KR102108892B1 - Method of identifying bell type state - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 양자 벨 상태 식별 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 두 개의 장치 사이에서 반사실적 통신을 이용하여 입자 교환 없이 벨 타입 상태를 식별할 수 있도록 하는 양자 벨 상태 식별 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a quantum bell state identification method, and more particularly, to a quantum bell state identification method that enables the identification of a bell type state without particle exchange using reflection performance communication between two devices.
정보의 기본 단위는 비트가 아닌 큐비트(qub i t; quantum bit)이며 큐비트는 0과 1로 표현되는 구별 가능한 두가지 물리적인 상태가 아닌 0과 1의 모든 가능한 양자중첩상태를 의미한다.The basic unit of information is a qubit, not a bit, and a qubit means all possible quantum overlapping states of 0 and 1, not two distinct physical states represented by 0 and 1.
즉, 비트의 경우 0 또는 1만이 표현 가능하지만 큐비트의 경우 양자중첩의 원리로 인해 0과 1을 동시에 표현하는 것이 가능하며 따라서 양자결맞음이 있는 양자역학적 물리계를 이용해서만 구현할 수 있다. That is, only 0 or 1 can be expressed in the case of bits, but in the case of qubit, 0 and 1 can be simultaneously expressed due to the principle of quantum overlapping, and thus can be implemented only using a quantum mechanical physics system with quantum coherence.
양자역학의 가장 기묘한 특성 중 하나인 양자얽힘 현상은 양자시스템에서 나타나는 상관관계가 시공간적으로 멀리 떨어진 경우에서도 나타나는, 즉 비국소적(non-local) 특성을 나타내는 현상이다. One of the most bizarre features of quantum mechanics, quantum entanglement, is a phenomenon that occurs even when the correlations appearing in quantum systems are space-time distant, that is, non-local characteristics.
양자얽힘을 나타내는 가장 대표적이고 기본적인 형태는 벨 상태이다. 이때, 양자얽힘을 구별하기 위해서는 벨 상태를 측정하여야 하지만, 정확하게 벨 상태를 식별할 수 없다는 문제점이 있다.The most representative and basic form of bilateral entanglement is the bell state. At this time, in order to distinguish quantum entanglement, the bell state must be measured, but there is a problem that the bell state cannot be accurately identified.
본 발명은 두 개의 장치 사이에서 반사실적 통신을 이용하여 입자 교환 없이 벨 타입 상태를 식별할 수 있도록 하는 양자 벨 상태 식별 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a quantum bell state identification method that enables identification of a bell type state without particle exchange using reflection performance communication between two devices.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention not mentioned can be understood by the following description, and will be more clearly understood by embodiments of the present invention. In addition, it will be readily appreciated that the objects and advantages of the present invention can be realized by means of the appended claims and combinations thereof.
이러한 목적을 달성하기 위한 양자 벨 상태 식별 방법은 제1 장치가 광자의 양극화를 실행한 후 복수의 경로에 각각 제공하는 단계, 상기 제1 장치가 복수의 경로 각각에 광자가 존재하는지 여부에 따라 상기 광자의 경로를 지시하는 메시지를 생성하여 제2 장치에 제공하는 단계, 상기 제2 장치가 상기 메시지를 기초로 미리 결정된 연산자를 전자에 적용하는 단계 및 상기 제2 장치가 상기 광자의 벨 타입 상태에 따라 상기 메시지를 기초로 복수의 연산자 중 상기 광자의 양극화 상태에 해당하는 연산자를 상기 전자에 적용하여 상기 광자의 초기 상태를 추정하는 단계를 포함한다.The quantum bell state identification method for achieving the above object comprises the steps of providing a plurality of paths to a plurality of paths after the first device performs polarization of photons, and the first device to determine whether photons exist in each of the plurality of paths. Generating a message indicating a path of a photon and providing it to a second device, applying a predetermined operator to the former based on the message by the second device, and allowing the second device to set the photon's bell type state Accordingly, based on the message, applying an operator corresponding to the polarization state of the photon among the plurality of operators to the electron to estimate the initial state of the photon.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 두 개의 장치 사이에서 반사실적 통신을 이용하여 입자 교환 없이 벨 타입 상태를 식별할 수 있다는 장점이 있다.According to the present invention as described above, there is an advantage in that the bell-type state can be identified without particle exchange by using reflective performance communication between two devices.
도 1은 종래의 양자 네트워크 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자 벨 타입 식별 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2의 제1 장치의 내부 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 양자 벨 상태 식별 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.1 is a view for explaining a conventional quantum network system.
