KR20000064664A - 상관된양자상태확률분포의제어 - Google Patents

Abstract

상관 양자체 쌍 중 하나의 양자체(S2 또는 I1)의 양자 상태 확률 분포를 제어하기 위한 방법 및 장치가 개시된다. 본 방법은 균일한 양자 상태 확률 분포를 각각 가진 한 쌍의 상관된 양자체를 제공하는 단계, 상기 한 쌍의 상관된 양자체 중 한 양자체의 양자 상태 확률 분포를 제어하여 상기 한 쌍의 상관된 양자체 중 다른 양자체의 관측 가능한 양자 상태의 확률 분포를 선택하기 위한 제어 수단을 제공하는 단계, 상기 제어 수단을 사용하여 상기 다른 양자체의 양자 상태의 확률 분포를 선택하는 단계; 상기 다른 양자체의 양자 상태를 관측할 것인지의 여부를 선택하는 단계, 및 상기 한 쌍의 상관된 양자체 중 상기 하나의 양자체의 양자 상태를 순차적으로 관측하여 상기 하나의 양자체의 상기 준비된 양자 상태 확률 분포가 상기 다른 양자체의 양자 상태의 관측에 의해 변경되었는지를 판정하는 단계를 포함한다

Description

상관된 양자 상태 확률 분포의 제어

어떤 환경에서는, 상관된 편광을 가진 광량자 쌍들을 방출하도록 특정 원소들 및 비선형 하향 변환 결정이 여기될 수 있으며, 소스의 특성에 따라 상관된 광량자 쌍들의 선형 편광이 서로 항상 90도를 이루거나 서로 항상 평행하다는 것이 애스펙스 등에 의해 입증되었다. 광량자는 개별적인 스트림으로 제공될 수 있는데, 각각의 스트림 내의 각각의 쌍 중 어느 하나 또는 각각의 광량자는 어느 한 스트림에서 발견될 확률이 같다. 또한, 어떤 조건에서는 임의의 선정된 선형 편광 방향을 가진 광량자들이 방출되는 것이 아니라, 광량자들의 편광 상태는 광량자들 중 한 광량자의 편광을 측정할 때에만 정해진다는 것이 확실히 입증되었다. 따라서, 수직 편광 상관 관계를 고려할 때, 측정 전에 두 광량자가 떨어진 거리에 관계없이 하나의 광량자가 수직 편광된 것으로 측정된 경우, 이때 다른 광량자는 수평 편광된다. 두 광량자의 편광 상태는 100% 서로 얽히게 되는데, 한 광량자의 편광 상태의 측정은 다른 광량자의 편광 상태를 결정짓지만, 측정 전에는 이들의 편광 상태는 미정 상태이다. 기본적으로, 두 광량자는 동일한 물체의 일부여서, 이들이 서로 얼마나 멀리 떨어져 이동하고 있는가에 관계 없이, 한 광량자의 성질을 바꾸면 다른 광량자의 성질을 포함하여 전체 객체의 성질이 즉시 바뀌게 된다. 애스펙트 등의 실험은 상관된 광량자들의 편광이 비국부적이어서 편광이 방출시에 미리 결정되는 것이 아니라 이들 중 하나를 관측하는 순간에 특정 상태로 압축된다는 사실을 양자 이론가들에게 납득시켰다. A. Aspect, P. Grangier and G. Roger, Phys. Lett. 47, 460 (1981) and 49, 91 (1982); A. Aspect, J. Dalibard and G. Roger, Phys. Lett. 49, 1804 (1982); Z. Y. Ou and L. Mandel, Phys. Lett. 61, 50 (1988) and 61, 54 (1988) 참조.

여러 양자 이론가들 및 실험가들은 상관된 소립자들의 비국부성 효과가 정보를 전송하기 위한 토대로 사용될 수 있는지에 대한 과제를 해결하려고 노력하여 왔다. 애스펙트 등의 공표된 결론은 그것이 불가능하다고 단정했다. Baggott, Jim, The Meaning of Quantum Theory, Oxford Science Publications, Oxford University Press, 1992, pp. 148-150; P. Everhardt and R. Ross, Found. Phys. Lett., 2, 127 (1989) 참조. 그 논리는 각각의 편광자를 통한 상관된 양자들의 스트림의 통과율은 항상 임의적으로 나타날 것이라는 것이다. 임의적이 아닌 것은 두 광량자간의 편광의 상관 관계이다. 수신기는 송신자의 광량자의 상태를 알 수 없기 때문에 자신이 수신하는 광량자들로부터 정보를 수집할 수 없다. 따라서, 신호와 잡음이 동일한 크기를 갖게 된다.

이러한 결론은 보편적으로 타당하다. 앞서 분석된 시스템에 있어서, 상관된 광량자 광원은 송신기와 수신기의 중도에 배치되고, 단일 편광자가 이중 광량자 스트림, 즉 송신기를 위한 스트림과 수신기를 위한 스트림의 각 단부에 있는 것으로 고려되며, 편광자 각도의 함수로서 송신기와 수신기에서의 광량자 검출의 일치가 관측된다. 일치를 계수하기 위해 특별히 고안된 장치를 사용하여 광량자 편광의 상관 관계에 의해 정보가 전송될 수 없다는 것은 사실이 아닌 것 같다.

이 분야의 이전 연구원들은 2개의 편광자와 2개 이상의 검출기를 사용하여 편광 상관 관계에 의해 정보를 전송할 수 없기 때문에 시스템에 더 많은 편광자를 추가하는 것은 문제를 개선하지 못할 것이라고 가정했었던 것 같다. 또한, 분명히 일반적으로 광량자가 선형 편광자를 통과하면 그 편광 상태가 정해지는 것으로 가정하고 있다.

본 발명자는 추가된 편광자들이 적절히 배치되고 제어될 때 상관된 광량자 시스템에서 신호 정보와 잡음의 분리를 가능하게 하며 이러한 시스템을 정보를 전송하는 데 사용할 수 있게 한다는 것을 발견하였다. 이러한 목적은 상관 측정을 수행할 필요 없이 달성된다. 전술한 상관된 양자 소립자 통신 방법과 달리, 본 발명은 일치 계수가 수행될 수 있도록 하기 위하여 상관된 광량자 쌍의 두 광량자가 수신기로 전송되는 것을 요하지 않는다. 실제로, 편광 상관 측정 또는 일치 수 측정이 수행되는 경우, 상관은 임의적으로 나타날 수 있다. 따라서, 중요한 것은 전송되는 광량자 또는 양자체 상관의 상태가 아니라 전송되는 장치의 상태이다. 장치는 송신단에 있는 시스템, 수신단에 있는 시스템, 및 이들을 접속시키는 상관된 광량자 스트림을 포함하는 것으로 고려된다. 송신단에서의 장치의 변화는 수신단에서의 관측에 즉시 영향을 주게 되는데, 그 이유는 양 단이 두 위치에 단을 가진 단일 양자체에 의해 접속되기 때문이다.

