KR20050042243A - 단일 양자들의 양자 상태들을 이용하는 논리 연산들을수행하기 위한 기술들 - Google Patents

단일 양자들의 양자 상태들을 이용하는 논리 연산들을수행하기 위한 기술들 Download PDF

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KR20050042243A
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타드비. 피트맨
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더 존스 홉킨스 유니버시티
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Abstract

단일 광양자의 양자 분극을 이용하는 논리 작동들을 수행하기 위한 방법 및 장치로서, 직교적 분극들의 제 1 세트를 위한 직교적 입력 공간 모드들과 직교적 출력 공간 모드들을 지니는 제 1 분극 광속 분리기들을 포함한다. 제 2 분극 광속 분리기는 직교적 분극들의 제 2 세트를 위한 제 2 입력 공간 모드와 제 2 출력 공간 모드들을 지닌다. 상기 직교적 분극들의 제 2 세트는 상기 제 1 세트와는 다르다. 상기 제 2 입력 공간 모드는 제 1 감지된 출력 공간 모드와 함께 배열된다. 단 다수의 단일 광양자 검출기들의 단일 광양자 검출기는 상기 제 2 출력 공간 모드들 중의 각 하나를 따라 배치된다. 제 1 장치 출력은 상기 단일 광양자 검출기에 의해 감지되는 다수의 광양자들 상에 기초한 출력 광양자를 운반한다. 그러한 논리 작동들은 양자 정보 프로세싱을 위한 양자 컴퓨터들 내에서 사용된다.

Description

단일 양자들의 양자 상태들을 이용하는 논리 연산들을 수행하기 위한 기술들{TECHNIQUES FOR PERFORMING LOGIC OPERATIONS USING QUANTUM STATES OF SINGLE PHOTONS}
당해 발명은 양자 정보 프로세싱에 관련된 것이고, 보다 바람직하게는, 단일 양자들의 양자 상태들을 이용하는 논리 연산들의 수행을 위한 기술에 관한 것이다.
이 출원은 2001년 11월 6일 출원된 임시적 출원(Provisional Appln) 60/332,837 과 2002 년 9월 30일 출원된 임시적 출원 60/414,964 의 이점을 주장하고, U.S.C. 119(e) 35 하에서, 여기서 전부 설명하는 것과 같이 참고로 통합된다.
이 섹션에서 설명되는 과거의 접근들을 따를 수 있으나, 그러나 이전에 획득되거나 또는 수행해온 접근들이 반드시 필요한 것은 아니다. 또한, 여기서 다른 것을 표시하지 않는 한, 이 섹션에서 설명한 상기 접근들은 이 배경 섹션 내의 단순히 이러한 접근들에만 따르는 이 출원 내의 청구항에 앞선 선행 기술로 간주되지 않는다.
고전적 컴퓨터들을 이용하는 정보 프로세싱은 자기장, 전압들, 그리고 한 기저 상태는 영을 나타내고 그리고 다른 기저 상태는 일을 나타내는, 두 개의 기저 상태의 각각에서 생성되고 측정될 수 있는 광학 집중과 같은 물리적 현상에 의존한다. 이진 숫자를 나타내는 이러한 두 개의 상태중의 어느 것이던지 획득할 수 있는 각 물리적 요소는 한 비트라 불린다. 양자 정보 프로세싱은 두 개 이상의 기저 상태들 중의 하나 만이 아니라 또한 상기 기저 상태의 임의적 중첩 상태까지 포함하는 양자 특징을 나타내는 물리적 요소들을 이용한다. 중첩 상태는 상기 기저 상태의 하나로써 측정되고 있는 일부 난-제로(non-zero) 확률과 다른 상기 기저 상태로서 측정되고 있는 일부 난-제로 확률을 지닌다. 두 개의 기저 상태들을 위한 양자 특성들을 나타내는 물리적 요소는 또한 큐비트(qubit)라고 불리는 하나의 양자화 비트를 나타낸다. 큐비트들을 나타내기 위해 적합한 물리적 요소들은 단일 전자들의 스핀, 원자들 또는 분자들 내의 전자 상태들, 분자들과 고체들 내의 핵 스핀들, 자기적 유속, 단일 광양자들의 공간적 전파 모드들, 그리고 단일 광양자들의 편광들을 포함한다.
큐비트에서 수행되는 논리적 연산들은 그러한 큐빗들의 기저 상태들뿐만 아니라 그러한 큐빗들의 중첩 상태들에도 또한 동시에 적용된다. 큐빗들의 시스템 상의 논리적 연산들에 기초한 양자 컴퓨터들은 표준적 정보 프로세싱과 다루기 힘들다고 여겨지는 문제들에 어드레스할 수 있는 다량의 동시적인 프로세싱(또한 다량의 병렬 프로세싱이라고도 불리는)의 계약을 제공한다. 그러한 표준적인 양자 컴퓨터에 어드레스될 수 있는 다루기 힘든 문제들은 양자 상호 작용의 시뮬레이션, 정렬되지 않은 데이터 내의 결합적인 탐색들, 큰 정수들의 주된 요소의 찾기, 현재 보안 통신 알고리듬들 내에서 사용되는 암호 키들을 위한 해결, 그리고 정확히 보안 통신(또한 " 양자 암호"라고 불리는) 들을 포함한다.
양자 컴퓨터를 획득하는 것에 대한 방해물들은 환경과 큐비트의 전송과의 제한되지 않은 상호작용들로부터 큐비트들을 고립하는데 있어서의 어려움을 포함한다. 큐비트들을 표현하는 많은 물리적 요소들은, 분자들 그리고 고체들과 같은, 즉시 전송되지 않고 그리고 그들의 환경과 강하게 상호작용하지 않는다.
그러나 단일 광양자들은, 유리 섬유 그리고 공기를 포함하는 많은 환경들 내에서 거의 상호작용하지 않으며, 그리고 쉽게 그러한 매체 내에 전송된다. 게다가 다수의 접근들은 단일 광양자들의 이용된 특징들을 지닌다.
한 접근은 단일 양자들 간의 비-선형 상호 작용들을 이용하는 단일 광양자들 상에서 논리적 연산들을 구현한다. 단일 광양자들 간의 비-선형 상호작용을 지닌 문제는 그러한 상호작용들이 매우 약하고 그리고 어떠한 장치도 이 접근을 만족스럽게 구현하지 못한다는 점이다.
또 다른 접근은 단일 광양자들 간의 선형 상호작용들을 이용하나 단일 광자를 위한 전파의 두 개의 공간적 모드들 상의 간섭과 같은 간섭 기술들에 기초한다. 예를 들어, 이 접근을 이용하는 논리적 게이트들은 " A scheme for efficient quantum computation with linear optics" E. Knill, R. Laflamme, 2001년(이 이후로부터 knill) 1월 4일 p49, vol, Nature 그리고 G. J. Milburn 에 의해 제안되어온 이 접근과 M. Koashi, T. Yamamoto, 그리고 N. Imoto에 의한 "Probabilistic manipulation of entangled photons," Physical Review A, vol. 63, 030301, 2001년 2월 12일(이 이후로부터 Koashi) 에 의해 제안되어 왔다. 이러한 장치들은 " 개연적" 논리적 게이트들이라 불린다. 왜냐하면 그들은 입력 광양자 부분에만 응하여 원하는 논리적 연산을 수행하기 때문이다. 그러나 연산이 성공적으로 수행될 때가 결정 될 수 있다. 그 결과, 분리된 스텝은 종종 " 포스트 선택" 스텝 또는 " 포스트-검출 선택" 스텝이라고 불리고, 출력 광양자들은 상기 연산이 성공적으로 수행되지 않으면 방해된다. 상기 분할이 특별 상태 내의 충분한 수의 성분들과 여분의 광양자들("부속물"이라 불리는)과 함께 1의 값에 가깝도록 증가될 수 있다는 것을 보여준다.
Knill에 의해 제안되어온 개연적, 선형 장치들은 두 개의 공간 모드에 기초하여 열적으로 유도되는 위상 이동들에 따라 에러들로부터 고통 받는다. Koashi에 의해 제안된 다른 개연적, 선형 장치들은 특정 상태들 내의 많은 수의 큐비트들의 소스와 같은 많은 수의 부가적 성분들과 다른 리소스들을 포함함으로써 위상 이동들을 감소한다.
앞의 것들에 기초하여, 위에서 설명된 불 이점들에 의해 고통 받지 않는 단일 광양자들의 양자 상태들에 기초한 논리적 연산들을 수행하는 장치들을 위한 명백한 필요가 있다. 특히, 열적으로 유도된 위상 이동들로부터 고통 받지 않고 다수의 부가적 성분들과 리소스들을 요구하지 않는 단일 광양자들의 편광 상태들에 기초하여 작동하는 논리적 장치들을 위한 명백한 필요가 있다.
도 1 A 는 당해 발명에 따른, 직교의 편광 상태들의 다른 세트들 간의 관계를 표현한 그래프이다.
도 1 B 는 직교의 편광 상태들의 제 1 세트를 이용한 편광 광속 분리기를 표현한 블락 다이어그램이다.
도 1 C 는 직교의 편광 상태들의 제 2 세트를 이용한 편광 광속 분리기를 표현한 블락 다이어그램이다.
도 2 A 는 실시예에 따른 양자 패리티 체크 장치를 표현하는 블락 다이어그램이다.
도 2B는 실시예에 따른 도 2A의 양자 패리티 체크 장치 내에서 사용되는 편광 감지 광양자 검출기를 표현하는 블락 다이어그램이다.
도 2C, 2D, 2E, 2F 는 비-중첩 상태들 상에서 작동하는 도 2A의 양자 패리티 체크 장치의 수행을 표시하는 경험적 결과들을 표현하는 그래프들이다.
도 2G 는 중첩 상태 상에서 작동하는 도 2A의 양자 패리티 체크 장치의 수행을 표시하는 실험적 결과들을 표시하는 그래프이다.
도 3은 논리 장치의 다양한 실시예의 수행을 표시하기 위한 실험적 장치를 표시하는 블락 다이어그램이다.
도 4A는 실시예에 따른 양자 파괴적 CNOT을 표현하는 블락 다이어그램이다.
도 4B는 실시예에 따른 도 4A의 양자 파괴적 CNOT 장치 상에서 사용되는 편광 감지 광양자 검출기를 표현하는 블락 다이어그램이다.
도 5 는 실시예에 따른, 양자 인코더를 표현하는 블락 다이어그램이다.
도 6A 는 실시예에 따른, 양자 릴레이를 표현하는 블락 다이어그램이다.
도 6B 는 실시예에 따른, 도 6A 의 양자 릴레이에서 사용되는 편광 감지 광양자 검출기를 표현하는 블락 다이어그램이다.
도 6C 는 실시예에 따른, 양자 릴레이 시스템을 표현하는 블락 다이어그램이다.
도 7은 실시예에 따른, 양자 CNOT을 표현하는 블락 다이어그램이다.
도 8은 실시예에 따른, 4개의 얽힌 광양자들의 소스를 표현하는 블락 다이어그램이다.
도 9 는 다른 실시예에 따른, 4개의 얽힌 광양자들을 이용하는 양자 CNOT을 표현하는 블락 다이어그램이다.
기술들이 논리적 연산들을 수행하기 위한 단일 광양자들의 양자 편광 상태를 이용하기 위해 제공된다. 당해 발명의 한 측면에 있어서, 논리 장치는 직각의 편광들의 제 1 세트들을 위한 제 1 입력 공간 모드들과 제 1 출력 공간 모드들을 지니는 제 1 편광하는 광속 분리기를 포함한다. 제 1 편광하는 광속 분리기는 상기 제 1 세트들과는 다른 직각의 편광들의 제 2 세트를 위한 제 2 입력 공간 모드와 제 2 출력 공간 모드들을 지닌다. 제 2 입력 공간 모드는 상기 제 1 출력 공간 모드들의 감지된 출력 공간 모드와 함께 정렬된다. 다수의 단일 광양자 검출기들의 각 단일 광양자 감지기는 제 2 편광하다 광속 분리기로부터 제 2 출력 공간 모드들 중의 다른 하나를 따라 배치된다. 제 1 장치 출력은 단일 광양자 감지기에 의해 감지되는 다수의 광양자들에 부분적으로 기초하여 출력 광양자를 운반한다. 수직의 편광들의 특정 세트를 위한 편광하다 광속 분리기는 하나의 출력 공간 모드로 특정 세트의 한 편광과 함께 특정 입력 공간 모드에 도착하는 광양자를 전송하고, 그리고 다른 출력 공간 모드 상에 특정 세트의 다른 편광을 지니는 특정 입력 공간 모드 상에 도달하는 광양자를 전송한다.
상기 논리 장치는 개연적이며, 정확한 출력을 제공하나 단지 시간의 단편들로 출력으로만 제공한다. 상기 분할은 어떠한 단일 광양자 감지기들이 감지들을 만드는지에 기초한 포스트-감지 작동들을 이용하여 증가될 수 있다. 상기 분할은 또한 부가적 광양자 소스들 또는 선형 성분들 또는 둘 다를 이용하여 증가될 수 있다. 수직의 편광들의 다른 세트들과 함께 광속 분리기를 이용함으로써, 큐비트들과 관련된 광양자 편광 상태들은 단일 광양자의 감지동안 측정되지 않고, 그리고 광양자 상태 일관성은 상기 논리 자치에 의한 작동동안 유지 된다.
논리적 연산들을 수행하기 위한 단일 광양자의 양자 편광 상태들을 이용하기 위한 방법 및 장치가 설명되었다. 다음의 설명에서, 설명을 위해, 다양한 구체적인 상세 점들이 당해 발명의 이해를 제공하기 위해 제공되었다. 그것은, 당해 발명의 당업자에게 이러한 상세한 설명들 없이도 실행될 수 있을 것이 명백해질 것이다. 다른 예들에서, 잘-알려진 구조들과 장치들이 당해 발명을 불필요하게 불명확하게 되는 것을 피하기 위해 블락 다이어그램 형태 내에서 보인다.
1. 작동의 경위
당해 발명은 수평적(H) 그리고 수직적(V)으로 표시된 단일 광양자들의 특정 편광 상태들을 이용하여 설명된다. 다른 실시예에서 다른 편광 상태들이 이용되었다. 또한, 그 후로, 두 개의 수직적인 입력 공간 모드들과 두 개의 수직적인 출력 공간 모드들을 지닌 광속 분리기가 설명되었다. 다른 실시예들에서, 다른 공간적 모드들과 더 많은 공간적 모드들을 지닌 편광 광속 분리기들이 사용되었다.