2 is a view for explaining a quantum bell type identification system according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining the internal structure of the first device of FIG. 2.
4 is a flowchart for explaining an embodiment of a method for identifying a quantum bell state according to the present invention.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.The above-described objects, features, and advantages will be described in detail below with reference to the accompanying drawings, and accordingly, a person skilled in the art to which the present invention pertains can easily implement the technical spirit of the present invention. In the description of the present invention, when it is determined that detailed descriptions of known technologies related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, detailed descriptions will be omitted. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals in the drawings are used to indicate the same or similar components.
도 1은 종래의 양자 네트워크 시스템을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a conventional quantum network system.
도 1을 참조하면, 제1 장치(100)는 광 순환기(110), H(V)-QZ 게이트(120), 스위치 미러(130), (140) 및 V(H)-QZ 게이트(150)를 포함한다. Referring to FIG. 1, the
H(V) 상태의 광자는 광 순환기(110)를 통해 H(V)-QZ 게이트(120)에 입력되며, H(V)-QZ 게이트(120)는 M번 실행되는 동안 H(V) 상태의 광자를 변환시켜 광자를 출력한다. The photon in the H (V) state is input to the H (V) -
H(V)-QZ 게이트(120)를 통과한 광자는 스위치 미러(130)의 상태에 따라 (140)에 제공되거나 (140)에 제공되지 않는다. 즉, 광자는 스위치 미러(130)의 상태가 오프 상태이면 광자를 수신하여 (140)에 제공되지만, 스위치 미러(130)의 상태가 온 상태이면 반사되어 (140)에 제공되지 않는다.The photon passing through the H (V) -
이를 위해, 스위치 미러(130)의 초기 상태는 광자를 통과시켜 (140)에 제공하기 위해 오프 상태를 유지하며 광자가 (140)에 제공된 후에 오프 상태에서 온 상태로 변경하여 다음에 수신되는 광자를 반사시켜 (140)에 제공되지 않도록 한다. To this end, the initial state of the
이와 같이, 스위치 미러(130)의 상태가 오프 상태를 유지하기 때문에 다음에 수신되는 광자를 반사시켜 (140)에 제공되지 않으며, 특정 횟수(예를 들어, 3번)의 광자를 반사시킨 후에는 오프 상태에서 온 상태로 변경되어 다음에 수신된 광자를 통과시켜 (140)에 제공한다.As described above, since the state of the
(140)는 광자의 상태에 따라 광자를 통과시켜 V(H)-QZ 게이트(150)에 제공하거나 제공하지 않는다. 즉, (140)는 광자의 상태가 V(H)인 경우 광자를 통과시켜 V(H)-QZ 게이트(150)에 제공하고, 광자의 상태가 H(V)인 경우 광자를 통과시키지 않고 반사시켜 광자가 V(H)를 V(H)-QZ 게이트(150)에 제공되지 않도록 한다. V(H)-QZ 게이트(150)는 N번 실행되는 동안 V(H) 상태의 광자를 변환시켜 광자를 출력하여 제2 장치(200)에 제공한다. Depending on the state of the photon, 140 passes through the photon and provides or does not provide it to the V (H) -
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자 벨 타입 식별 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 2 is a view for explaining a quantum bell type identification system according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 양자 벨 타입 식별 시스템은 제1 장치(100) 및 제2 장치(200)를 포함한다. 제1 장치(100) 및 제2 장치(200)는 벨 타입의 광자 및 전자 쌍을 공유한다. 이때, 전자는 양자 흡수성 물체로서 사용된다. Referring to FIG. 2, the quantum bell type identification system includes a
직교의 벨 타입 상태는 4가지 종류가 있으며 아래의 [수학식 2] 내지 [수학식 5]와 같다.There are four types of orthogonal bell-type states, as shown in [Equation 2] to [Equation 5] below.
(.)*: |pass>e = |0>e = |0>L |1>U , |block>e = |1>e = |1>L |0>U , |H>p = |0>p 및 |V>p = |1>p 의 복합체,(.) *: | pass> e = | 0> e = | 0> L | 1> U, | block> e = | 1> e = | 1> L | 0> U, | H> p = | 0 complex of> p and | V> p = | 1> p,
e: 전자,e: electronic,
P: 광자,P: photon,
L, U: 전자 경로L, U: electron path
변수 a, b, c 및 d는 아래의 [수학식 6] 및 [수학식 7]과 같은 조건을 따르게 된다.The variables a, b, c, and d follow conditions such as [Equation 6] and [Equation 7] below.
