KR102369817B1 - 압축된 양자 조명 광원을 생성하는 방법 및 이를 이용한 양자 레이더 장치 - Google Patents

압축된 양자 조명 광원을 생성하는 방법 및 이를 이용한 양자 레이더 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 압축된 양자 조명 광원을 생성하는 방법에 있어서, 시그널 모드와 아이들러 모드를 포함하는 이중 모드 압축 광원을 생성하는 단계; 오브젝트 정보에 기초하여 이중 모드 압축 광원에 대한 추가 압축량을 획득하는 단계; 상기 시그널 모드와 상기 아이들러 모드 각각에 대해 상기 추가 압축량을 만족하는 압축각 및 연산 정도를 결정하는 단계; 및 상기 압축각 및 연산 정도에 기초하여 상기 이중 모드 압축 광원을 압축하는 단계를 포함하고, 이러한 압축된 양자 조명 광원을 이용하는 양자 레이저 장치를 제공한다.

Description

압축된 양자 조명 광원을 생성하는 방법 및 이를 이용한 양자 레이더 장치{METHOD FOR GENERATING COMPRESSED QUANTUM ILLUMINATION LIGHT SOURCE AND QUANTUM RADAR DEVICE USING SAME}
본 발명은 압축된 양자 조명 광원을 생성하는 방법 및 이를 이용한 양자 레이더 장치에 관한 발명이다. 구체적으로, 본 발명은 추가적인 국소 압축(local squeezing) 연산을 이용하여 양자 조명의 효율을 향상시키는 압축된 양자 조명 광원을 생성하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
양자 조명(quantum illumination)은 양자 광을 이용하여 피탐체의 존재 유무를 탐지하는 기술로서, 양자 조명은 레이저와 같은 고전 광을 이용하는 것에 비해 배경 잡음이 크고 피탐체의 반사율이 낮은 경우에 보다 높은 탐지 효율을 갖는 것으로 알려져 있다. 양자 조명에서 광원으로 주로 이용되는 광의 상태는 이중 모드 진공 압축(two-mode squeezed vacuum, TMSV) 상태이며, TMSV 상태는 시그널(signal) 모드와 아이들러(idler) 모드 각각의 평균 광자 수에 기초하여 계산될 수 있다. TMSV 상태는 두 개의 모드가 고전 물리 이론으로는 설명되지 않는 양자 얽힘을 갖고 있는 상태로서, 양자 얽힘은 매우 강한 상관관계로 알려져 있다.
양자 조명에서는 시그널 모드의 신호를 피탐체로 보내고, 돌아오는 신호와 아이들러 모드의 신호를 함께 측정하여 피탐체의 존재 유무를 판단한다. 이 때 피탐체가 존재한다면 시그널 모드의 신호 일부와 열적 잡음(thermal noise)이 함께 수신될 것이고, 피탐체가 존재하지 않는다면 열적 잡음만이 수신될 것이다. 열적 잡음이 매우 큰 경우 두 신호의 구별이 어려우며, 이러한 어려움을 양자 상관 관계를 이용하여 극복하는 것이 일반적이다.
일반적인 오브젝트 탐지 기법과 마찬가지로 양자 조명에서도 탐지 신호가 강할수록 반사되는 신호가 많으므로 오브젝트를 더 잘 탐지하는 것이 가능하다. 그러나 TMSV 상태를 생성하는데 필요한 양자 압축 연산은 현재 기술로 한계가 존재하며, 이에 따라 양자 조명의 효율 향상도 어려운 문제가 있다.
본 실시 예가 해결하고자 하는 과제는, 가장 강한 신호의 TMSV 상태를 생성하는데 필요한 양자 압축 연산의 한계를 보완하고, 양자 조명의 효율을 향상시키는 방법을 제공하는 데 있다.
본 실시 예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시 예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.