도 1A 는 설명된 실시예에 따른, 수직의 편광 상태들의 다른 세트들 간의 관계를 설명하는 그래프(100)이다. 광양자의 전파 방향에 수직인 평면에서, 편광의 한 방향은 지정된 H이고 편광의 수직적인 방향은 지정된 V이다. 광양자 전파의 방향에 수직인 평면은 수평적 축(101)과 수직적 축(102)에 의해 표현된다. 양의 수평 축을 가리키는 크기 1의 벡터(103)는 수평의 편광 기저 상태, 지정된 H를 표현한다. 양의 수직 축을 가리키는 크기 1의 벡터(104)는 수평 편광 기저 상태, 지정된 V를 표현한다. 이러한 두 개의 수직적 편광들은 큐빗을 위한 편광의 두 기저 상태들을 표현한다. 광양자는 동시적으로 방정식 1에 의해 주어지는 것과 같이 이러한 두 개의 기저 상태들의 복소수 중첩에 의해 표현되는, Ψ, 상태 내에 있을 수 있다.
Ψ= αH + βV 방정식(1)
그 곳에서 α와 β는 실수 부분과 수직적 허수 부분을 포함하는 복소수 이다. 양자 정보 프로세싱의 당업자에게 잘 알려진 바와 같이, α2 의 크기는 광양자가 수평적으로 편광된 것과 같이 측정될 확률을 나타내고, 그리고 β2 의 크기는 광양자가 수직적으로 편광된 것과 같이 측정될 확률을 나타낸다. 그 합은 방정식 2에 의해 표현되는 것과 같이 1이다.
｜α2｜+｜β2｜=1
수평적 편광과 함께 항상 측정되는 광양자를 생성하는 광양자 소스는 상태 1H + 0V 내의 광양자들을 생성하고, 그리고 수직적 편광과 함께 항상 측정되는 광양자들을 생성하는 소스는 상태 0H+1V 내에서 광양자들을 생성한다.
잘 알려진 봐와 같이, 그러나 비-직관적인, 다수의 상관된 광양자들의 한 광양자의 상태를 측정하는 양자 상태들의 특징은 측정되지 않은 상관된 광양자들의 상태를 변화시킨다. 이것은 제 2 이벤트의 발생과 상관된 한 이벤트의 발생을 측정이 제 2 이벤트의 발생 확률을 변화하는 것과 유사하다. 이 효과는 광양자 상에서 작동되는 상태 내의 일관성을 감소시킨다고 말한다. 양자 네트워크 내에서 다수의 장치들과 함께 연결되는 양자 컴퓨터상에서 양자 논리 장치가 더 유용하도록 하기 위해, 작동하고 있는 광양자 상ㅊ태의 일관성이 논리 장치 내에서 감소되지 않는 것이 더 바람직하다.
도 1 A는 또한 광양자의 전파 방향에 수직인 평면 내의 기저 상태들 H, V에 상대적으로 45도 회전된 두 개의 다른 직교적 편광들을 표시하고, 이는 여기서 각각 F 와 S로 지정된다. 양의 수평 축 위에 45도의 크기 1의 벡터(105)는 F를 표현한다. 양의 수직 축을 지나 45도의 크기 1의 벡터(106)는 S를 표현한다.
도 1B는 H, V(이 후로 "H-V PBS" 라고 불리는) 상태와 일치하는 직교적 편광들의 세트에 상대적인 편광 광속 분리기(110)를 표현하는 블락 다이어그램이다. 상기 표현된 광속 분리기(110)는 광속 분리기(110)와 광속 분리기(110)를 떠나는 광양자의 전파 방향을 표현하는 ,모드 114a와 114b를 포함하는, 두 개의 출력 모드들(114)과 부딪히는 광양자의 전파 방향을 표현하는 모드들 112a, 112b를 포함하는 두 개의 입력 모드들(112)을 지닌다. 직교적 편광의 특정 세트를 위한 편광 광속 분리기는 하나의 출력 공간 모드로 특정 세트의 한 편광을 지닌 특정 입력 공간 모드에 도달하는 광양자를 전송하고, 그리고 다른 출력 공간 모드 쪽으로 특정 세트의 다른 편광을 지닌 특정 입력 공간 모드 상에 도달하는 광양자를 전송한다.
설명된 실시예에서, 상태 1H+0V를 지닌 공간 모드(112a) 내의 광양자는 출력 모드(114a)쪽으로 방출되고, 그리고 상태 0H+1V를 지닌 공간 모드(112a)내의 광양자는 출력 모드(114b)쪽으로 방출된다. 설명된 실시예에서, 모드 (114a)는 모드(114b)가 모드 (112a)에 수직인 동안 모드 (112a)와 함께 배열되고, 그 결과 출력 모드(114a)는 전송 출력 모드로 간주되고 출력 모드(114b)는 입력 모드(112a)에 대하여 반사 출력 모드로 간주된다. 따라서 설명된 실시예에서, 상태 1H+0V를 지닌 공간 모드(112a) 내의 광양자는 전송 출력 모드(114a)쪽으로 방사되고, 그리고 상태 0H+1V를 지닌 공간 모드(112a)에서 광양자는 반사 출력 모드(114b)쪽으로 방사된다. 또 다른 실시예에서, 상태 1H+0V를 지닌 공간 모드(112a) 상의 광양자는 반사 출력 모드(114b)쪽으로 방출되고, 그리고 상태 0H+1V를 지닌 공간 모드(112a) 상의 광양자는 전송 출력 모드(114a)쪽으로 방출된다. 유사하게, 설명된 실시예에서, 상태 1H+0V를 지닌 공간 모드(112b) 상의 광양자는 전송 출력 모드(114b)쪽으로 방출되고, 그리고 상태 0H+1V를 지닌 공간 모드(112b) 상의 광양자는 반사 출력 모드(114a)쪽으로 방출된다. 중첩 상태들을 지닌 광양자는 하나의 확률을 지닌 한 모드 쪽으로 방출되고 그리고 다른 확률을 지닌 다른 모드(예를 들어, 반사된)쪽으로 방출된다.
거의 100% 효율성을 지닌 하나의 기저 상태를 전송하고 거의 100% 효율성을 지닌 수직적 상태를 반사하는 H-V PBS들은 당업자에게 공지되어 있다.
도 1C는 직교적 편광들의 제 2 세트 F, S(이후 "F-S PBS"라 부른다)에 관계된 편광 광속 분리기(120)를 표현하는 블락 다이어그램이다. 상기 표현된 광속 분리기(120)는 입력 모드 122a, 122b를 포함하는 두 개의 입력 모드들(122)과 출력 모드 114a, 114b를 포함하는 두 개의 출력 모드들(114)을 포함한다.
설명된 실시예에서, 편광 F를 지닌 공간 모드(112a) 내의 광양자는 출력 모드(124a)로 방출된다. 그리고 편광 S를 지닌 공간 모드(122a)내의 광양자는 출력 모드(124b)로 방출된다. 설명된 실시예들에서, 모드(124a)는 전송 출력 모드라고 여겨지고 출력 모드(124b)는 입력 모드(122a)와 관련하여, 반사 출력 모드라고 여겨진다. 따라서 설명된 실시예에서, F 편광을 지닌 공간 모드(122a)에서 광양자는 전송 출력 모드(124a)로 방출되고 S 편광을 지닌 공간 모드(122a)에서 광양자는 출력 모드(124b)로 방출된다. 다른 실시예들에서, S 편광을 지닌 공간 모드(122a) 내의 광양자는 반사 출력 모드(124b)로 방출된다.
유사하게, 설명된 실시예에서, F 편광을 지닌 입력 공간 모드(122b) 내의 광양자는 출력 모드(124b)쪽으로 방출되고, 그리고 S 편광을 지닌 입력 공간 모드(122b)는 반사 출력 모드(124a)쪽으로 방출된다.
거의 100% 효율성을 지닌 한 기저 상태를 전송하고 거의 100% 효율성을 지닌 직교 상태를 반사하는 F-S PBS들은 당업자에게 공지되어 있다. 그러한 장치는 예를 들어, H-V PBS 쪽으로 광자를 향하기 전에 45도를 통한 광자의 편광을 회전시키거나 또는 45도 H-V PBS를 회전함으로써 구현될 수 있다.
2. 양자 패리티 체크 장치
2.1 양자 패리티 체크 장치의 구조적 개요
도 2 A는 실시예에 따른 양자 패리티 체크 장치(200)를 표현하는 블락 다이어그램이다. 단순히 0 상태 또는 단순히 1 상태를 위한 양자 패리티 체크의 기능은 입력 큐비트의 상기 값을 상기 입력 큐비트의 값이 제 2 입력 큐비트("체크" 큐비트)의 그것과 동일한 것을 제공하는 출력 큐비트로 전송하는 것이다. 어떠한 광양자도 상기 상태가 다르면 출력이 아니다. 예를 들어, 아래에 보이는 것과 같이, 상기 광양자 패리티 체크 장치(200)는 상기 입력 광양자가 제 2 입력, "체크"광양자로서 동일한 상태 내에 있을 때 입력 광양자로서 동일한 상태를 지닌 출력 광양자를 생성한다. 어떠한 입력 큐비트 값 또는 체크 큐비트 값의 측정도 획득되지 않는다. 상기 패리티 체크 작동은 아래에서 설명된 것과 같이 중첩 상태들에 적용함으로써 일반화될 수 있다.
상기 패리티 체크 장치(200)는 도 1B에서 설명된 하나와 같이 H-V PBS 210을 포함한다. 상기 H-V PBS(210)는 입력 모드(212a)(또한 도 2A 내의 모드"2"로 명명된)와 체크 모드(212b)(또한 도 2A 내에서 모드"a" 라고 명명된)를 포함하는 입력 공간 모드들(212)을 지닌다. 상기 H-V PBS(210)는 전송된 출력 모드 214a(또한 도 2 A에서 모드 "2"라고 명명된)와 감지된 출력 모드 214b(또한 도 2A에서 모드 "c"라고 명명된)를 포함하는 출력 공간 모드(214)를 지닌다. 설명을 위해, 도 2A 내에 설명된 상기 공간 모드들은 위에서부터 보아온 것과 같은 수평 평면상에 있다.
상기 패리티 체크 장치(200)는 또한 감지된 출력 모드(214b) 상의 다수의 단일 양자들을 감지하는 편광 검출 감지기(220)(또한 "Dc"라고 명명되는)를 포함한다.
상기 패리티 체크 장치(200)는 또한 장치 출력(240)을 지닌 포스트-감지 프로세서(230)를 포함한다. 감지기(220) 내에서 감지된 광자들에 관한 전형적 정보는 포스트-감지 프로세서(230)로 전형적 데이터 링크(232)를 통해 전송된다. 상기 포스트-감지 프로세서는 하나 이상의 전형적 정보 프로세싱 요소들을 포함한다. 상기 전송된 출력 모드(214a)는 또한 포스트-감지 프로세서로 들어가고, 그곳에서 방해되거나 또는 변환되고 또는 장치 출력(240)에 변함없이 전송된다.
2.2 양자 패리티 체크 작동
입력 광양자는 모드(212a)에 도달하고 체크 광양자는 모드(212b)에 도달한다. 상기 광양자들은 동시에 도달한다고 가정한다. 예를 들어, 양 광양자는 게다가 광양자가 상기 광속 분리기(210)와 상호 교환하는 동안의 시간 구간과 비교하여 짧은 시간 구간동안 도달한다.
전송된 모드(214a) 상의 광양자 출력이 허용되고 단지 그러한 경우만을 위해 출력 장치(240)로 전송된다. 이 때 편광 검출 감지기(220)는 1과 단지 1("1AO1") 광양자만을 수신한다. 이는 상기 목적과 체크 광양자들이 동일한 편광을 갖는 경우에만 발생한다. 예를 들어, 상기 입력 광양자와 상기 체크 광양자가 모두 설명된 실시예 하의 H 상태 내에 있는 경우, 둘 다 PBS를 통해 곧장 전송될 것이고, 그리고 단지 체크 광양자는 검출기(220)에 부딪힐 것이다. 만일 상기 입력 광양자와 상기 체크 광양자가 모두 설명된 실시예 하의 V 상태 내에 있는 경우, 모두 반사될 것이며, 단지 입력 광양자 만일 검출기(220)에 부딪힐 것이다. 만일 입력이 H 상태 내이고 체크 광양자가 V 상태 이내이면, 상기 입력은 출력 모드(214a)쪽으로 전송될 것이고 그리고 그 체크 광양자는 동일한 출력 모드(214a) 쪽으로 반사될 것이다. 어떠한 광양자도 감지된 출력 모드(214b)에 대해 전송되거나 검출기(220)에 부딪히지 않을 것이다. 만일 입력이 V 상태 내에 있고 그리고 상기 체크 광양자가 H 상태 내에 있는 경우, 입력은 감지된 출력 모드(214b)쪽으로 반사될 것이고 그리고 그 체크 광양자는 동일하게 감지된 출력 모드(214b)쪽으로 전소될 것이다. 두 개의 광자들은 감지된 출력 모드(214b)에 대해 전송될 것이며 검출기(220)에 부딪힐 것이다.
상기 감지기(220)는 감지된 광양자들의 H-V 상태의 표시 없이 반드시 0, 1 그리고 2 광양자들의 도달 간을 구별하여야 한다. 게다가 상기 감지기(220)는 감지된 광자들의 상기 H-V 상태를 제공하지 않아야 한다.
도 2B는 실시예에 따라 양자 패리티 체크 장치(200)에서 사용되는 편광 검출 광양자 검출기(220)를 표현하는 블락 다이어그램이다. 이 검출기는 감지된 광양자들의 H-V 상태의 측정 없이 0,1 그리고 2 광양자들 간을 구별하는 원하는 특질을 지닌다.
편광 검출 감지기(220)는 도 1 C에 표현된 F-S PBS 와 같은, F-S PBS(222)와 두 개의 단일 광양자 검출기들(224)을 포함한다. 당업자에게 알려진 어떠한 단일 광양자 검출기도 이것과 연속하는 특징들 내의 두 개의 단일 광양자 검출기 각각을 위해 사용되지 않는다. 설명을 위해, 단일 광양자 검출기는 어떠한 광양자도 감지되지 않을 때 비트는 0이고 광양자가 검출될 때 비트는 1인 전형적인 비트를 구성하는 신호를 출력하는 것을 가정한다.