전자가 전자 경로 L에 존재하는 경우 전송 채널의 블록킹이 발생하였음을 의미하며, 전자가 전자 경로 U에 존재하는 경우 전송 채널의 블록킹이 발생하지 않았음을 의미한다. When the former exists in the electron path L, it means that blocking of the transmission channel has occurred, and when the former exists in the electron path U, it means that blocking of the transmission channel has not occurred.
즉, [수학식 2] 내지 [수학식 5]에서 |pass>e 는 전자가 전자 경로 U에 존재하여 전송 채널의 블록킹이 발생하지 않았음을 나타내고, |block>e 전자가 전자 경로 L에 존재하여 전송 채널의 블록킹이 발생하였음 나타낸다.That is, in [Equation 2] to [Equation 5], | pass> e indicates that an electron is present in the electron path U and thus blocking of a transmission channel has not occurred, and | block> e electrons exist in the electron path L This indicates that blocking of the transmission channel has occurred.
제1 장치(100)는 광자의 양극화를 실행한 후 복수의 경로에 각각 제공하고, 복수의 경로 각각에 광자가 존재하는지 여부에 따라 상기 광자의 경로를 지시하는 메시지를 생성하여 제2 장치(200)에 제공한다. After performing the polarization of photons, the
일 실시예에서, 제1 장치(100)는 제1 경로 또는 제2 경로에 광자가 존재하는지 여부를 판단하고, 상기 판단 결과에 따라 해당 경로의 디텍터의 종류에 따라 상기 광자의 제1 구성 요소의 상태 및 제2 구성 요소의 상태에 해당하는 메시지를 생성하여 상기 제2 장치(200)에 제공할 수 있다. In one embodiment, the
이러한 제1 장치(100)는 이하의 도 3을 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다. The
제2 장치(200)는 제1 장치(100)로부터 수신된 메시지를 기초로 광자의 초기 상태를 추정한다. 이를 위해, 제2 장치(200)는 메시지를 기초로 미리 결정된 연산자(파울리 연산자 )를 전자에 적용한다. 이때, (파울리 연산자 )의 z는 오퍼레이터이고, m1은 제1 장치(100)로부터 수신된 메시지 중 일부 정보일 수 있다. The
그 후, 제2 장치(200)는 광자의 벨 타입 상태에 따라 메시지를 기초로 복수의 연산자 중 상기 광자의 양극화 상태에 해당하는 연산자를 상기 전자에 적용하여 상기 광자의 초기 상태를 추정한다. Thereafter, the
일 실시예에서, 제2 장치(200)는 광자의 벨 타입 상태가 직교 상태인 경우, 복수의 연산자 중 하나의 연산자를 전자에 적용한 후 광자의 초기 상태를 추정한다. 이때, 복수의 연산자는 [표 2]와 같이 U(m2) ∈ {U1, U2}이고, m2는 메시지 중 나머지 정보를 의미한다. 즉, 제2 장치(200)는 광자의 벨 타입 상태에 따라 U1 또는 U2를 전자에 적용하여 상기 광자의 초기 상태를 추정할 수 있다.In one embodiment, when the bell-type state of the photon is orthogonal, the
다른 일 실시예에서, 제2 장치(200)는 광자의 벨 타입 상태가 비직교 상태인 경우, 미리 결정된 복수의 상태 중 어느 하나의 상태를 광자의 양극화 상태로 정의한다. In another embodiment, when the bell-type state of the photon is a non-orthogonal state, the
그 후, 제2 장치(200)는 최소 에러 상태 차별 방법 U(m2) ∈ {A1, A2}을 전자에 적용한 후, 모호하지 않은 상태 차별 방법 USD U(m2) ∈ {S1, S2}을 전자에 적용하여 광자의 초기 상태를 추정한다.Thereafter, the
도 3은 도 2의 제1 장치의 내부 구조를 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining the internal structure of the first device of FIG. 2.