<발명의 요약>

따라서, 본 발명의 목적은 상관된 양자체 쌍에서의 비국부성 상관 효과의 제어에 의해 전보를 전송하기 위한 수단을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 물리적으로 분리된 2개의 측정 장치를 양자 비국부성 효과에 의해 결합하기 위한 수단을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 한 쌍의 양자체 중 한 양자체를 수신기로 전송하고 다른 양자체를 송신기로 전송하며 송신기로 향하는 양자체의 확률 분포의 제어에 의해 수신기로 향하는 양자체의 확률 분포를 제어함으로써 정보를 전송하기 위한 수단을 제공하는 데 있다.

본 발명은 두 가지 양자 물리 효과, 즉 양자체 쌍의 양자 상태의 비국부성 상관 관계 및 개별 양자들과 스핀 선택 소자들의 특정 순차 배열과의 상호 작용에 기초한다.

양자 역학은 보존, 페르미온 및 원자와 같은, 특히 빛의 양자 단위인 광량자를 포함하는 다수의 양자체의 통계적 거동을 예측하는 데 사용될 수 있는 매우 성공적인 일련의 규칙 및 수학적 연산자들이다. 양자 역학은 이러한 규칙들이 성립하며 첫째로 존재하는지에 대한 이유를 설명하지 못한다. 이 규칙들의 의미와 이들의 기초가 되는 철학은 다양하게 해석되고 있다. 가장 널리 인정된 양자 역학의 해석은 코펜하겐 해석으로 알려져 있다. 코펜하겐 해석의 주요 관점 중 하나는 양자체의 특성이 양자체의 관측 또는 검출의 순간까지 정해지지 않는다는 것이다. Science, Vol. 270, 1 DEC 95, pp. 1439-1440 참조. 애스펙트 등의 실험은 위의 내용이 특히 광량자에 대해 사실인 것으로 강력하게 지지하고 있다. 애스펙트의 3개의 논문, Ou & Mandell, Baggott, supra 참조.

이러한 원리 때문에, 양자 소립자들이 상호 작용할 때, 이들의 양자 상태는 서로 얽히게 되어, 순차적으로 측정된 소립자들의 특성이 결합되거나 상관된다. 최초 상호 작용은 에너지, 운동량, 양자 수 또는 다른 특성의 보존을 수반하기 때문에, 두 소립자의 상태는 이들이 최종적으로 측정될 때 적절한 보존 법칙을 만족시켜야 한다. 또한, 각 소립자의 특성이 측정 순간까지 정해지지 않는 경우에, 보존 법칙이 만족될 수 있는 유일한 길은 소립자들 중 한 소립자의 특성의 측정 행위가 그와 상관된 소립자로 하여금 즉시 보존에 맞는 특성을 갖도록 하는 것이다. 코펜하겐 해석은 하나의 양자체의 측정 행위가 이와 상관된 다른 양자체의 중첩된 잠재 양자 상태(쉬뢰딩거 파동 함수)를 필요한 양자 상태로 "붕괴"시킨다고 제안하고 있다.

상관된 광량자들의 경우, 이들의 선형 편향은 100% 얽히게 되어, 이들의 생성 방식에 따라 서로 평행하게 편광되거나 서로 수직하게 편광됨으로써(각각 유형 I 및 유형 II) 각 운동량의 보존 법칙을 만족시킨다. 이것은 마치 광량자들이 일정한 길이의 완전한 강체의 양 단부를 나타내는 것과 같다. 광량자가 선형 편광자와 상호 작용할 때 한 단부가 특정 위치로 뒤틀린 경우, 다른 단부도 즉시 그의 광량자를 뒤틀어야 한다.

본 발명에 이용되는 둘째 원리는 양자체와 스핀 선택 소자간의 상호 작용의 특성을 포함한다. 예컨대, 빛과 편광자간의 상호 작용은 통상 전자기파 이론으로 설명되는데, 이 이론에 의하면 편광자는 그의 편광축에 수직한 전기장의 벡터 성분을 선택적으로 흡수 (또는 반사)한다. 이러한 개념은 엄청난 수의 광량자를 처리할 때에는 만족할 만 하지만 개별 광량자에 대해서는 매우 다르게 나타난다.

광량자의 에너지는 광량자의 색과 직접 관련된다. 임의로 편광된 빛이 선형 편광자에 충돌할 때, 약 50%의 빛이 통과되며, 편광자의 형태에 따라 50%는 흡수되거나 반사된다. (간단히 하기 위하여 이하의 설명은 흡수 편광자로 한정한다.) 각각의 광량자가 편광축에 수직한 전기장 성분을 잃음으로써 그 에너지의 절반을 내놓는 경우, 그 광량자의 색은 크게 달라진다. 그러나, 본 실험이 수행될 때 색 변화는 나타나지 않았고, 따라서 개별 광량자는 상기 방식으로 편광자와 상호 작용하지 않은 것이다. 하나의 편광 방향은 광량자가 편광자에 의해 흡수되게 하고, 다른 방향은 광량자가 편광자를 통과하게 한다. 광량자의 절반은 하나의 방향을 선택하고 나머지 절반은 다른 방향을 선택하며, 따라서 최종 결과는 전자기 이론과 동일하게 나타난다.

제2 편광자 또는 스핀 선택 소자가 제1 편광자를 통과한 광의 경로에 배치된 경우에는 제2 편광자를 통과하는 광의 비율은 제1 편광자에 대한 제2 편광자의 편광 축의 각도에 의존한다는 것이 공지되어 있다. 편광 축이 평행한 경우, 실제적으로 제1 편광자를 통과한 광의 모두가 제2 편광자를 통과하게 된다. 편광 축이 서로 수직한 경우에는, 즉 교차하거나 서로 90도를 이루는 경우에는, 제1 편광자를 통과한 거의 모든 광이 제2 편광자에 의해 차단되거나 흡수된다. 통과한 소량의 광을 누설 광이라 하며, 이것이 편광자의 효율을 나타내는 수치이다. 고효율 편광자들은 서로 교차 배치되었을 때 0.1% 정도의 매우 낮은 누설 수준을 가진다(Glan-Thompson polarizing prism Newport part number 10GT04AR, 14). 광량자 터널링 효과 때문에 완전 효율적인 편광자를 제공하는 것은 거의 불가능하다.

교차된 한 쌍의 편광자를 참조할 때 이들의 주 특징은 이들의 직교 편광 축이다. 간단히 하기 위하여, 제1 편광자는 수평 편광 축을 갖고 제2 편광자는 수직 편광 축을 가지며, 편광자들은 완전 효율적인 것으로 가정한다. 제1 편광자를 만나기 전에 광량자의 편광 상태는 미정인 것으로 가정한다. (일정한 비선형 파라미터 하향 변환 결정에 의해 방출된 상관된 광량자들은 "잠재" 편광 상태를 가지나, 두 광량자간의 편광 상관 관계는 광량자들에 일정한 조작을 실시함으로써 얻어질 수 있다.) 제1 편광자를 만났을 때, 광량자는 수직 편광 또는 수평 편광을 선택해야 한다. 광량자는 수평 또는 수직 편광을 선택하는 데 동일한 확률을 가진다. 수직 편광이 선택된 경우, 광량자는 흡수되며, 따라서 그의 편광 상태가 이제 관측된 것이다. 광량자가 수평 편광을 선택한 경우, 광량자는 편광자를 통과하게 된다. 편광자를 통과한 광량자는 관측되지 않으며 그 에너지가 전자로 전달되지 않으므로, 그 편광 상태도 변화된다는 점에 유의하는 것이 중요하다. 본 발명자는 이러한 상태에 있는 광량자를 "잠재" 편광을 가진 것으로 언급한다. 이것은 광량자가 외부 영향 없이 임의의 편광을 취할 수 있다는 것을 의미하는 것이 아니라, 외부의 영향이 최종 관측 편광을 바꿀 수 있다는 것을 의미한다.

