showing the conference behavior of the initial state ρ 2 in the steady state.
6a and 6b show at t = 0.5 as a function of the compression parameter m for n = 1, Ω = 1, ε = 0.9 for μ = 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1 according to the invention. Inconsistency in denaturation state.
7A and 7B show inconsistencies for n = 1, Ω = 1, ε = 0.6 as a function of time t for m = 0, 0.5, 1.0, and m → 1.5, for μ = 0 and μ = 0, respectively. Indicates.
8A and 8B show inconsistencies at steady state as a function of (ε, μ) for n = 0 and n → ∞.
9 is a flowchart of a quantum channel prediction method according to an embodiment of the present invention.
10 is a flowchart of a quantum channel prediction method according to another embodiment of the present invention.

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.The above-described features and effects of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, and thus, those skilled in the art to which the present invention pertains may easily implement the technical idea of the present invention. Could be. As the inventive concept allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosure, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.In describing each drawing, like reference numerals are used for like elements.

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.Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

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.For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component. The term “and / or” includes any combination of a plurality of related items or any item of a plurality of related items.

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.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined herein. Should not.

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. The suffixes "module", "block", and "unit" for components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have distinct meanings or roles by themselves. .

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. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described to be easily carried out by those of ordinary skill in the art. In the following description of the embodiments of the present invention, when it is determined that the detailed description of the related known functions or known configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

이하, 본 발명에 따른 양자 채널 예측 방법 및 양자 채널 예측 시스템에 대해 살펴보기로 하자. Hereinafter, a quantum channel prediction method and a quantum channel prediction system according to the present invention will be described.

이와 관련하여, 도 1은 본 발명에 따른 양자 채널 예측 방법을 수행하는 양자 시스템을 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 양자 시스템은 복수의 서브 시스템을 포함하고, 편의상 제1 서브 시스템(100)과 제2 서브 시스템(200)이 포함된 것으로 표현할 수 있다. 하지만, 상기 제1 및 제2 서브 시스템(100, 200)에만 한정되는 것이 아니라, 임의의 개수의 서브 시스템 간에도 적용될 수 있다. 한편, 상기 제1 및 제2 서브 시스템(100, 200)은 임의의 양자 기기일 수 있다. 즉, 제1 및 제2 서브 시스템(100, 200)은 각각 송신 기기인 제1(양자) 기기와 수신 기기인 제2 (양자) 기기일 수 있다. 한편, 상기 제1(양자) 기기(100)와 제2 (양자) 기기(200)는 어느 한 기기가 송신 기기이면 나머지 기기는 수신 기기일 수 있다. 한편, 상기 제1(양자) 기기(100)가 복수의 제2 (양자) 기기(200)들을 제어하는 제어국(또는 기지국, 서버)인 경우도 포함된다.In this regard, FIG. 1 illustrates a quantum system for performing a quantum channel prediction method according to the present invention. As shown in FIG. 1, the quantum system may include a plurality of subsystems, and may be represented as including the first subsystem 100 and the second subsystem 200 for convenience. However, the present invention is not limited to the first and second subsystems 100 and 200 but may be applied between any number of subsystems. Meanwhile, the first and second subsystems 100 and 200 may be arbitrary quantum devices. That is, each of the first and second subsystems 100 and 200 may be a first (quantum) device that is a transmitting device and a second (quantum) device that is a receiving device. Meanwhile, the first (quantum) device 100 and the second (quantum) device 200 may be a receiving device if one device is a transmitting device. On the other hand, the case where the first (quantum) device 100 is a control station (or base station, server) for controlling the plurality of second (quantum) devices 200 is included.

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. 2 shows a detailed configuration of a quantum device according to the present invention. For convenience, the transmitting device may be referred to as the first device 100 and the receiving device as the second device 200. However, the present invention is not limited thereto, and vice versa, as described above, and can simultaneously operate as a transmitting / receiving device.

제1 기기(100)는 제어부(110), 인터페이스부(120) 및 메모리(130)를 포함한다. 마찬가지로, 제2 기기(200)도 제어부(210), 인터페이스부(220) 및 메모리(230)를 포함한다. 여기서, 인터페이스부(120, 220)는 양자 채널을 통해 양자 데이터를 송수신하므로 양자 인터페이스부라고 지칭될 수 있다. 또한, 인터페이스부(120, 220)는 일부 제어 데이터 또는 관련된 정보를 일반 채널(classical channel)을 통해 송수신할 수 있으므로, 일반 인터페이스부로도 지칭될 수 있다. 즉, 인터페이스부(120, 220)는 물리적으로 구분된 양자 인터페이스부와 일반 인터페이스부를 구비하거나, 또는 논리적으로 구분된 양자 인터페이스부와 일반 인터페이스부를 구비할 수 있다. 따라서, 인터페이스부(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, 인터페이스부(120)는 상기 일반 채널을 통해 상기 제2 기기(200)로부터 피드백 정보 (예컨대, 양자 채널 정보, 상관 피드백)를 수신할 수 있다.The first device 100 includes a control unit 110, an interface unit 120, and a memory 130. Similarly, the second device 200 also includes a control unit 210, an interface unit 220, and a memory 230. Here, the interface units 120 and 220 may be referred to as quantum interface units because they transmit and receive quantum data through quantum channels. In addition, since the interface unit 120 or 220 may transmit / receive some control data or related information through a classic channel, it may also be referred to as a general interface unit. That is, the interface units 120 and 220 may include physically divided quantum interface units and general interface units, or logically divided quantum interface units and general interface units. Accordingly, the interface unit 120 is configured to transmit quantum information to the second device 200 which is a receiving device through a classic channel and a quantum channel. Here, quantum information includes information about a state (eg, quantum state). In addition, the interface unit 120 may receive feedback information (eg, quantum channel information and correlation feedback) from the second device 200 through the general channel.

인터페이스부(120)는 제1 양자 상태(ρ)를 양자 채널을 통해 수신 기기인 제2 기기(200)로 전송하고, 양자 채널을 통해 제2 기기(200)에 의해 수신된 제2 양자 상태(Φ(ρ))에 대한 정보를 제2 기기(200)로부터 수신하도록 구성된다. 이때, 제1 양자 상태(ρ)는 N개의 큐빗 시퀀스로 이루어질 수 있다. The interface unit 120 transmits the first quantum state ρ to the second device 200 which is the receiving device through the quantum channel and the second quantum state received by the second device 200 through the quantum channel. Configured to receive information about φ ( ρ ) from the second device 200. In this case, the first quantum state ρ may be composed of N qubit sequences.

구체적으로, 인터페이스부(120)는 양자 채널을 통해 밀도 연산자(ρ)를 수신 기기인 제2 기기(200)로 전송하고, 양자 채널을 통해 제2 기기(200)에 의해 수신된 확률 맵(Φ(ρ))에 대한 정보를 제2 기기(200)로부터 수신한다. 여기서, 상기 양자 채널은 시간-상관(time-correlated) 압축 일반 진폭 왜곡(SGAD: Squeezed Generalized Amplitude Damping) 채널일 수 있다. In detail, the interface unit 120 transmits the density operator ρ to the second device 200 which is the receiving device through the quantum channel, and the probability map Φ received by the second device 200 through the quantum channel. ( ρ )) is received from the second device 200. Herein, the quantum channel may be a time-correlated compressed general amplitude distortion (SGAD) channel.

제어부(110)는 상기 수신된 확률 맵(Φ(ρ))에 대한 정보에 기반하여, 상기 SGAD 채널의 특성을 추정하도록 구성된다. The controller 110 is configured to estimate the characteristics of the SGAD channel based on the received information about the probability map Φ ( ρ ).

메모리(130)는 양자 채널 추정 및 상태 전송과 관련하여, 양자 정보 및 일반 정보를 저장하도록 구성될 수 있다.Memory 130 may be configured to store quantum information and general information with respect to quantum channel estimation and state transfer.

다음으로, 수신 기기에 해당하는 제2 기기(200)에 의해 수행되는 동작에 대해 살펴보면 다음과 같다.Next, an operation performed by the second device 200 corresponding to the receiving device will be described.

인터페이스부(210)는 제1 양자 상태(ρ)를 양자 채널을 통해 송신 기기인 제1 기기(100)로부터 수신하도록 구성된다. 이때, 상기 제1 양자 상태(ρ)는 상기 양자 채널을 통해 인터페이스부(210)에서 제2 양자 상태(Φ(ρ))로 수신될 수 있다. 이때, 제1 양자 상태(ρ)는 N개의 큐빗 시퀀스로 이루어질 수 있다. The interface unit 210 is configured to receive the first quantum state ρ from the first device 100, which is a transmitting device, through a quantum channel. In this case, the first quantum state ρ may be received in the second quantum state Φ ( ρ ) by the interface unit 210 through the quantum channel. In this case, the first quantum state ρ may be composed of N qubit sequences.

구체적으로, 인터페이스부(210)는 송신 기기인 제1 기기(100)로부터 양자 채널을 통해 송신된 밀도 연산자(ρ)를 수신한다. 여기서, 상기 양자 채널은 시간-상관(time-correlated) 압축 일반 진폭 왜곡(SGAD: Squeezed Generalized Amplitude Damping) 채널일 수 있다. 이때, 상기 밀도 연산자(ρ)는 상기 양자 채널을 통해 인터페이스부(210)에서 확률 맵(Φ(ρ))으로 수신될 수 있다. Specifically, the interface unit 210 receives the density operator ρ transmitted through the quantum channel from the first device 100, which is a transmitting device. Herein, the quantum channel may be a time-correlated compressed general amplitude distortion (SGAD) channel. In this case, the density operator ρ may be received as a probability map Φ ( ρ ) by the interface unit 210 through the quantum channel.

한편, 제1 기기(100)에 의해 송신된 양자 정보는 제2 기기(200)가 이미 알고 있는 트레이닝 시퀀스(known training sequence) 이거나, 또는 미지의 양자 데이터(unknown quantum data)일 수 있다.On the other hand, the quantum information transmitted by the first device 100 may be a known training sequence known by the second device 200 or unknown quantum data.

제어부(220)는 상기 수신된 확률 맵(Φ(ρ))에 기반하여, 상기 SGAD 채널의 특성을 추정하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 양자 채널 추정은 전술한 바와 같이, 제1 기기(100)의 제어부(120)에 의해 수행될 수 있으나, 제2 기기(200)의 제어부(220)에 의해 수행될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, N개의 큐빗 시퀀스는 제2 기기(200)가 이미 알고 있는 트레이닝 시퀀스(known training sequence)인 경우에는 제2 기기(200)의 제어부(220)에 의해 양자 채널 추정이 이루어질 수 있다. 또한, N개의 큐빗 시퀀스가 미지의 양자 데이터(unknown quantum data)라고 하여도, 제1 기기(100)로부터의 상태 정보 및 블라인드 추정 방법을 이용하여 제어부(220)가 양자 채널 추정을 수행할 수 있다. The controller 220 may be configured to estimate a characteristic of the SGAD channel based on the received probability map Φ ( ρ ). In this regard, quantum channel estimation may be performed by the controller 120 of the first device 100 as described above, but may be performed by the controller 220 of the second device 200. According to an embodiment of the present disclosure, when the N qubit sequences are known training sequences known by the second device 200, the quantum channel estimation is performed by the controller 220 of the second device 200. This can be done. In addition, even if the N qubit sequences are unknown quantum data, the control unit 220 may perform quantum channel estimation using the state information and the blind estimation method from the first device 100. .

메모리(130)는 양자 채널 추정 및 상태 전송과 관련하여, 양자 정보 및 일반 정보를 저장하도록 구성될 수 있다.Memory 130 may be configured to store quantum information and general information with respect to quantum channel estimation and state transfer.

한편, 전술된 양자 채널 예측 시스템과 관련하여, 양자 송신/수신 기기에서의 구체적인 동작과 관련된 본 발명에 따른 일련의 절차에 대해 다음과 같이 자세히 살펴보기로 하자. 이와 관련하여, 압축 일반 진폭 왜곡(SGAD: Squeezed Generalized Amplitude Damping) 채널에 대해 살펴보기로 하자. Meanwhile, with respect to the quantum channel prediction system described above, a series of procedures according to the present invention related to specific operations in a quantum transmitting / receiving device will be described in detail as follows. In this regard, let's look at the Squeezed Generalized Amplitude Damping (SGAD) channel .