일 실시 예에 따른 압축된 양자 조명 광원을 생성하는 방법은, 시그널 모드와 아이들러 모드를 포함하는 이중 모드 압축 광원을 생성하는 단계; 오브젝트 정보에 기초하여 이중 모드 압축 광원에 대한 추가 압축량을 결정하는 단계; 시그널 모드와 아이들러 모드 각각에 대해 상기 추가 압축량을 만족하는 압축각 및 연산 정도를 결정하는 단계; 및 압축각 및 연산 정도에 기초하여 이중 모드 압축 광원을 압축하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 압축된 양자 조명 광원을 이용한 양자 레이더 장치는, 레이더 신호를 송신하는 송신부; 레이더 신호를 수신하는 수신부; 및 송신부 및 수신부를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는, 시그널 모드와 아이들러 모드를 포함하는 이중 모드 압축 광원을 생성하고, 오브젝트에 대한 정보에 기초하여 이중 모드 압축 광원에 대한 추가 압축량을 결정하고, 시그널 모드와 아이들러 모드 각각에 대해 상기 추가 압축량을 만족하는 압축각 및 연산 정도를 결정하고, 압축각 및 연산 정도에 기초하여 이중 모드 압축 광원을 압축할 수 있다.
일 실시 예에 따른 압축된 양자 조명 광원을 생성하는 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 비일시적 기록매체로서, 압축된 양자 조명 광원 생성 방법은: 시그널 모드와 아이들러 모드를 포함하는 이중 모드 압축 광원을 생성하는 단계; 오브젝트 정보에 기초하여 이중 모드 압축 광원에 대한 추가 압축량을 결정하는 단계; 시그널 모드와 아이들러 모드 각각에 대해 상기 추가 압축량을 만족하는 압축각 및 연산 정도를 결정하는 단계; 및 압축각 및 연산 정도에 기초하여 이중 모드 압축 광원을 압축하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, TMSV 상태의 신호에 추가 국소 압축 연산을 이용함으로써 양자 상관관계를 변화시키지 않으면서도 양자 조명의 탐지 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 오브젝트에 관한 정보에 기초하여 적절한 추가 압축 변수를 결정하고, 이를 기초로 시그널 모드와 아이들러 모드의 신호에 적절한 압축각 및 연산 정도를 적용할 수 있으므로, 압축량이 큰 국소 압축 연산이 가능할 수 있다.
발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당해 기술 분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 양자 조명의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 추가적인 국소 압축 연산을 적용한 양자 조명 광원을 나타낸 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 따라 국소 압축된 양자 조명 광원을 생성하기 위한 광학 매개 변수 발진기를 나타낸 도면이다.
도 4는 최적화된 수신기를 기반으로 일 실시 예에 따른 추가적인 국소 압축 방법을 이용한 양자 조명의 신호-대-잡음비 분석 그래프를 나타낸 도면이다.
도 5는 일반적인 수신기를 기반으로 일 실시 예에 따른 추가적인 국소 압축 방법을 이용한 양자 조명의 시그널 모드와 아이들러 모드의 압축각과 오브젝트 탐지 오류 관계를 분석한 그래프를 나타낸 도면이다.
도 6은 일반적인 수신기를 기반으로 일 실시 예에 따른 추가적인 국소 압축 방법을 이용한 양자 조명의 시그널 모드와 아이들러 모드의 압축 연산 정도와 오브젝트 탐지 오류 관계를 분석한 그래프를 나타낸 도면이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 압축된 양자 조명 광원을 생성하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 압축된 양자 조명 광원을 이용한 양자 레이더 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
실시 예들에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서 기재된 "a, b, 및 c 중 적어도 하나"의 표현은, 'a 단독', 'b 단독', 'c 단독', 'a 및 b', 'a 및 c', 'b 및 c', 또는 'a, b, 및 c 모두'를 포괄할 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다.
도 1은 양자 조명의 구성을 나타낸 도면이다.