도 3을 참조하면, 제1 장치(100)는 PBS1(210), H-MCQZ 게이트(220), V-MCQZ 게이트(230), PBS2(240), 빔 분리기(250), PBS3(260) 및 PBS4(270)을 포함한다.Referring to Figure 3, the
제1 장치(100)는 광자의 제1 구성 요소(H)는 통과시키고 제2 구성 요소(V)는 반사시켜 상기 광자의 양극화를 실행한 후, 양극화가 실행된 광자의 경로를 측정하고, 상기 측정 결과에 대응하는 메시지를 생성하여 제2 장치(200)에 제공한다. The
이를 위해, PBS1(210)는 광자의 제1 구성 요소(H)는 통과시키고 광자의 제2 구성 요소(V)는 반사시켜 출력한다. PBS1(210)에서 출력된 제1 구성 요소(H) 및 제2 구성 요소(V)는 각각은 H-MCQZ 게이트(220) 및 V-MCQZ 게이트(230)에 입력되며, H-MCQZ 게이트(220) 및 V-MCQZ 게이트(230) 각각에서 출력된 광자는 PBS2(240) 및 빔 분리기(250)에 제공된다. To this end, PBS 1 (210) passes through the first component (H) of the photon and reflects and outputs the second component (V) of the photon. The first component H and the second component V output from
빔 분리기(250)에서 출력된 광자는 제1 경로(예를 들어, 도 2의 x 경로) 또는 제2 경로(예를 들어, 도 2의 y 경로)에 존재할 수 있다. The photon output from the
만일, 빔 분리기(250)에서 출력된 광자가 제1 경로에 존재하는 경우 전자의 상태는 아래의 [수학식 8]과 같다.If, when the photon output from the
[수학식 8][Equation 8]
한편, 빔 분리기(250)에서 출력된 광자가 제2 경로에 존재하는 경우 전자의 상태는 아래의 [수학식 9]와 같다. On the other hand, when the photon output from the
[수학식 9][Equation 9]
빔 분리기(250)에서 출력된 광자 각각은 제1 경로를 통해 PBS3(260)에 제공되고, 제2 경로를 통해 PBS4(270)에 제공한다. 제1 경로에 있는 PBS3(260)은 광자의 제1 구성 요소(H)는 통과시키고 광자의 제2 구성 요소(V)는 반사시켜 출력한다. Each photon output from the
제1 경로에 있는 PBS3(260)에서 출력된 제1 구성 요소(H)는 더 이상 어느 구성 요소에 제공되지 않고 제1 디텍터(D1)에서 종료되고, 제1 경로에 있는 PBS3(260)에서 출력된 제2 구성 요소(V)는 더 이상 어느 구성 요소에 제공되지 않고 제2디텍터(D2)에서 종료된다.The first component H output from the
제2 경로에 있는 PBS4(270)는 광자의 제1 구성 요소(H)는 통과시키고 광자의 제2 구성 요소(V)는 반사시켜 출력한다. 제2 경로에 있는 PBS4(270)에서 출력된 제1 구성 요소(H)는 더 이상 어느 구성 요소에 제공되지 않고 제3 디텍터(D3)에서 종료되고, 제2 경로에 있는 PBS3(260)에서 출력된 제2 구성 요소(V)는 더 이상 어느 구성 요소에 제공되지 않고 제4디텍터(D4)에서 종료된다.
따라서, 제1 장치(100)는 광자가 제1 경로에 존재하는지 또는 제2 경로에 존재하는지 여부에 따라 광자의 양극화 상태 및 디텍터에 종류에 해당하는 서로 다른 메시지를 생성하여 제2 장치(200)에게 제공한다. Accordingly, the
일 실시예에서, 제1 장치(100)는 광자가 제1 경로(예를 들어, x 경로)에 존재하는 경우 [표 1]을 참조로 제1 경로 상에 존재하는 광자의 양극화 상태 및 디텍터에 종류에 해당하는 메시지를 추출하여 제2 장치(200)에게 제공한다. In one embodiment, when the photon is present in the first path (eg, x path), the
예를 들어, 광자가 x 경로에 존재하고 광자의 양극화 상태가 |H>P이고 디텍터의 종류가 제1 디텍터(D1)인 경우, 메시지 00을 생성하여 제공한다. 다른 예를 들어, 광자가 x 경로에 존재하고 광자의 양극화 상태가 |V>P이고 디텍터의 종류가 제2 디텍터(D2)인 경우, 메시지 01을 생성하여 제공한다.For example, if the photon exists in the x path, the photon polarization state is | H> P, and the type of detector is the first detector D 1 , the message 00 is generated and provided. As another example, if the photon is present in the x path, the photon polarization state is | V> P, and the type of detector is the second detector D 2 , the message 01 is generated and provided.
다른 일 실시예에서, 제1 장치(100)는 광자가 제2 경로에 존재하는 경우 [표 1]을 참조로 제2 경로 상에 존재하는 광자의 양극화 상태 및 디텍터의 종류에 해당하는 메시지를 추출하여 제2 장치(200)에게 제공한다.In another embodiment, when the photon is present in the second path, the
예를 들어, 광자가 y 경로에 존재하고 광자의 양극화 상태가 |H>P이고 디텍터의 종류가 제3 디텍터(D3)인 경우, 메시지 10을 생성하여 제공한다. 다른 예를 들어, 광자가 y 경로에 존재하고 광자의 양극화 상태가 |V>P이고 디텍터의 종류가 제4 디텍터(D4)인 경우, 메시지 11을 생성하여 제공한다.For example, if the photon is present in the y path and the photon polarization state is | H> P and the type of detector is the third detector (D 3 ), a message 10 is generated and provided. As another example, if the photon is present in the y path, the photon polarization state is | V> P, and the type of detector is the fourth detector D 4 , a message 11 is generated and provided.