오픈 시스템(open system)에서, 밀도 연산자(density operator) ρ의 확률 맵(stochastic map)은 아래의 수학식 1과 같은 변환 과정을 거치게 된다.In an open system, the stochastic map of the density operator ρ undergoes a transformation process as shown in Equation 1 below.

Figure 112018029832513-pat00001
Figure 112018029832513-pat00001

여기서, 밀도 연산자는 수학식 2의 마스터 수학식을 만족한다고 가정할 수 있다.Here, it may be assumed that the density operator satisfies the master equation of Equation 2.

Figure 112018029832513-pat00002
Figure 112018029832513-pat00002

여기서, H는 시스템 해밀토니안(Hamiltonian),

Figure 112018029832513-pat00003
는 Lindblad 연산자, 및 [·,·]는 교환자(commutator)를 나타낸다. 첫번째 부분은 코히어런트 다이내믹스를 설명하고, 두번째 부분은 왜곡 메커니즘을 설명한다. Born-Markov 회전파(rotating wave) 근사화 하에서 압축 열 상태(squeezed thermal state)로 초기에 배스(bath)와 상호 작용하는 양자 시스템의 SGAD 채널에 대하여, SGAD 채널에 대응하는 Lindblad 연산자는 수학식 3과 같은 형태를 갖는다.Where H is the system Hamiltonian,
Figure 112018029832513-pat00003
Denotes a Lindblad operator, and [·, ·] denotes a commutator. The first part describes coherent dynamics and the second part explains the distortion mechanism. For SGAD channels in quantum systems that initially interact with the bath in a compressed thermal state under Born-Markov rotating wave approximation, the Lindblad operator corresponding to the SGAD channel is Have the same form.

Figure 112018029832513-pat00004
Figure 112018029832513-pat00004

여기서,

Figure 112018029832513-pat00005
Figure 112018029832513-pat00006
는 생성(creation) 및 소멸 (annihilation) 연산자; i = 1, 2, 3 에 대하여 σi는 파울리(Pauli) 행렬; n은 열 광자(thermal photon)의 개수; m < n + 1/2는 압축 파라미터; Ω는 자발 방출(spontaneous emission)과 연관된, 원자 다이폴의 zero-temperature dissipation rate를 나타낸다. 압축 파라미터는 원자 다이폴의 비균등 왜곡율을 유도한다. 즉, 원자 다이폴의 동위상(in-phase)과 비-동위상(out-phase)은 다른 방식으로 영향을 미치며, 이는 압축 파라미터 m에 의해 정량화될 수 있다. SGAD 채널은 m = 0 인 경우 일반 진폭 왜곡(amplitude damping) 채널 (열장(thermal field) 채널)과 등가이고, n = 0으로 설정하여 진폭 왜곡 채널 (자발 방출)로 더 단순화될 수 있다.here,
Figure 112018029832513-pat00005
And
Figure 112018029832513-pat00006
Is a creation and annihilation operator; σ i is a Pauli matrix for i = 1, 2, 3; n is the number of thermal photons; m <n + 1/2 is the compression parameter; Ω represents the zero-temperature dissipation rate of the atomic dipole, associated with spontaneous emission. Compression parameters lead to non-uniform distortion of atomic dipoles. That is, the in-phase and out-phase of the atomic dipoles affect the other way, which can be quantified by the compression parameter m. The SGAD channel is equivalent to a normal amplitude damping channel (thermal field channel) when m = 0, and can be further simplified to an amplitude distortion channel (spontaneous emission) by setting n = 0.

시간-상관 양자 채널(Time-Correlated Quantum Channel) Time-Correlated Quantum Channel

양자 채널은 CTPP(completely positive and trace preserving) 특성을 보장한다. 양자 채널에서 밀도 연산자(ρ)의 확률 맵(Φ(ρ))은 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.The quantum channel guarantees a completely positive and trace preserving (CTPP) characteristic. The probability map Φ ( ρ ) of the density operator ρ in the quantum channel may be expressed as Equation 4.

Figure 112018029832513-pat00007
Figure 112018029832513-pat00007

여기서,

Figure 112018029832513-pat00008
는 크라우스 연산자이고
Figure 112018029832513-pat00009
은 N 큐빗의 시퀀스에 적용되는 연산자의 랜덤 시퀀스에 대한 확률이고
Figure 112018029832513-pat00010
을 만족한다. 연속적인 채널 사용을 위한 메모리 효과에 대한 수학식과 관련하여,
Figure 112018029832513-pat00011
은 수학식 5와 같은 형태를 갖는다.here,
Figure 112018029832513-pat00008
Is the Kraus operator
Figure 112018029832513-pat00009
Is the probability of a random sequence of operators applied to a sequence of N qubits
Figure 112018029832513-pat00010
To satisfy. Regarding the equation for the memory effect for continuous channel use,
Figure 112018029832513-pat00011
Has the form as shown in equation (5).

Figure 112018029832513-pat00012
Figure 112018029832513-pat00012

여기서,

Figure 112018029832513-pat00013
은 조건부 확률이고, 예를 들어 두 번의 연속적인 채널 사용 간에 시간 상관이 존재하는 양자 채널을 고려할 수 있다. 이때, 채널 메모리 파라미터의 척도인 μ∈ [0, 1]를 도입하여, 수학식 5의 조건부 확률은
Figure 112018029832513-pat00014
로 단순화될 수 있고, 이로부터 수학식 6과 같이 양자 메모리 채널에 대한 크라우스 연산자를 획득할 수 있다.here,
Figure 112018029832513-pat00013
Is a conditional probability, for example consider a quantum channel where there is a time correlation between two consecutive channel uses. At this time, μ∈ [0, 1], which is a measure of the channel memory parameter, is introduced, and the conditional probability of Equation 5 is
Figure 112018029832513-pat00014
It can be simplified to, and from this it is possible to obtain the Kraus operator for the quantum memory channel as shown in equation (6).

Figure 112018029832513-pat00015
Figure 112018029832513-pat00015

여기서, δi,j는 수학식 7에 의해 정의되는 크로네커 델타(Kronecker delta)를 나타낸다.Here, δ i, j represents a Kronecker delta defined by Equation 7.

Figure 112018029832513-pat00016
Figure 112018029832513-pat00016

초기 상태

Figure 112018029832513-pat00017
을 갖는 두 개의 큐빗에 대한 확률 맵 Φ과 임의의 채널 메모리에 대한 명시적 표현은 수학식 8과 같이 표현된다.Initial state
Figure 112018029832513-pat00017
The probability map φ for two qubits with and the explicit representation for any channel memory are expressed as in Equation (8).

Figure 112018029832513-pat00018
Figure 112018029832513-pat00018

여기서,

Figure 112018029832513-pat00019
는 시간-상관 양자 채널에 대한 크라우스 연산자이다. here,
Figure 112018029832513-pat00019
Is the Kraus operator for the time-correlated quantum channel.

양자 상관 역학 (Dynamics of Quantum Correlation)Dynamics of Quantum Correlation

일반적으로, 양자 상관은 두 개의 카테고리, 즉 얽힘(entanglement)과 불일치(discord)로 구분될 수 있다. 양자 상관의 측정은 로컬 유니터리 연산에서 i) 비-네거티비티(non-negativity), ii) 불변(invariant), 및 iii) 분리가능 상태(separable state)에 대하여 제로 값이라는 조건들을 만족해야 한다. 아래에서는 초기 Werner-유사 혼합 상태를 갖는 시간-상관 SGAD 채널에서 컨커런스(concurrence) 및 불일치(discord) 측정을 이용하여 양자 상관 역학에 대해 살펴보기로 한다.In general, quantum correlations can be divided into two categories: entanglement and discrepancy. The measurement of quantum correlation must satisfy the conditions of zero values for local unitary operations: i) non-negativity, ii) invariant, and iii) separable state. . Below we discuss quantum correlation dynamics using concurrence and discrepancy measurements in a time-correlated SGAD channel with an initial Werner-like mixed state.

초기 상태(Initial State)Initial State

두 개의 큐빗에 대한 초기 상태로서 Werner-유사 혼합 상태

Figure 112018029832513-pat00020
을 고려하면 수학식 9와 같이 표현 가능하다.Werner-like mixed state as initial state for two qubits
Figure 112018029832513-pat00020
Considering this, it can be expressed as Equation 9.

Figure 112018029832513-pat00021
Figure 112018029832513-pat00021

여기서, ε∈ [0, 1] 은 초기 상태의 순도(purity)를 나타내고, 두 개의 큐빗 상태는 수학식 10, 11과 같이 표현 가능하고, 이는 벨-유사 얽힘 두 개의 큐빗 상태에 대응한다.Here, ε∈ [0, 1] represents the purity of the initial state, and two qubit states can be expressed as Equations 10 and 11, which correspond to two qubit states of bell-like entanglement.

Figure 112018029832513-pat00022
Figure 112018029832513-pat00022

Figure 112018029832513-pat00023
Figure 112018029832513-pat00023

Werner-유사 상태 ρ w는 ε > 1/3인 경우 얽힘 상태이고, 그렇지 않으면 분리 가능한 상태이다. 특히, ρ 2를 singlet-유사 상태로 지칭할 수 있다.The Werner-like state ρ w is entangled if ε> 1/3, otherwise it is separable. In particular, ρ 2 may be referred to as a singlet-like state.

두 개의 큐빗 상태에 대한 임의의 밀도 행렬에 대하여,

Figure 112018029832513-pat00024
로 표시되는 컨커런스는 수학식 12와 같이 연산될 수 있다.For an arbitrary density matrix for two qubit states,
Figure 112018029832513-pat00024
The conference represented by may be calculated as shown in Equation 12.

Figure 112018029832513-pat00025
Figure 112018029832513-pat00025

여기서,

Figure 112018029832513-pat00026
는 확률 맵
Figure 112018029832513-pat00027
의 내림 차순 형태의 고유값(eignevalue)이고, [x]+는 [x]+ = max{x, 0}이 되도록 x의 양수 부분을 나타낸다.here,
Figure 112018029832513-pat00026
Probability map
Figure 112018029832513-pat00027
Is an eigenvalue in descending order, and [x] + represents a positive portion of x such that [x] + = max {x, 0}.

초기 밀도 행렬 ρ 1 에 대하여, 확률 맵

Figure 112018029832513-pat00028
의 출력은 수학식 13으로 표현 가능하다.Probability map for initial density matrix ρ 1
Figure 112018029832513-pat00028
The output of can be expressed by Equation 13.

Figure 112018029832513-pat00029
Figure 112018029832513-pat00029

여기서, 수학식 13의 각 인자는 수학식 14 및 15와 같이 표현 가능하다.Here, each factor of Equation 13 may be expressed as Equations 14 and 15.

Figure 112018029832513-pat00030
Figure 112018029832513-pat00030

Figure 112018029832513-pat00031
Figure 112018029832513-pat00031

여기서, 왜곡 파라미터는

Figure 112018029832513-pat00032
로 표현된다. 유사하게, 초기 밀도 행렬 ρ 2 에 대하여 확률밀도의 출력은 수학식 16과 같이 표현된다.Where the distortion parameter is
Figure 112018029832513-pat00032
It is expressed as Similarly, the output of the probability density for the initial density matrix ρ 2 is expressed as

Figure 112018029832513-pat00033
Figure 112018029832513-pat00033

여기서, 수학식 16의 각 인자는 수학식 17 내지 20으로 표현 가능하다.Here, each factor of Equation 16 may be represented by Equations 17 to 20.

Figure 112018029832513-pat00034
Figure 112018029832513-pat00034

Figure 112018029832513-pat00035
Figure 112018029832513-pat00035

Figure 112018029832513-pat00036
Figure 112018029832513-pat00036

Figure 112018029832513-pat00037
Figure 112018029832513-pat00037

한편, 완전한 메모리 채널 (μ = 1) 에 대하여, 두 개의 초기 밀도 행렬 ρ 1 ρ 2 에 대한 컨커런스는 수학식 21 및 22와 같이 표현 가능하다.On the other hand, for a complete memory channel (μ = 1), the conference for the two initial density matrices ρ 1 and ρ 2 can be expressed as Equations 21 and 22.