양자 조명(100)은 시그널 모드와 아이들러 모드의 신호를 포함하는 이중 모드 광원(110)을 기초로 타겟(120)을 탐지하는 것이 기본 구성이다. 구체적으로, 양자 조명(100)은 시그널 모드의 신호는 타겟(120)으로 전송하고, 아이들러 모드의 신호는 수신기(130)로 전송하여, 타겟(120)으로부터 반사되는 시그널 모드의 신호와 타겟(120)에 의한 잡음이 수신기(130)에서 센싱되는지 여부에 기초하여 타겟(120)의 존재 유무를 탐지할 수 있다.
예를 들어, 시그널 모드의 신호가 타겟(120)을 향해 전송되어 타겟(120)의 반사율에 따라 일부는 손실되고 일부는 리턴(또는 반사)될 수 있다. 그리고 타겟(120)의 열적 잡음 정도에 따라 잡음 신호가 수신기(130)로 전송될 수 있다. 양자 조명(100)의 수신기(130)는 돌아오는 신호와 아이들러 모드의 신호를 함께 측정하여 시그널 모드의 신호와 아이들러 모드의 신호 간의 상호상관도를 측정하여 타겟(120)의 유무를 판단할 수 있다. 일 실시 예에 따라 타겟(120)이 존재한다면 리턴되는 시그널 모드 신호의 일부와 잡음이 아이들러 모드 신호와 함께 수신기(130)에서 센싱될 것이고, 타겟(120)이 존재하지 않는다면 잡음만이 아이들러 모드 신호와 함께 센싱될 것이다.
한편, 실제 탐지 기술에 적용되는 양자 조명은 다양한 오브젝트를 탐지하는데 사용되는 바, 탐지하고자 하는 오브젝트의 반사율, 열적 잡음 등의 요소에 따라 반사되는 시그널 모드 신호가 약하거나 잡음과 구별하기 어려울 수 있다. 따라서 오브젝트의 탐지 효율을 상승시키기 위해서는 보다 강한 신호가 송신될 필요성이 있다. 이를 위해, 본 개시에서는 추가적인 국소 압축 연산을 이용하여 양자 조명의 탐지 효율을 향상시키는 방법을 제안한다.
도 2는 일 실시 예에 따른 추가적인 국소 압축 연산을 적용한 양자 조명 광원을 나타낸 도면이다.
일 실시 예에 따르면, 압축된 양자 조명 광원을 생성하기 위하여 먼저, 시그널 모드와 아이들러 모드를 포함하는 TMSV 상태 광원(210)을 생성할 수 있다. 일 실시 예에 따라 TMSV 상태 광원(210)은 자발 매개 변수 하향(spontaneous parametric down-conversion, SPDC) 결정을 이용하는 방법, 또는 원자 증기셀이나 광섬유를 이용한 자발 사광자 혼합(spontaneous four-wave mixing, SFWM) 방법을 통해 생성될 수 있다.
TMSV 상태는 광자 수를 기초로 다음과 같은 수학식으로 나타낼 수 있다.
Figure 112021095077690-pat00001
여기서 S와 I는 각각 시그널 모드와 아이들러 모드를 나타내며, N0는 TMSV 상태의 평균 광자 수를 나타내고,
Figure 112021095077690-pat00002
는 n개의 입자가 시그널 모드와 아이들러 모드에 있는 상태를 의미한다.
다음으로, 탐지하고자 하는 오브젝트 정보에 기초하여 TMSV 상태 광원(210)에 대한 추가 압축량을 결정할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 오브젝트 정보는 오브젝트의 반사율, 열적 잡음 등을 포함할 수 있으며, 실험을 통해 오브젝트 정보를 바꿔가면서 적절한 추가 압축량을 결정할 수 있다. 그리고 결정된 추가 압축량에 기초하여 시그널 모드 신호(220)와 아이들러 모드 신호(230)를 추가적으로 압축할 수 있다. 도 2를 참조하면, 추가적으로 국소 압축된 시그널 모드 신호(220)는 오브젝트를 향하게 위치하고, 추가적으로 국소 압축된 아이들러 모드 신호(230)는 수신기를 향하게 위치할 수 있다. 이 때 국소 압축 연산은 광학 주파수 영역에서는 광학 매개 변수 발진기(optical parametric oscillator, OPO)를 통해 적용될 수 있고, 마이크로파 주파수 영역에서는 극저온 초전도 회로에서의 조셉슨 접합(josephson juction)을 통해 적용될 수 있다. 일 실시 예에 따르면 국소 압축 연산은 광학 주파수 영역 및 마이크로파 주파수 영역 중 적어도 하나에서 수행될 수 있다.