수평 편광자를 통과한 교란되지 않은 광량자들은 수직 편광자를 순차적으로 통과하지 못한다는 것이 알려져 있다. 잠재적으로 수평하게 편광된 광량자가 제2의 수직 편광자를 만날 때, 광량자는 흡수된다. 수직 편광을 선택할 확률은 수평 편광자를 1차로 통과한 광량자에 대해 실제로 0이다.

이제, 제3 편광자를 실험에 도입한다. 광량자가 만나는 제1 편광자는 통상 편광자라 하고, 제2 편광자는 분석기라 한다. 제3 편광자는 편광자와 분석기 사이에 배치되며, 이는 게이트라 불리운다. 이러한 3개의 편광자 실험에서 게이트가 편광자와 평행한 편광 축을 갖도록 배향된 것으로 가정한다. 이러한 게이트의 배향은 분석기를 통한 광량자의 통과에 아무런 영향도 주지 않으며, 따라서 편광자를 통과한 광량자는 게이트를 통과하여 분석기에 의해 정지될 것이다. 게이트가 분석기와 평행하게 배향된 경우, 게이트는 또한 분석기를 통한 광량자의 통과에 전혀 영향을 주지 않게 된다. 그러면, 게이트는 분석기로서 작용하며, 편광자를 통과한 광량자는 게이트에 의해 정지되어 분석기에 도달하지 못한다.

게이트가 다른 편광자 중 하나에 평행하지 않은 각도로 배향될 때에는 특수 상황이 발생한다. 게이트의 각도를 분석기와 편광자 모두에 대해 ±45도가 되도록 선택하는 것이 편리하다. 편광자를 통과한 광은 "잠재" 수평 편광(광량자가 이러한 편광을 갖는 것이 관측되지 않았기 때문에 잠재적인 것으로 표현함)을 가진다. 이 수평 편광된 광량자는 게이트를 통과하거나 게이트에 흡수되는 비율이 50 대 50이다. 광량자가 게이트를 만날 때, 광량자는 새로운 편광을, 즉 게이트의 편광 축에 평행하거나 그에 수직한 편광을 선택하여 게이트를 통과하거나 흡수되어야 한다.

광량자가 게이트를 통과하는 경우, 이제 광량자는 45도의 "잠재 편광"을 가지며, 분석기를 통과할 0의 확률을 갖는 대신에 광량자는 50%의 확률을 가진다. 분석기를 만났을 때, 광량자는 수평 편광 광량자로서 흡수되거나 수직 편광 광량자로서 통과하도록 선택된다. 따라서, 최초의 수평 편광 광량자는 그에 대한 중간 양자 결정을 부과함으로써 수직 편광 광량자가 된다.

편광 소자들 각각을 통과하는 광량자의 비율은 50%이며, 따라서 3개의 편광 소자 모두를 항상 통과하는 광량자의 확률 또는 비율은 (0.5×0.5×0.5)=0.125 또는 12.5%이다. 이들은 각 편광자에서 "올바른" 결정이 모두 이루어진 광량자들이다. 나머지 87.5%는 경로를 따라 어디에선가 "잘못된" 결정이 이루어진 것이며 흡수된다.

요컨대, 뒤섞인 선형 편광을 가진 광량자와 같은 양자체의 상관 쌍이 일정한 과정을 통해 생성될 수 있으며, 한 광량자의 편광의 측정은 상관된 다른 광량자의 편광 상태를 적절한 값으로 설정한다는 것이 알려져 있다. 또한, 광량자의 선형 편광은 광량자로 하여금 일련의 편광자를 통과할 때 일련의 양자 선택을 하도록 함으로써 검출 없이 변경될 수 있다는 것도 알려져 있다.

이러한 가르침에 비추어, 본 발명의 상기한 목적들은 한 쌍의 상관된 양자체 중 하나의 양자체의 양자 상태 확률 분포를 제어하기 위한 방법 및 장치를 제공함으로써 달성될 수 있는데, 이 방법은 균일한 양자 상태 확률 분포를 각각 가진 한 쌍의 상관된 양자체를 제공하는 단계, 상기 한 쌍의 상관된 양자체 중 한 양자체의 양자 상태 확률 분포를 제어하여 상기 한 쌍의 상관된 양자체 중 다른 양자체의 관측 가능한 양자 상태의 확률 분포를 선택하기 위한 제어 수단을 제공하는 단계, 상기 제어 수단을 사용하여 상기 다른 양자체의 양자 상태의 확률 분포를 선택하는 단계; 상기 다른 양자체의 양자 상태를 관측할 것인지의 여부를 선택하는 단계, 및 상기 한 쌍의 상관된 양자체 중 상기 하나의 양자체의 양자 상태를 순차적으로 관측하여 상기 하나의 양자체의 상기 준비된 양자 상태 확률 분포가 상기 다른 양자체의 양자 상태의 관측에 의해 변경되었는지를 판정하는 단계를 포함한다. 이러한 방법에 의해, 상기 한 쌍의 상관된 양자체 중 상기 다른 양자체의 양자 상태 확률 분포를 선택적으로 제어하여 순차적으로 관측되는 상기 하나의 양자체의 양자 상태의 변경에 영향을 주는지의 여부를 선택적으로 선택함으로써 상기 하나의 양자체의 양자 상태를 관측하여 정보를 선택적으로 전송할 수 있다.

본 발명의 방법은 보존, 페르미온 및 원자를 포함하는, 특히 광량자를 포함하는 다양한 양자체에 적합하다. 한 쌍의 상관된 양자체는 예컨대 중수소 원자 또는 칼슘 원자로부터의 원자 캐스케이트 및 자발적 방출을 포함하는 스핀 보존 2 광량자 방출 과정과 같은 2 양자체 흡수/2 양자 방출 과정 및 유형 I 및 유형 II 스핀 상관 과정을 모두 포함하는 광학 파라미터 하향 변환 과정을 포함하지만 이에 국한된 것은 아닌 다수의 수단 중 어느 하나에 의해 제공될 수 있는 상관된 양자체들의 한 쌍의 스트림의 일부로서 제공될 수 있다.