Figure 112018029832513-pat00038
Figure 112018029832513-pat00038

Figure 112018029832513-pat00039
Figure 112018029832513-pat00039

수학식 21의 컨커런스

Figure 112018029832513-pat00040
는 시간 t에 따라 단조 감소하고 결국 ESD 현상을 갖는다. 왜곡 감쇠 비율은 광자(photon)의 평균 개수 n 및/또는 압축 파라미터(squeezing parameter) m에 따라 증가하기 때문에, SGAD 채널에서 ESD 현상은 (일반화된) 진폭 왜곡 채널에서보다 더 빠른 것처럼 보인다. ρ 2 가 초기 상태로 준비된 경우 압축효과는 얽힘과 연관된 역학에 영향을 미치지 않는다.Conference of Equation 21
Figure 112018029832513-pat00040
Decreases monotonically with time t and eventually has an ESD phenomenon. Since the distortion attenuation ratio increases with the average number n of photons and / or the squeezing parameter m, the ESD phenomenon in the SGAD channel appears to be faster than in the (generalized) amplitude distortion channel. When ρ 2 is prepared in its initial state, the compressive effect does not affect the kinetics associated with the entanglement.

정상 상태(steady state) (t → ∽)에서, 두 개의 초기 밀도 행렬 ρ 1 ρ 2 는 수학식 23 및 24로 표현된다.In steady state (t → k), two initial density matrices ρ 1 and ρ 2 are represented by equations 23 and 24.

Figure 112018029832513-pat00041
Figure 112018029832513-pat00041

Figure 112018029832513-pat00042
Figure 112018029832513-pat00042

이는 양자 채널 파라미터에 관계없이 상태 ρ 1 에서의 얽힘은 시간이 경과함에 따라 소멸함을 의미하는 반면에, 양자 채널 파라미터에 따라 상태 ρ 2 에서의 얽힘이 보존되거나 또는 발생할 수 있음을 의미한다. 완전한 채널 메모리(μ= ε = 1)를 갖는 순수 상태 ρ 2 에서의 얽힘은 시간에 따라 변하지 않음, 즉,

Figure 112018029832513-pat00043
임을 주목할 필요가 있다. 포지티브 값의 채널 메모리 값을 갖는 채널 메모리 자발 방출 (n = 0)의 경우에, 상태 ρ 2 에서의 얽힘은 수학식 25와 같이 결국 비-제로 컨커런스를 갖는다.This means that the entanglement in state ρ 1 disappears over time regardless of the quantum channel parameter, whereas the entanglement in state ρ 2 may be preserved or may occur depending on the quantum channel parameter. Entangling in pure state ρ 2 with complete channel memory (μ = ε = 1) does not change over time, i.e.
Figure 112018029832513-pat00043
It should be noted that In the case of channel memory spontaneous emission (n = 0) with a channel memory value of positive value, the entanglement in state ρ 2 eventually has a non-zero conference, as in equation (25).

Figure 112018029832513-pat00044
Figure 112018029832513-pat00044

이는 비록 초기 상태에서 비-얽힘 상태 (ε≤ 1/3)로 준비되었음에도 불구하고, 채널 메모리에 의해 정상 상태에서 얽힘이 발생할 수 있음을 의미한다. n → ∽에 따라, 컨커런스

Figure 112018029832513-pat00045
는 수학식 26과 같이 수렴됨을 알 수 있다.This means that entanglement may occur in the steady state by the channel memory even though the initial state is prepared in the non-entangled state (ε ≦ 1/3). n → according to ,, conference
Figure 112018029832513-pat00045
It can be seen that is converged as in Equation 26.

Figure 112018029832513-pat00046
Figure 112018029832513-pat00046

이와 관련하여, εμ ≥ 1/3인 경우에만 상태 ρ 2 는 비-제로 컨커런스를 가짐을 알 수 있다.In this regard, it can be seen that the state ρ 2 has a non-zero conference only if εμ ≧ 1/3.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 μ = 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 및 1 인 경우 압축 파라미터 m에 따른 ρ 1 ρ 2 에 대한 컨커런스를 나타낸다. 이때, 도 3a 및 도 3b에서, n = 1, Ω = 1, ε = 0.9이다. 도 3a 및 도 3b에서, μ가 증가함에 따라 강한 채널 메모리 효과로 인해 더 높은 컨커런스를 획득할 수 있음을 알 수 있다. 0 ≤ μ ≤ 1인 경우, 상태 ρ 2 에 대한 강한 압축 효과는 얽힘 현상을 강화시킴을 알 수 있다. 반면에, 상태 ρ 1 에 대한 높은 채널 메모리 효과는 얽힘 현상을 열화시킴을 알 수 있다. 이는 cosh(2Ωmt)라는 컴포넌트 효과에 기인하고, 이는 압축 파라미터와 연관되고, 컨커런스에 대하여 채널 메모리가 증가함에 따라 열화됨을 알 수 있다. 3a and 3b show the conferences for ρ 1 and ρ 2 according to the compression parameter m for μ = 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 and 1 according to the invention. 3A and 3B, n = 1, Ω = 1, ε = 0.9. 3A and 3B, it can be seen that as mu increases, a higher conference can be obtained due to the strong channel memory effect. In the case of 0 ≦ μ ≦ 1, it can be seen that the strong compression effect on the state ρ 2 strengthens the entanglement phenomenon. On the other hand, it can be seen that the high channel memory effect on the state ρ 1 degrades the entanglement phenomenon. This is due to a component effect called cosh (2Ωmt), which is associated with the compression parameter and can be seen to degrade as the channel memory increases for the conference.

도 4a 및 도 4b는 각각 μ = 0과 μ = 0.7에 대하여, m = 0, 0.5, 1.0, 및 m → 1.5 인 경우 시간 t의 함수로서 n =1, Ω = 1, ε = 0.6에 대한 컨커런스를 나타낸다. 초기에, 모든 초기 상태에서 두 개의 큐빗은 컨커런스

Figure 112018029832513-pat00047
를 갖는 얽힘 상태를 갖는다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 컨커런스는 빠르게 감소하고, ESD 현상은 채널 메모리가 없는 것처럼 보인다.
Figure 112018029832513-pat00048
와 비교하여
Figure 112018029832513-pat00049
는 약간 더 큰 컨커런스 값을 가지고, 압축 효과는 ESD 현상을 지연시킴을 알 수 있다. ESD 현상이 상태 ρ 1 에서 채널 메모리에 의해 연기될 수 있지만, ESD 현상은 도 4b와 같이 회피할 수는 없다. 그러나, 얽힘 상태는 보존될 수 있고, 상태 ρ 2 에서 채널 메모리 효과에 의해 ESD 현상을 완전히 회피할 수 있다. 이러한 예에서,
Figure 112018029832513-pat00050
이고, 이는 수학식 24에 표시된 정상 상태의 컨커런스에 대응한다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 초기 상태 ρ 2 에서 시간에 따른 컨커런스의 왜곡은 압축 파라미터 m에 의해 지연된다. 반면에, 높은 채널 메모리에 기인하는 초기 상태 ρ 1 에서 시간에 따른 컨커런스의 감쇠는 압축 파라미터 m이 증가함에 따라 강화된다. 4A and 4B show conkers for n = 1, Ω = 1, ε = 0.6 as a function of time t for m = 0, 0.5, 1.0, and m → 1.5 for μ = 0 and μ = 0, respectively. Indicates a run. Initially, in every initial state, two qubits
Figure 112018029832513-pat00047
Having a tangle state. As shown in FIG. 4A, the conference is rapidly decreasing, and the ESD phenomenon appears to be without channel memory.
Figure 112018029832513-pat00048
In comparison with
Figure 112018029832513-pat00049
Has a slightly larger conference value, and the compression effect delays the ESD phenomenon. Although the ESD phenomenon may be delayed by the channel memory in state ρ 1 , the ESD phenomenon cannot be avoided as shown in FIG. 4B. However, the entanglement state can be preserved and the ESD phenomenon can be completely avoided by the channel memory effect in state ρ 2 . In this example,
Figure 112018029832513-pat00050
, Which corresponds to the steady-state conference shown in equation (24). As shown in FIGS. 3A and 3B, the distortion of the conference over time in the initial state ρ 2 is delayed by the compression parameter m. On the other hand, the attenuation of the conference over time in the initial state ρ 1 due to the high channel memory is enhanced as the compression parameter m increases.

한편, 도 5a 및 도 5b는 정상 상태에서 초기 상태 ρ 2 의 컨커런스 거동을 제시하기 위한 도면이다. 도 5a 및 도 5b는 각각 (a) 최상의 케이스로 n = 0 (진폭 왜곡 채널) 및 (b) 최악의 케이스로 n → ∞인 경우 (ε, μ)의 함수로서 컨커런스

Figure 112018029832513-pat00051
를 도시한 것이다. n = 0 (자발 방출)의 경우, 초기에 두 개의 큐빗 사이에 얽힘이 없는 경우 (ε < 1/3)에도 포지티브 채널 메모리가 존재한다면 시간-상관 SGAD 채널을 통과한 이후에 두 개의 큐빗 사이에 얽힘이 발생할 수 있다. 그러나, n이 증가함에 따라 이러한 얽힘 발생 현상은 억제된다. 도 5b 및 수학식 26에 나타난 바와 같이, εμ < 1/3이면 상태 ρ 2 는 결국 비-얽힘(disentanglement) 상태가 된다. 다시 말하면, 초기에 준비된 혼합 상태 ρ 2 가 얽힘이 없는 경우 (ε < 1/3), 양자 채널이 완전한 채널 메모리를 갖는 경우라도 얽힘 현상이 발생하지 않게 된다. 정상 상태에서 얽힘에 대한 n의 효과는 n = 0인 경우 원자 변환 접근 방식(atomic inversion approaches)으로부터 발생되는 반면에, n ≠ 0인 경우 특정 포지티브 평형(equilibrium)에 접근한다.5A and 5B are diagrams for showing the conference behavior of the initial state ρ 2 in the steady state. Figures 5a and 5b show the convection as a function of (a, n) with (a) the best case n = 0 (amplitude distortion channel) and (b) the worst case with n → ∞
Figure 112018029832513-pat00051
It is shown. For n = 0 (spontaneous emission), if there is still a positive channel memory even when there is no entanglement between the two qubits (ε <1/3), then between two qubits after passing through the time-correlated SGAD channel Entangling may occur. However, as n increases, this phenomenon of entanglement is suppressed. As shown in FIG. 5B and Equation 26, if εμ <1/3, the state ρ 2 eventually becomes a disentanglement state. In other words, when the initially prepared mixed state ρ 2 is free of entanglement (ε <1/3), no entanglement occurs even if the quantum channel has a complete channel memory. The effect of n on entanglement at steady state arises from atomic inversion approaches when n = 0, whereas n ≠ 0 approaches a specific positive equilibrium.

양자 불일치(Quantum Discord)Quantum Discord

불일치에 대한 연산은 NR-complete의 범주에 속한다. 그러나, 특정 양자 상태들에 대해 해석적으로 불일치를 판단할 수 있다. 예를 들어, 'X' 상태 ρ는 수학식 27으로 정의된다.Operations for inconsistencies fall into the category of NR-complete. However, it is possible to determine discrepancies analytically for certain quantum states. For example, the 'X' state p is defined by equation (27).

Figure 112018029832513-pat00052
Figure 112018029832513-pat00052

상태 ρ에 대한 불일치에 대한 해석적인 표현은 수학식 28과 같이 연산될 수 있다.An analytic representation of the inconsistency with respect to state ρ can be calculated as shown in Equation 28.

Figure 112018029832513-pat00053
Figure 112018029832513-pat00053

여기서, Q1 및 Q2는 수학식 29 및 30으로 표현 가능하다.Here, Q 1 and Q 2 can be represented by equations (29) and (30).

Figure 112018029832513-pat00054
Figure 112018029832513-pat00054

Figure 112018029832513-pat00055
Figure 112018029832513-pat00055

여기서,

Figure 112018029832513-pat00056
ρ의 i번째 고유값이다.here,
Figure 112018029832513-pat00056
Is the i th eigenvalue of ρ .