따라서, 제2 장치(200)는 제1 장치(100)로부터 수신된 메시지 중 일부 정보(예를 들어, m1)를 기초로 미리 결정된 연산자(파울리 연산자 )를 전자에 적용할 수 있다. 이때, 미리 결정된 연산자(파울리 연산자 )의 z는 오퍼레이터이고, m1은 제1 장치(100)로부터 수신된 메시지 중 일부 정보일 수 있다. Accordingly, the
[표 1][Table 1]
상기와 같이, 제2 장치(200)는 제1 장치(100)로부터 수신된 메시지 중 일부 정보(예를 들어, m1)를 기초로 미리 결정된 연산자(파울리 연산자 )를 전자에 적용한 후에 전자의 상태는 [수학식 10] 내지 [수학식 13]과 같다.As described above, the
그 후, 제2 장치(200)는 광자의 벨 타입 상태에 따라 메시지 중 나머지 정보를 기초로 복수의 연산자 중 상기 광자의 양극화 상태에 해당하는 연산자를 상기 전자에 적용하여 상기 광자의 초기 상태를 추정한다.Thereafter, the
이때, 복수의 연산자는 [표 2]와 같이 U(m2) ∈ {U1, U2}이고, m2는 메시지 중 나머지 정보를 의미한다. 즉, 제2 장치(200)는 광자의 벨 타입 상태에 따라 U1 또는 U2를 전자에 적용하여 상기 광자의 초기 상태를 추정할 수 있다.At this time, as shown in [Table 2], a plurality of operators is U (m 2 ) 와 {U1, U2}, and m 2 means the rest of the information in the message. That is, the
[표 2][Table 2]
만일, 제2 장치(200)는 광자의 벨 타입 상태가 직교 상태인 경우, 복수의 연산자 중 하나의 연산자를 수행하고 광자의 초기 상태를 추정한다. 즉, 제2 장치(200)는 제1 장치(100)로부터 수신된 메시지에서 광자의 양극화 상태를 추출하고, [표 2]에서 광자의 양극화 상태에 해당하는 연산자(U(m2))를 선택하여 수행할 수 있다. If the
예를 들어, 제2 장치(200)는 광자의 양극화 상태가 제1 구성 요소(|H>p)인 경우 복수의 연산자 중 연산자 U1을 선택하여 수행할 수 있고, 광자의 양극화 상태가 제2 구성 요소(|V>p)인 경우 연산자 U2를 선택하여 수행할 수 있다.For example, when the polarization state of the photon is the first component (| H> p ), the
상기와 같이, 제2 장치(200)는 광자의 벨 타입 상태가 직교 상태인 경우 광자의 벨 타입 상태에 따라 메시지 중 나머지 정보를 기초로 복수의 연산자 중 상기 광자의 양극화 상태에 해당하는 연산자(U1 또는 U2)를 상기 전자에 적용한 경우, 미리 결정된 연산자(파울리 연산자 )가 적용된 후의 전자 상태를 각각 나타내는 [수학식 10] 내지 [수학식 13]은 하기의 [수학식 14] 내지 [수학식 17]과 같이 변경된다.As described above, when the bell-type state of the photon is in an orthogonal state, the
[수학식 14] 내지 [수학식 17]의 U1 및 U2는 하기의 [수학식 18] 및 [수학식 19]와 같다. U1 and U2 in [Equation 14] to [Equation 17] are as shown in [Equation 18] and [Equation 19] below.
한편, 제2 장치(200)는 광자의 벨 타입 상태가 비직교 상태인 경우, 최소 에러 상태 차별 방법 U(m2) ∈ {A1, A2} 또는 모호하지 않은 상태 차별 방법 USD U(m2) ∈ {S1, S2}를 실행한다. On the other hand, the
일반적인 벨 타입 상태는 4가지 종류가 있으며 아래의 [수학식 20] 내지 [수학식 23]와 같다.There are four general bell-type states, as shown in [Equation 20] to [Equation 23] below.