바람직하게도, 한 쌍의 상관된 양자체의 소스는 임의의 양자 상태 확률 분포를 가진 한 쌍을 제공한다. 한 쌍의 상관된 양자체가 임의화된 양자 상태 확률 분포 없이 제공되는 경우, 양자 상태 확률 분포는 하나의 양자체 스트림의 편광면 또는 스핀 방향을 회전시키고 이를 다른 비회전 양자체 스트림과 결합시키는 것과 같은 다양한 수단에 의해 임의화될 수 있다. Ou and Mandel 1, supra 참조.

하나의 양자체의 양자 상태 확률 분포를 제어하여 다른 양자체의 관측 가능한 양자 상태의 확률 분포를 선택하기 위한 수단은 편광 빔 분할기, 니콜 프리즘, 웨이브 플레이트, 포켈 셀, 2색 편광 플라스틱 판 재료 및 시테른-게를라하 스핀 분석기와 같은 양자 스핀 선택 또는 양자 스핀 변경 소자로 이루어진다. 바람직하게도, 한 쌍의 상관된 양자체는 상관된 양자체의 독립적인 스트림들의 일부로서 제공된다. 이것은 상관된 광량자들의 경우 렌즈, 프리즘, 미러, 편광 빔 분할기 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 소자를 어느 한 스트림 내의 한 쌍의 광량자 중 어느 하나를 먼저 검출할 동일한 확률을 제공하기 위하여 상관된 광량자들을 제공하기 위한 소스와 함께 사용함으로써 달성될 수 있다. 광량자가 아닌 다른 상관된 양자체의 경우에는 상관된 하전 양자체들에 대해 프리즘으로 작용하는 균일한 자장을 사용하는 것과 같이 광학 소자와 동일한 기능을 가진 소자를 사용함으로써 달성될 수 있다.

다른 양자체의 양자 상태의 확률 분포를 변경하고 관측할 것인지의 여부를 선택하는 단계는 방법의 사용자가 하나의 양자체의 양자 상태 확률 분포를 변경함으로써 정보를 전송하기를 원하는지의 여부에 따라 다른 양자체의 양자 상태를 관측하거나 관측하지 않는 단계를 선택적으로 포함할 수 있다. 또한, 스핀 선택 소자에 의해 다른 양자체의 양자 상태를 관측함으로써 스핀 선택 소자의 선택에 따라 하나의 양자체의 확률 분포를 변경할 것인지의 여부를 선택할 수 있다.

본 발명은 아래에 제공된 바람직한 실시예의 도면 및 상세한 설명을 참조하여 더 완전하게 이해될 수 있다.

본 발명은 양자 비국부성 변조 방식의 신호 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예를 도시하는 개략도.

도 2는 발신 스위칭 방법을 도시하기 위해 변경된 도 1의 발명의 개략도.

도 3은 본 발명의 다른 실시예를 도시하는 개략도.

도 4는 발신 스위칭 방법을 도시하기 위해 변경된 도 3의 발명의 개략도.

도 5는 상이한 광자 소스를 채용하는 본 발명의 다른 실시예를 도시하는 개략도.

도 6은 발신 스위칭 방법을 도시하기 위해 변경된 도 5의 발명의 개략도.

참조 번호가 유사 부분을 지시하는 도면들을 참조로 본 발명의 시스템 및 방법이 그 바람직한 실시예에서 설명될 것이다.

모든 도면들은 설명이 용이하도록 영역(zone)으로 분할된다. 도 1 및 도 2는 제2 상관 유형 광량자쌍 소스(10)로부터 방출된 광량자의 편광 상태를 두 개의 상이한 광학적 경로를 통해 추적함으로써 본 발명의 동작을 도시한다. 경로는 '다른(other)' 및 '하나의(one)'으로 표시된다. 이 경로들은 광량자에 작용하는 프로세스의 시간적인 관계를 명확하게 나타내기 위해 서로 평행한 것으로 도시되었다. 실제에서, 이러한 경로들은 소스(10)로부터 상반된 방향으로 연장되는 경향이 더 강하다. 각각의 존들은 양 경로에서 광량자에 대한 동일 시간 주기를 나타내고, 존들의 개시 및 종료 위치는 관련 광량자에 대한 소스(10)로부터의 등가 광학 경로 거리를 나타낸다. 따라서, '하나의' 광량자가 '하나의' 경로의 영역 2의 개시 위치에 도착함과 동시에, '다른' 광량자가 '다른' 경로의 영역 2에 도착할 것이고, 상관쌍의 광량자들은 소스(10)로부터 동일한 광학 경로 거리를 이동해온 것이 된다. 존들은 순차적으로 광량자와 만나게 되므로, 영역 1의 동작은 영역 2의 동작보다 선행하여 수행되고, 이러한 방식으로 계속된다. 도면에서 사용된 기호들에 대한 설명이 표 1에 제시된다.

이제 도 1을 참고하면, 주파수 축퇴 제2 상관 유형 광량자쌍 소스(10)는 두 개의 경로 -'다른' 및 '하나의'- 로 광량자를 제공한다. 이러한 광량자들은 하나의 바람직한 단서로서 그 광량자들이 어느 쪽 경로에서든 발견될 확률이 모두 동일한 같은 수의 상관쌍 신호 및 아이들러 광량자를 포함하도록 조정된 제2 유형 광학적 축퇴 파라메타 하향 변환 프로세스(TypeⅡ optical degenerate parametric down-conversion process)에 의해 생성되는 것이 바람직하다. 특정 광량자가 하나의 경로에서 발견되는 경우, 그것과 쌍을 이루는 광량자는 다른 경로에서만 발견될 수 있다. 신호 대 잡음비를 희생하면, 이러한 조건은 완화될 수 있다. 이러한 유형의 소스는 그 소스의 펌프 빔의 편광 상태와 관련된 직교 편광 상태에 있는 신호 및 아이들러 광량자를 제공할 것이다. 설명을 간단히 하기 위해, 신호 광량자는 수직으로 편광되고 아이들러 광량자는 수평으로 편광된 것으로 가정한다. '다른' 경로의 영역 1의 최상부에 도시된 바와 같이, '다른' 경로로 입사하는 빛의 절반은 수직 편광된 신호 광량자로 구성되고, 절반은 수평 편광된 아이들러 광량자로 구성된다. 이러한 신호 및 아이들러 광량자는 서로 쌍을 이루지 않고, '하나의' 경로로 입사한 신호 및 아이들러 광량자와 각각 쌍을 이룬다. 따라서, '다른' 경로에 있는 신호 광량자를 S1, 아이들러 광량자를 I2로 표시하고, '하나의' 경로에 있는 신호 광량자를 S2, 아이들러 광량자를 I1으로 표시한다. S1 신호 광량자는 I1 아이들러 광량자와 쌍을 이루고 S2 신호 광량자는 I2 아이들러 광량자와 쌍을 이루지만, 이것은 한 쌍의 광량자 중 하나의 관측 상에서만이다. 그 때까지, 모든 신호 광량자 및 모든 아이들러 광량자는 어느 쪽 경로에서든 검출될 확률이 동일하다.