초기 상태 ρ W 의 불일치는 포지티브 값을 가지고, 0 < ε < 1에 대하여 수학식 31과 같이 계산될 수 있다. The inconsistency of the initial state ρ W has a positive value and may be calculated as in Equation 31 for 0 <ε <1.

Figure 112018029832513-pat00057
Figure 112018029832513-pat00057

한편, ε = 1에 대하여

Figure 112018029832513-pat00058
이다.On the other hand, for ε = 1
Figure 112018029832513-pat00058
to be.

정상 상태에서, 변성(contaminated) 상태는 수학식 32 및 33과 같이 표현 가능하다.In the steady state, the contaminated state can be expressed as in Equations 32 and 33.

Figure 112018029832513-pat00059
Figure 112018029832513-pat00059

Figure 112018029832513-pat00060
Figure 112018029832513-pat00060

정상 상태에서 밀도 행렬은 단지 대각 성분만을 가지기 때문에 (이로 인해, Q2 = 0이 됨), 양자 상태 ρ 1 은 결국 불일치 값이 0이 됨을 증명할 수 있다. 이는 양자 상태 ρ 1 이 밀도 행렬의 비-대각 성분에 의해 정량화될 수 있는 양자 상태를 잃게 됨을 알 수 있다. 반면에, 양자 상태 ρ 2 는 정상 상태에서도 포지티브의 채널 메모리가 존재하는 경우 불일치 상태를 유지하게 되고, 또한 밀도 행렬의 비-대각 성분이 μ의 함수가 되는 상태를 유지하게 된다.Since the density matrix in the steady state has only a diagonal component (thus Q 2 = 0), the quantum state ρ 1 can prove that the disparity value eventually becomes zero. It can be seen that the quantum state ρ 1 loses a quantum state that can be quantified by the non-diagonal component of the density matrix. On the other hand, the quantum state ρ 2 maintains a mismatch in the presence of a positive channel memory even in the normal state, and the non-diagonal component of the density matrix becomes a function of μ.

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 μ = 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1인 경우, n = 1, Ω = 1, ε = 0.9에 대해 압축 파라미터 m의 함수로서 t = 0.5에서의 변성 상태의 불일치를 나타낸다. 불일치 정도는 컨커런스보다 대체적으로 더 높은 값을 가짐을 알 수 있다. 이는 dissipative 환경에서 얽힘보다 불일치가 더 강인(robust)함에 기인한다.6a and 6b show at t = 0.5 as a function of the compression parameter m for n = 1, Ω = 1, ε = 0.9 for μ = 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1 according to the invention. Inconsistency in denaturation state. It can be seen that the degree of inconsistency is generally higher than the conference. This is due to the more robust mismatch than entanglement in dissipative environments.

한편, 도 7a 및 도 7b는 각각 μ = 0 과 μ = 0.7에 대하여, m = 0, 0.5, 1.0, 및 m → 1.5 인 경우 시간 t의 함수로서 n =1, Ω = 1, ε = 0.6에 대한 불일치를 나타낸다. 유한 시간 영역에서 양자 상관 sudden death 현상이 없음을 주목할 필요가 있다. 불일치 (초기 불일치는

Figure 112018029832513-pat00061
)는 모든 초기 상태에 대해 비-메모리(memoryless) 양자 채널에서 시간이 경과함에 따라 0으로 감쇠되거나, 초기 상태 ρ 2 에 대하여 채널 메모리가 보존되는 경우 비-제로 불일치 한계 영역에 접근한다. 이와 관련하여,
Figure 112018029832513-pat00062
이다. 한편, 도 8a 및 도 8b는 n = 0 및 n →∞에 대하여 (ε, μ)의 함수로서 정상 상태에서 불일치를 나타낸다. 도 8a 및 도 8b을 참조하면, 도 4a 및 도 4b와 같이 불일치에 있어 동일한 거동, 즉 정상 상태에서의 불일치는 모두 초기 상태에 대한 ε 및 μ에 따라 증가함을 알 수 있다.7A and 7B show n = 1, Ω = 1, ε = 0.6 as a function of time t for m = 0, 0.5, 1.0, and m → 1.5 for μ = 0 and μ = 0.7, respectively. Inconsistency. It should be noted that there is no quantum correlation sudden death in the finite time domain. Mismatch (the initial mismatch
Figure 112018029832513-pat00061
) Attenuates to zero over time in a memoryless quantum channel for all initial states, or approaches a non-zero mismatch limit region if channel memory is preserved for an initial state ρ 2 . In this regard,
Figure 112018029832513-pat00062
to be. 8A and 8B, on the other hand, show inconsistencies in steady state as a function of (ε, μ) for n = 0 and n → ∞. 8A and 8B, it can be seen that as shown in FIGS. 4A and 4B, the same behavior in the inconsistency, that is, the inconsistency in the steady state increases with ε and μ for the initial state.

한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 시간-상관 SGAD 채널들에 대한 확률 맵에 대해 살펴보면 다음과 같다. 이와 관련하여, Lindblad에 대한 수정 버전을 이용하여, 수학식 34와 같이 확률 맵을 획득할 수 있다.Meanwhile, a probability map of time-correlated SGAD channels according to another embodiment of the present invention will be described below. In this regard, a modified version of Lindblad can be used to obtain a probability map as shown in Equation 34.

Figure 112018029832513-pat00063
Figure 112018029832513-pat00063

여기서,

Figure 112018029832513-pat00064
이다. Lindblad에 대한 솔루션은 임의의 시간에서 밀도 연산자 ρ를 확장시키는 고유값 방정식을 푸는 것과 연관된다.here,
Figure 112018029832513-pat00064
to be. The solution for Lindblad involves solving eigenvalue equations that extend the density operator ρ at any time.

Figure 112018029832513-pat00065
Figure 112018029832513-pat00065

여기서, Li 및 Ri는 좌측 및 우측 고유연산자(eigenoperator)를 나타내고, 는 λi는 고유값에 대응하고, tr(·)는 트레이스 연산자를 나타낸다. 한편, 수학식 35에서 고유값 λi는 수학식 36과 같이 주어진다.Where Li and Ri represent left and right eigenoperators, λ i corresponds to the eigenvalues, and tr (·) represents the trace operator. On the other hand, the eigenvalue λ i in Equation 35 is given by Equation 36.

Figure 112018029832513-pat00066
Figure 112018029832513-pat00066

전술된 좌측 및 우측 고유 연산자는 아래의 수학식 37 내지 46으로 표현 가능하다.The left and right unique operators described above can be represented by the following equations 37 to 46.

Figure 112018029832513-pat00067
Figure 112018029832513-pat00067

Figure 112018029832513-pat00068
Figure 112018029832513-pat00068

Figure 112018029832513-pat00069
Figure 112018029832513-pat00069

Figure 112018029832513-pat00070
Figure 112018029832513-pat00070

Figure 112018029832513-pat00071
Figure 112018029832513-pat00071

Figure 112018029832513-pat00072
Figure 112018029832513-pat00072

Figure 112018029832513-pat00073
Figure 112018029832513-pat00073

Figure 112018029832513-pat00074
Figure 112018029832513-pat00074

Figure 112018029832513-pat00075
Figure 112018029832513-pat00075

Figure 112018029832513-pat00076
Figure 112018029832513-pat00076

Li Rj 간의 듀얼리티 관계에 따르면 tr ( LiRj ) = δi,j를 만족한다.According to the duality relationship between Li and Rj, tr ( LiRj ) = δi , j is satisfied.

X 상태에 대한 확률 맵: 밀도 행렬 ρ는 아래의 수학식 47과 같은 형태를 갖는다.Probability map for state X: The density matrix ρ has the form

Figure 112018029832513-pat00077
Figure 112018029832513-pat00077

초기 상태로서

Figure 112018029832513-pat00078
Figure 112018029832513-pat00079
이다. 확률 맵
Figure 112018029832513-pat00080
는 수학식 48으로 표현 가능하다.As an initial state
Figure 112018029832513-pat00078
Wow
Figure 112018029832513-pat00079
to be. Probability map
Figure 112018029832513-pat00080
Can be expressed by Equation 48.

Figure 112018029832513-pat00081
Figure 112018029832513-pat00081

여기서,

Figure 112018029832513-pat00082
의 성분은 수학식 49로 표현 가능하다.here,
Figure 112018029832513-pat00082
The component of can be expressed by Equation 49.

Figure 112018029832513-pat00083
Figure 112018029832513-pat00083

여기서, 감쇠 파라미터는

Figure 112018029832513-pat00084
이다. 확률 맵
Figure 112018029832513-pat00085
은 수학식 50으로 표현 가능하다.Where the attenuation parameter is
Figure 112018029832513-pat00084
to be. Probability map
Figure 112018029832513-pat00085
Can be expressed by Equation 50.

Figure 112018029832513-pat00086
Figure 112018029832513-pat00086

여기서,

Figure 112018029832513-pat00087
의 각 성분은 아래의 수학식 51 내지 56으로 표현 가능하다.here,
Figure 112018029832513-pat00087
Each component of can be expressed by the following equations (51) to (56).

Figure 112018029832513-pat00088
Figure 112018029832513-pat00088

Figure 112018029832513-pat00089
Figure 112018029832513-pat00089

Figure 112018029832513-pat00090
Figure 112018029832513-pat00090

Figure 112018029832513-pat00091
Figure 112018029832513-pat00091

Figure 112018029832513-pat00092
Figure 112018029832513-pat00092

Figure 112018029832513-pat00093
Figure 112018029832513-pat00093

이상에서는, 본 발명에 따른 양자 채널 예측 방법 및 이를 수행하는 양자 송신 시스템에 대해 살펴보았다. 한편, 전술된 양자 자 채널 예측 방법과 관련하여, 도 2의 양자 시스템의 상세 구성을 참조하여 설명하면 다음과 같다. In the above, the quantum channel prediction method and the quantum transmission system performing the same according to the present invention have been described. Meanwhile, with reference to the quantum channel prediction method described above, it will be described with reference to the detailed configuration of the quantum system of FIG.

도 2를 참조하면, 인터페이스부(120)는 제1 양자 상태(ρ)를 양자 채널을 통해 수신 기기인 제2 기기(200)로 전송하고, 양자 채널을 통해 제2 기기(200)에 의해 수신된 제2 양자 상태(Φ(ρ))에 대한 정보를 제2 기기(200)로부터 수신하도록 구성된다. 이때, 제1 양자 상태(ρ)는 N개의 큐빗 시퀀스로 이루어질 수 있다. Referring to FIG. 2, the interface unit 120 transmits a first quantum state ρ to a second device 200 which is a receiving device through a quantum channel and is received by the second device 200 through a quantum channel. And receive information about the second quantum state Φ ( ρ ) from the second device 200. In this case, the first quantum state ρ may be composed of N qubit sequences.

구체적으로, 인터페이스부(120)는 양자 채널을 통해 밀도 연산자(ρ)를 수신 기기인 제2 기기(200)로 전송하고, 양자 채널을 통해 제2 기기(200)에 의해 수신된 확률 맵(Φ(ρ))에 대한 정보를 제2 기기(200)로부터 수신한다. 여기서, 상기 양자 채널은 시간-상관(time-correlated) 압축 일반 진폭 왜곡(SGAD: Squeezed Generalized Amplitude Damping) 채널일 수 있다. In detail, the interface unit 120 transmits the density operator ρ to the second device 200 which is the receiving device through the quantum channel, and the probability map Φ received by the second device 200 through the quantum channel. ( ρ )) is received from the second device 200. Here, the quantum channel may be a time-correlated compressed general amplitude amplitude (SGAD) channel.

제어부(110)는 상기 수신된 확률 맵(Φ(ρ))에 대한 정보에 기반하여, 상기 SGAD 채널의 특성을 추정하도록 구성된다. The controller 110 is configured to estimate the characteristics of the SGAD channel based on the received information about the probability map Φ ( ρ ).