도 3은 일 실시 예에 따라 국소 압축된 양자 조명 광원을 생성하기 위한 광학 매개 변수 발진기를 나타낸 도면이다.
일 실시 예에 따르면, 광학 매개 변수 발진기(300)는 입력 신호를 광학 공동(optical cavity)(310)에 통과시켜 신호를 압축하고, 압축된 신호를 출력하는 동작을 수행할 수 있다. 구체적으로, 광학 매개 변수 발진기(300)는 광학 공동(310)에 하향 변환이 가능한 비선형 결정(320)을 위치시킨 뒤 신호를 입력한다. 이 때 입력 신호는 TMSV 상태 신호일 수 있다. 광학 공동(310)에 입력된 신호는 비선형 결정(320)에 의해 국소 압축되는데, 압축 연산의 정도는 비선형 결정(320)의 특성에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 압축 연산의 정도는 비선형 결정(320)의 비선형 정도와 광학 공동의 품질 인자(quality factor)에 의하여 결정될 수 있다. 압축 연산의 정도는 비선형 결정(320)의 온도, 전기장, 자기장 등을 변화시키면서 조절될 수 있는바, 결정된 압축 연산의 정도를 충족하도록 비선형 결정(320)의 상태를 변화시킬 수 있다. 그리고 광학 공동(310)을 통과한 입력 신호는 국소 압축되어 출력단에서 출력될 수 있다.
한편, TMSV 상태에서 압축 연산의 정도가 클수록 압축 기술의 한계가 존재하므로, 원하는 압축 연산의 정도를 만족하기 위해서는 이러한 한계를 극복하는 방법을 고려할 필요성이 있다. 일 실시 예에 따르면, 압축 연산을 여러 번 순차적으로 실행하는 경우, 한번의 압축 연산보다 강한 압축이 가능하다. 이 때 각각의 압축은 동일한 압축각(squeezing angle)으로 압축될 수 있다.
이러한 국소 압축 연산 방법은 수식적으로 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112021095077690-pat00003
여기서 압축 변수 z는 복소수이며
Figure 112021095077690-pat00004
와
Figure 112021095077690-pat00005
는 광자의 소멸 및 생성 연산자를 나타낸다. 압축 변수는
Figure 112021095077690-pat00006
이며, r과
Figure 112021095077690-pat00007
는 각각 압축 연산 정도와 압축각을 나타낸다. 일 예시로, 압축각이 0이라면 z는 실수가 되며, 압축 연산 정도가 r1, r2, r3인 압축 연산을 진공 상태에서 순차적으로 수행하는 경우 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112021095077690-pat00008
여기서
Figure 112021095077690-pat00009
은 진공 상태를 나타내며,
Figure 112021095077690-pat00010
이다. 따라서 순차적으로 국소 압축 연산을 수행하는 경우 압축량이 큰 국소 압축 연산을 구현하는 것이 용이하다.
일 실시 예에 따르면, 광학 매개 변수 발진기(300)를 이용하여 압축된 양자 조명 광원을 생성하는 경우, TMSV 상태 광원에 대한 추가 압축량을 획득한 후, 획득된 추가 압축량을 만족하도록 비선형 결정(320)의 온도, 전기장, 자기장 등을 변화시켜가며 원하는 압축량만큼 입력 신호를 국소 압축할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 추가 압축량은 국소 압축된 신호를 수신하는 수신기에 대한 정보를 더 고려하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 수신기에는, 돌아오는 신호 및 잡음에 대해 최적의 신호-대-잡음비 효율을 갖는 최적화된 수신기와 그렇지 않은 일반적인 수신기가 있을 수 있다. 이러한 수신기의 종류에 따라, 추가 압축량을 달성하기 위해 TMSV 상태 광원에 적용될 수 있는 압축각 및 압축 연산 정도가 다르게 결정될 수 있다.