임의의 광량자의 수직-수평 (H-V) 편광 상태 및 동일한 광량자의 +/-45도 편광 상태는 하이젠베르그의 불확정성 원리를 따르는 상보적인 양자 상태이다. 이러한 상태들 중 하나에 관한 완전한 정보가 존재한다면, 그것의 상보적 상태에 대한 정보는 전혀 존재하지 않는다. 영역 1의 하단에 도시된 바와 같이, 소스(10)로부터 방출된 광량자들의 H-V 편광 상태가 완전하게 알려져 있기 때문에, 이러한 광량자들의 +/-45도 상태는 완전히 불확실하다. 신호 및 아이들러 광량자는 주파수가 축퇴되어 있고, +/- 45도 편광 상태가 불가능하며, 전파 방향 및 두 경로 중 한 쪽 경로에서 검출될 확률도 구별해 낼 수 없기 때문에, 신호 및 아이들러 광량자는 전혀 구별해낼 수 없다. 이는 광량자의 불명성(anonimity)을 유지하는 것으로서 언급될 것이며, 이것은 또한 관측 가능한 비국부 양자 상관 효과를 유지하는 데 필요하다. 영역 1을 떠난 상관된 광량자는 이러한 균일한 불명의 상태로 영역 2에 들어간다.

본 발명은 '불량한' 편광 상태를 선택하는 광량자들은 버리고, '양호한' 편광 상태를 선택하는 광량자들은 보유함으로써 발신을 가능하게 한다. '다른' 경로에서, 이러한 '정화(purifying)'의 제1 단계는 +/- 45도 빔 스플리터(12)에 의해 영역 2에서 수행된다. 편광자(12)에 들어간 '다른' 광량자들이 +45도 편광된 채로 좌측으로 이동하여 검출기 D1에 의해 검출될 확률 또는 -45도 '잠재' 편광되어 직진할 확률은 동일하다. 이것이 '잠재' 편광으로 칭해지는 이유는 광량자가 아직까지는 이러한 상태에 있는 것으로 관측되지 않았고, 최종으로 관측될 편광 상태는 추가의 편광 기기들을 통하는 순차적인 경로 상에서 변경될 수 있기 때문이다.

D1에 의해 검출된 광량자는 +45도 편광 상태로 관측되었다. 양자 역학의 코펜하겐 해석에 따라, 이러한 광량자들에 대한 관측은 상관된 광량자쌍의 파동 함수를 붕괴시키며, 즉시 효율적으로 '하나의' 경로 내에 검출된 광량자의 편광과 직교하는 편광을 가지는 나머지 광량자들을 실체화한다. '다른' 경로 내의 광량자 검출에 의한 파동 함수의 붕괴는 도 1에서 A로 표시되고 >>>로 기호화된 상관 이벤트를 성립시킨다. 자신과 상관쌍을 이루는 '다른' 광량자가 검출기(D1)에 의해 검출된 각각의 '하나의' 광량자는 -45도의 편광을 얻는다. 이러한 '하나의' 광량자들은 이제 단일 광량자로서, 더 이상은 상관된 광량자쌍의 일부가 아니며, 이러한 상태는 편광 방향 기호 및 확률값 부근의 괄호 에 의해 기호화된다.

여전히 상관쌍의 일부인 '하나의' 광량자들은 불확실한 +/-45도 상태에 남아있다. 나머지 '다른' 광량자는 빔 스플리터(12)를 통과하여 잠재의 -45도 편광된 채로 영역 2를 떠난다.

영역 3에서 '하나의' 광량자는 편광 빔 스플리터(14)로 들어가며, 이 편광 빔 스플리터(14)는 모든 단일 광량자들과 잔류 광량자쌍의 절반을 검출기(D2)로 굴절시킨다. 단일 '하나의' 광량자와 쌍을 이루었던 '다른' 광량자가 영역 2의 검출기 D1에 의해 사전에 검출되었기 때문에, 검출기(D2)에 의한 단일 광량자의 검출은 '다른' 경로 내의 광량자에 아무런 영향도 주지 않는다. 검출기(D2)에 의해 검출된 쌍을 이루는 '하나의' 광량자는 -45도 상태에 있는 것으로 관측되므로, '다른' 경로에 있는 그와 쌍을 이루는 광량자는 +45도 상태로 상관되어 단일 광량자가 된다. 이것은 B로 표시된 상관 기호에 의해 지시된다. 편광자(14)를 통과한 '하나의' 광량자는 잠재 +45도 편광 상태를 획득한다.

이제 '다른' 광량자는 동등한 성분비의 +45도 편광 상태의 단일 광량자 및 잠재 -45도 편광의 쌍을 이루는 광량자의 동일 혼합 포함한다. 영역 4에 들어올 때, 이러한 '다른' 광량자들은 편광 빔 스플리터(16)를 만나게 되고, 여기에서 단일 광량자는 검출기(D3)로 굴절되며, 쌍을 이루는 광량자는 그대로 통과하여 잠재 -45도 편광 상태가 유지된다. 이러한 나머지 '다른' 광량자는 잔류하는 '하나의' 광량자의 쌍이다. 도 1로부터, '하나의' 경로 및 '다른' 경로에 각각 입력된 광량자의 75%는 광량자쌍 중 '하나의' 또는 '다른' 광량자가 '불량한' 편광 상태 선택을 했기 때문에 포기됨을 알 수 있다. 입력된 광량자 중 25%는 '양호한' 편광 상태 선택을 했고, 이는 그들이 발신에 유용하게 한다. 이들은 영역 4에서 영역 5로 통과하는 광량자들이다.

영역 5에 도착한 쌍을 이루는 '하나의' 광량자는 수평-수직(H-V) 편광자로 들어가고, 우향 굴절된 수평(H) 광량자 및 하향 통과 수직(V) 광량자로 동일한 확률을 가지고 분리된다. 도 1을 작게 유지하기 위해 H 광량자들은 그들의 편광 상태를 변경시키지 않는 미러(23)로부터 반사되어 도시된다. 영역 5에 도착한 '다른' 광량자는 동일한 방식으로 H-V 편광자(20)로 들어가서, 좌향 굴절된 H 광량자 및 하향 통과 V 광량자로 동등하게 분리되고, H 광량자는 '하나의' 광량자가 미러(23)로부터 반사되는 것과 동일한 이유로 미러(22)로부터 반사된다. '하나의' 광량자 및 '다른' 광량자는 확실한 H-V 상태 및 불확실한 +/- 45도 상태로 영역 5를 떠난다.

영역 6에 도착한 H-V '다른' 광량자들은 각각 편광 빔 스플리터(26, 24)에 들어가서 검출기(D4a, D4b, D5a 및 D5b)에 의해 명확한 +/- 45도 편광 상태로 검출된다. 검출기(D4a, D4b)는 +45도 편광 상태를 획득한 '다른' 광량자를 관측하고, 검출기(D5a, D5b)는 -45도 편광 상태를 획득한 '다른' 광량자를 관측한다. '다른' 광량자의 관측은 '하나의' 경로에 있는 그들의 쌍인 광량자의 +/-45 편광 상태를 설정하는 상관 이벤트를 성립시킨다. '하나의' 광량자의 절반은 +45도의 잠재 편광을 획득하고, 나머지 절반은 -45도의 잠재 편광을 획득한다. 편광 벡터 부근의 괄호에 의해 나타나는 바와 같이, 이러한 '하나의' 광량자들은 이제 그들의 쌍인 '다른' 광량자를 잃고 단일 광량자가 된다.