한편, 상기 확률 맵(Φ(ρ))은 수학식 8로 결정되고, 여기서, Φu(ρ)는 양자 채널에서의 확률 맵이고, Ai는 크라우스 연산자(Kraus operator)이고, Φc(ρ)는 시간-상관 양자 채널에서의 확률 맵이고, Bk는 시간-상관 양자 채널에서의 크라우스 연산자이다. 이때, 제어부(110)는 수신된 확률 맵(Φ(ρ))에 대한 정보에 기반하여, 채널 메모리 파라미터 μ와 압축 파라미터 m을 추정할 수 있다.Meanwhile, the probability map Φ ( ρ ) is determined by Equation 8, where φ u ( ρ ) is a probability map in a quantum channel, A i is a Kraus operator, and Φ c ( ρ Is the probability map in the time-correlated quantum channel, and B k is the Kraus operator in the time-correlated quantum channel. In this case, the controller 110 may estimate the channel memory parameter μ and the compression parameter m based on the received information about the probability map Φ ( ρ ).

한편, 제어부(110)는 초기 밀도 행렬 ρ 1 ρ 2 에 대한 확률 맵에 대한 컨커런스(concurrence) 정보를 획득할 수 있다. 또한, 제어부(110)는 특정 시각에서의 컨커런스 정보에 기반하여, 채널 메모리 파라미터 μ와 압축 파라미터인 m을 추정할 수 있다. 또한, 제어부(110)는 정상 상태(steady-state)에서의 컨커런스 정보에 기반하여, 양자 얽힘(entanglement) 인자 ε을 추정할 수 있다.On the other hand, the controller 110 may obtain concurrence information on the probability maps for the initial density matrices ρ 1 and ρ 2 . In addition, the controller 110 may estimate the channel memory parameter μ and the compression parameter m based on the conference information at a specific time. In addition, the controller 110 may estimate the quantum entanglement factor ε based on the conference information in the steady-state.

한편, 제어부(110)는 초기 밀도 행렬 ρ 1 ρ 2 에 대한 양자 불일치(quantum discord)에 관한 정보를 획득할 수 있다. 또한, 제어부(110)는 특정 시각에서의 양자 불일치 정보에 기반하여, 채널 메모리 파라미터 μ와 압축 파라미터인 m을 추정할 수 있다. 또한, 제어부(110)는 정상 상태에서의 양자 불일치 정보에 기반하여, 양자 얽힘(entanglement) 인자 ε을 추정할 수 있다.Meanwhile, the controller 110 may obtain information about quantum discord of the initial density matrices ρ 1 and ρ 2 . In addition, the controller 110 may estimate the channel memory parameter μ and the compression parameter m based on quantum mismatch information at a specific time. In addition, the controller 110 may estimate the quantum entanglement factor ε based on the quantum mismatch information in the steady state.

한편, 확률 맵(Φ(ρ))은, 수학식 35에 의해 결정될 수 있고, 여기서, Li 및 Ri는 좌측 고유 연산자(left eigenoperator) 및 우측 고유 연산자(right eigenoperator)이고, λi는 고유값(eigenvalue)이다. 이때, 제어부(110)는 고유값을 추정하여 zero-temperature dissipation rate Ω, 광자(photon) 평균 개수 n 및 압축 파라미터 m을 획득할 수 있다.Meanwhile, the probability map Φ ( ρ ) may be determined by Equation 35, wherein Li and Ri are left eigenoperator and right eigenoperator, and λ i is an eigenvalue. )to be. In this case, the controller 110 may obtain a zero-temperature dissipation rate Ω, an average number n of photons, and a compression parameter m by estimating an intrinsic value.

메모리(130)는 양자 채널 추정 및 상태 전송과 관련하여, 양자 정보 및 일반 정보를 저장하도록 구성될 수 있다.Memory 130 may be configured to store quantum information and general information with respect to quantum channel estimation and state transfer.

다음으로, 수신 기기에 해당하는 제2 기기(200)에 의해 수행되는 동작에 대해 살펴보면 다음과 같다.Next, an operation performed by the second device 200 corresponding to the receiving device will be described.

인터페이스부(210)는 제1 양자 상태(ρ)를 양자 채널을 통해 송신 기기인 제1 기기(100)로부터 수신하도록 구성된다. 이때, 상기 제1 양자 상태(ρ)는 상기 양자 채널을 통해 인터페이스부(210)에서 제2 양자 상태(Φ(ρ))로 수신될 수 있다. 이때, 제1 양자 상태(ρ)는 N개의 큐빗 시퀀스로 이루어질 수 있다. The interface unit 210 is configured to receive the first quantum state ρ from the first device 100, which is a transmitting device, through a quantum channel. In this case, the first quantum state ρ may be received in the second quantum state Φ ( ρ ) by the interface unit 210 through the quantum channel. In this case, the first quantum state ρ may be composed of N qubit sequences.

구체적으로, 인터페이스부(210)는 송신 기기인 제1 기기(100)로부터 양자 채널을 통해 송신된 밀도 연산자(ρ)를 수신한다. 여기서, 상기 양자 채널은 시간-상관(time-correlated) 압축 일반 진폭 왜곡(SGAD: Squeezed Generalized Amplitude Damping) 채널일 수 있다. 이때, 상기 밀도 연산자(ρ)는 상기 양자 채널을 통해 인터페이스부(210)에서 확률 맵(Φ(ρ))으로 수신될 수 있다. Specifically, the interface unit 210 receives the density operator ρ transmitted through the quantum channel from the first device 100, which is a transmitting device. Herein, the quantum channel may be a time-correlated compressed general amplitude distortion (SGAD) channel. In this case, the density operator ρ may be received as a probability map Φ ( ρ ) by the interface unit 210 through the quantum channel.

한편, 제1 기기(100)에 의해 송신된 양자 정보는 제2 기기(200)가 이미 알고 있는 트레이닝 시퀀스(known training sequence) 이거나, 또는 미지의 양자 데이터(unknown quantum data)일 수 있다.On the other hand, the quantum information transmitted by the first device 100 may be a known training sequence known by the second device 200 or unknown quantum data.

제어부(220)는 상기 수신된 확률 맵(Φ(ρ))에 기반하여, 상기 SGAD 채널의 특성을 추정하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 양자 채널 추정은 전술한 바와 같이, 제1 기기(100)의 제어부(120)에 의해 수행될 수 있으나, 제2 기기(200)의 제어부(220)에 의해 수행될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, N개의 큐빗 시퀀스는 제2 기기(200)가 이미 알고 있는 트레이닝 시퀀스(known training sequence)인 경우에는 제2 기기(200)의 제어부(220)에 의해 양자 채널 추정이 이루어질 수 있다. 또한, N개의 큐빗 시퀀스가 미지의 양자 데이터(unknown quantum data)라고 하여도, 제1 기기(100)로부터의 상태 정보 및 블라인드 추정 방법을 이용하여 제어부(220)가 양자 채널 추정을 수행할 수 있다.The controller 220 may be configured to estimate a characteristic of the SGAD channel based on the received probability map Φ ( ρ ). In this regard, quantum channel estimation may be performed by the controller 120 of the first device 100 as described above, but may be performed by the controller 220 of the second device 200. According to an embodiment of the present disclosure, when the N qubit sequences are known training sequences known by the second device 200, the quantum channel estimation is performed by the controller 220 of the second device 200. This can be done. In addition, even if the N qubit sequences are unknown quantum data, the control unit 220 may perform quantum channel estimation using the state information and the blind estimation method from the first device 100. .

또한, 확률 맵(Φ(ρ))은 수학식 8로 결정되고, 여기서, Φu(ρ)는 양자 채널에서의 확률 맵이고, Ai는 크라우스 연산자(Kraus operator)이고, Φc(ρ)는 시간-상관 양자 채널에서의 확률 맵이고, Bk는 시간-상관 양자 채널에서의 크라우스 연산자이다. 이때, 제어부(220)는 수신된 확률 맵(Φ(ρ))에 대한 정보에 기반하여, 채널 메모리 파라미터 μ와 압축 파라미터 m에 관한 정보를 추정할 수 있다.Further, the probability map Φ ( ρ ) is determined by Equation 8, where φ u ( ρ ) is the probability map in the quantum channel, A i is the Kraus operator, Φ c ( ρ ) Is the probability map in the time-correlated quantum channel and B k is the Kraus operator in the time-correlated quantum channel. In this case, the controller 220 may estimate the information about the channel memory parameter μ and the compression parameter m based on the received information about the probability map Φ ( ρ ).

한편, 제어부(220)는 특정 시각에서의 컨커런스 정보에 기반하여, 상기 채널 메모리 파라미터 μ와 상기 압축 파라미터인 m에 관한 정보를 추정할 수 있다. 또한, 제어부(220)는 정상 상태(steady-state)에서의 컨커런스 정보에 기반하여, 상기 제1 기기에 의해 추정된 양자 얽힘(entanglement) 인자 ε에 관한 정보를 추정할 수 있다. 이때, 상기 컨커런스 정보는 초기 밀도 행렬 ρ 1 ρ 2 에 대한 확률 맵으로부터 획득될 수 있다.Meanwhile, the controller 220 may estimate the information about the channel memory parameter μ and the compression parameter m based on the conference information at a specific time. In addition, the controller 220 may estimate the information on the quantum entanglement factor ε estimated by the first device based on the conference information in the steady-state. In this case, the conference information may be obtained from a probability map for initial density matrices ρ 1 and ρ 2 .

한편, 제어부(220)는 특정 시각에서의 양자 불일치 정보에 기반하여, 채널 메모리 파라미터 μ와 압축 파라미터인 m에 관한 정보를 추정할 수 있다. 또한, 제어부(220)는 정상 상태에서의 양자 불일치 정보에 기반하여, 양자 얽힘(entanglement) 인자 ε에 관한 정보를 추정할 수 있다. 이때, 상기 양자 불일치 정보는 초기 밀도 행렬 ρ 1 ρ 2 에 대한 확률 맵으로부터 획득될 수 있다.The controller 220 may estimate the information about the channel memory parameter μ and the compression parameter m based on the quantum mismatch information at a specific time. In addition, the controller 220 may estimate the information about the quantum entanglement factor ε based on the quantum mismatch information in the steady state. In this case, the quantum mismatch information may be obtained from a probability map for initial density matrices ρ 1 and ρ 2 .

메모리(130)는 양자 채널 추정 및 상태 전송과 관련하여, 양자 정보 및 일반 정보를 저장하도록 구성될 수 있다.Memory 130 may be configured to store quantum information and general information with respect to quantum channel estimation and state transfer.

이상에서는, 본 발명에 따른 양자 채널 예측을 수행하는 양자 송신 기기 및 양자 수신 기기에 대해 살펴보았다. 한편, 전술된 양자 채널 예측 방법은 양자 송신 기기. 양자 수신 기기뿐만 아니라 이들을 제어하는 서버에 의해 수행될 수도 있다. In the above, the quantum transmission device and the quantum reception device for performing quantum channel prediction according to the present invention have been described. Meanwhile, the quantum channel prediction method described above is a quantum transmission device. It may be performed by a quantum receiving device as well as a server controlling them.

아래에서는 본 발명의 다른 양상에 따른 양자 채널 예측 수행 방법에 대해 설명하기로 한다. 이와 관련하여, 본 발명에 관하여 전술된 내용은 아래에서 설명되는 양자 채널 예측 수행 방법과 결합되어 활용 가능하다.Hereinafter, a method of performing quantum channel prediction according to another aspect of the present invention will be described. In this regard, the foregoing description of the present invention may be combined with the method of performing quantum channel prediction described below.

한편, 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 양자 채널 예측 방법의 흐름도를 나타낸다. 도 9의 각 단계는 양자 송신 기기 또는 양자 서버에 의해 수행될 수 있다.9 is a flowchart illustrating a quantum channel prediction method according to an embodiment of the present invention. Each step of FIG. 9 may be performed by a quantum transmitting device or a quantum server.

도 9를 참조하면, 양자 채널 예측 방법은 제1 양자 상태 전송 단계(S110), 제2 양자 상태 정보 수신 단계(S120) 및 양자 채널 추정 단계(S130)를 포함한다. 또한, 양자 채널 예측 방법은 채널 파라미터 전달 단계(S140)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 9, the quantum channel prediction method includes a first quantum state transmission step S110, a second quantum state information reception step S120, and a quantum channel estimation step S130. In addition, the quantum channel prediction method may further include a channel parameter transfer step (S140).