F-S PBS(222)의 입력 모드는 감지된 출력 모드(214b)(또한, 도 2A와 도 2B에서 "c"라고 명명되는)쪽으로 광양자들의 출력을 수신하기 위해 배열된다. 설명된 실시예에서, 전송된 출력 모드 상의 F-S PBS(222)에 의해 방출된 편광된 광양자 F는 단일 광양자 검출기(224a)( 심벌 "Dcf "에 의해 표현되는)에 의해 감지되고, 반사된 출력 모드 상의 F-S PBS(222)에 의해 방출된 S-편광된 광양자는 단일 광양자 감지기(224b)(심벌 "Dcs "에 의해 표현된다)에 의해 감지된다.
편광된 광양자 F가 H 그리고 V 편광들의 중첩과 같기 때문에, 예를 들어, F 편광된 광양자의 측정은 입력 그리고 체크 광양자들의 원 H-V 상태들과 관련한 어떠한 정보도 제공하지 않는다. 상기 F-S PBS의 이용은 H-V PBS(210)을 통해 패스하는 감지된 광양자들 이내의 어떠한 H-V 정보도 "삭제"라고 말해지며, 따라서 상기 장치(200)에 의해 작동되는 광양자들의 일관성을 보존한다.
양자 패리티 체크 장치 상의 상태들의 중첩 확률 효과를 보이기 위해, 설명을 위해 상기 입력 광양자는 방정식 3a에 의해 주어진 임의의 편광 상태 Ψ와 방정식 3b에 의해 주어진 특정 상태 Ψa 을 지니는 것으로 가정한다. 이것과 연속되는 논리 장치의 작동들의 이해를 돕기 위해 여기서 이론적 설명들이 제공되었음에도 불구하고, 실시예는 이러한 특정 이론적 설명들에만 제한되지 않는다.
Ψin = αHin + βVin 방정식(3a)
Ψa = (Ha + Va)/√2 방정식(3b)
상기 전체 입력 상태 Ψin은, 이러한 두 개의 상태들의 벡터 교차 곱에 의해 주어지는 H-V PBS에서, 당업자에게 잘 알려진다. 상기 출력 상태 Ψout은, 전송된 모드(214a)("out")와 감지된 모드(214b)("c") 상의 상기 H-V PBS 광속 분리기로부터 두 개의 광양자들 중의 c 와 감지된 모드 214b("c")는 방정식 3c에 의해 주어진다.
Ψout, c =(αHoutHc +βVoutVc + αHoutVout +βHcVc)/√2 방정식 (3c)
상기 마지막 두 개의 텀들은 검출기(220)에서 2 또는 0 광양자들을 이끄는 출력 상태 Ψfail에 대응하며, 이는 호스트 검출 프로세서(230)에서 방해된다. F-S 편광들의 용어로 쓰이는, 감지된 모드(214b) 상에서 전송되는 광양자의 상태, Fc, Sc, 각각은 방정식 3d 에 의해 주어진다.
Ψc = [(αHout + βVout)Fc + (-αHout + βVout)Sc] / 2 +(Ψfail)/√2
방정식(3d)
상기 Fc 텀은 1AO1 광양자가 검출기 Dcf 224a에서 감지 될 때를 표시하고 어떠한 광양자들도 검출기 Dcs 224b에서 감지되지 않으며, 모드(212a)상의 입력 광양자(αHin + βVin)의 임의적 편광은 모드 214a (αHout + βVout)내의 광양자로 맵(map)된다. 이는 1/4의 확률과 함께 발생한다. 상기 Sc 텀은 1AO1 광양자가 검출기 Dcs 224b 상에서 감지될 때와 어떠한 광양자들도 검출기 Dcf 224a 상에서 감지되지 않을 때를 표시한다. 이 실시예는 1/2의 확률을 계승한다. 당업자에게 알려진 방법은 180도 위상 이동을 주기위해 사용된다. 예를 들어, Pockel의 셀 상의 바이어스 전압은 검출기 Dcs 224b 상의 광양자의 감지에 기초하여 빠르게 변한다.
주의할 것은 입력 모드들(212) 상의 입력 광양자들의 상태를 측정하기 위해 그리고 작동하고 있는 광양자들의 일관성을 감소하기 위한 역할을 행하는 H-V 편광 정보의 어떠한 타입을 제공하지 못하는 두 가지 1AO1 감지들 중의 하나를 수용해야 하는 점이다.
2.3 패리티 체크 실험적 결과들
도 3 은 논리 장치들의 다양한 실시예들의 수행을 표시하기 위한 경험적 장치들(300)을 표시하는 블락 다이어그램이다. 상기 논리 장치들은, 공간 모드 324a를 따른 성분들을 제외한 더 위쪽의 우측 성분에 의해 시뮬레이트 되고, 이는 아래에 설명된 것과 같은 논리 장치의 장치 출력을 테스트하기 위해 사용된다. 상기 성분들의 나머지 부분은 동시에 시뮬레이트 된 장치에 도달하는 두 개의 광양자들을 발생하기 위해 사용된다.
상기 장치(300)는 상관된 상태들 상의 두 개의 광양자들의 소스(304)를 포함한다. 상관된 상태들을 지닌 광양자들은 때때로 얽힌 광양자들이라 불린다. 상기 중첩 상태는, 감지의 확률을 나타내고, 얽힌 광양자들과 관련되며 각각 다른 광양자들과 관련된 두 개의 독립적인 중첩 상태들의 교차 곱으로써 표현될 수 없다.
장치(300) 내의 소스는 타입 Ⅱ 파라메트릭(parametric) 다운-컨버젼(down-conversion) 크리스털(BBO)이며, 당업자들에게 공지되어 있고, 이는 얽힌 광양자의 쌍-즉, 수평적으로 편광된 것과 수직적으로 편광된 것을 생성한다. 아르곤-이온 레이저로부터 A 351.1-나노미터 파장 광속은 상기 소스에 전압을 가한다. 그러한 소스가 설명된다, 예를 들어, Y.H Shin 그리고 A.V. Sergienko,에 의한 " Two photon anti-correlation in a Hanbury- Brown -Twiss Type experiment," Physics Letters A, vol. 186, p29,1994(이후로 Shih) 그리고 M.H.Rubin, D.N.Klyshko, Y.H.Shih, 그리고 A.V. Sergienko, "Theory of two-photon entanglement in type-Ⅱ optical parametric down-conversion," Physics Review A, vol.50, p.5122, 1994(이후로 Rubin) 이다.
상기 장치(300)는 또한 자외선 블락(306)과 Shih-Sergienko 경도의 보상 크리스털(SS)(308)을 포함한다. 상기 SS(308)은 BBO 소스의 특징을 위해 상기 H 편광된 광양자 에 앞서 약간 방출되는 V 편광된 광양자 을 보상한다. SS(308)의 작동에 관련한 상세 점은 Shih 그리고 Rubin에서 설명된다.
상기 장치(300)는 또한 H-V PBS(310)(또한 "PBS1"이라 불리는)을 포함하고, 이는 공간 모드(312a)쪽으로 광양자들의 쌍의 V 편광된 광양자를 반사하고, 그리고 공간 모드(312b)를 따라 H 편광된 광양자를 전송한다. 두 개의 복굴절 평판들 중의 하나, P1(316a)과 P2(316b), 그리고 두 개의 거울들 중의 하나, M1(318a) 그리고 M2(318b)는 시뮬레이트 된 장치에서 그의 도달 전에 각 공간 모드 상의 광양자에 대한 변환 상태 조건에 장착된다. 상기 공간 모드들의 패스 길이들은 두 개의 광양자들이 동시에 시뮬레이트 된 논리 장치에 도달하기 위해 변환 상태들에서 거울들(318a, 318b)을 이용하는 동일한 길이에 의해 조정된다. 게다가 광양자의 편광은 그의 공간적 모드( 때때로 "패스"라고 불리는) 상의 반-파장 복굴절 평판(316a, 316b)을 이용하는 원하는 방향 쪽으로 회전될 수 있다.
상기 장치는 제 2 H-V PBS(320)("PBS 2")를 포함하고, 이는 테스트 된 논리 장치의 성분들 중의 하나와 같이 역할 한다. 예를 들어, H-V PBS(320)은 양자 패리티 체크 장치(200)의 H-V PBS(210)과 같이 작동한다. H-V PBS(320)은 두 개의 출력 공간 모드들(324a, 324b)을 지닌다.
상기 장치(300)는 회전의 편광 분석기(330b)("θ2"), 필터(340b)("f2") 그리고 단일 광양자 감지기(350b)("D2")를 이용하는 편광 감지 검출기의 구현을 포함한다. 편광 분석기는 분석기의 방향에서 편광된 광양자들을 패스하고 상기 수직적 방향 내에 편광된 광양자들을 막는다. 회전식 편광 분석기는 분석기 방향을 변화하기 위해 쉽게 회전된다. 상기 필터 f2 는 장치(300)쪽으로 새어나오는 빗나간 광양자들로부터 배경 잡음을 감소시킨다.
상기 장치는 다른 회전식 편광 분석기(330a)("θ1"), 또 다른 필터(340a)("f1") 그리고 또 다른 단일 광양자 감지기(350a)("D1")를 이용하는 포스트-감지 프로세서 쪽으로의 출력인 광양자를 측정하기 위한 성분들을 포함한다.
장치(300)는 광양자 패리티 체크 장치(200)의 한 실시예를 시뮬레이트 하기 위해 구현되고, 이 때 상기 출력은 하나의 광양자가 단일 광양자 검출기 Dcf 224a 내에서 감지되고 그리고 어떠한 광양자들도 단일 광양자 검출기 Dcs 224b에서 감지되지 않을 때마다 변하지 않는 것이 수용된다. 위에서 설명한 것과 마찬가지로, 이것은 1/4의 확률과 함께 발생한다. 이 구현에서, 상기 회전식 편광 분석기(330b)는 F 편광을 지닌 광양자만을 감지기 D2(350b)에서 패스하고 감지하기 위해 H와 관련되어 45도 회전된다. 단일 광양자 검출기 Dcf 224a에서 하나의 광양자를 감지하는 것과 단일 광양자 검출기 Dcs 224b에서 어떠한 광양자를 감지하는 것의 조건은 양 감지기들 D2 350b 와 감지기 D1 350a에서 광양자들의 일치하는 감지를 만드는 것에 대응한다. 단지 2 개의 부수하는 광양자들이 있기 때문에, D1 350a 그리고 D2 350b에서 감지는 검출기 Dcs에서 어떠한 감지도 S 편광을 지닌 광양자로 구성되지 않음을 의미한다.
상기 양자 패리티 체크 장치로 돌아와서, 도면 2C, 2D, 2E, 2F는 비-중첩 상태들 상에서 작동하는 도 2A의 양자 패리티 체크 장치의 수행을 표시하는 실험적 결과들을 표시한다. 각 그래프는 축(254)상에서 표현되는 것과 같이 상기 출력 모드(324a) 상에서 측정되는 두 개의 상태들 각각을 위해 일치하는 카운트 축(252)상의 다수의 일치하는 카운트들을 그린다. 축(254) 상의 영은 상기 분석기(330a)가 편광된 광양자들 H를 패스하기 위해 근원되었음을 표시한다. 축(254) 상의 1은 상기 분석기(330a)가 편광된 광양자들 V를 패스하기 위해 근원되었음을 표시한다. 상기 결과들은 1% 차수 상의 에러 이내로 패리티 체크 장치로부터 기대되는 것과 일치한다.
도 2C는 양 입력 광양자들이, 공간 모드들(312a, 312b) 상에서, 각각 H 편광일 때, 결과들을 표시한다. 이는 H 편광 광양자로 V 편광 광양자를 변화시키기 위해 반-파장 평면 P1(316a)에서 근원하는 장치들(300)을 이용함으로써 획득된다. 상기 기대된 출력은 H 편광 광양자 이고, 매번 일치하는 감지는, 예를 들어, 상기 분석기(330a)가 H 편광된 광양자들을 패스하기 위해 회전 되거나 상기 분석기(330a)가 V 편광된 광양자들 을 패스하기 위해 회전될 때 어떠한 일치하는 카운트들이 없는 경우 많은 다수의 일치하는 카운트를 만든다. 카운트들(262a 와 264a), 각각으로부터 보일 수 있는 것과 같이, H 편광된 그리고 어떠한 일치하는 카운트들도 V 편광된 광양자들을 위해 획득되지 않는다.
도 2D 는 각 쌍의 한 입력 광양자가, 공간 모드(312a) 상에서, H 편광된 이고, 다른 입력 광양자가, 공간 모드(312b)에서, V 편광된 일 때 결과들을 표현한다. 이는 H 편광 광양자 에 대한 V 편광 광양자를 변화시키기 위해 반-파장 평면 P1(316a)에 의해 발생하고 그리고 V 편광 광양자에 대해 H 편광 광양자를 변화시키기 위해 반-파장 평면 P2(316b)를 발생함으로써 장치들(300)을 이용하여 획득된다. 상기 분석기(330a)가 H 편광 광양자들 또는 V 편광 광양자들을 패스하기 위해 회전되는지에 따라, 상기 기대되는 출력에는 어떠한 일치하는 카운트들도 없다. 카운트들(262b 와 264b)로부터 보일 수 있는 것과 같이, 대부분의 어떠한 일치하는 카운트들도 획득될 수 없다. 그러나 카운트(262b)는 일부 일치하는 카운트들이 획득됨을 보여주고, 이는 실험적 구현의 작동에 있어 작은 에러를 표현한다.
도 2E 는 각 쌍의 하나의 입력 광양자가, 공간 모드(312a)에서, V 편광되고 그리고 다른 입력 광양자들은, 공간 모드(312b) 상에서, H 편광된다. 이는 H 편광 광양자 또는 V 편광 광양자를 변화시키지 않기 위해 반-파평면 P1(316a)과 P2(316b)에서 기원하는 장치를 이용하여 획득된다. 상기 기대된 출력은 V 분극 광양자이고 매번 일치하는 감지가 만들어 진다. 예를 들어, 분석기(330a)가 H 분극 광양자를 패스하기 위해 회전할 때는 어떠한 일치하는 카운트들도 만들어지지 않고, 그리고 상기 분석기가 V 분극 광양자들을 패스하기 위해 회전 될 때는 다수의 일치하는 카운트들이 만들어진다. 카운트들(264d 와 262d)로부터 각각 보일 수 있는 것과 같이, 매번 일치하는 카운트가 획득된다. 상기 출력 모드(324a)상의 광양자는 V 분극 되고 그리고 근본적으로 어떠한 일치하는 카운트들도 H 분 극된 광양자들을 위해 획득되지 않는다.