도 4는 최적화된 수신기를 기반으로 일 실시 예에 따른 추가적인 국소 압축 방법을 이용한 양자 조명의 신호-대-잡음비 분석 그래프를 나타낸 도면이다.
도 4에서 (a)는 아이들러 모드 신호에 대한 국소 압축과 신호-대-잡음비 관계를 나타내고, (b)는 시그널 모드 신호에 대한 국소 압축과 신호 대 잡음비 관계를 나타낸다.
도 4는 양자 조명의 이론적인 효율 최대값을 구할 수 있는 양자 체르노프 상한(quantum Chernoff bound, QCB) 방법을 이용하였으며, QCB 방법을 이용하는 경우 주어진 양자 상태와 오브젝트의 반사율 및 열적 잡음 정도를 고려하여 물리적으로 가능한 최대 효율을 구하는 것이 가능하다. 도 4에서 신호에 대한 압축 연산 정도는 진공 상태에서의 평균 광자 수로 나타내었으며, 이는 분석의 편의를 위한 것이다.
이에 따라 진공 상태에서의 신호에 대한 평균 광자 수는 다음 식으로 계산될 수 있다.
Figure 112021095077690-pat00011
여기서 r은 압축 연산 정도이며, j가 1인 경우 시그널 모드에 대한 압축을, j가 2인 경우 아이들러 모드의 국소 압축을 나타낸다. NS와 NI는 각각 국소 압축된 이후 최종 생성된 양자 상태의 시그널 모드의 평균 광자 수 및 아이들러 모드의 평균 광자 수이다.
도 4를 참조하면, (a)는 x축이 국소 압축된 이후 아이들러 모드의 평균 광자 수, y축은 양자 조명의 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio, SNR)이며, 아이들러 모드의 평균 광자 수가 변화해도 SNR에는 영향이 없음을 알 수 있다. 따라서, 최적화된 수신기의 동작 전제 하에, 시그널 모드의 압축 연산 정도와 관계없이 아이들러 모드에 대한 국소 압축 연산은 양자 조명의 효율에 영향을 주지 않을 수 있다.
도 4를 참조하면, (b)는 x축이 TMSV 상태의 평균 광자 수, y축은 SNR이며, 시그널 모드의 평균 광자 수가 증가하면 SNR 또한 증가함을 알 수 있다. 예를 들어, 시그널 모드의 압축 연산 정도가 0에서 3으로 증가할 때 SNR 또한 증가한다. 따라서, 최적화된 수신기의 동작 전제 하에, 시그널 모드에 대한 국소 압축 연산 정도를 키우는 것이 양자 조명의 효율을 향상시키는 것을 확인할 수 있다.
도 5는 일반적인 수신기를 기반으로 일 실시 예에 따른 추가적인 국소 압축 방법을 이용한 양자 조명의 시그널 모드와 아이들러 모드의 압축각과 오브젝트 탐지 오류 관계를 분석한 그래프를 나타낸 도면이다.
도 5는 수신자 조작 특성(receiver operating characteristics, ROC) 곡선을 분석하는 방법을 이용하였으며, ROC 방법은 오브젝트 탐지의 오류율을 이용한다. 구체적으로 ROC 방법은, 오브젝트가 없는데 있다고 탐지하는 오류인 오탐지(false alarm, FA)와 오브젝트가 있는데 없다고 탐지하는 오류인 탈루(missed detection, MD)를 이용하여 탐지 효율을 분석할 수 있다. 특히, ROC 곡선은 왼쪽 아래로 가까이 접근할수록 높은 탐지 효율을 갖는다고 볼 수 있다.