제1 양자 상태 전송 단계(S110)에서, 양자 채널을 통해 밀도 연산자(ρ)를 수신 기기인 제2 기기로 전송한다. 이때, 상기 양자 채널은 시간-상관(time-correlated) 압축 일반 진폭 감쇠(SGAD: Squeezed Generalized Amplitude Damping) 채널일 수 있다.In a first quantum state transmission step S110, a density operator ρ is transmitted to a second device, which is a receiving device, through a quantum channel. In this case, the quantum channel may be a time-correlated compressed general amplitude damping (SGAD) channel.

제2 양자 상태 정보 수신 단계(S120)에서, 상기 양자 채널을 통해 상기 제2 기기에 의해 수신된 확률 맵(Φ(ρ))에 대한 정보를 상기 제2 기기로부터 수신하다.In a step of receiving second quantum state information (S120), information on a probability map Φ ( ρ ) received by the second device through the quantum channel is received from the second device.

양자 채널 추정 단계(S130)에서, 상기 수신된 확률 맵(Φ(ρ))에 대한 정보에 기반하여, 상기 SGAD 채널의 특성을 추정할 수 있다. 이때, 상기 확률 맵(Φ(ρ))은 수학식 8로 결정되고, 여기서, Φu(ρ)는 양자 채널에서의 확률 맵이고, Ai는 크라우스 연산자(Kraus operator)이고, Φc(ρ)는 시간-상관 양자 채널에서의 확률 맵이고, Bk는 시간-상관 양자 채널에서의 크라우스 연산자이다. 이때, 상기 양자 채널 추정 단계(S130)에서, 상기 수신된 확률 맵(Φ(ρ))에 대한 정보에 기반하여, 채널 메모리 파라미터 μ와 압축 파라미터 m을 추정할 수 있다.In the quantum channel estimation step S130, the characteristics of the SGAD channel may be estimated based on the received information about the probability map Φ ( ρ ). In this case, the probability map Φ ( ρ ) is determined by Equation 8, where Φ u ( ρ ) is a probability map in a quantum channel, A i is a Kraus operator, and Φ c ( ρ ) Is the probability map in the time-correlated quantum channel, and B k is the Kraus operator in the time-correlated quantum channel. In this case, in the quantum channel estimation step S130, the channel memory parameter μ and the compression parameter m may be estimated based on the received information about the probability map Φ ( ρ ).

한편, 상기 양자 채널 추정 단계(S130)는 초기 밀도 행렬 ρ 1 ρ 2 에 대한 확률 맵에 대한 컨커런스(concurrence) 정보를 획득하는 단계; 및 특정 시각에서의 컨커런스 정보에 기반하여, 채널 메모리 파라미터 μ와 압축 파라미터인 m을 추정하고, 정상 상태(steady-state)에서의 컨커런스 정보에 기반하여, 양자 얽힘(entanglement) 인자 ε을 추정하는 양자 채널 인자 추정 단계를 포함할 수 있다. In the meantime, the quantum channel estimation step S130 may include obtaining concurrence information on a probability map of initial density matrices ρ 1 and ρ 2 ; And estimating the channel memory parameter μ and the compression parameter m based on the conference information at a specific time point, and estimating the quantum entanglement factor ε based on the conference information in the steady-state. A quantum channel factor estimation step may be included.

한편, 상기 양자 채널 추정 단계(S130)는 초기 밀도 행렬 ρ 1 ρ 2 에 대한 양자 불일치(quantum discord)에 관한 정보를 획득하는 단계; 및 특정 시각에서의 양자 불일치 정보에 기반하여, 채널 메모리 파라미터 μ와 압축 파라미터인 m을 추정하고, 정상 상태에서의 양자 불일치 정보에 기반하여, 양자 얽힘(entanglement) 인자 ε을 추정하는 양자 채널 인자 추정 단계를 포함할 수 있다.On the other hand, the quantum channel estimation step (S130) comprises the steps of obtaining information about quantum discord with respect to the initial density matrix ρ 1 and ρ 2 ; And a quantum channel factor estimation for estimating the channel memory parameter μ and the compression parameter m based on the quantum mismatch information at a specific time point, and estimating the quantum entanglement factor ε based on the quantum mismatch information in the steady state. It may include a step.

한편, 상기 확률 맵(Φ(ρ))은 수학식 35에 의해 결정되고, 여기서, Li 및 Ri는 좌측 고유 연산자(left eigenoperator) 및 우측 고유 연산자(right eigenoperator)이고, λi는 고유값(eigenvalue)이다. 이때, 상기 양자 채널 추정 단계(S130)에서, 상기 고유값을 추정하여 zero-temperature dissipation rate Ω, 광자(photon) 평균 개수 n 및 압축 파라미터 m을 획득할 수 있다.Meanwhile, the probability map Φ ( ρ ) is determined by Equation 35, wherein Li and Ri are left eigenoperator and right eigenoperator, and λ i is an eigenvalue. to be. In this case, in the quantum channel estimation step S130, the eigen value may be estimated to obtain a zero-temperature dissipation rate Ω, an average number n of photons, and a compression parameter m.

한편, 채널 파라미터 전달 단계(S140)에서, 상기 추정된 SGAD 채널에 기반하여, 상기 채널 메모리 파라미터 μ와 상기 압축 파라미터 m을 제2 기기로 전달할 수 있다. 이때, 상기 제2 기기는 상기 채널 메모리 파라미터 μ와 상기 압축 파라미터 m 에 기반하여, 제1 기기와 양자 통신을 수행할 수 있다.Meanwhile, in the channel parameter transferring step (S140), the channel memory parameter μ and the compression parameter m may be delivered to the second device based on the estimated SGAD channel. In this case, the second device may perform quantum communication with the first device based on the channel memory parameter μ and the compression parameter m.

한편, 도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 양자 채널 예측 방법의 흐름도를 나타낸다. 도 10의 각 단계는 양자 수신 기기 또는 양자 기기에 의해 수행될 수 있다. 도 10의 양자 채널 예측 방법은 양자 수신 기기인 제2 기기에 의해 수행되고, 제1 양자 상태 수신 단계(S210), 양자 채널 추정 단계(S220) 및 채널 파라미터 수신 단계(230)을 포함한다.10 is a flowchart of a quantum channel prediction method according to another embodiment of the present invention. Each step of FIG. 10 may be performed by a quantum receiving device or a quantum device. The quantum channel prediction method of FIG. 10 is performed by a second device, which is a quantum reception device, and includes a first quantum state reception step S210, a quantum channel estimation step S220, and a channel parameter reception step 230.

제1 양자 상태 수신 단계(S210)에서, 송신 기기인 제1 기기로부터 양자 채널을 통해 송신된 밀도 연산자(ρ)를 수신한다. 이때, 상기 양자 채널은 시간-상관(time-correlated) 압축 일반 진폭 감쇠(SGAD: Squeezed Generalized Amplitude Damping) 채널이고, 상기 밀도 연산자(ρ)는 상기 SGAD 채널을 통해 확률 맵(Φ(ρ))으로 수신될 수 있다.In a first quantum state receiving step S210, a density operator ρ transmitted through a quantum channel is received from a first device, which is a transmitting device. In this case, the quantum channel is a time-correlated compressed general amplitude damping (SGAD) channel, and the density operator ρ is a probability map Φ ( ρ ) through the SGAD channel. Can be received.

양자 채널 추정 단계(S220)에서, 상기 수신된 확률 맵(Φ(ρ))에 기반하여, 상기 SGAD 채널의 특성을 추정한다. 이때, 상기 확률 맵(Φ(ρ))은 수학식 8로 결정되고, 여기서, Φu(ρ)는 양자 채널에서의 확률 맵이고, Ai는 크라우스 연산자(Kraus operator)이고, Φc(ρ)는 시간-상관 양자 채널에서의 확률 맵이고, Bk는 시간-상관 양자 채널에서의 크라우스 연산자이다. 이때, 상기 양자 채널 추정 단계(S220)에서, 상기 수신된 확률 맵(Φ(ρ))에 대한 정보에 기반하여, 채널 메모리 파라미터 μ와 압축 파라미터 m에 관한 정보를 추정할 수 있다.In the quantum channel estimation step S220, the characteristics of the SGAD channel are estimated based on the received probability map Φ ( ρ ). In this case, the probability map Φ ( ρ ) is determined by Equation 8, where Φ u ( ρ ) is a probability map in a quantum channel, A i is a Kraus operator, and Φ c ( ρ ) Is the probability map in the time-correlated quantum channel, and B k is the Kraus operator in the time-correlated quantum channel. In this case, in the quantum channel estimation step S220, the information about the channel memory parameter μ and the compression parameter m may be estimated based on the received information about the probability map Φ ( ρ ).

한편, 상기 양자 채널 추정 단계(S220)에서, 특정 시각에서의 컨커런스 정보에 기반하여, 상기 채널 메모리 파라미터 μ와 상기 압축 파라미터인 m에 관한 정보를 추정하고, 정상 상태(steady-state)에서의 컨커런스 정보에 기반하여, 상기 제1 기기에 의해 추정된 양자 얽힘(entanglement) 인자 ε에 관한 정보를 추정할 수 있다. 이때, 상기 컨커런스 정보는 초기 밀도 행렬 ρ 1 ρ 2 에 대한 확률 맵으로부터 획득될 수 있다.On the other hand, in the quantum channel estimation step (S220), on the basis of the conference information at a specific time, information about the channel memory parameter μ and the compression parameter m is estimated, and in steady-state Based on the conference information, information about the quantum entanglement factor ε estimated by the first device may be estimated. In this case, the conference information may be obtained from a probability map for initial density matrices ρ 1 and ρ 2 .

한편, 상기 양자 채널 추정 단계(S220)에서, 특정 시각에서의 양자 불일치 정보에 기반하여, 채널 메모리 파라미터 μ와 압축 파라미터인 m에 관한 정보를 추정하고, 정상 상태에서의 양자 불일치 정보에 기반하여, 양자 얽힘(entanglement) 인자 ε에 관한 정보를 추정할 수 있다. 이때, 상기 양자 불일치 정보는 초기 밀도 행렬 ρ 1 ρ 2 에 대한 확률 맵으로부터 획득될 수 있다.On the other hand, in the quantum channel estimation step (S220), based on the quantum mismatch information at a specific time, information about the channel memory parameter μ and the compression parameter m is estimated, and based on the quantum mismatch information in the steady state Information about the quantum entanglement factor ε can be estimated. In this case, the quantum mismatch information is the initial density matrix ρ 1 And a probability map for ρ 2 .

한편, 상기 확률 맵(Φ(ρ))은 수학식 35에 의해 결정되고, 여기서, Li 및 Ri는 좌측 고유 연산자(left eigenoperator) 및 우측 고유 연산자(right eigenoperator)이고, λi는 고유값(eigenvalue)일 수 있다. 이때, 상기 양자 채널 추정 단계(S220)에서, 상기 고유값에 기반하여, zero-temperature dissipation rate Ω, 광자(photon) 평균 개수 n 및 압축 파라미터 m에 관한 정보가 추정될 수 있다.Meanwhile, the probability map Φ ( ρ ) is determined by Equation 35, wherein Li and Ri are left eigenoperator and right eigenoperator, and λ i is an eigenvalue. Can be. In this case, in the quantum channel estimation step S220, based on the eigenvalues, information about a zero-temperature dissipation rate Ω, an average number n of photons and a compression parameter m may be estimated.

채널 파라미터 수신 단계(230)에서, 추정된 SGAD 채널에 기반하여, 채널 메모리 파라미터 μ와 압축 파라미터 m을 제1 기기로부터 수신할 수 있다. 이때, 상기 제2 기기는 상기 채널 메모리 파라미터 μ와 상기 압축 파라미터 m 에 기반하여, 제1 기기와 양자 통신을 수행할 수 있다.In the channel parameter receiving step 230, based on the estimated SGAD channel, the channel memory parameter μ and the compression parameter m may be received from the first device. In this case, the second device may perform quantum communication with the first device based on the channel memory parameter μ and the compression parameter m.