도 2G는 중첩 상태 상에서 작동하는 도 2A의 양자 패리티 체크 장치의 수행을 표시하는 실험적 결과를 표시하는 그래프이다. 방정식 3d에 관해 위에서 설명된 것과 같이, 방정식 3a에 의해 표현되는, H-V PBS의 입력 모드 상에서, 임의의 입력 상태는 상기 체크 입력 모드 상에서 광양자의 상태가 방정식 3b에 의해 주어질 때 H-V PBS의 출력 모드로 일관적으로 변환된다. 방정식 3b 는 H 분극에 대해 45도의 광양자 분극을 표현한다. 게다가, 도 2G에 표현된 상기 실험적 결과들은 장치(300)내의 반-파 평면 P2(316b)내의 45도에 의해 공간 모드(312b)로 들어가는 H 분극 광양자를 회전하는 것에 기초한다. 주의할 것은 PBS2(320)는 입력 모드(312a)의 H 성분을 출력 패스(324a)로 원하는 것과 같이 전송한다. 그러나 PBS2(320)는 전체적으로 단일 광양자 검출기 D2(350b)에 의해 소비되는 곳에서 감지된 출력 패스(324b)쪽으로 V 성분을 반사한다. 결과적으로, 상기 장치는 방정식 3b의 임의적인 V 성분을 대체하여야하며, 출력 공간 모드(324a) 쪽으로 반사되고 그리고 의 입력 값을 지닌 체크 입력 공간 모드(312b)로부터 수평적 성분과 함께 이는 값 β를 지닌다.
도 2G 내에서 표현되는 실험적 결과들을 생성하기 위해, 상기 반-파 평면 P1(316a)은 V 분극 광양자를 20도 분극 광양자로 변화시키기 위해 근원한다. 이는 방정식 3a에서 α를 위한 0.94의 값에 그리고 β를 위한 0.34 값에 대응한다.
도 2G 내의 그래프는 축(256)상에 표현된 것과 같이 출력 모드(324a) 상에 측정된 다수의 방향들의 각각을 위한 일치하는 카운트 비율 축(258) 상의 시간당 다수의 일치하는 카운트들을 그린다. 축(256)상의 0은 분석기(330a)가 H 분극 광양자들을 패스하기 위해 근원함을 표시한다. 축(256)상의 90은 상기 분석기(330a)가 90도 분극 광양자들(V 분극 광양자들과 동일한)을 패스하기 위해 근원되었음을 표시한다. 상기 관찰된 카운트 비율들은 관찰들(272)과 같은, 실험적 에러를 표현하는 수직 바들을 지닌 점들에 의해 표현된다.
상기 기대되는 결과들은 일치하는 카운트들이 획득될 때 입력 모드(312a)상에서와 20도 분극과 같이 출력 광양자들을 위한 것이다. 그러한 분극 광양자들은 20도와 200도에서, 그리고 최소, 거의 영인, 110도 그리고 290도에서 카운트 비율들과 함께 최대 일치하는 카운트 비율들을 지닌 사인-제곱 커브에 뒤따르는 관찰을 산출한다. 상기 결과들은 패리티 체크 장치로부터 상기 실험적 에러 이내까지 기대하는 것과 일치한다. 이는 중첩 상태에서 작동할 때 구현되는 패리티 체크 장치의 일관적인 성질을 증명한다.
3. 양자 파괴적 제어 NOT(CNOT) 장치
3,1 양자 파괴적 CNOT 구조적 개관
도 4A는 실시예에 따른, 파괴적 CNOT 장치(400)를 표현하는 블락 다이어그램이다. 양자 CNOT의 기능은 만일 제어 큐빗이 단순한 0 상태 내에 있으면 아무 것도 안하고 만일, 제 2 입력 " 제어" 큐빗이 단순한 1상태이면 입력"타깃"큐빗의 논리적 값을 뒤집는 것이다. 예를 들어, 아래에서 보이는 것과 마찬가지로, 양자 파괴적 CNOT 장치(400)는 상기 제어 광양자가 V 분극 될 때 뒤집힌 H와 V 상태들을 지닌 출력 광양자를 생성하고, 상기 제어 광양자가 H 분극 될 때 타깃 광양자와 동일한 상태를 지닌 출력 광양자를 생성한다. 타깃 큐빗 값 또는 제어 큐빗 값의 어떠한 측정도 획득되지 않는다. 상기 CNOT 작동은 아래에 설명한 것과 마찬가지로 중첩 상태들에 일반적으로 적용될 수 있다. 상기 파괴적 CNOT 은 CNOT으로서의 동일한 기능을 수행하나, 프로세스 내의 제어 광양자를 소비하고 그 결과 상기 제어 광양자는 상기 장치로부터 출력의 부분이 아니다.
상기 파괴적 CNOT 장치(400)는 도 1C에 표현된 하나와 같이, F-S PBS(410)을 포함한다. 상기 H-V PBS(410)은 타깃 입력 모드(412a)(또한 도 4A에서 모드"3"이라고 명명된)와 제어 입력 모드(412b)(또한 도 4A에서 모드"b"라고 명명된)을 포함하는 입력 공간 모드들(412)을 지닌다. 상기 H-V PBS(410)은 전송된 출력 모드(414a)(또한 도 4A에서 모드"3"이라고 명명된)그리고 감지된 출력 모드(414b)(또한 도 4A에서 모드"d"라고 명명된)를 포함하는 출력 공간 모드들(414)을 지닌다. 설명을 위해, 도 4A에서 설명된 공간 모드들은 위로부터 보는 것과 마찬가지로 수평 평면 위에 있다.
상기 파괴적 CNOT 장치(400)는 또한 감지된 출력 모드(414b)에서 다수의 단일 광양자들을 감지하는 분극 감지 검출기(420)(또한 "Dd"라고 명명된)를 포함한다.
상기 파괴적 CNOT 장치(400)는 또한 장치 출력(440)을 지닌 포스트-감지 프로세서(430)를 포함한다. 검출기(420)내에서 감지된 광양자들에 관한 정보는 전형적인 데이터 링크(432)를 통해 포스트-감지 프로세서(430)로 전송된다. 상기 포스트-감지 프로세서(430)는 하나 이상의 전형적인 정보 프로세싱 요소를 포함하고, 그곳에서는 장치 출력(440)에 대해 변하지 않도록 차단되거나 또는 변환되거나 또는 전송된다.
3.2 양자 파괴적 CNOT 작동
타깃 광양자는 모드(412a)에 도달하고 제어 광양자는 모드(412b)에 도달한다. 상기 광양자들은 동시에 도달하는 것으로 가정한다. 예를 들어, 광양자가 광속 분리기(410)와 상호 교환하는 동안의 시간 인터벌에 비교하여 짧은 시간 인터벌 동안 양 광양자들이 도달한다.
전송된 모드(414a)상의 광양자 출력은 그러한 경우들을 위해서만 출력 장치(440)로 받아들여지고 변환된다, 이 때 분극 검출 감지기(420)는 1 그리고 단지 1 광양자("1AO1")를 수신한다.
상기 검출기(420)는 타깃 그리고 제어 광양자들의 H-V 상태를 표시함 없이 반드시 0, 1, 그리고 2 광양자들의 도달 간을 구별하여야 한다. 그러나 모드(414b) 상의 상기 감지된 광양자들은 F-S PBS(410)의 결과로서 F-S 기저 내에 있기 때문에, 그들은 타깃 그리고 제어 광양자들의 H-V 상태에 관한 어떠한 정보도 제공하지 않는다. 게다가, 상기 감지기(420)는 감지된 광양자들의 H-V 상태를 제공한다.
도 4B는 도 4의 양자 패리티 체크 장치 내에서 사용되는 분극 감지 광양자 검출기(420)를 설명하는 블락 다이어그램이다. 이 검출기는 상기 타깃과 제어 광양자들의 H-V 상태를 측정함 없이 0,1 그리고 2 광양자들 간의 원하는 구별 특징을 지닌다.
분극 감지 검출기(420)는 도 1B 내에 설명된 H-V PBS 와 같은, H-V PBS(422) 그리고 두 개의 단일 광양자 검출기들(424)을 포함한다. H-V PBS(422)의 입력 모드는 감지된 출력 모드(414b)(또한 도 4A와 도 4B 내에서 "d"라고 명명된)쪽으로 광양자들 출력을 수신하기 위해 배열된다. 설명된 실시예에서, 송신된 출력 모드 상의 H-V PBS(422)에 의해 방출된 H 분극 광양자는 단일 광양자 검출기(424a)(심벌 "DdH "에 의해 표현되는)에 의해 감지된다. 그리고 반사된 출력 모드 상의 F-S PBS(422)에 의해 방출된 V 분극 광양자는 단일 광양자 검출기(424b)(심벌 "DdV "에 의해 표현되는)에 의해 감지된다.
F 분극 된 광양자가 H 그리고 V 분극의 중첩과 동일하기 때문에, 예를 들어, F 분극 된 광양자의 측정은 타깃 그리고 제어 광양자의 원 H-V 상태들에 관한 어떠한 정보도 제공하지 않는다. F-S PBS(410)의 사용은 H-V PBS(422)를 통해 패스하는 감지된 광양자들 내의 어떠한 H-V 정보도 "삭제"한다고 말하고, 따라서, 장치(400)에 의해 작동되는 광양자들의 일관성을 보존한다.
양자 파괴적 CNOT 장치 상의 상태 중첩 확률적 효과를 보이기 위해, 설명을 위해, 타깃 광양자는 방정식 3a에 의해 주어지는 임의의 분극 상태 Ψ를 지니고, 여기서 방정식 4a 와 같이 편의를 위해 반복된다. 상기 체크 광양자는 먼저 수직적으로 분극 되도록 간주되고 그리고 방정식 4b 에 의해 주어진 특정 상태 Ψb 을 지닌다.
Ψin = αHin + βVin 방정식(4a)
Ψb = Vb 방정식(4b)
F-S PBS에서 전체 입력 상태 Ψin은 당업자에게 잘 알려진 것과 같이, 이러한 두 개의 상태들의 벡터 교차 곱에 의해 주어진다. FS 기반 내의 이러한 상태들에 쓰는 것은 방정식 4c 내의 교차 곱(X)과 같이 표현된 전체 입력 상태를 준다.
상기 출력 상태 Ψout, 송신된 모드 414a("out")와 감지된 모드 414b("d") 상의 F-S PBS 광속 분리기로부터 두 개의 광양자들 중의 d 는 방정식 4d 에 의해 주어진다.
Ψfail2 내의 상태들은 검출기(420)에서 둘 또는 영 광양자들을 이끌고, 이는 출력 광양자가 포스트-감지 프로세서(430) 내에서 막히도록 되는 원인이 된다. 상기 H-V 분극들의 텀들 내에 쓰인, 이것은 방정식 4e에 의해 주어진 식이 된다.
상기 Hd 텀은 1AO1 광양자가 검출기 DdH 424a 내에서 감지될 때 그리고 어떠한 광양자도 검출기 DdV 424b에서 감지되지 않을 때를 표시하고, 모드(412a) 상의 입력 광양자(αHin + βVin)의 임의의 분극은 모드 414a (αVout + βHout)내의 광양자 내에서 뒤집힌다. CNOT으로부터 이 원하는 출력은 1/4의 확률과 함께 발생한다. 상기 Vd 텀은 1AO1 광양자가 검출기 DdV 424b 내에서 감지되는 것과 어떠한 광양자들도 검출기 DdH 424a 내에서 감지되지 않는 때를 표시하고, 모드 412a 상의 상기 입력 광양자(αHin + βVin)의 임의의 분극은 모드 414a(αHout + βVout) 내의 광양자로 직접 맵된다. 이는 또한 1/4 의 확률과 함께 발생한다. 원하는 뒤집힌 광양자에 대한 이 출력 광양자를 변환하는 것은 또한 출력 광양자 상의 작동들을 포함한다. 예를 들어, 90도에 의한 분극의 회전 그리고 그 때 180도(π 라디안)의 위상 이동의 적용 등이다. 상기 출력이 이 경우에서 변환된다면, 그 원하는 출력은 1/2 의 확률로서 획득 될 수 있다.
양자 파괴적 CNOT 장치 상의 상태 중첩의 확률적 효과를 보기 위해, 설명을 위해 타깃 광양자는 위에서와 마찬가지로 방정식 4a에 의해 주어진 임의의 분극 상태 Ψin을 지니고, 상기 제어 광양자는 방정식 4f 에 의해 주어진 것과 같이 H 분극 되었다고 가정한다.
Ψb = Hb 방정식 4f
방정식 4e를 생성하는 이러한 것과 유사한 스텝들에 뒤이어, H 분극 제어 광양자를 위한 출력 상태는 방정식 4g에 의해 주어지는 것을 볼 수 있다.
Ψfail3 내의 상태는 검출기(420)에서 둘 또는 영 광양자들을 이끌고, 이는 출력 광양자들이 포스트-검출 프로세서(430) 내에서 차단되는 원인이 된다. 상기 Hd 텀은 1AO1 광양자가 검출기 DdH 424a 내에서 감지되는 것과 어떠한 광양자도 검출기 DdV 424b에서 감지되지 않을 때를 표시하고, 모드(412a) 상의 입력 광양자(αHin + βVin)의 임의의 분극은 모드 414a (αVout + βHout)내의 광양자로 직접 맵된다. CNOT으로부터 이 원하는 출력은 1/4의 확률로서 발생한다. 상기 Vd 텀은 1AO1 광양자가 검출기 DdV 424b에서 감지되고 그리고 어떠한 광양자도 DdH 424a 내에서 감지되지 않는 때를 표시한다. 모드(412a) 상의 입력 광양자(αHin + βVin)의 임의의 분극은 모드 414a (αVout + βHout)내의 광양자내에서 뒤집힌다. 이는 또한 1/4의 확률로서 발생한다. 원하는 뒤집히지 않는 분극을 지닌 광양자로 이 출력 광양자를 변환하는 것은 90도에 의한 분극의 회전이나 180도(π 라디안)의 위상 이동의 적용과 같은 출력 광양자 상의 작동을 포함한다.