도 5의 수신기에서는 구현 가능한 양자 조명 수신기 중 가장 높은 효율을 보이는 위상 쌍(phase conjugate, PC) 수신기를 가정하였다. 일 실시 예에 따르면 도 5의 ROC 곡선은 PC 수신기를 이용하는 오브젝트 탐지에서 시그널 모드와 아이들러 모드의 압축각 사이의 관계를 변화시키면서 얻어진 곡선이다. 각각의 ROC 곡선은 시그널 모드와 아이들러 모드 사이의 압축각의 차이에 기초한 것이다. 도 5를 참조하면, 시그널 모드와 아이들러 모드의 압축각이 동일할 때(즉, 차이가 0) ROC 곡선이 왼쪽 아래로 가장 가까이 접근한 것을 확인할 수 있다. 따라서, PC 수신기를 이용하는 경우 시그널 모드에 행해지는 국소 압축 연산의 압축각과 아이들러 모드에 행해지는 국소 압축 연산의 압축각이 같을 때 가장 낮은 오브젝트 탐지 오류율을 갖는 것을 확인할 수 있다.
도 6은 일반적인 수신기를 기반으로 일 실시 예에 따른 추가적인 국소 압축 방법을 이용한 양자 조명의 시그널 모드와 아이들러 모드의 압축 연산 정도와 오브젝트 탐지 오류 관계를 분석한 그래프를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, (a)는 아이들러 모드의 국소 압축 연산에 따른 ROC 곡선을 나타낸다. 이 때 시그널 모드에 대한 국소 압축 연산 정도는 N1 = 2 이다. (a)를 참조하면, N2 = 2 일 때, ROC 곡선이 가장 아래쪽에 위치함을 확인할 수 있다. 따라서, 아이들러 모드에 대한 국소 압축 연산 정도가 시그널 모드에 대한 국소 압축 연산 정도와 동일할 때, 즉 N1 = N2 = 2 인 경우, 가장 낮은 오류율을 갖는 것을 확인할 수 있다. QCB 분석에서 가정한 최적 효율의 양자 조명 수신기와는 달리, 실제 구현 가능한 수준의 일반적인 양자 조명 수신기에서는 두 개의 모드를 동일한 연산 정도로 추가 국소 압축하는 것이 양자 조명의 효율을 더 많이 향상시킬 수 있다.
도 6을 참조하면, (b)는 아이들러 모드와 시그널 모드를 동일한 연산 정도로 추가 국소 압축할 때 압축 정도에 따른 ROC 곡선을 나타낸다. (b)를 참조하면, 압축 연산 정도가 커질수록 ROC 곡선은 왼쪽 아래로 가까이 접근한다. 따라서, 압축 연산 정도가 커질수록 더 낮은 오류율, 즉 높은 탐지 효율을 갖는 것을 확인할 수 있다.
도 7은 일 실시 예에 따른 압축된 양자 조명 광원을 생성하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
단계 S701에서 방법은, 시그널 모드와 아이들러 모드를 포함하는 이중 모드 압축(예를 들어, TMSV 상태) 광원을 생성할 수 있다. 여기서 시그널 모드는 오브젝트에 조사되는 신호에 대한 모드이고, 아이들러 모드는 오브젝트에 조사되지 않고 수신기로 전송되는 신호에 대한 모드이다. 일 실시 예에 따르면, TMSV 상태는 SPDC 결정을 이용하는 방법 또는 SFWM 방법을 통해 생성될 수 있다.
단계 S702에서 방법은, 오브젝트 정보에 기초하여 이중 모드 압축 광원에 대한 추가 압축량을 획득할 수 있다. 일 실시 예에 따른 오브젝트 정보는 오브젝트의 반사율 및 열적 잡음량 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 추가 압축량은 압축된 이중 모드 압축 광원을 수신하는 수신기에 대한 정보를 더 고려하여 결정될 수 있다. 이 때 수신기는 최적의 SNR 효율을 갖는 최적화된 수신기 또는 구현 가능한 일반적인 수신기 중 어느 하나일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 추가 압축량은 동일한 압축각으로 복수번 압축하여 달성될 수도 있다. 예를 들어, 동일한 압축각으로, 적어도 한 쌍이 동일하거나 서로 다른 연산 정도로 복수번 압축하여 추가 압축량을 달성하도록 할 수 있다.