이상에서는, 시간 상관 SGAD 채널에서 양자 역학, 즉 얽힘 및 불일치에 대해 살펴보았다. 압축 파라미터 및 채널 메모리에 대한 컨커런스 및 불일치에 대한 해석적 표현이 제공될 수 있다. 이와 관련하여 다음과 같이 정리 가능하다: i) 싱글릿-유사 상태가 초기 상태로서 준비되고, 얽힘 및 불일치는 보존될 수 있고, 양자 상관 sudden death 현상은 회피 가능하다. ii) 초기 상태가 비-얽힘 상태인 경우에도 초기에 준비된 싱글릿-유사 상태는 유한한 n개의 영역에서 채널 메모리의 포지티브 정도에 따라 얽힘 발생 현상을 또한 가능하게 한다. iii) 압축 효과는 양자 상관을 증가시키거나 또는 지연시켜, 초기에 준비된 양자 상태뿐만 아니라 채널 메모리 정도에 따라 (정상 상태 값을 제한하는) 평형 상태로 감쇠되도록 한다.In the above, quantum mechanics, ie entanglement and mismatch in time-correlated SGAD channels, have been discussed. Analytical representations of conferences and inconsistencies for compression parameters and channel memory may be provided. In this regard it can be summarized as follows: i) The singlet-like state is prepared as an initial state, entanglement and inconsistency can be preserved, and quantum correlation sudden death phenomenon is avoidable. ii) Even if the initial state is a non-entangled state, the initially prepared singlet-like state also enables entanglement phenomenon depending on the positive degree of the channel memory in the finite n regions. iii) The compression effect increases or delays quantum correlation, allowing it to be attenuated to equilibrium (which limits the steady-state value) as well as the initially prepared quantum state as well as channel memory degree.

본 발명에 따른 방법은, 양자 상태의 양자 상관 특성을 이용하여, 시간의 변화에 따른 정확한 양자 채널 추정 방법을 제공할 수 있다는 장점이 있다.The method according to the present invention has an advantage in that it is possible to provide an accurate quantum channel estimation method according to the change of time by using the quantum correlation property of the quantum state.

본 발명에 따른 방법은, 따라서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 시간의 변화에 따른 정확한 양자 채널 추정 방법을 제공하는 것을 목표로 한다.The method according to the present invention, therefore, aims to provide an accurate quantum channel estimation method over time.

또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 특정 초기 상태를 갖는 시간 상관 양자 채널에서 채널 메모리 효과가 양자 상관에 미치는 영향을 정성적으로 분석할 수 있다는 장점이 있다. In addition, the problem to be solved in the present invention, there is an advantage that can be analyzed qualitatively the effect of the channel memory effect on the quantum correlation in the time-correlated quantum channel having a specific initial state.

특히, 시간-상관 압축 일반 진폭 왜곡(SGAD) 채널에서 초기에 준비된 Werner-유사 혼합 상태를 이용하여 양자 상관 거동에 관한 채널 메모리 효과를 증명할 수 있다는 장점이 있다.In particular, there is an advantage in that channel memory effects on quantum correlation behavior can be demonstrated using the Werner-like mixed state initially prepared in a time-correlated compressed general amplitude distortion (SGAD) channel.

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.According to the software implementation, each component as well as the procedures and functions described herein may be implemented as separate software modules. Each of the software modules may perform one or more functions and operations described herein. Software code may be implemented in software applications written in a suitable programming language. The software code may be stored in a memory and executed by a controller or a processor.

100: 제1 서브 시스템 200: 제2 서브 시스템
110, 210: 제어부 120, 220: 인터페이스부
130, 230: 메모리
100: first subsystem 200: second subsystem
110, 210: control unit 120, 220: interface unit
130, 230: memory

Claims (20)