한 실시예에 따라, 상기 포스트-검출 프로세서(430)는 한 광양자가 검출기 DdH 424a 내에서 감지되는 것과 어떠한 광양자도 검출기 DdV 424b에서 감지되지 않을 때만 출력 장치(440)로 출력 모드(414a)상의 광양자를 패스한다. 이 실시예는 1/4의 확률로 계승된다. 또 다른 실시예에 따라, 한 광양자가 검출기 DdH 424a 내에서 감지되는 것과 어떠한 광양자도 검출기 DdV 424b에서 감지되지 않을 때만 출력 장치(440)로 출력 모드(414a)상의 광양자를 패스하는 것에 부과하여, 상기 포스트-검출 프로세서(430)는 또한 90도에 의해 광양자 분극을 회전하고 그리고 180도에 의해 출력 모드(214)상의 광양자를 위상 이동하고 그리고 상기 회전되고, 위상-이동된 광양자를 출력 장치(440)로 하나의 광양자가 검출기 DdV 424b에서 감지되고 그리고 어떠한 광양자도 검출기 DdH 424a 내에서 감지되지 않을 때 출력 장치(440)로 패스한다. 이 실시예는 1/2의 확률을 계승한다. 당업자에게 공지된 방법은 180도 위상 이동 그리고 90도 회전을 분리하기 위해 사용된다. 예를 들어, 반-파 복굴절 평판은 출력 모드(414a) 상의 광양자를 회전하기 위해 사용될 수 있다.
두 개의 1AO1 감지들 중의 하나를 받아들이는 것은 입력 모드들(412) 상의 타깃 그리고 제어 광양자들의 상태를 측정함에 있어 역할하고 그리고 작동되고 있는 광양자들의 일관성을 줄이는 어떠한 H-V 분극 정보도 제공하지 않는다는 것을 주의해야 한다.
3.3 파괴적 CNOT 실험적 결과들
도 3에 있어 장치(300)는 양자 파괴적 CNOT 장치(400)의 한 실시예를 시뮬레이트 하기 위해 구현되고, 이 때 상기 출력은 하나의 광양자가 단일 광양자 검출기 DdH 424a 내에서 감지되고 그리고 어떠한 광양자들도 단일 광양자 검출기 DdV 424b에서 검출되지 않을 때마다 변하지 않는 것을 수용한다. 위에서 설명한 것과 마찬가지로, 이는 1/4의 확률로 발생한다.
이 구현에서, PBS2(320)의 기저는 F 분극에 대해 45도 회전된 F 분극 그리고 H 분극이라고 간주된다. 게다가, 상기 검출기 DdH 424a는 45도에 의한 회전형 분극 분석기(330b)의 회전에 의해 구현된다. 단일 광양자 검출기 DdH 424a에서 하나의 광양자의 감지와 그리고 단일 광양자 검출기 DdV 424b에서 어떠한 광양자들도 감지되지 않는 것의 조건은 검출기 D2(350b) 그리고 검출기 D1(350a)에서 광양자들의 일치하는 검출들에 대응한다. 단지 두 개의 부수적인 광양자들이 있기 때문에, D1(350a)그리고 D2(350 b)에서 감지는 어떠한 감지도 검출기 DdV내의 V 분극과 함께 광양자를 만들지 못함을 의미한다.
도면 4C, 4D, 4E, 4F 는 비-중첩 상태 상에서 작동하는 도 4A의 양자 파괴적 CNOT 장치의 수행을 표시하는 실험적 결과들을 표현하는 그래프들이다. 각 그래프는 축(454)상에서 표현되는 것과 같은 출력 모드(324a)상에서 측정되는 두 개의 상태들 각각을 위한 일치하는 축(452)에서의 다수의 일치하는 카운트를 그린다. 축(454)상의 영은 분석기(330a)가 H 분극 광양자를 패스하기 위해 PBS2(320)의 기저에 관해 -45도 방향임을 표시하고, 축(454) 상의 일은 상기 분석기(330a)가 V 분극 광양자들을 패스하기 위해 PBS2(320)의 기저에 관해 +45도 방향임을 표시한다. 상기 결과들은 CNOT 장치로부터 18% 차수 상의 에러 이내까지 기대되는 것과 일치한다.
예를 들어, 도 4C는 양 입력 광양자들, 공간 모드들 (312a, 312b)상에서 상기 타깃 그리고 제어 광양자들 각각 H 분극 된다. 이것은 PBS2(320)의 기저에 관해 -45도 , H 분극 광양자로의 PBS2(320)의 기저에 대해 90도 분극 광양자를 변화시키기 위해 반-파 평면 P1(316a)에서 방향 짓는 장치(300)를 이용하여 획득된다. 유사하게, 반-파 평면 P2(316b)는 0도 분극 광양자를 -45도로 변환시키기 위해 방향 잡는다. 상기 기대되는 출력은 뒤집히지 않은 출력이다. 예를 들어, H 분극 광양자는 매번 일치하는 감지가 만들어 진다. 이는 상기 분석기가 330a 일 때 다수의 일치하는 카운트들이 H 분극 광양자들을 패스하기 위해 -45도 회전 하는 것에 의해 그리고, 그리고 상기 분석기(330a)가 V 분극 광양자들을 패스하기 위해 +45도 회전할 때 어떠한 일치하는 카운트들이 존재하지 않는 것에 의해 표현된다. 카운트들(462a 그리고 464a)로부터 각각, 보일 수 있는 것과 같이, 일치하는 카운트 시간의 82.2%가 획득된다. 출력 모드(324a) 상의 광양자는 원하는 것과 같이 H 분극 되나, 일치하는 카운트들 시간의 17.8%가 획득되고, 광양자들은 V 분극 되며, 이는 에러이다.
도 4D는 각 쌍의 타깃 광양자가, 공간 모드(312a)상에서, H 분극 되고 그리고 상기 제어 광섬유가, 공간 모드(312b)상에서, V 분극 될 때의 결과들을 보여준다. 상기 기대된 출력은 일치하는 카운트가 있을 때마다 V 분극에 대한 타깃의 뒤집힌 상태이다. 카운트 464b 그리고 462b로부터 각각, 보일 수 있는 것과 같이, 일치하는 카운트 시간의 82%가 획득된다. 상기 출력 모드(324a) 상의 광양자는 원하는 것과 같이 V 분극 되나, 일치하는 카운트의 18% 시간이 획득되고, 상기 광양자들은 H 분극 되며, 이는 에러이다. 도 4E는 각 쌍의 타깃 광양자가, 공간 모드(312a)에서, V 분극 되고 그리고 제어 광양자가 공간 모드(312 b) 상에서 H 분극 될 때의 결과들을 표현한다. 상기 기대되는 출력은 일치하는 카운트가 있을 때마다 타깃, V 분극의 상태이다. 카운트들(464c 그리고 462c)로부터, 각각 보일 수 있는 것과 같이, 일치하는 카운트 시간의 82.7%가 획득되고, 상기 출력 모드(324a)상의 광양자는 원하는 것과 같이 V 분극 되나, 일치하는 카운트들의 17.3% 시간이 획득되고, 상기 광양자들은 H 분극 되며, 이는 에러이다. 도 4F는 양 입력 광양자들, 공간 모드(312a, 312b)상에서 각각, 타깃 그리고 제어 광양자들이 V 분극 될 때의 결과를 표시한다. 상기 기대된 출력은 일치하는 카운트가 있을 때마다 H 분극에 대한 타깃의 뒤집힌 상태이다. 카운트들(462d 그리고 464d)로부터 각각 보일 수 있는 것과 같이, 일치하는 카운트 시간의 86.3%가 획득되고, 상기 출력 모드(324a) 상의 광양자는 원하는 것과 같이 H 분극 되나, 일치하는 카운트들의 시간의 13.7%가 획득되고, 상기 광양자들은 V 분극 되며, 이는 에러이다.
도 4C, 4D, 4E, 4F 내에서 표현되는 결과들은 모든 입력 큐빗들이 0 또는 1의 값을 갖는 때의 경우들이다. 다른 경우들에서, 이러한 두 상태의 중첩을 나타내는 경우, 에러들은 때때로 1%보다 훨씬 적다. 상기 평균 에러는 모든 가능한 입력 상태에 대한 평균을 한때, 대략 8%이다. 이러한 에러들은 거의 분극 광속 분리기들의 광학 퀄리티에 의존하고, 이는 상업적 퀄리티이며 쿼터파의 차수 상엣 왜곡을 지닌다. 훨씬 더 낮은 에러 비율들이 종래-만들어진 분극 광속 분리기와 단일 모드 광학 섬유들을 이용하여 기대된다.
입력 상태들의 중첩과 함께, 일관된 결과들이 도 2G 내의 위에서 표현한 것과 유사하게 획득된다. 이는 파괴적 CNOT 작동들이 입력 큐비트들의 상태의 측정 없이 수행되고, 논리 장치들의 양자 네트워크들을 위해 유용하다는 것을 표시한다.
4. 양자 인코더
4.1 양자 인코더 구조 개관
도 5는 실시예에 따른, 양자 인코더(500)를 표현하는 블락 다이어그램이다. 양자 인코더의 기능은 입력 큐비트의 값을 두 개의 출력 공간 모드로 인코드 하는 것이다. 예를 들어, 아래에 보이는 것과 같이, 상기 양자 인코더(500)는 입력 광양자와 같은 동일한 분극 상태를 지닌 두 개의 출력 광양자들을 생성한다. 입력 큐비트 값 또는 출력 큐비트 값의 어떠한 측정도 획득되지 않으며, 이는 양자 클로닝으로부터 양자 인코딩을 구별하고 일관성을 유지한다.
상기 양자 인코더(500)는 두 개의 얽힌 광양자의 소스(550)와 양자 패리티 체크 장치(200)를 결합한다. 다수의 얽힌 광양자들은 각 광양자들의 각 상태의 크로스 곱과 같이 표현될 수 없다. 얽힌 광양자들의 상태는 상관되고 그리고 독립적이지 않다. 위에서 도 2A와 관련하여 설명된 것과 같이, 상기 패리티 체크 장치(200)는 분극 감지 검출기 Dc(220)쪽으로의 출력 공간 모드(214b)와 포스트-검출 프로세서(230)쪽으로의 출력 공간 모드(214a)를 지닌 H-V PBS(210)을 포함한다. 상기 양자 패리티 체크 장치로부터 상기 장치 출력(240)은 양자 인코더(500)의 제 1 장치 출력(540a)과 같이 역할 한다.
상기 양자 패리티 체크 장치(200)를 위한 체크 광양자로서 역할 하는 상기 소스(550)로부터 광양자들 중의 하나는 입력 모드(212b)(또한 도 5에서 "b"라고 명명된) 와 함께 정렬된다.
상기 인코더(500)는 또한 제 2의 출력 장치(540b)를 지닌 또 다른 포스트-감지 프로세서(530)를 포함한다. 검출기(220) 내에 감지된 광양자에 관한 정보는 전형적인 데이터 링크(532)를 지나 포스트-검출 프로세서(530)로 전송된다. 상기 포스트-검출 프로세서(530)는 하나 이상의 전형적인 정보 프로세싱 요소를 포함한다. 소스 출력 모드(552) 상의 상기 소스(550)로부터 제 2 광양자는 또한 포스트-검출 프로세서(530)로 들어가고, 그 곳에서 그것은 제 2 장치 출력(540b)에 대해 변하지 않도록 막거나 또는 변환되거나 또는 전송된다.
4.2 양자 인코더 작동
설명된 실시예에서, 소스(550)에 의해 방출된 두 개의 광양자들 중의 얽힌 상태 φa, b 는 다음에 의해 주어진다.
φa, b = (HaHb + VaVb)/√2
소스(550)로부터 광양자들을 위한 이 얽힌 상태와 , 도 3a에 주어진 임의로 분극 된 입력 상태와 함께, 검출기 Dc(220)에 의한 1AO1 광양자의 성공적인 검출은 방정식 5b 내에 주어지는 변환Ψ 인코더를 선택하는 것을 보일 수 있다.
Ψ 인코더 = αHaHb + βVaVb
각각 H 그리고 V 상태들을 위한 크기 α 그리고 β를 지닌 두 개의 얽힌 광양자들을 표시하는, 방정식 5b 는 두 개의 출력 장치들(540a, 540 b) 상의 출력이다. 양자 패리티 체크에서 발생하는 것과 같이, 양자 인코더의 작동은 1/2 의 확률과 함께 계승한다.
5. 양자 릴레이
5.1 양자 릴레이 구조 개관
도 6A는 실시예에 따른 양자 릴레이(600)를 표현하는 블락 다이어그램이다. 양자 릴레이의 기능은 양자 비-해체(QND) 측정이 큐빗이 실질적으로 입력이라는 것을 증명해온 것에 의해 제공되는 큐빗 통신 채널 상에서 입력 큐빗과 동일한 상태 내에서 큐빗을 출력하는 것이다. 예를 들어, 아래에 보이는 것과 같이, 상기 양자 릴레이(600)는 모드(212a)상에서 광양자가 실질적으로 수신되어온 것을 제공하는 입력 광양자와 동일한 분극 상태를 지닌 광양자를 출력한다. 입력 큐빗의 H-V 상태 또는 출력 큐빗 값의 어떠한 측정도 획득되지 않으며, 이는 큐빗 일관성을 보존한다. 양자 릴레이는 양자 리피터(repeater)로부터 구별된다. 왜냐하면 양자 릴레이는 시간의 연장된 구간을 위한 광양자의 저장장치 또는 얽힘 정화를 요구하지 않는다.
상기 양자 릴레이(600)는 양자 인코더(500)를 제 2 분극 감지 검출기 D2(620)와 포스트 검출 프로세서(630) 내의 부가적 포스트-검출 작동들을 결합한다. 포스트-검출 프로세서(630)는 인코더(500)의 포스트-검출 프로세서들(230, 530)의 작동들을 포함한다.
도 5와 관련하여 위에서 설명된 것과 같이, 양자 인코더(500)는 분극 감지 검출기 Dc(220)와 출력 공간 모드(214a)로 향하는 출력 공간 모드(214b)를 지닌 H-V PBS(210)을 포함한다. 상기 양자 인코더(500)는 또한 2 개의 얽힌 광양자들의 소스(550)를 포함한다. 상기 소스(550)로부터 얽힌 광양자들 중의 하나는 H-V PBS(210)에 대해 입력인 공간 모드 212b(또한 도 5와 도 6에서 "a"라고 명명된)에서 출력이다. 소스(550)로부터 다른 얽힌 광양자는 공간 모드(552)(또한 도 5와 도 6A에서 "b"라고 명명된)쪽으로 방출된다. 검출기 Dc(220)에서 감지되는 광양자들에 관한 정보는 전형적 데이터 링크(232)를 통해 포스트-검출 프로세서(230)로 구리고 링크(532)를 통해 포스트-검출 프로세서(530)로 전송된다. 도 6A에서 링크들(232 그리고 532)은 링크(632a)에 의해 포스트 프로세서(630)쪽으로 표현된다.