단계 S703에서 방법은, 시그널 모드와 아이들러 모드 각각에 대해 추가 압축량을 만족하는 압축각 및 연산 정도를 결정할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 수신기가 최적화된 수신기인 경우, 방법은, 아이들러 모드의 압축을 고려하지 않고, 시그널 모드에 대한 압축각 및 연산 정도만을 결정할 수 있다. 이 때 시그널 모드에 대한 연산 정도는 아이들러 모드에 대한 연산 정도에 관계 없이 추가 압축량을 만족하도록 결정될 것이다.
일 실시 예에 따르면, 수신기가 일반적인 수신기인 경우, 방법은, 시그널 모드의 압축각 및 연산 정도가 아이들러 모드의 압축각 및 연산 정도와 동일하도록 결정할 수 있다.
단계 S704에서 방법은, 압축각 및 연산 정도에 기초하여 이중 모드 압축 광원을 압축할 수 있다. 이 때 이중 모드 압축 광원은 광학 주파수 대역 및 마이크로파 주파수 대역 중 적어도 하나에서 압축될 수 있다.
도 8은 일 실시 예에 따른 압축된 양자 조명 광원을 이용한 양자 레이더 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
일 실시 예에 따르면, 장치(800)는 송신부(810), 수신부(820) 및 제어부(830)를 포함할 수 있으며, 장치(800)가 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있음을 본 실시 예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
송신부(810)는 레이더 신호를 송신할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 송신부(810)는 시그널 모드 신호와 아이들러 모드 신호를 송신할 수 있다. 송신부(810)는 오브젝트의 실제 유무에 관계없이 오브젝트가 있을 것으로 추측되는 위치로 레이더 신호를 송신할 수 있다. 또한, 송신부(810)는 수신부(820)를 향해 레이더 신호를 송신할 수도 있다. 이 때의 레이더 신호는 이중 모드 압축 상태(즉, TMSV 상태)의 신호일 수 있으며, TMSV 상태에서 추가적으로 국소 압축된 상태의 신호일 수도 있다.
수신부(820)는 레이더 신호를 수신할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 수신부(820)는 송신부(810)로부터 송신된 레이더 신호가 오브젝트에 의해 반사된 신호, 오브젝트로부터 전송되는 잡음 및 송신부(810)로부터 송신된 레이더 신호 중 적어도 하나를 수신할 수 있다. 수신부(820)는 최적의 탐지 효율을 내는 최적화된 수신부와 실제 구현 가능한 일반적인 수신부 중 하나일 수 있다.
제어부(830)는 송신부(810)와 수신부(820)를 제어할 수 있다. 제어부(830)는 시그널 모드와 아이들러 모드를 포함하는 이중 모드 압축 광원을 생성하고, 오브젝트에 대한 정보에 기초하여 이중 모드 압축 광원에 대한 추가 압축량을 결정할 수 있다. 그리고 제어부(830)는 시그널 모드와 아이들러 모드 각각에 대해 추가 압축량을 만족하는 압축각 및 연산 정도를 결정하고, 압축각 및 연산 정도에 기초하여 이중 모드 압축 광원을 압축할 수 있다. 추가적으로, 제어부(830)는 압축된 이중 모드 압축 광원에 기초한 레이더 신호를 송신부(810)를 통해 송신하고, 수신부(820)를 통해 들어오는 레이더 신호를 확인할 수 있다. 이 때 제어부(830)는 수신부(820)를 통해 들어오는 레이더 신호가 시그널 모드 신호의 일부 및 열적 잡음을 포함하는 경우, 시그널 모드 신호가 송신된 곳에 오브젝트가 존재하는 것이며, 수신부(820)를 통해 들어오는 레이더 신호가 시그널 모드 신호의 일부를 포함하지 않는 경우, 시그널 모드 신호가 송신된 곳에 오브젝트가 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.