영역 6을 떠난 단일 '하나의' 광량자는 영역 7 내의 편광자(28, 30)에 들어가서, 검출기(D6a, D6b, D7a 및 D7b)에 의해 명확한 +/- 45도 편광 상태로 관측된다. 검출기 (D6a, D6b)는 +45도 편광 상태의 '하나의' 광량자를 관측하고, 검출기(D7a, D7b)는 -45도 편광 상태의 '하나의' 광량자를 관측한다.

중요한 것은 영역 6 및 7에서 검출되는 광량자의 확률 분포로서, 이것은 소스(10)에 의해 '하나의' 및 '다른' 경로에 제공된 것으로서 +45도 편광 상태에 있는 것으로 관측된 총 광량자수의 비율 및 -45도 편광 상태에 있는 것으로 관측된 총 광량자수의 비율로 표현된다. '다른' 광량자의 확률 분포는 (0.125, 0.125)이다. 또한, '하나의' 광량자의 확률 분포도 (0.125, 0.125)이다. 이것은 곳곳에 배치된 H-V 편광자를 이용한 관측 결과일 것이다. 이러한 '하나의' 확률 분포는 2진 상태 발신 방법의 제1 단계로 생각될 수 있다. 제2 단계가 도 2에 도시된다.

도 2의 광학적 배열은 H-V 편광자(20)가 '다른' 경로로부터 제거되었다는 점을 제외하고는 도 1의 광학적 배열과 동일하다. 도 2의 영역 1, 2, 3 및 4의 광학적 프로세스와 편광 상태는 도 1의 동일 영역에서와 같다.

영역 5에 들어가는 '다른' 광량자들은 변경되지 않은 채로 통과하여 영역 2에서 획득한 잠재 -45도 상태를 유지한다. 어떠한 '다른' 광량자도 미러(22)로 굴절되지 않으며, 따라서 어떠한 '다른' 광량자도 +45도 편광자에 들어가지 않고, 어떠한 '다른' 광량자도 영역 6의 검출기(D4a, D4b)에 의해 관측되지 않는다. 영역 6에 도착한 '다른' 광량자는 +/-45도 편광자에 들어가서 검출기(D5b)로 직진한다. 영역 6에 들어온 '다른' 광량자 중 +45도의 잠재 편광 상태를 가지는 광량자는 존재하지 않으므로, 어떠한 '다른' 광량자도 편광자(24)에 의해 검출기(D4b)로 굴절되지 않는다. 관측된 '다른' 광량자의 확률 분포는 H-V 편광자(26)가 제거되는 경우, 전에 정의한 바와 같이 (0.0, 0.25)로 변경된다.

영역 5에 들어온 '하나의' 광량자는 도 1에 도시된 것과 동일한 방식으로 처리된다. 즉, 그들은 H-V 편광자(18)에 들어와서 H 및 V 상태로 동등하게 분할됨으로써 영역 3에서 생성된 잠재 +45도 상태를 잃는다. 영역 6에서 검출기(D5b)에 의한 -45도 상태의 '다른' 광량자 관측은 상관 기호 C로 표현되는 비국부 양자 상관 효과에 의해 '하나의' 광량자의 잠재 편광 상태를 +45도 상태로 설정한다. 영역 7에 도착한 '하나의' 광량자는 +/-45도 편광자(28, 30)로 들어가고 검출기(D6a, D6b)에 의해 검출된다. 잠재 -45도 상태를 가지는 '하나의' 광량자는 존재하지 않기 때문에, 검출기(D7a, D7b)에 의한 검출을 위해 편광자(28, 30)를 통과하는 광량자도 존재하지 않는다. 따라서, 상기에 정의한 바와 같이, '하나의' 광량자의 관측된 확률 분포는 (0.25, 0.0)으로 변경된다. '하나의' 및 '다른' 광량자들의 양자 상태 확률 분포의 변화는 발신 이벤트(signalling event)를 성립시킨다.

도 1과 도 2의 광학적 배열 사이에, 소스(10)에는 아무런 변경도 가해지지 않았으며, '하나의' 경로 내의 광학 소자들에도 아무런 변경이 가해지지 않았음을 주목해야 한다. 이들 두 배열 간의 유일한 변경은 '다른' 경로 내의 H-V 편광자의 포함 또는 배제이다. '다른' 및 '하나의' 경로는 물리적으로 폭넓게 분리될 수 있지만, '다른' 경로 내의 광학적 배열에 대한 이러한 변경은 '하나의' 경로 내에 있는 광량자의 관측된 확률 분포를 변경시킬 것이다.

본 발명의 다양한 양태들은 편광자(20)를 포함 또는 배제시켜 관측된 '다른' 광량자의 확률 분포를 조절함으로써 '하나의' 광량자의 관측된 확률 분포에 영향을 미치는 기능은 실질적으로 변경시키지 않은 채로 변경될 수 있다. 이들 도면들에 도시된 바와 같이, 편광자는 다양한 종류의 박막 빔 스플리터이다. 그러나, 그들은 월라스톤 프리즘 편광자(Karl Lambrecht part number MW2A-10-5), 불화마그네슘 로콘(Rochon) 프리즘(Karl Lambrecht part number MFRV-9), 전형적인 플레이트 파일 편광자(pile of plates) 또는 2색 플라스틱 편광 판 편광자(국제 편광자 분류 번호 IP38)와 같은 다른 종류의 편광자도 가능하다. 신호 변조 편광자인 H-V 편광자(20)는 '다른' 광량자가 H-V 편광자를 통해 굴절되거나 또는 변경되지 않고 통과하도록 제어할 수 있는 전기 광학 소자 또는 커 셀(Kerr cell)이나 포켈 셀(Pockels cell)과 같은 다른 능동 편광 변경 소자로 대체될 수 있다.

도 1 및 도 2에서, 다수의 광학 소자는 '선택'으로 표시된 점선 상자 내에 포함된다. 이러한 소자들이 제거되는 경우, 편광자(18)에 의해 굴절된 수평 광량자는 버려져서 '하나의' 영역 7의 검출기 상에 전달되지 않으므로, 관측된 '하나의' 확률 분포는 도 1 및 2와 상이할 것이다. 이러한 소자들의 제거가 '하나의' 확률 분포의 '다른' 편광자(20)의 존재 여부에 대한 의존도를 제거하지는 않는다. 또한, 단일 '다른' 광량자 및 쌍을 이루는 '다른' 광량자가 둘 다 검출기(D4b, D5b)에 의해 관측되기 때문에, 이러한 소자들의 제거는 '다른' 광량자의 관측된 확률 분포도 변경시킬 것이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 곳곳에 배치된 이러한 소자들을 사용하여, 단일의 '다른' 광량자들은 '다른' 경로로부터 '정화'되어, 검출기(D4b, D5b)에 의해 검출되는 쌍을 이루는 '다른' 광량자들만을 남길 것이다. 선택 소자들이 도 1로부터 제거되는 경우, '다른' 및 '하나의' 경로에 대한 확률은 각각 (0.125, 0.125) 및 (0.0625, 0.0625)이다. 선택 소자들이 도 2로부터 제거되는 경우, '다른' 및 '하나의' 경로에 대한 확률은 각각 (0.25, 0.25) 및 (0.125, 0.0)이다.