게다가, 상기 양자 릴레이(600)는 상기 출력 모드(214a)를 제 2 분극 감지 검출기 D2(620)로 향하게 한다. 상기 양자 릴레이(600)는 링크(632b)를 포함하고, 이는 검출기 D2에서 감지된 광양자들에 관한 정보를, 특히 하나 이상의 전형적인 비트들을, 포스트-검출 프로세서(630)로 패스한다.
상기 포스트-검출 프로세서(630)는 하나 이상의 전형적 정보 프로세싱 요소들을 포함한다. 소스 출력 모드(552)상의 상기 소스(550)로부터 제 2 광양자는 또한 포스트-감지 프로세서(630)로 들어가고, 그곳에서 릴레이 출력 장치(640)에 대해 변하지 않도록 막히거나 또는 변환되거나 또는 전송된다. 양자 릴레이(600)의 설명된 실시예가 출력 모드(552)가 거울(664)을 통해 포스트-검출 프로세서(630)쪽으로 향하는 것을 보여줌에도 불구하고, 다른 실시예에서, 상기 거울(664)은 생략된다. 설명된 실시예에서, 상기 포스트-검출 프로세서는 또한 전형적인 게이트 신호(642)를 출력한다. 게이트 신호(642) 상의 전형적 비트는 광양자가 입력 모드(212a)상에서 수신되는 경우 1의 값을 지니고 광양자가 입력 모드(212a)상에서 수신되지 않는 경우 0의 값을 지닌다.
도 6B는 실시예에 따른 도 6A의 양자 릴레이 내에서 사용되는 분극 감지 검출기(620)를 표현하는 블락 다이어그램이다. 이 검출기는 감지된 광양자들의 H-V 상태의 측정 없이 0, 1, 그리고 2 광양자 들 간을 구별하는 원하는 특징을 지닌다. 분극 검출 감지기(620)는 도 1C에 표현된 F-S PBS와 같은 F-S PBS(622)와 두 개의 단일 광양자 검출기(624)를 포함한다. F-S PBS(222)의 입력 모드는 광양자들 출력을 출력 모드(214a)(또한 도 6A 그리고 도 6B 내의 모드 "2"라고 명명된)를 수신하기 위해 배열된다. 설명된 실시예에서, 송신된 출력 모드 상의 F-S PBS(622)에 의해 방출된 F 분극 된 광양자는 단일 광양자 검출기(624b)(심벌 ""에 의해 표현된다)에 의해 감지된다. 그리고 반사된 출력 모드 상의 F-S PBS(622)에 의해 방출된 S 분극 광양자는 단일 광양자 검출기(624a)(심벌 ""에 의해 표현되는)에 의해 감지된다.
5.2 양자 릴레이 작동
상기 양자 인코더는 출력 패스(214a)(또한 도 6A에서 "2"라고 명명된) 상의 제 2 분극 검출 감지기 D2(620)를 부가함으로써 양자 비-해체(QND) 측정 장치로 변환된다. 방정식 3a에 의해 주어지는 임의의 상태를 지니는 공간 모드(212a) 상의 입력 광양자를 위해, 1AO1 광양자가 양 검출기(220, 620) 상에서 감지되면, 상기 시스템(각 검출기에서 감지되는 0 또는 2 광양자들을 일으키는 상태들을 배제하는)은, 방정식 6에 의해 주어지는 것으로 볼 수 있는 심벌Ψb, c,2 에 의해 표현된다.
그 곳에서 "b"는 출력 공간 모드(552)상에서 광양자를 표현한다. 방정식 6은 상기 포스트-검출 프로세서(630)가 단지 D2 F 그리고 DC F (F 2 그리고 Fc) 또는 D2 S 그리고 DC S ( S2 그리고 Sc)만을 포함하는 방향을 패스하고 그리고 단지 D2 S 그리고 DC F (F2 그리고 Fc) 또는 D2 F 그리고 DC S ( S2 그리고 Sc)만을 포함하는 방향을 위한 β 텀의 사인을 뒤집는 경우 상기 출력 장치(640)는 αH + βV 원하는 상태를 산출할 수 있다. 상기 양자 릴레이(600)는 전형적 신호가 입력 광양자가 상기 입력 광양자의 분극 상태에 영향을 미침 없이 존재할 때에만 발생된다는 점에서 입력 광양자 상의 확률적 QND 측정을 구현한다. 상기 양자 릴레이의 작동은 1/2의 확률을 계승한다.
출력 모드(552)라기 보다는 출력 모드(214a) 상에 제 2 검출기(620)를 배치하는 이점은 어떠한 광양자도 입력 모드(212a)상에 있지 않을 때 상기 장치를 고려함으로 인해 이해될 수 있다. 양 검출기들을 위한 조인트 1AO1 조건의 경우는 수행될 수 없다. 왜냐하면, 검출기들(210, 620)중의 하나만이 모드(212b)(또한 모드"a"라고 명명되는) 부속적 광양자 출력을 수신할 수 있기 때문이다. 상기 제 2 검출기(620)가 출력 모드(552)로 이동되는 경우, 상기 장치는 어떠한 광양자가 상기 입력 모드(212a) 내에서 존재하지 않을 때조차도 두 개의 부속적 광양자들로부터 양 검출기 상의 상기 1AO1 광양자 조건을 만족시킬 수 있다.
검출기(220, 620)로부터 상기 전형적 신호들은, 예를 들어, 1AO1 광양자가 양 검출기들 상에서 감지될 때는 비트는 1의 값을 갖고 그 외에는 0의 값을 지니는 경우 와 같이, 전형적 게이트 신호(642)를 제공하기 위해 결합될 수 있다.
5.3 양자 암호 작성에서 양자 릴레이 응용
상기 양자 릴레이는 양자 암호 작성을 위해 사용되는 것과 같은, 양자 통신 시스템에 적용될 수 있다. 광섬유를 이용하는 현 양자 암호 시스템의 최대 범위는 감쇄( 상기 광섬유를 통해 전파하는 것과 같은 광양자들을 전송하는-정보의 손실)그리고 다크(dark) 카운트들(검출기 상에서 충돌되는 어떠한 광양자들도 전송하는- 정보가 없는 때에 검출기를 표시하는 신호를 주는 검출기 잡음의 형태)의 결합에 의해 제한된다. 암호 해독 정보 프로세싱은, 에러 교정 그리고 보안 확장과 같은, 다수의 정보를 전송하는 광양자들이 검출기의 다크 카운트에 필적하도록 되는 것과 같이 점차적으로 비효율적으로 되며, 상기 암호 해독 시스템의 효율적 처리량은 빠르게 0으로 떨어진다.
상기 범위는 양자 리피터(repeaters)들을 이용하여 확장될 수 있다. 양자 리피터들보다 양자 릴레이들과 함께 확장하는 것이 더 바람직하다. 왜냐하면, 상기 양자 릴레이는 상당한 시간동안을 위해 광양자들을 저장하거나 또는 얽힘 정화와 같은 스텝들을 구현하기 위한 어려움을 요구하지 않으며, 이는 양자 리피터들에 의해 요구된다. 감쇄는 여전히 발생하나, 다크 카운트들의 효과는 QND 측정들을 이용하여 억제된다. 이는 신호 대 잡음 비율을 증가시키고 그리고 암호 해독 프로세싱의 효율성을 증가시킨다. 광학 섬유 통신 채널을 통하여 양자 릴레이들을 최적으로 분배함으로써, 상기 검출기 잡음의 영향은 무시할 수 있도록 만들어진다.
도 6C 는 한 실시예에 따른 양자 릴레이 시스템(660)을 표현하는 블락 다이어그램이다. 송신기(680)는 수신기(690)에 대한 광섬유를 통해 전송을 위한 큐빗 값을 표시하는 특정 분극을 각각 지니는 일련의 광양자들(682a) 을 발생시킨다. 예를 들어, 인코드 된 메시지의 한 큐빗은 플레인 텍스트 정보의 큐빗이나 또는 전형적 비트들을 생성하기 위해 큐빗이 디코딩되는 곳에서 수신기(690)로 전송을 위한 광양자(682a) 상에서 인코드 된다. 하나 이상의 양자 릴레이들은 광섬유를 따라 배치된다. 예를 들어, 각각 양자 릴레이들(670)과 같이 참고 되는 양자 릴레이들(670a, 670b, 670c)은 설명된 실시예에서 수신기(690)로 송신기를 연결하는 광섬유를 따라 분배된다.
각 릴레이(670)는 광양자가 그의 입력 모드에서 수신되었는지 또는 상기 광양자가 그 지점까지 광섬유를 통해 전송 중에 손실되었는지를 결정하기 위해 QND 측정을 수행한다. 만일 광양자가 전송 라인에서 일부 지점을 넘어서 감지되지 않는 경우, 상기 전형적 게이트 신호는 수신기(690)내의 검출기로부터 어떠한 출력도 허용하지 않고 그 이벤트를 무시하기 위해 사용된다.
예를 들어, 만일 양자 릴레이(670a)가, 그의 입력 모드 상에서 광양자를 감지하는 경우, 그것은 그 지점까지 성공적인 전송을 표시하는 값 1로 그의 게이트 신호(672a)를 세트하고 그리고 광양자(682a)와 같은 동일한 분극 상태를 지닌 광양자(682b)를 출력한다. 비슷하게, 만일 광양자 릴레이들(670b, 670c)이 그의 입력 모드 상의 광양자들을 검출하면, 그들은 각각 그들의 게이트 신호들(672b, 672c)을 각각 그들의 위치들로 성공적 전송을 표시하는 값 1 로 세트하고 그리고 그들은 각각 광양자들(682c, 682d)을 출력한다. 수신기(690)가 게이트 신호(672c)의 값이 1로 세트되는 동안 광양자를 감지할 때, 상기 수신기(690)는 큐빗-관련 광양자와 같은 광양자를 허용하고 감지된 큐빗 값을 처리한다.
예를 들어, 양자 릴레이(670b)가 그의 입력 모드 상에서 광양자를 감지하지 못할 경우, 그의 게이트 신호(672b)는 그 시간에 어떠한 큐빗-관련 광양자도 수신되지 않았음을 표시하기 위해 0으로 세트된다. 이 게이트 신호는 양자 릴레이(670c)로 전송되고, 이는 그의 게이트 신호(672c)로 0의 값을 전송한다. 상기 게이트 신호(672c)의 값에 기초하여, 상기 수신기(690)는 그 시간에 어떠한 큐빗-관련 광양자가 허용 가능하지 않음을 공지한다. 심지어 수신기(690)에서 검출기가 그 시간에 다크 카운트를 발생할 때, 그 카운트는 무시된다. 이는 수신기(690)에서 다크 카운트들을 억제하는 효과를 지니고, 이는 잡음을 줄이고 신호 대 잡음을 증가시킨다. 결과적으로, 양자 암호 해독 프로세싱 동안 에러 수정 그리고 보안 확장과 같은 양자 프로세싱 기술의 효율성은 증가된다.
방법이 양자 릴레이에 의한 상기 게이트 신호 출력으로의 양자 릴레이에서 수신되는 게이트 신호를 전송하기 위해 사용된다. 예를 들어, 게이트 신호 입력은 또 다른 양자 릴레이로부터 검출기들(220, 620)로부터 1AO1 감지를 요구하는 것에 부가하여 1의 값을 지니기 위해 수신되는 게이트 신호를 요구하는 전형적인 논리 작동들을 포함하는 포스트 검출 프로세서(630)에 부가된다.
양자 릴레이들(670) 그 자신들 내의 검출기 다크 카운트들과 빗 관련 광양자들의 확률적 감지의 효과를 포함하는 것은 중요하다. 릴레이들에 의해 발생되는 어떠한 위조의 광양자들도 그들이 광섬유를 통해 전파하는 동안 약화될 것이다. 상기 릴레이들(670)이 수신기(690)로부터 충분히 멀리 있는 한, 감쇄는 그러한 위조의 광양자들로부터 공헌이 수신기(690)에서 다크 카운트보다 더 작아지도록 하는 원인이 된다. 게다가, 확률적 QND 측정들과 관련된 1/2의 요소는 에러 수정과 상기 양자 릴레이들9670)에 의해 제공되는 다크 억압 없이 발생되고 있는 보안 확장에서 비효율성보다 훨씬 더 적은 상태가 되도록 유지할 수 있다.
6. 양자 비-파괴적 CNOT 장치
6.1 양자 CNOT 구조적 개관
도 7은 실시예에 따라, 양자 비-파괴적 CNOT (700)을 표현하는 블락 다이어그램이다. 위에서 설명한 것과 같이, 분극 된 광양자를 위한 양자 CNOT의 기능은 상기 제어 광양자가 V 분극 될 때 뒤집힌 H 그리고 V 상태를 지닌 출력 광양자를 생성하고 그리고 상기 제어 광양자가 H 분극 될 때 타깃 광양자로서 동일한 상태를 지닌 출력 광양자를 생성하는 것이다. 이 CNOT은 위에서 설명한 파괴적 CNOT과 같이 동일한 기능을 수행하나, 프로세스 내에서 제어 광양자를 소비하지는 않는다. 따라서 이 광양자 CNOT은 제어 광양자와 동일한 분극 상태를 지닌 광양자를 출력할 수 있다.
상기 CNOT(700)은 두 개의 출력 장치들(740a, 740b)을 생성하기 위해 파괴적 CNOT(400)을 지닌 양자 인코더(500a)의 실시예를 결합한다. 모드(5552)상의 인코더 출력 장치들 중의 하나는 파괴적 CNOT(400)을 위한 제어 입력으로서 사용되는 광양자를 출력하기 위해 사용된다. 상기 인코더의 다른 출력 장치는 상기 인코더가 성공적 일 때 제 1 CNOT 출력(940a)으로 모드(212a) 상의 제어 입력 광양자의 상태를 전파하기 위해 사용된다. 상기 제 2 CNOT 출력(740b)은 입력 모드(412a)상의 타깃 광양자와 동일한 상태를 지니는 광양자를 전송하거나 또는, 상기 제어 광양자의 상태에 기초하는, 뒤집힌 H-V 상태를 지닌다. 따라서 두 개의 출력들(740a, 740b)은 상기 제어 광양자의 상태 정보 그리고 뒤집힌 또는 뒤집히지 않은 타깃 광양자의 상태를 각각 패스한다.