제2 장치(200)는 제1 장치(100)로부터 수신된 메시지 중 일부 정보(예를 들어, m1)를 기초로 미리 결정된 연산자()를 전자에 적용한 후, [수학식 24] 및 [수학식 25]와 같이 제1 구성 요소(|H>p) 및 제2 구성 요소 (|V>p) 각각에 대해 미리 결정된 복수의 상태 중 어느 하나의 상태를 상기 제1 구성 요소(|H>p)의 상태 및 상기 제2 구성 요소(|V>p)의 상태를 정의한다. The
예를 들어, 제2 장치(200)는 [수학식 24]를 기초로 광자의 제1 구성 요소(|H>p)의 상태를 으로 결정하고 [수학식 25]를 기초로 광자의 |V>p의 상태를 으로 결정할 수 있다.For example, the
다른 예를 들어, 제2 장치(200)는 [수학식 24]를 기초로 광자의 |H>p의 상태를 으로 결정하고 [수학식 25]를 기초로 광자의 |V>p의 상태를 으로 결정할 수 있다. For another example, the
즉, 제2 장치(200)는 광자의 제1 구성 요소(|H>p)의 상태를 또는 으로 결정하거나 광자의 제1 구성 요소(|V>p)의 상태를 또는 으로 결정할 수 있다.That is, the
[수학식 24][Equation 24]
이때, 는 [수학식 20]을 기초로 생성되었으며, 는 [수학식 21]을 기초로 생성되었다.At this time, Was created based on [Equation 20], Was created based on [Equation 21].
[수학식 25][Equation 25]
이때, 는 [수학식 22]을 기초로 생성되었으며, 는 [수학식 23]을 기초로 생성되었다.At this time, Was created based on [Equation 22], Was created based on [Equation 23].
그 후, 제2 장치(200)는 최소 에러 상태 차별 방법 U(m2) ∈ {A1, A2}을 전자에 적용한다. 즉, 제2 장치(200)는 광자의 제1 구성 요소(|H>p)의 상태에 대해서는 [수학식 26]과 같이 U(m2) = A1을 적용하고, 광자의 제2 구성 요소(|V>p)의 상태에 대해서는 [수학식 26]과 같이 U(m2) = A2를 적용한다.Then, the
[수학식 26][Equation 26]
[수학식 26]에서 각각에서 는 하기의 [수학식 27]와 같이 각각의 j에 해당한다.[Equation 26] in each Is corresponding to each j as shown in [Equation 27] below.
[수학식 27][Equation 27]
[수학식 27]에서 는 하기의 [수학식 28]과 같고, 는 하기의 [수학식 29]와 같다. [Equation 27] Is equal to [Equation 28] below, Is as shown in [Equation 29] below.
: 광자의 제1 구성 요소(|H>p)의 상태, : State of the first component of the photon (| H> p ),
: 광자의 제2 구성 요소(|V>p)의 상태 : State of the second component of the photon (| V> p )
[수학식 32][Equation 32]
, ,
: 최적의 사형 측정의 집합 : Set of optimal death penalty measurements
[수학식 33][Equation 33]
[수학식 34][Equation 34]
광자의 상태가 일 때 는 j 번째 출력이 획득될 확률이고, 광자의 초기 상태 추정은 제5 디텍터(D5) 또는 제6 디텍터(D6)에서 [수학식 34]의 1 및 3 또는 2 및 4의 추정 결과로서 출력되어 종료된다. The state of the photon when Is the probability that the j-th output is obtained, and the initial state estimation of the photon is output as the estimation result of 1 and 3 or 2 and 4 of [Equation 34] in the fifth detector (D 5 ) or the sixth detector (D 6 ). And ends.
[수학식 35][Equation 35]
만일, 벨 타입이 직교 상태인 경우 Pinc는 0이 된다. If the bell type is orthogonal, Pinc is 0.
그 후, 제2 장치(200)는 모호하지 않은 상태 차별 방법 USD U(m2) ∈ {S1, S2}을 전자에 적용한다. 즉, 제2 장치(200)는 4가지 종류의 일반적인 벨 타입를 식별하기 위해서 [표 3]과 같이 U (m2) ∈ {S1, S2} 중 하나를 선택한 후 전자에 적용하여 광자의 초기 상태를 추정한다. Thereafter, the
[표 3][Table 3]
즉, 제2 장치(200)는 즉, 제2 장치(200)는 광자의 제1 구성 요소(|H>p)의 상태에 대해서는 USD U(m2) = S1을 적용하고, 광자의 제2 구성 요소(|V>p)의 상태에 대해서는 USD U(m2) = S2를 적용한다. 각각의 USD는 [수학식 36]과 함께3개의 POVM 오퍼레이터 에 의해 실행된다. That is, the
[수학식 36][Equation 36]
I: 식별 연산자,I: identification operator,
i: 광자의 제1 구성 요소(|H>P)를 위해 1 또는 광자의 제2 구성 요소(|V>P)를 위해 2로 설정,i: set to 1 for the first component of the photon (| H> P ) or 2 for the second component of the photon (| V> P ),
: 에 해당하는 POVM 오퍼레이터 : Corresponding POVM operator
, ,
, ,
[수학식 40][Equation 40]
도 4는 본 발명에 따른 양자 벨 상태 식별 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.4 is a flowchart for explaining an embodiment of a method for identifying a quantum bell state according to the present invention.