H-V 편광자(18, 20) 및 미러(22, 23)의 기능은 자신을 통과하는 광량자의 편광 확률 분포를 무작위화하는 쿼터 웨이브 플레이트를 적절하게 배열함으로써 대체될 수 있다. 이것은 편광자(18, 20, 26 및 30), 미러(22, 23) 및 검출기(D4a, D5a, D6a, D7a)를 제거함으로써 장치를 단순화한다. 또한, 편광자(16) 및 검출기(D3)는 '하나의' 광량자의 확률 분포 및 영역 5의 '다른' 편광 무작위화 소자(그 위치의 편광자(20) 또는 쿼터 웨이브 플레이트)의 존재 여부에 대한 의존도를 변경시키지 않고 제거될 수 있다. 이 단순화된 장치는 도 3 및 도 4에 도시된다.

도 3은 선택 소자들의 대부분이 제거되고 H-V 편광자(18, 20)는 각각 쿼터 웨이브 플레이트(32, 34)에 의해 대체된 본 발명의 단순화된 실시예가 도시된다. 쿼터 웨이브 플레이트(32, 34)의 기능은 H-V 편광자(18, 20)의 기능과 동일하다. 즉, 이들 광학 소자는 둘 다 자신을 통과하는 관측 가능한 +/-45도 편광 상태를 무작위화한다.

도 3의 영역 1, 2, 3 및 4의 광학 프로세스 및 편광 상태는 도 1 및 도 2의 동일 영역에서와 동일하다. 영역 4를 떠나는 '하나의' 광량자는 영역 5로 들어가며, 여기에서 광량자는 그들의 선형 편광 상태를 원형 편광 상태로 변환하도록 배치된 쿼터 웨이브 플레이트를 통과한다. 원형으로 편광된 빛은 임의의 방향의 선형 편광자를 통과할 가능성이 50%이고, 잠재 편광 상태는 지니지 않는다. 영역 4를 떠나는 '다른' 광량자도 영역 5의 쿼터 웨이브 플레이트를 통과하여 원형으로 편광된다.

영역 6에서, 원형으로 편광된 '다른' 광량자는 +/-45도 편광자(24)에 들어가서 동일한 확률을 가지고 검출기(D4b, D5b)로 굴절된다. 각각의 '다른' 쌍 광량자의 관측은 상관 이벤트를 성립시키며, 그들에 대응하는 '하나의' 광량자를 +/-45도의 동일한 확률을 가지는 직각 편광 상태로 설정한다. 그 다음, '하나의' 광량자는 영역 7로 들어가며, 여기에서 그들은 +/-45도 편광자(28)에 의해 검출기(D6a, D7a)로 굴절된다.

검출기(D4b, D5b)에서 관측된 쌍을 이루는 '다른' 광량자의 확률 분포는 (0.125, 0.125)이다. 검출기(D6a, D7a)에서 '하나의' 광량자의 확률 분포도 (0.125, 0.125)이다.

영역 1 내지 영역 4, 그리고 영역 5의 '하나의' 쿼터 웨이브 플레이트를 포함하는 장치의 일부는 도 3 및 도 4의 점선 상자에 포함된다. 이 상자 내의 모든 소자들은 준비된 양자 확률 상태의 상관된 광량자들을 나머지 '하나의' 및 '다른' 광학 소자들에 제공하는 준비된 상태 상관 광량자 소스(36)를 구성하는 것으로 생각될 수 있다. 나머지 제1 장치 -즉, 편광자(28) 및 검출기(D6a, D7a)- 및 나머지 제2 장치 -즉, 쿼터 웨이브 플레이트(34), 편광자(24) 및 검출기(D4b, D5b)- 는 소스(10)에서 '하나의' 편광자(28)까지의 광학 경로 길이가 소스(10)에서 '다른' 검출기(D4b, D5b)까지의 광학 경로 길이보다 길기만 하면, 준비된 상태 상관 광량자 소스(36)로부터 편리한 거리만큼 떨어진 어떤 위치에도 배치될 수 있다.

도 4는 '다른' 쿼터 웨이브 플레이트(34)가 제거된 점을 제외하면, 도 3과 동일하다. 결과는 영역 2에서 획득한 -45도 잠재 편광을 가지는 쌍을 이루는 '다른' 광량자들을 영역 5 내에 남기는 것이다. 이러한 쌍을 이루는 '다른' 광량자가 영역 6의 검출기(D4b, D5b)에 의해 관측되는 경우, 그들은 자신과 쌍을 이루는 '하나의' 광량자가 +45도의 편광 상태와 상관되게 한다. 따라서, 관측된 '다른' 및 '하나의' 광량자들의 확률은 각각 (0.0, 0.25) 및 (0.25, 0.0)으로 변경되며, 이는 발신 이벤트를 성립시키는 확률을 변하게 한다.

도 5 및 도 6은 제1 상관 유형(평행 편광 상관 관계)의 광량자 소스(38)을 사용한 방법의 사용을 도시한다. 도 5의 광학 소자들의 배열은 +45도 편광된 광량자는 검출기 D2로 굴절시키고 -45도 편광된 광량자는 장치의 후속 영역으로 통과시키도록 +/-45도 '하나의' 경로 편광자(14)가 회전되었다는 점을 제외하면, 도 3의 배열과 동일하다. 이는 도 3의 편광자의 기능과 상반된다. 이것이 광학 소자들 내의 유일한 변경이지만, 전술한 도면들에서와 같이 소스(38)의 특성은 광량자들이 수직 편광 상태 대신에 평행 편광 상태와 상관될 것을 필요로 하기 때문에, 이러한 소자들이 상관된 광량자들에 미치는 영향은 상이하다.

참조 번호(40)로 표시되는 도 5 및 도 6의 대형 점선 상자 내에 포함된 광학 소자들은 이 경우에서 유형Ⅰ 상관 광량자 소스(38)에 의해 구동되는 준비된 상태 상관 광량자 소스의 다른 형태를 구성한다.

따라서, +45도 '다른' 광량자가 검출기(D1)에 의해 검출되는 경우, 비국부 양자 상관 관계는 대응하는 '하나의' 광량자의 잠재 편광 상태를 동일한 +45도 편광 상태로 설정한다. 편광자(14)에 의해 '하나의' 경로로부터 도출되는 것은 이러한 단일의 '하나의' 광량자이다. 관측된 '다른' 및 '하나의' 광량자의 확률 분포는 도 3에서와 같이 도 5에서도 '다른' 및 '하나' 모두 (0.125, 0.125)로 동일하다.