도 5와 관련하여 위에서 설명하는 것과 같이, 상기 양자 인코더(500)는 두 개의 얽힌 광양자들의 소스(550)를 지닌 광양자 패리티 체크 장치(200)를 결합한다. 도 2A와 관련하여 설명된 것과 같이, 상기 패리티 체크 장치(200)는 분극 감지 검출기 Dc(220)로 향한 출력 공간 모드(214b)와 포스트-검출 프로세서(230)로 향한 출력 공간 모드(214a)를 포함한다. 검출기(220)에서 감지된 광양자들에 관한 정보는 데이터 링크(232)에 대해 포스트-검출 프로세서(230)로 패스된다. 설명된 실시예에서, CNOT 포스트-검출 프로세서(730a)는 양자 패리티 체크 장치 포스트-검출 프로세서(230)를 포함한다. 상기 양자 패리티 체크 장치로부터 장치 출력(240)은 상기 CNOT(700)의 제 1 출력 장치(740a)와 같이 작동하는 상기 양자 인코더(500)의 제 1 출력 장치(540a)로서 작동한다.
소스(550)로부터 광양자들 중의 하나는 입력 모드(212b)(또한 도 7에서 "a"라고 명명된)와 함께 배열된 양자 패리티 체크 장치(200)를 위한 체크 광양자로서 작동한다. 소스(550)로부터 다른 광양자는 파괴적 CNOT(400)을 위한 제어 광양자가 되는 곳에서 공간 모드(552)(또한 도 5에서 "b"라고 명명되는)로 방출된다.
상기 인코더(500)는 또한 제 2 출력 장치(540b)를 지닌 포스트-검출 프로세서(530)를 포함한다. 검출기(220) 내에서 감지된 광양자들에 관한 정보는 포스트-검출 프로세서(530)로 전형적 데이터 링크(532)를 통해 전송된다. 상기 포스트-검출 프로세서(530)는 하나 이상의 전형적 정보 프로세싱 요소를 포함한다. 소스 출력 모드(552) 상의 상기 소스(550)로부터 제 2 광양자는 또한 상기 포스트-검출 프로세서(530)로 들어가고, 그곳에서 그것은 상기 제 2 장치 출력(540ㅠ)에 변하지 않도록 막히거나 또는 변환되거나 또는 전송된다. 설명된 실시예에서, 포스트-검출 프로세서(730a 그리고730b) 또는 둘 다 인코더(500)의 실시예(500a)를 위한 포스트-검출 프로세서(530) 내에서 수행되는 작동들을 대체한다.
도 4와 관련하여 위에서 설명된 것과 같이, 상기 파괴적 CNOT(400)은 도 1C에서 설명된 것과 같은 하나와 같이 F-S PBS(410)을 포함한다. 상기 H-V PBS(410)은 타깃 입력 모드(412a)(또한 도 7에서 모드 "3"이라고 명명된)그리고 제어 입력 모드(412b)(또한 도 7에서 모드"b"라고 명령된)를 포함하는 입력 공간 모드들(412)을 포함한다. 상기 H-V PBS(410)은 전송된 출력 모드(414a)(또한 도 7에서 모드 "3"이라고 명명된) 그리고 감지된 출력 모드(414b)(또한 도 7에서 모드"d"라고 명명된)을 포함하는 출력 공간 모드들(414)을 지닌다. 상기 파괴적 CNOT 장치(400)는 또한 감지된 출력 모드(414b)상에서 다수의 단일 광양자를 감지하는 분극 감지 검출기(420)(또한 "Dd"라고 명명된)를 포함한다. 상기 파괴적 CNOT 장치(400)는 또한 출력 장치(440)를 지니는 포스트-검출 프로세서를 포함한다. 검출기(420) 상에서 감지된 광양자들에 관한 정보는 포스트-검출 프로세서(430)로 통신 링크(432)를 통해 전송된다. 상기 포스트-검출 프로세서(430)는 하나 이상의 전통적 정보 프로세싱 요소들을 포함한다. 상기 전송된 출력 모드(414a)는 또한 포스트-검출 프로세서(430)로 들어가고, 그 곳에서, 상기 장치 출력(440)에 대해 변하지 않도록 막히거나 또는 변환되거나 또는 전송된다. 설명된 실시예에서, CNOT 포스트-검출 프로세서(730b)는 상기 파괴적 CNOT 포스트-검출 프로세서(430)를 포함한다. 상기 파괴적 CNOT으로부터 장치 출력(440b)은 상기 CNOT(700)의 제 2 출력 장치(740b)로서 작동한다.
설명된 실시예에서, 상기 인코더 내의 감지된 광양자들에 관한 정보는 데이터 링크(732)를 통해 포스트-검출 프로세서(730b)로 패스된다. 다른 실시예에서, 상기 인코더 내에서 포스트-검출 프로세서(530)를 포함하는 실시예와 같은, 상기 데이터 링크(732)는 제거된다.
6.2 양자 CNOT 작동
상기 패리티 체크 장치(200)그리고 상기 파괴적 CNOT(400)은 각각 1/2의 확률을 계승하기 때문에, CNOT(700)은 1/4의 확률을 계승하는 것을 따른다.
상기 CNOT(700)의 작동은 방정식 7a에 의해 주어진 것과 같은, 각각 입력 모드들 2'(212a) 그리고 3'(412a) 상에서 제어 및 타깃 광양자들을 위한 임의의 입력 상태, 지정된 Ψ2'3'을 고려함으로써 설명될 수 있다.
상기 전체 상태 Ψt 는 방정식 7b에 의해 주어진다.
그곳에서 φa, b 는 소스(550)로부터 얽힌 광양자들의 상태이다. 그것은 CNOT(700)하에서 상기 전체 상태 Ψt가 방정식 7c에 의해 주어지는 마지막 전체 상태 ΨT 을 발전시키는 것을 보여줄 수 있다.
그곳에서, Ψfail4 는 분극 검출 감지기들 Dc(220), Dd(420)의 각각에서 1AO1 광양자를 이끌지 못하는 모든 크기들의 표준화된 결합이다.
상기 꺾인 괄호 내의 4개의 텀들 중에서 첫 번째는 1AO1 광양자가 Dcf (224a) 그리고 1AO1 광양자는 DdH(424a) 상에서 감지되고 그리고 1/16의 연속하는 확률을 지닌 방정식 7a의 입력 상태 상에서 원하는 CNOT 정보를 준다. 이는 양자 패리티 체크 장치(200) 그리고 상기 파괴적 CNOT(400)의 수동 연속 조건들에 대응한다. 꺾인 괄호 내의 4개의 텀들 중의 다음 3개는 Dc(220) 그리고 Dd(420) 내에서 각각 감지되는 1AO1 광양자들의 다른 결합과 함께 발생하고 위에서 설명된 파괴적 CNOT 과 패리티 체크 장치 내에서 사용되는 전형적으로 제어된 단일-광양자 작동들의 다른 적합한 결합들을 요구하며, 이는 포스트-검출 프로세서(730a 또는 730b)에서 또는 둘 다에서 수행된다. 이러한 4개의 텀들은 1/4의 성공의 전체 확률을 위해 결합된다.
꺾인 괄호 이내의 상기 제 2 텀은 H2의 크기를 반대로 뒤집는 출력 모드(214a) 상에서 분극 의존 180도 위상 이동을 발생하는 Dcs(224b)에서 감지에 대응한다. 상기 꺾인 괄호 내의 3번째 텀은 H3 그리고 V3의 크기를 바꾸는 출력 모드(414a)(또한 "3"이라고 명명된)에서 광양자 상의 상태 플립을 발생하는 Ddv(224b) 내의 감지에 대응한다. 꺾인 괄호 내의 3번째 텀은 이러한 감지 모두에 대응하며, 게다가 이러한 단일-광양자 작동들 모두를 발생한다.
제어 큐빗 값 또는 타깃 큐빗의 H-V 상태의 어떠한 측정도 획득될 수 없고, 이는 이 CNOT 장치의 작동 동안 큐빗 일관성을 보존한다.
7. 4 개의 얽힌 광양자들의 소스
4개의 얽힌 광양자 소스를 요구하는 CNOT 장치는 D.Gottesman 그리고 I.Chuang, Nature, vol.402, p.390, 1999(이후 GC)에 의해 설명되어 왔다. 위에서 설명된 상기 CNOT 장치(700)는, 단지 2 개의 얽힌 광양자 소스를 이용하고, 요구되는 4개의 얽힌 광양자 소스를 발생하기 위해 고용된다. 도 8은 실시예에 따른 4 개의 얽힌 광양자들의 소스(800)를 표현하는 블락 다이어그램이다.
상기 소스(800)는 상기 비파괴적 CNOT(700)과 두 개의 얽힌 광양자들 중의 두 개의 부가적 소스들(850a, 850b)을 포함한다. 두 개의 얽힌 광양자들 중의 각 부가적 소스(850a,850b)는 두 개의 출력 공간 모드들을 지닌다. 소스(850a)는 제 1 공간 모드(840a)(또한 도 8에서 "1"이라 명명된) 그리고 CNOT(700)(또한 도 8에서 "2"라고 명명된)의 제어 입력 모드(212a)와 함께 배열된 제 2 출력 공간 모드를 지닌다. 소스(850b)는 제 1 출력 공간 모드(840b)(또한 도 8에서 "4"라고 명명된) 그리고 CNOT(700)(도 8에서 "2"라고 명명된)의 타깃 입력 모드(412a)와 함께 배열된 제 2 출력 공간 모드를 지닌다. 상기 소스(800)의 4 개의 출력 모드들은 그 때 소스(850a)의 출력 모드(840a), 소스(850b)의 출력 모드(840b), CNOT(700)의 제어 출력 모드(740a), 그리고 CNOT(700)의 출력 모드(740b)를 포함한다. 상기 GC CNOT에 유용한 특정 얽힌 광양자들을 위해, 각 소스들(850a, 850b)은 방정식 8에 의해 주어진 얽힌 상태 내에서 두 개의 광양자들을 생성한다.
"Bell 상태"라고 또한 불리는 결합된 상태를 지니는 두 개의 얽힌 광양자의 주어진 신뢰할 만한 소스는, 4개의 얽힌 광양자들을 위한 특정 상태를 발생하기 위해, 평균적으로, 단지 4개의 시도들이 요구된다. 이런 점에서, 상기 CNOT(700)은 Knill 구현들에서 연속적 사용을 위한 상태들을 준비하기 위해 가속화된 소스를 제공한다.
8. 선택적인 양자 비-파괴적 CNOT 장치
도 9는 다른 실시예에 따른 4개의 얽힌 광양자들을 이용하는 광양자 CNOT(900)을 표현하는 블락 다이어그램이다. 이 구현은 GC CNOT과 유사하나, 아래에서 설명된 것과 같이, 검출기들(220a, 220b, 620a, 620b) 내의 F-S PBS 들을 포함함으로써 다르다. 상기 F-S PBS는 상기 감지된 광양자 들 이내의 H-V 정보를 지우고 일관성이 CNOT(900)에 의해 작동하는 광양자를 위해 유지되는 것을 확실히 한다. 상기 제어 큐빗 값 또는 상기 타깃 큐빗 값의 어떠한 측정도 획득되지 않는다.
4개의 얽힌 광양자 소스를 지닌 상기 GC CNOT은 두 개의 얽힌 광양자 소스를 지닌 상기 CNOT(700)에 대해 일부 계산적 이점들을 지닌다. 예를 들어, 4개의 부속적 광양자들에 대한 상기 CG CNOT 의존은 불완전한 소스들 그리고 광양자 손실과 연관된 특정 문제들을 극복한다. 게다가, Knill은 이 때 상기 큐빗 텔레포트의 확률에서 프로세스를 설명해왔으며, GC CNOT 과 같은 프로토콜들 내에서 요구되고, 이는 보다 복잡한 선형 광학 기술들을 이용하여 1까지 임의적으로 가까워지도록 증가될 수 있다. 이는 4개의 얽힌 광양자 소스가 확률적으로 생성되는 것을 허용한다. 소스(800)는 단지 그러한 확률적 단지 4 개의 얽힌 광양자이다.
8.1 대안적 양자 CNOT 구조 개관
상기 대안적 CNOT(900)은 두 개의 H-V PBS들(910, 920)과 마찬가지로 도 8의 4 개의 얽힌 광양자들 소스(또한 도 9에서 χ라고 명명된)를 포함한다. 상기 H-V PBS(910)은 두 개의 입력 공간 모드들, 제어 입력 공간 모드(912a)(또한 도 9에서 "A"라고 명명된) 그리고 소스(800)의 출력 모드(840a)와 함께 배열된 제 2 입력 공간 모드(도 8 과 도 9에서 모드"1"이라고 명명된)를 지닌다. 상기 H-V PBS(910)은 두 개의 출력 공간 모드들, 검출기 Dq(620a)쪽으로 향한 출력 공간 모드(914a)(또한 도 9에서 "q"라고 명명된), 그리고 검출기 Dp(220a)쪽으로 향한 출력 공간 모드(914b)(또한 도 9에서 "p"라고 명명된)를 지닌다. 데이터 링크(932a)는 포스트-검출 프로세서(930a)로 검출기 Dp(220a)내에서 감지된 광양자들에 관한 전형적 정보를 전송하고, 그리고, 포스트-검출 프로세서(930a)로 검출기 Dq(620a)내에서 감지된 광양자들에 관한 전형적 정보를 전송한다. 소스(800)의 출력 모드(740a)(또한 도 8 그리고 도 9에서 모드"2"라고 명명된)는 포스트-검출 프로세서(930a)로 향한다. 모드(740a) 상에서 광양자의 상태는 링크들(932a 또는 932b) 또는 모두에 대해 수신된 전형적 데이터 상에 기초하는 포스트-검출 프로세서(930a)의 제 1 출력 장치(940a)에 대해 변하지 않도록 막히거나, 변환되거나 또는 전송된다.