도 4를 참조하면, 제1 장치(100)는 광자의 양극화를 실행한 후 복수의 경로에 각각 제공한다(단계 S410). Referring to FIG. 4, the
제1 장치(100)는 복수의 경로 각각에 광자가 존재하는지 여부에 따라 상기 광자의 경로를 지시하는 메시지를 생성하여(단계 S415) 제2 장치(200)에 제공한다(단계 S420).The
단계 S420에 대한 일 실시예에서, 제1 장치(100)는 광자가 제1 경로(예를 들어, x 경로)에 존재하는 경우 상기의 [표 1]을 참조로 제1 경로 상에 존재하는 광자의 양극화 상태 및 디텍터에 종류에 해당하는 메시지를 추출하여 제2 장치(200)에게 제공한다. In one embodiment of step S420, the
예를 들어, 광자가 x 경로에 존재하고 광자의 양극화 상태가 |H>P이고 디텍터의 종류가 제1 디텍터(D1)인 경우, 메시지 00을 생성하여 제공한다. 다른 예를 들어, 광자가 x 경로에 존재하고 광자의 양극화 상태가 |V>P이고 디텍터의 종류가 제2 디텍터(D2)인 경우, 메시지 01을 생성하여 제공한다.For example, if the photon exists in the x path, the photon polarization state is | H> P, and the type of detector is the first detector D 1 , the message 00 is generated and provided. As another example, if the photon is present in the x path, the photon polarization state is | V> P, and the type of detector is the second detector D 2 , the message 01 is generated and provided.
단계 S420에 대한 다른 일 실시예에서, 제1 장치(100)는 광자가 제2 경로에 존재하는 경우 [표 1]을 참조로 제2 경로 상에 존재하는 광자의 양극화 상태 및 디텍터의 종류에 해당하는 메시지를 추출하여 제2 장치(200)에게 제공한다.In another embodiment of step S420, when the photon is present in the second path, the
예를 들어, 광자가 y 경로에 존재하고 광자의 양극화 상태가 |H>P이고 디텍터의 종류가 제3 디텍터(D3)인 경우, 메시지 10을 생성하여 제공한다. 다른 예를 들어, 광자가 y 경로에 존재하고 광자의 양극화 상태가 |V>P이고 디텍터의 종류가 제4 디텍터(D4)인 경우, 메시지 11을 생성하여 제공한다.For example, if the photon is present in the y path and the photon polarization state is | H> P and the type of detector is the third detector (D 3 ), a message 10 is generated and provided. As another example, if the photon is present in the y path, the photon polarization state is | V> P, and the type of detector is the fourth detector D 4 , a message 11 is generated and provided.
제2 장치(200)는 상기 메시지를 기초로 미리 결정된 연산자를 전자에 적용한다(단계 S430).The
제2 장치(200)는 광자의 벨 타입 상태에 따라 상기 메시지를 기초로 복수의 연산자 중 상기 광자의 양극화 상태에 해당하는 연산자를 상기 전자에 적용하여 상기 광자의 초기 상태를 추정한다(단계 S440).The
단계 S440에 대한 일 실시예에서, 제2 장치(200)는 광자의 벨 타입 상태가 직교 상태인 경우, 상기 복수의 연산자 중 상기 메시지에서 추출된 상기 광자의 양극화 상태에 따라 상기 제1 구성 요소에 해당하는 연산자 또는 상기 제2 구성 요소에 해당하는 연산자를 상기 전자에 적용하여 상기 광자의 초기 상태를 추정할 수 있다.In one embodiment of step S440, when the bell-type state of the photon is orthogonal, the
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, although the present invention has been described by limited embodiments and drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and modifications from these descriptions will be made by those skilled in the art to which the present invention pertains. Deformation is possible. Accordingly, the spirit of the present invention should be understood only by the claims set forth below, and all equivalents or equivalent modifications thereof will be said to fall within the scope of the spirit of the present invention.