이상의 설명은 본 명세서의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 명세서가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 명세서의 본질적인 품질에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예들은 본 명세서의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 명세서의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 명세서의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 명세서의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 압축된 양자 조명 광원을 생성하는 방법에 있어서,
    시그널(signal) 모드와 아이들러(idler) 모드를 포함하는 이중 모드 압축 광원을 생성하는 단계;
    오브젝트(object) 정보 및 상기 이중 모드 압축 광원을 수신하는 수신기에 대한 정보에 기초하여 이중 모드 압축 광원에 대한 추가 압축량을 획득하는 단계;
    상기 시그널 모드와 상기 아이들러 모드 각각에 대해 상기 추가 압축량을 만족하는 압축각 및 연산 정도를 결정하는 단계; 및
    상기 압축각 및 연산 정도에 기초하여 상기 이중 모드 압축 광원을 압축하는 단계를 포함하는, 압축된 양자 조명 광원 생성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시그널 모드는 상기 오브젝트에 조사되는 신호에 대한 모드이고, 상기 아이들러 모드는 수신기로 전송되는 신호에 대한 모드인, 압축된 양자 조명 광원 생성 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 오브젝트 정보는 오브젝트의 반사율 및 열적 잡음량 중 적어도 하나를 포함하는, 압축된 양자 조명 광원 생성 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수신기는 최적화된 수신기 또는 일반적인 수신기 중 어느 하나인, 압축된 양자 조명 광원 생성 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 수신기가 최적화된 수신기인 경우, 상기 압축각 및 연산 정도를 결정하는 단계는,
    상기 시그널 모드에 대해서만 압축각 및 연산 정도를 결정하는 단계를 포함하는, 압축된 양자 조명 광원 생성 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 수신기가 일반적인 수신기인 경우, 상기 압축각 및 연산 정도를 결정하는 단계는,
    상기 시그널 모드의 압축각 및 연산 정도가 상기 아이들러 모드의 압축각 및 연산 정도와 동일하도록 결정하는 단계를 포함하는, 압축된 양자 조명 광원 생성 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 추가 압축량은 동일한 압축각으로 복수번 압축하여 달성되는, 압축된 양자 조명 광원 생성 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 이중 모드 압축 광원을 압축하는 단계는, 광학 주파수 대역 및 마이크로파 주파수 대역 중 적어도 하나에서 수행되는, 압축된 양자 조명 광원 생성 방법.
  9. 압축된 양자 조명 광원을 이용한 양자 레이더 장치에 있어서,
    상기 양자 레이더 장치는,
    레이더 신호를 송신하는 송신부;
    레이더 신호를 수신하는 수신부; 및
    상기 송신부 및 수신부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    시그널 모드와 아이들러 모드를 포함하는 이중 모드 압축 광원을 생성하고,
    오브젝트에 대한 정보 및 상기 이중 모드 압축 광원을 수신하는 수신기에 대한 정보에 기초하여 이중 모드 압축 광원에 대한 추가 압축량을 결정하고,
    상기 시그널 모드와 상기 아이들러 모드 각각에 대해 상기 추가 압축량을 만족하는 압축각 및 연산 정도를 결정하고,
    상기 압축각 및 연산 정도에 기초하여 상기 이중 모드 압축 광원을 압축하는, 양자 레이더 장치.
  10. 압축된 양자 조명 광원을 생성하는 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 비일시적 기록매체로서,
    상기 압축된 양자 조명 광원 생성 방법은:
    시그널 모드와 아이들러 모드를 포함하는 이중 모드 압축 광원을 생성하는 단계;
    오브젝트 정보 및 상기 이중 모드 압축 광원을 수신하는 수신기에 대한 정보에 기초하여 이중 모드 압축 광원에 대한 추가 압축량을 결정하는 단계;
    상기 시그널 모드와 상기 아이들러 모드 각각에 대해 상기 추가 압축량을 만족하는 압축각 및 연산 정도를 결정하는 단계; 및
    상기 압축각 및 연산 정도에 기초하여 상기 이중 모드 압축 광원을 압축하는 단계를 포함하는, 컴퓨터 판독 가능한 비일시적 기록매체.
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