양자 채널 예측을 수행하는 방법에 있어서, 상기 방법은 송신 기기인 제1 기기에 의해 수행되고,
양자 채널을 통해 밀도 연산자(ρ)를 수신 기기인 제2 기기로 전송하는 제1 양자 상태 전송 단계 ― 상기 양자 채널은 시간-상관(time-correlated) 압축 일반 진폭 감쇠(SGAD: Squeezed Generalized Amplitude Damping) 채널임 ―;
상기 양자 채널을 통해 상기 제2 기기에 의해 수신된 확률 맵(Φ(ρ))에 대한 정보를 상기 제2 기기로부터 수신하는 제2 양자 상태 정보 수신 단계; 및
상기 수신된 확률 맵(Φ(ρ))에 대한 정보에 기반하여, 상기 SGAD 채널의 특성을 추정하는 양자 채널 추정 단계를 포함하는, 양자 채널 예측 수행 방법.
In the method for performing quantum channel prediction, the method is performed by a first device that is a transmitting device,
A first quantum state transmission step of transmitting a density operator ( ρ ) over a quantum channel to a second device, the receiving device, wherein the quantum channel is time-correlated compressed Sequentialized Amplitude Damping (SGAD). Channel;
A second receiving step of receiving status information from both the first device information based on the probability map (Φ (ρ)) received by the second device via the quantum channel; And
And a quantum channel estimating step of estimating a characteristic of the SGAD channel based on the information on the received probability map Φ ( ρ ).
제1항에 있어서,
상기 확률 맵(Φ(ρ))은
Figure 112018029832513-pat00094
로 결정되고,
여기서, Φu(ρ)는 양자 채널에서의 확률 맵이고, Ai는 크라우스 연산자(Kraus operator)이고, Φc(ρ)는 시간-상관 양자 채널에서의 확률 맵이고, Bk는 시간-상관 양자 채널에서의 크라우스 연산자이고,
상기 양자 채널 추정 단계는,
상기 수신된 확률 맵(Φ(ρ))에 대한 정보에 기반하여, 채널 메모리 파라미터 μ와 압축 파라미터 m을 추정하는 것을 특징으로 하는, 양자 채널 예측 수행 방법.
The method of claim 1,
The probability map Φ ( ρ ) is
Figure 112018029832513-pat00094
Determined by
Where φ u ( ρ ) is the probability map in the quantum channel, A i is the Kraus operator, Φ c ( ρ ) is the probability map in the time-correlated quantum channel, and B k is time-correlated Kraus operator on the quantum channel
The quantum channel estimation step,
And estimating a channel memory parameter [mu] and a compression parameter m, based on the information on the received probability map [phi] ([ rho ]).
제2 항에 있어서,
상기 양자 채널 추정 단계는,
초기 밀도 행렬 ρ 1 ρ 2 에 대한 확률 맵에 대한 컨커런스(concurrence) 정보를 획득하는 단계; 및
특정 시각에서의 컨커런스 정보에 기반하여, 채널 메모리 파라미터 μ와 압축 파라미터인 m을 추정하고,
정상 상태(steady-state)에서의 컨커런스 정보에 기반하여, 양자 얽힘(entanglement) 인자 ε을 추정하는 양자 채널 인자 추정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 양자 채널 예측 수행 방법.
The method of claim 2,
The quantum channel estimation step,
Obtaining concurrence information for the probability maps for the initial density matrices ρ 1 and ρ 2 ; And
Based on the conference information at a specific time, the channel memory parameter μ and the compression parameter m are estimated,
And a quantum channel factor estimating step of estimating a quantum entanglement factor ε based on the conference information in a steady-state.
제2 항에 있어서,
상기 양자 채널 추정 단계는,
초기 밀도 행렬 ρ 1 ρ 2 에 대한 양자 불일치(quantum discord)에 관한 정보를 획득하는 단계 ; 및
특정 시각에서의 양자 불일치 정보에 기반하여, 채널 메모리 파라미터 μ와 압축 파라미터인 m을 추정하고,
정상 상태에서의 양자 불일치 정보에 기반하여, 양자 얽힘(entanglement) 인자 ε을 추정하는 양자 채널 인자 추정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 양자 채널 예측 수행 방법.
The method of claim 2,
The quantum channel estimation step,
Obtaining information about quantum discord for initial density matrices ρ 1 and ρ 2 ; And
Based on the quantum mismatch information at a specific time, the channel memory parameter μ and the compression parameter m are estimated,
And a quantum channel factor estimating step of estimating a quantum entanglement factor ε based on the quantum mismatch information in the steady state.
제1 항에 있어서,
상기 확률 맵(Φ(ρ))은,
Figure 112018029832513-pat00095
에 의해 결정되고,
여기서, Li 및 Ri는 좌측 고유 연산자(left eigenoperator) 및 우측 고유 연산자(right eigenoperator)이고, λi는 고유값(eigenvalue)이고,
상기 양자 채널 추정 단계는,
상기 고유값을 추정하여 zero-temperature dissipation rate Ω, 광자(photon) 평균 개수 n 및 압축 파라미터 m을 획득하는 것을 특징으로 하는, 양자 채널 예측 수행 방법.
According to claim 1,
The probability map Φ ( ρ ) is
Figure 112018029832513-pat00095
Determined by
Where Li and Ri are left eigenoperator and right eigenoperator, λ i is an eigenvalue,
The quantum channel estimation step,
And estimating the eigenvalue to obtain a zero-temperature dissipation rate Ω, an average number n of photons, and a compression parameter m.
제2 항에 있어서,
상기 추정된 SGAD 채널에 기반하여, 상기 채널 메모리 파라미터 μ와 상기 압축 파라미터 m을 상기 제2 기기로 전달하는 채널 파라미터 전달 단계를 더 포함하고,
상기 제2 기기는 상기 채널 메모리 파라미터 μ와 상기 압축 파라미터 m 에 기반하여, 상기 제1 기기와 양자 통신을 수행하는 것을 특징으로 하는, 양자 채널 예측 수행 방법.
The method of claim 2,
Based on the estimated SGAD channel, further comprising a channel parameter transferring step of delivering the channel memory parameter μ and the compression parameter m to the second device,
And the second device performs quantum communication with the first device based on the channel memory parameter μ and the compression parameter m.
양자 채널 예측을 수행하는 방법에 있어서, 상기 방법은 수신 기기인 제2 기기에 의해 수행되고,
송신 기기인 제1 기기로부터 양자 채널을 통해 송신된 밀도 연산자(ρ)를 수신하는 제1 양자 상태 수신 단계 ― 상기 양자 채널은 시간-상관(time-correlated) 압축 일반 진폭 감쇠(SGAD: Squeezed Generalized Amplitude Damping) 채널이고, 상기 밀도 연산자(ρ)는 상기 SGAD 채널을 통해 확률 맵(Φ(ρ))으로 수신됨―; 및
상기 수신된 확률 맵(Φ(ρ))에 기반하여, 상기 SGAD 채널의 특성을 추정하는 양자 채널 추정 단계를 포함하는, 양자 채널 예측 수행 방법.
In the method for performing quantum channel prediction, the method is performed by a second device that is a receiving device,
Receiving a first quantum state receiving a density operator ( ρ ) transmitted over a quantum channel from a first device that is a transmitting device, wherein the quantum channel is time-correlated compressed general amplitude attenuation (SGAD). Damping) channel, wherein the density operator [ rho ] is received as a probability map [phi ([ rho ]) over the SGAD channel; And
And a quantum channel estimating step of estimating a characteristic of the SGAD channel based on the received probability map Φ ( ρ ).
제7 항에 있어서,
상기 확률 맵(Φ(ρ))은
Figure 112018029832513-pat00096
로 결정되고,
여기서, Φu(ρ)는 양자 채널에서의 확률 맵이고, Ai는 크라우스 연산자(Kraus operator)이고, Φc(ρ)는 시간-상관 양자 채널에서의 확률 맵이고, Bk는 시간-상관 양자 채널에서의 크라우스 연산자이고,
상기 양자 채널 추정 단계는,
상기 수신된 확률 맵(Φ(ρ))에 대한 정보에 기반하여, 채널 메모리 파라미터 μ와 압축 파라미터 m에 관한 정보를 추정하는 것을 특징으로 하는, 양자 채널 예측 수행 방법.
The method of claim 7, wherein
The probability map Φ ( ρ ) is
Figure 112018029832513-pat00096
Determined by
Where φ u ( ρ ) is the probability map in the quantum channel, A i is the Kraus operator, Φ c ( ρ ) is the probability map in the time-correlated quantum channel, and B k is time-correlated Kraus operator on the quantum channel
The quantum channel estimation step,
And estimating information on a channel memory parameter [mu] and a compression parameter m, based on the information on the received probability map [phi] ([ rho ]).
제8 항에 있어서,
상기 양자 채널 추정 단계에서,
특정 시각에서의 컨커런스 정보에 기반하여, 상기 채널 메모리 파라미터 μ와 상기 압축 파라미터인 m에 관한 정보를 추정하고,
정상 상태(steady-state)에서의 컨커런스 정보에 기반하여, 상기 제1 기기에 의해 추정된 양자 얽힘(entanglement) 인자 ε에 관한 정보를 추정하고,
상기 컨커런스 정보는 초기 밀도 행렬 ρ 1 ρ 2 에 대한 확률 맵으로부터 획득되는 것을 특징으로 하는, 양자 채널 예측 수행 방법.
The method of claim 8,
In the quantum channel estimation step,
Estimate information about the channel memory parameter μ and the compression parameter m based on the conference information at a specific time,
Estimating information on the quantum entanglement factor ε estimated by the first device based on the conference information in a steady-state,
Wherein the conference information is obtained from a probability map for initial density matrices ρ 1 and ρ 2 .
제 8항에 있어서,
상기 양자 채널 추정 단계에서,
특정 시각에서의 양자 불일치 정보에 기반하여, 채널 메모리 파라미터 μ와 압축 파라미터인 m에 관한 정보를 추정하고,
정상 상태에서의 양자 불일치 정보에 기반하여, 양자 얽힘(entanglement) 인자 ε에 관한 정보를 추정하고,
상기 양자 불일치 정보는 초기 밀도 행렬 ρ 1 ρ 2 에 대한 확률 맵으로부터 획득되는 것을 특징으로 하는, 양자 채널 예측 수행 방법.
The method of claim 8,
In the quantum channel estimation step,
Based on the quantum mismatch information at a specific time, information about the channel memory parameter μ and the compression parameter m is estimated,
Based on the quantum mismatch information in the steady state, estimate information about the quantum entanglement factor ε,
Wherein the quantum mismatch information is obtained from a probability map for initial density matrices ρ 1 and ρ 2 .
제7 항에 있어서,
상기 확률 맵(Φ(ρ))은,
Figure 112018029832513-pat00097
에 의해 결정되고,
여기서, Li 및 Ri는 좌측 고유 연산자(left eigenoperator) 및 우측 고유 연산자(right eigenoperator)이고, λi는 고유값(eigenvalue)이고,
상기 양자 채널 추정 단계는,
상기 고유값에 기반하여, zero-temperature dissipation rate Ω, 광자(photon) 평균 개수 n 및 압축 파라미터 m에 관한 정보가 추정되는 것을 특징으로 하는, 양자 채널 예측 수행 방법.
The method of claim 7, wherein
The probability map Φ ( ρ ) is
Figure 112018029832513-pat00097
Determined by
Where Li and Ri are left eigenoperator and right eigenoperator, λ i is an eigenvalue,
The quantum channel estimation step,
And based on the eigenvalues, information about a zero-temperature dissipation rate Ω, the average number n of photons, and the compression parameter m is estimated.
양자 채널 예측을 수행하는 양자 송신 기기에 있어서,
양자 채널을 통해 밀도 연산자(ρ)를 수신 기기인 제2 기기로 전송하고, 상기 양자 채널을 통해 상기 제2 기기에 의해 수신된 확률 맵(Φ(ρ))에 대한 정보를 상기 제2 기기로부터 수신하는 인터페이스부 ― 상기 양자 채널은 시간-상관(time-correlated) 압축 일반 진폭 감쇠(SGAD: Squeezed Generalized Amplitude Damping) 채널임 ―; 및
상기 수신된 확률 맵(Φ(ρ))에 대한 정보에 기반하여, 상기 SGAD 채널의 특성을 추정하는 제어부를 포함하는, 양자 송신 기기.
A quantum transmitting device for performing quantum channel prediction,
The density operator ρ is transmitted to a second device as a receiving device through a quantum channel, and information about the probability map Φ ( ρ ) received by the second device through the quantum channel is received from the second device. A receiving interface portion, wherein the quantum channel is a time-correlated compressed generalized amplitude damping (SGAD) channel; And
And a control unit for estimating characteristics of the SGAD channel based on the received probability map (Φ ( ρ )).
제12 항에 있어서,
상기 확률 맵(Φ(ρ))은
Figure 112018029832513-pat00098
로 결정되고,
여기서, Φu(ρ)는 양자 채널에서의 확률 맵이고, Ai는 크라우스 연산자(Kraus operator)이고, Φc(ρ)는 시간-상관 양자 채널에서의 확률 맵이고, Bk는 시간-상관 양자 채널에서의 크라우스 연산자이고,
상기 제어부는,
상기 수신된 확률 맵(Φ(ρ))에 대한 정보에 기반하여, 채널 메모리 파라미터 μ와 압축 파라미터 m을 추정하는 것을 특징으로 하는, 양자 송신 기기.
The method of claim 12,
The probability map Φ ( ρ ) is
Figure 112018029832513-pat00098
Determined by
Where φ u ( ρ ) is the probability map in the quantum channel, A i is the Kraus operator, Φ c ( ρ ) is the probability map in the time-correlated quantum channel, and B k is time-correlated Kraus operator on the quantum channel
The control unit,
And estimating a channel memory parameter [mu] and a compression parameter m, based on the information on the received probability map [phi] ([ rho ]).
제13항에 있어서,
상기 제어부는,
초기 밀도 행렬 ρ 1 ρ 2 에 대한 확률 맵에 대한 컨커런스(concurrence) 정보를 획득하고,
특정 시각에서의 컨커런스 정보에 기반하여, 채널 메모리 파라미터 μ와 압축 파라미터인 m을 추정하고,
정상 상태(steady-state)에서의 컨커런스 정보에 기반하여, 양자 얽힘(entanglement) 인자 ε을 추정하는 것을 특징으로 하는, 양자 송신 기기.
The method of claim 13,
The control unit,
Obtain concurrence information for the probability maps for the initial density matrices ρ 1 and ρ 2 ,
Based on the conference information at a specific time, the channel memory parameter μ and the compression parameter m are estimated,
And estimating a quantum entanglement factor [epsilon] based on the conference information in a steady-state.
제13 항에 있어서,
상기 제어부는,
초기 밀도 행렬 ρ1 ρ2 에 대한 양자 불일치(quantum discord)에 관한 정보를 획득하고,
특정 시각에서의 양자 불일치 정보에 기반하여, 채널 메모리 파라미터 μ와 압축 파라미터인 m을 추정하고,
정상 상태에서의 양자 불일치 정보에 기반하여, 양자 얽힘(entanglement) 인자 ε을 추정하는 것을 특징으로 하는, 양자 송신 기기.
The method of claim 13,
The control unit,
Obtain information about quantum discord for initial density matrices ρ 1 and ρ 2 ,
Based on the quantum mismatch information at a specific time, the channel memory parameter μ and the compression parameter m are estimated,
A quantum entanglement factor ε is estimated based on quantum mismatch information in the steady state.
제12 항에 있어서,
상기 확률 맵(Φ(ρ))은,
Figure 112019087223927-pat00099
에 의해 결정되고,
여기서, Li 및 Ri는 좌측 고유 연산자(left eigenoperator) 및 우측 고유 연산자(right eigenoperator)이고, λi는 고유값(eigenvalue)이고,
상기 제어부는,
상기 고유값을 추정하여 zero-temperature dissipation rate Ω, 광자(photon) 평균 개수 n 및 압축 파라미터 m을 획득하는 것을 특징으로 하는, 양자 송신 기기.
The method of claim 12,
The probability map Φ ( ρ ) is
Figure 112019087223927-pat00099
Determined by
Where Li and Ri are left eigenoperator and right eigenoperator, λ i is an eigenvalue,
The control unit,
And estimating said eigenvalue to obtain a zero-temperature dissipation rate Ω, an average number of photons n, and a compression parameter m.
양자 채널 예측을 수행하는 양자 수신 기기에 있어서,
송신 기기인 제1 기기로부터 양자 채널을 통해 송신된 밀도 연산자(ρ)를 수신하는 인터페이스부 ― 상기 양자 채널은 시간-상관(time-correlated) 압축 일반 진폭 감쇠(SGAD: Squeezed Generalized Amplitude Damping) 채널이고, 상기 밀도 연산자(ρ)는 상기 SGAD 채널을 통해 확률 맵(Φ(ρ))으로 수신됨―; 및
상기 수신된 확률 맵(Φ(ρ))에 기반하여, 상기 SGAD 채널의 특성을 추정하는 제어부를 포함하는, 양자 수신 기기.
In a quantum receiver device for performing quantum channel prediction,
An interface unit for receiving a density operator ρ transmitted over a quantum channel from a first device, which is a transmitting device, the quantum channel being a time-correlated compressed generalized amplitude damping (SGAD) channel The density operator ρ is received as a probability map Φ ( ρ ) over the SGAD channel; And
And a control unit for estimating characteristics of the SGAD channel based on the received probability map Φ ( ρ ).
제17 항에 있어서,
상기 확률 맵(Φ(ρ))은
Figure 112018029832513-pat00100
로 결정되고,
여기서, Φu(ρ)는 양자 채널에서의 확률 맵이고, Ai는 크라우스 연산자(Kraus operator)이고, Φc(ρ)는 시간-상관 양자 채널에서의 확률 맵이고, Bk는 시간-상관 양자 채널에서의 크라우스 연산자이고,
상기 제어부는,
상기 수신된 확률 맵(Φ(ρ))에 대한 정보에 기반하여, 채널 메모리 파라미터 μ와 압축 파라미터 m에 관한 정보를 추정하는 것을 특징으로 하는, 양자 수신 기기.
The method of claim 17,
The probability map Φ ( ρ ) is
Figure 112018029832513-pat00100
Determined by
Where φ u ( ρ ) is the probability map in the quantum channel, A i is the Kraus operator, Φ c ( ρ ) is the probability map in the time-correlated quantum channel, and B k is time-correlated Kraus operator on the quantum channel
The control unit,
And estimating information on a channel memory parameter [mu] and a compression parameter m, based on the information on the received probability map [phi] ([ rho ]).
제18 항에 있어서,
상기 제어부는,
특정 시각에서의 컨커런스 정보에 기반하여, 상기 채널 메모리 파라미터 μ와 상기 압축 파라미터인 m에 관한 정보를 추정하고,
정상 상태(steady-state)에서의 컨커런스 정보에 기반하여, 상기 제1 기기에 의해 추정된 양자 얽힘(entanglement) 인자 ε에 관한 정보를 추정하고,
상기 컨커런스 정보는 초기 밀도 행렬 ρ 1 ρ 2 에 대한 확률 맵으로부터 획득되는 것을 특징으로 하는, 양자 수신 기기.
The method of claim 18,
The control unit,
Estimate information about the channel memory parameter μ and the compression parameter m based on the conference information at a specific time,
Estimating information on the quantum entanglement factor ε estimated by the first device based on the conference information in a steady-state,
And the conference information is obtained from a probability map for initial density matrices ρ 1 and ρ 2 .
제18 항에 있어서,
상기 제어부는,
특정 시각에서의 양자 불일치 정보에 기반하여, 채널 메모리 파라미터 μ와 압축 파라미터인 m에 관한 정보를 추정하고,
정상 상태에서의 양자 불일치 정보에 기반하여, 양자 얽힘(entanglement) 인자 ε에 관한 정보를 추정하고,
상기 양자 불일치 정보는 초기 밀도 행렬 ρ1 ρ2 에 대한 확률 맵으로부터 획득되는 것을 특징으로 하는, 양자 수신 기기.
The method of claim 18,
The control unit,
Based on the quantum mismatch information at a specific time, information about the channel memory parameter μ and the compression parameter m is estimated,
Based on the quantum mismatch information in the steady state, estimate information about the quantum entanglement factor ε,
And the quantum mismatch information is obtained from a probability map for initial density matrices ρ 1 and ρ 2 .
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