도 6은 제2 유형의 소스를 위한 도 4의 발신 상태와 등가인 제1 유형의 소스를 위한 발신 상태를 도시한다. 편광자(14)는 도 5에서와 동일한 위치에 있으며, 도 5에서와 동일한 역할을 한다. 도 4에서와 같이, '다른' 쿼터 웨이브 플레이트(34)가 제거되고, -45도 편광 상태의 '다른' 광량자가 검출기(D5b) 상으로 통과할 수 있게 하며, 대응하는 '하나의' 광량자의 편광 상태를 -45도로 설정한다. 이제 관측된 확률 분포는 이 도면의 양 경로에서 (0.0, 0.25)로 동일하다. 도 4의 경로들의 확률 분포는 동일하지는 않으나 서로 상반되지도 않음에 주의해야 한다.

이 모든 도면들의 방법에서, 그리고 다른 유사하거나 도출된 방법들에서, 편광자의 특정 각도 및 결과적인 광량자의 편광 상태는 그 자체로 중요한 것이 아니다. 중요성은 각각의 편광자와 알려진 광량자의 편광 상태 사이의 관계에 있다. 따라서, 장치가 45도 회전하면, 소스(10)로부터의 신호 및 아이들러의 H-V 출력 편광 상태는 알려진 +/-45도 편광 상태가 될 것이고, H-V 편광자는 +/-45도 편광자가 되며, +/-45도 편광자는 H-V 편광자가 될 것이다.

도 1 내지 도 6을 참조하여, 광량자를 채용하는 본 발명의 바람직한 실시예가 상세하게 설명되었다. 또한, 본 발명은 보존, 페르미온 및 원자를 포함하는 다양한 상관관계의 양자체들에 적합하다. 소스가 상호 관련된 양자체들을 생성하기만 한다면, 어떠한 양자체의 소스라도 본 발명에 적합하다. 또한, 전술한 -특히, 빔 스플리터 또는 쿼터 웨이브 플레이트로 설명된- 제어 수단은 관측될 양자체의 바람직한 양자 상태 확률 분포를 선택하도록 채용될 수 있는 임의의 적절한 스핀 선택 장치에 의해 대체될 수 있다. 적절한 스핀 선택 장치는 편광 빔 스플리터뿐만 아니라 니콜스 프리즘, 웨이브 플레이트, 커 셀, 포켈 셀, 편광 플라스틱 판 재료 및 시테른-게를라하 스핀 분석기를 포함한다. 양자체 쌍 중 하나 또는 둘 모두의 양자 상태를 검출 또는 관측하기 위한 적절한 유형의 검출기는 마이크로 채널 판, 신틸레이션 검출기 또는 패러데이 컵을 포함한다.

본 발명이 완전하게 설명되었고, 본 기술 분야의 숙련된 기술자라면 본 발명의 취지 또는 범위를 벗어나지 않는 많은 변경 및 수정이 이루어질 수 있음을 알 것이다.

Claims (19)

1. 한 쌍의 상관된 양자체(a pair of correlated quantum object) 중 하나의 양자체의 양자 상태 확률 분포를 제어하는 방법에 있어서,

   a. 균일한 양자 상태 확률 분포를 각각 가진 한 쌍의 상관 양자체를 제공하는 단계;

   b. 상기 한 쌍의 상관된 양자체 중 한 양자체의 양자 상태 확률 분포를 제어하여 상기 한 쌍의 상관된 양자체 중 다른 양자체의 관측 가능한 양자 상태의 확률 분포를 선택하기 위한 제어 수단을 제공하는 단계;

   c. 상기 제어 수단을 사용하여 상기 다른 양자체의 양자 상태 확률 분포를 선택하는 단계;

   d. 상기 다른 양자체의 양자 상태를 관측할 것인지의 여부를 선택하는 단계; 및

   e. 상기 한 쌍의 상관된 양자체 중 상기 하나의 양자체의 양자 상태를 순차적으로 관측하여 상기 하나의 양자체의 상기 양자 상태 확률 분포가 상기 다른 양자체의 양자 상태 관측에 의해 변경되었는지의 여부를 판정하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 상관 양자체들은 보존(boson), 페르미온 또는 원자로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 상관 양자체 쌍 중 상기 하나의 양자체 및 상기 다른 양자체는 상관 양자체의 스트림 쌍의 일부로서 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 상관 양자체 쌍은 상관 양자체 쌍의 소스에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 제어 수단을 사용하기 전에, 상기 양자체 쌍 중 적어도 하나에 잠재 상보적 양자 상태(latent complimentary quantum state)를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 상관 양자체 쌍은 2-양자체 흡수 /2-양자체 방출 프로세스에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제4항에 있어서, 상기 상관 양자체 쌍은 스핀 보존 2 광량자 방출 및 광학적 파라메타 하향 변환 프로세스(optical parametric down-conversion process)로 구성되는 그룹으로부터 선택된 상관 광량자 소스로부터 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 광학적 파라메타 하향 변환 프로세스는 제1 유형 및 제2 유형의 스핀 상관 프로세스를 둘 다 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 제어 수단은 광학적 편광 소자들로 구성되는 그룹으로부터 선택된 스핀 선택 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 광학적 편광 소자는 편광 빔 스플리터, 니콜스 프리즘(Nichols prism), 웨이브 플레이트(wave plate), 커 셀(Kerr cell), 포켈 셀(Pockels cell), 편광 플라스틱 판 재료 및 그들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 제어 수단은 비광학 스핀 선택 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 비광학 스핀 선택 소자는 시테른-게를라하 스핀 분석기(Stern-Gerlach spin analyzer)인 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제1항에 있어서, 상기 상관 양자체 쌍 중 상기 하나의 양자체 및 상기 다른 양자체는 렌즈, 미러, 편광 빔 스플리터 및 그들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 소자에 의해, 두 양자체 스트림 내에 동일한 확률로 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제1항에 있어서, 상기 다른 양자체의 양자 상태 확률 분포를 관측할 것인지의 여부를 선택하는 단계는 상기 다른 양자체의 양자 상태를 관측하지 않는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제1항에 있어서, 상기 다른 양자체의 양자 상태의 확률 분포를 관측할 것인지의 여부를 선택하는 단계는 상기 다른 양자체의 양자 상태를 관측하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제1항에 있어서, 상기 다른 양자체의 양자 상태 관측 단계는 상기 다른 양자체의 양자 상태를 관측하기 전에 상기 다른 양자체의 상기 확률 분포를 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제1항에 있어서, 상기 하나의 양자체의 양자 상태 관측 단계는 상기 하나의 양자체의 양자 상태를 관측하여 그것이 상기 다른 양자체의 상기 관측된 양자 상태와 상보적인 양자 상태에 있는지를 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
18. 제1항에 있어서, 상기 상관 양자체 쌍은 관측시 직교 편광 상태로 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
19. 제1항에 있어서, 상기 상관 양자체 쌍은 관측시 평행 편광 상태로 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.