100: 제1 장치
110: 광 순환기
120: H(V)-QZ 게이트
130: 스위치 미러
140:
150: V(H)-QZ 게이트
210: PBS1
220: H-MCQZ 게이트
230: V-MCQZ 게이트
240: PBS2
250: 빔 분리기
260: PBS3
270: PBS4
200: 제2 장치100: first device
110: optical circulator
120: H (V) -QZ gate
130: switch mirror
140:
150: V (H) -QZ gate
210: PBS 1
220: H-MCQZ gate
230: V-MCQZ gate
240: PBS 2
250: beam separator
260: PBS 3
270: PBS 4
200: second device
Claims (5)
상기 제1 장치가 복수의 경로 각각에 광자가 존재하는지 여부에 따라 상기 광자의 경로를 지시하는 메시지를 생성하여 제2 장치에 제공하는 단계;
상기 제2 장치가 상기 메시지를 기초로 미리 결정된 연산자를 전자에 적용하는 단계;
상기 제2 장치가 상기 광자의 벨 타입 상태에 따라 상기 메시지를 기초로 복수의 연산자 중 상기 광자의 양극화 상태에 해당하는 연산자를 상기 전자에 적용하여 상기 광자의 초기 상태를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
양자 벨 상태 식별 방법.
Providing a plurality of paths to the plurality of paths after the first device performs polarization of the photons;
Generating, by the first device, a message indicating a path of the photon according to whether a photon exists in each of the plurality of paths and providing the message to the second device;
Applying, by the second device, a predetermined operator to the former based on the message;
And the second device estimating the initial state of the photon by applying an operator corresponding to the polarization state of the photon among the plurality of operators based on the message according to the bell type state of the photon. Characterized by
Quantum bell state identification method.
상기 광자의 경로를 지시하는 메시지를 생성하여 제2 장치에 제공하는 단계는
상기 제1 장치가 제1 경로 또는 제2 경로에 광자가 존재하는지 여부를 판단하고, 상기 판단 결과에 따라 해당 경로의 디텍터의 종류에 따라 상기 광자의 제1 구성 요소의 상태 및 제2 구성 요소의 상태에 해당하는 메시지를 생성하여 상기 제2 장치에 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
양자 벨 상태 식별 방법.
According to claim 1,
Generating a message indicating the path of the photon and providing it to the second device is
The first device determines whether a photon exists in the first path or the second path, and according to the type of the detector of the corresponding path according to the determination result, the state of the first component and the second component of the photon And generating and providing a message corresponding to the state to the second device.
Quantum bell state identification method.
상기 광자의 초기 상태를 추정하는 단계는
상기 광자의 벨 타입 상태가 직교 상태인 경우, 상기 복수의 연산자 중 상기 메시지에서 추출된 상기 광자의 양극화 상태에 따라 상기 제1 구성 요소에 해당하는 연산자 또는 상기 제2 구성 요소에 해당하는 연산자를 상기 전자에 적용하여 상기 광자의 초기 상태를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
양자 벨 상태 식별 방법.
According to claim 2,
Estimating the initial state of the photon is
When the photon's bell type state is an orthogonal state, the operator corresponding to the first component or the operator corresponding to the second component may be determined according to the polarization state of the photon extracted from the message among the plurality of operators. And applying the former to estimate the initial state of the photon.
Quantum bell state identification method.
상기 광자의 초기 상태를 추정하는 단계는
상기 광자의 벨 타입 상태가 직교 상태인 경우, 상기 제1 구성 요소 및 제2 구성 요소 각각에 대해 미리 결정된 복수의 상태 중 어느 하나의 상태를 상기 제1 구성 요소의 상태 및 상기 제2 구성 요소의 상태로 정의하는 것을 특징으로 하는
양자 벨 상태 식별 방법.
According to claim 2,
Estimating the initial state of the photon is
When the photon's bell type state is an orthogonal state, the state of the first component and the second component of one of a plurality of predetermined states for each of the first component and the second component are Characterized by defining as a state
Quantum bell state identification method.
상기 광자의 초기 상태를 추정하는 단계는
상기 제1 구성 요소 및 상기 제2 구성 요소 각각에 대해 최소 에러 상태 차별 방법 및 모호하지 않은 상태 차별 방법을 전자에 적용하여 광자의 초기 상태를 추정하는 것을 특징으로 하는
양자 벨 상태 식별 방법.The method of claim 4,
Estimating the initial state of the photon is
Characterized in that the initial state of the photon is estimated by applying a minimum error state discrimination method and an unambiguous state discrimination method to the former for each of the first component and the second component
Quantum bell state identification method.
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KR102017839B1 (en) * | 2018-03-26 | 2019-09-03 | 경희대학교 산학협력단 | Method, apparatus and system for analysizing of counterfactual bell states |
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