상기 H-V PBS(920)은 두 개의 입력 공간 모드들, 타깃 입력 공간 모드(922a)(또한 도 9에서 모드 "B"라고 명명된) 그리고 소스(800)의 출력 모드 (840b)와 함께 배열된 제 2 입력 공간 모드를 지닌다. 상기 H-V PBS(920)은 두 개의 출력 공간 모드들을 지니고, 검출기 Dn(620b)로 향하는 출력 공간 모드(924a)(도 9에서 "n"이라고 명명된), 그리고 검출기 Dm(220b)쪽으로 향하는 출력 공간 모드(924b)(또한 도 9에서 "m"이라고 명명된)를 지닌다. 데이터 링크(932d)는 포스트-검출 프로세서(930b)로 검출기 Dm(220b) 내에서 감지된 광양자들에 관한 전형적 정보를 전송하고, 그리고, 데이터 링크(932c)는 포스트-검출 프로세서(930b)로 검출기 Dn(620b)내에서 감지되는 광양자들에 관한 전형적 정보를 전송한다. 소스(800)(도 8그리고 도 9에서 모드 "3"이라고 또한 명명되는)의 출력 모드(740b)는 포스트-검출 프로세서(930b)로 향한다. 모드(740b)상의 광양자의 상태는 링크들(932c 또는 932d) 또는 둘 다에 의해 수신되는 데이터에 기초하는 포스트-검출 프로세서(930b)의 제 2 출력 장치(940b)에 변함없이 막히거나, 변환되거나 또는 전송된다.
설명된 실시예에 따라, 검출기들 Dp(220a) 그리고 Dm(220b)은 도 2B와 관련하여 위에서 설명된 것 같은 분극 감지 검출기들이고, 그리고 상기 검출기들 Dq(620a) 그리고 Dn(620b)는 도 6B와 관련하여 위에서 설명한 것과 같은 F-S 분극 감지 검출기이다. 상기 F-S 분극 감지 검출기들 내의 F-S PBS 들은 감지된 광양자들 내의 H-V 정보를 삭제하고, 일관성이 CNOT(900)에 의해 기초하여 작동하는 광양자들을 위해 유지된다는 것을 확실히 한다. 제어 큐빗 값이나 상기 타깃 큐빗 값들의 측정은 어느 것도 획득되지 않는다.
8.2 대안적 양자 CNOT 작동
임의의 입력 광양자들 A 와 B 을 위해( 각각, 제어 그리고 타깃), 상기 입력의 상태 ΨA, B는 방정식 9a에 의해 주어진다.
ΨA,B = (α1HA HB + α2HA VB + α3VA HB + α4VA VB) 방정식(9a)
그 곳에서 α1, α2, α3, α4의 제곱근의 크기의 합은 1이다. 모드 "2"(740a) 그리고 "3"(740b) 상의 상기 원하는 출력 상태 Ψ2,3 은 방정식 9b에 의해 주어진다.
Ψ2,3 = (α1H2 H3 + α2H2 V3 + α3V2 H3 + α4V2 V3) 방정식(9b)
상기 얽힌 소스(800)가 방정식 9c 에 의해 주어지는 상기 상태 χ를 지니는 경우 상기 원하는 출력이 모드들 "2"(740a) 그리고 "3"(740b) 상에 있는 때에, 1AO1 광양자들이 검출기들 Dp(220a), Dq(620a), Dm(220b), Dn(620b) 각각에서 검출되는 조건이 만족된다.
χ=1/2(H1 H4 H2 H3 + H1 V4 H2 V3 + V1 H4 VA V3 + V1 V4 V2 H3)
방정식(9c)
이는 위에서 설명된 것과 같은 소스(800)에 의해 생산되는 상태이다.
GC CNOT에서, 4 개의 검출기들(220a, 220b, 620a, 620b)은 F-S 분극 감지 검출기들이 아니고 단지 하나의 광양자가 감지되는지 아닌지 만을 결정하고, 상기 모드들(740a, 740b) 상의 상기 출력들이 각 검출기가 단지 하나의 광양자들을 감지하지 못하는 한 막히게 된다. 그러나 모드들(740a, 740b)상의 출력 광양자들의 분극은 얽히게 되는 것이 가능하다. 예를 들어, 모드들 m(924b), n(924a), p(914b), q(914a) 상의 출력 광양자들의 분극과 함께 상관된다. 그러한 어떠한 얽힘도 방정식 9b에서 보이는 것보다 보다 더 복잡한 마지막 상태 Ψ2,3 을 초래한다. 이는 그러한 얽힘이 검출기들이 제어 그리고 타깃 큐빗들의 상태에 관한 정보를 제공하는 원인이 되는 것을 고려함으로써 이해될 수 있고, 이는 장치의 일관성을 감소시킨다. 설명된 실시예에 따라(900), 4개의 검출기들 (220a, 220b, 620a, 620b)의 각각이 이 얽힌 정보는 F-S 기저 내의 광양자들의 분극을 측정하기 때문에 삭제된다. 위에서 진술된 것과 마찬가지로, 이 삭제는 증명된다. 예를 들어, F 분극 광양자는 H 그리고 V 분극 된 광양자의 중첩과 동일하므로 측정은 큐빗의 원래 값에 관한 어떠한 정보도 제공하지 않는다.
4개의 F-S 분극 감지 검출기들과 함께, 대안적 CNOT(900)은 방정식 9c에 의해 주어진 상태 χ 내의 4개의 광양자들을 제공하는 소스(800)에 의해 제공되는 1/4의 확률을 계승한다.
9. 확장 및 대안 책들
앞선 설명에서, 당해 발명은 그곳에서의 특정 실시예와 관련하여 설명되었다. 그것은, 그러나, 다양한 수정들 그리고 변화들이 더 넓은 기술 사상 그리고 발명의 영역에서 벗어남 없이 만들어 질 수 있다. 당해 발명의 설명 및 도면들은, 따라서, 제한적 의미라기보다는 설명적으로 간주된다.

Claims (37)

  1. 단일 광양자의 양자 분극 상태들을 이용하는 논리 장치로서,
    - 제 1 직교적 분극의 세트를 위한 제 1 다수의 입력 공간 모드들 그리고 제 1 다수의 출력 공간 모드들을 지니는 제 1 분극 광속 빔 분리기,
    - 제 1 세트와 다른 제 2 직교의 분극 세트를 위한 제 2 다수의 출력 공간 모드들과 제 2 입력 공간 모드를 지니는 제 2 분극 광속 빔 분리기로서, 이 때 상기 제 2 입력 공간 모드는 제 1 다수의 출력 공간 모드들의 제 1 감지된 출력 공간 모드와 함께 배열되는, 상기 제 2 분극 광속 빔 분리기,
    - 제 1 다수의 단일 광양자 검출기들로서, 각 단일 광양자 검출기는 제 2 다수의 출력 공간 모드들 중의 다른 하나를 따라 배치되는, 상기 제 1 다수의 단일 광양자 검출기,
    - 제 1 다수의 단일 광양자 검출기에 의해 감지되는 다수의 광양자들 상의 부분에 기초하는 출력 광양자를 운반하는 제 1 출력 장치,
    을 포함하고, 이 때 특정 직교적 분극 세트를 위한 분극 광속 분리기는 하나의 출력 공간 모드 쪽으로 특정 세트의 한 분극과 함께 특정 입력 공간 모드에 도달하는 광양자를 전송하고, 그리고 다른 출력 공간 모드 쪽으로 특정 세트의 다른 분극을 지닌 특정 공간 모드 상에 도달하는 광양자를 전송하는 것을 특징으로 하는 단일 광양자의 양자 분극 상태들을 이용하는 논리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 이 때 제 1 출력 장치에 대해 운반되는 광양자는 또한 상기 감지된 출력 공간 모드와 다른 제 1 다수의 출력 공간 모드의 전송된 출력 공간 모드 쪽으로 전송된 광양자에 기초하는 것을 특징으로 하는 단일 광양자의 양자 분극 상태들을 이용하는 논리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 이 때 상기 제 1 다수의 입력 공간 모드의 각 입력 공간 모드 상의 단일 광양자를 수신하는 것에 대응하여, 상기 제 1 출력 장치는 단일 광양자 검출기들에 의해 감지된 다수의 광양자들이 1인 경우에만 광양자를 운반하는 것을 특징으로 하는 단일 광양자의 양자 분극 상태들을 이용하는 논리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 이 때 상기 제 1 출력 장치에 의해 운반된 광양자는 상기 제 1 다수의 입력 공간 모드들 상에 수신된 단일 광양자들이 유사한 분극 상태들을 지니는 것을 나타내는 것을 특징으로 하는 단일 광양자의 양자 분극 상태들을 이용하는 논리 장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 이 때 제 1 출력 장치에 의해 전송되는 어떠한 광양자도 제 1 다수의 입력 공간 모드 상에서 수신되는 단일 광양자가 비유사한 광양자 상태를 지닌 것을 나타내는 것을 특징으로 하는 단일 광양자의 양자 분극 상태들을 이용하는 논리 장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 이 때 상기 제 1 장치 출력에 의해 운반되는 광양자는 상기 제 1 다수의 입력 공간 모드들 상에서 수신되는 단일 광양자와 동일한 분극을 지니고, 그 결과 상기 논리 장치는 양자 패리티 체크 장치인 것을 특징으로 하는 단일 광양자의 양자 분극 상태들을 이용하는 논리 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 이 때 직교적 분극들의 제 2 세트는 직교적 분극들의 제 1 세트와 관련하여 45도 회전되는 것을 특징으로 하는 단일 광양자의 양자 분극 상태들을 이용하는 논리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 이 때, 단일 광양자가 제 1 다수의 단일 광양자 검출기들의 제 1 검출기에서 감지될 때, 상기 감지된 출력 공간 모드와 다른 제 1 다수의 출력 공간 모드들의 전송된 출력 공간 모드 상의 광양자는 제 1 장치 출력으로 향하는 것을 특징으로 하는 단일 광양자의 양자 분극 상태들을 이용하는 논리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 이 때,
    상기 장치는 또한 제 1 직교적 분극들의 세트들 중의 한 분극의 중첩 크기를 반대로 하기 위해 위상 이동기를 포함하고, 그리고,
    단일 광양자가 상기 제 1 검출기와 다른 제 1 다수의 단일 광양자 검출기들의 제 2 검출기에서 감지될 때, 상기 전송된 출력 공간 모드 상의 광양자는 상기 n이상 이동기의 입력 쪽을 향하고 그리고 상기 위상 이동기의 상기 출력은 상기 제 1 출력 장치 쪽을 향하는 것을
    특징으로 하는 단일 광양자의 양자 분극 상태들을 이용하는 논리 장치.
  10. 제 3 항에 있어서, 이 때 상기 제 1 장치 출력에 의해 운반된 상기 광양자는 제 1 다수의 입력 모드들 중의 타깃 입력 모드 그리고 뒤집힌 타깃 분극 상태에서 수신되는 타깃 광양자의 타깃 분극 상태의 하나인 출력 광양자 상태를 지닌 제 1 장치 출력에 의해 운반되고, 이 때 상기 직교 분극들의 제 2 세트와 관련하여 상기 타깃 분극 상태의 크기는 상기 타깃 입력 모드와 다른 제 1 다수의 입력 모드의 제어 입력 모드 상에서 수신되는 제어 광양자의 제 2 세트와 관련하여 분극 상태에 기초하여 교환되는 것을 특징으로 하는 단일 광양자의 양자 분극 상태들을 이용하는 논리 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 이 때 제어 광양자와 같은 분극 상태를 지닌 광양자가 상기 장치로부터 출력이 아닐 때, 상기 논리 장치는 제어 광양자를 소비하는 CNOT 게이트인 것을 특징으로 하는 단일 광양자의 양자 분극 상태들을 이용하는 논리 장치.
  12. 제 10 항에 있어서, 이 때 상기 직교적 분극들의 제 1 세트는 직교적 분극들의 제 2 세트와 관련하여 45도 회전 된 것을 특징으로 하는 단일 광양자의 양자 분극 상태들을 이용하는 논리 장치.
  13. 제 10 항에 있어서, 이 때 상기 제어 광양자는 제 1 직교적 분극들의 세트의 제 1 분극과 함께 배열된 분극 상태를 지니는 경우, 상기 제어 광양자는 상기 감지된 출력 공간 모드 쪽으로 전송되는 것을 특징으로 하는 단일 광양자의 양자 분극 상태들을 이용하는 논리 장치.
  14. 제 10 항에 있어서, 이 때 단일 광양자는 제 1 다수의 단일 광양자 검출기들의 제 1 검출기에서 감지될 때, 상기 감지된 출력 공간 모드와 다른 제 1 다수의 출력 공간 모드들의 전송된 출력 공간 모드 상의 광양자는 상기 제 1 출력 장치 쪽으로 향하는 것을 특징으로 하는 단일 광양자의 양자 분극 상태들을 이용하는 논리 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 이 때,
    상기 장치는 또한 결정적으로 광양자의 상태를 변화하기 위한 전형적 변환 요소를 포함하고, 그리고,
    단일 광양자가 상기 제 1 검출기와 다른 제 1 다수의 단일 광양자 검출기의 제 2 검출기에서 감지될 때, 상기 송신된 출력 공간 모드 상의 상기 광양자는 상기 전형적 변환 요소의 입력으로 향하고, 그리고 상기 전형적 변환 성분의 출력은 상기 제 1 출력 장치로 향하는
    것을 특징으로 하는 단일 광양자의 양자 분극 상태들을 이용하는 논리 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 전형적 변환 요소는,
    - 분극 회전 요소, 그리고,
    - 직교적 분극들의 상기 제 2 세트들의 한 분극의 중첩 크기를 반대로 하기 위한 위상 이동기,
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 광양자의 양자 분극 상태들을 이용하는 논리 장치.
  17. 제 1 항에 있어서, 이 때,
    - 상기 논리 장치는 관련된 분극을 지닌 두 개의 얽힌 광양자들의 소스를 포함하고, 얽힌 광양자들은 두 개 각각의 소스 공간 모드들 쪽으로 향하며, 그리고,
    - 소스 공간 모드들의 제 1 소스 모드는 상기 제 1 분극 광속 분리기의 제 1 다수의 입력 공간 모드들의 제 1 입력 모드들 쪽으로 향하는
    것을 특징으로 하는 단일 광양자의 양자 분극 상태들을 이용하는 논리 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 장치는 또한,
    - 제 3 입력 공간 모드와 직교적 분극들의 제 2 세트를 위한 제 3 다수의 출력 공간 모드들을 지닌 제 3 분극 광속 분리기, 상기 감지된 출력 공간 모드와 다른 제 1 다수의 출력 공간 모드들의 제 2 감지된 출력 공간 모드와 함께 배열된 제 3 입력 공간 모드, 그리고,
    - 제 2 다수의 단일 광양자 검출기들로서, 상기 제 2 다수의 단일 광양자 검출기들의 단일 광양자 검출기는 상기 제 3 다수의 출력 공간 모드들 중의 하나를 따라 배치되는, 상기 제 2 다수의 단일 광양자 검출기,
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 광양자의 양자 분극 상태들을 이용하는 논리 장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 이 때, 상기 제 1 입력 모드와는 다른 제 1 다수의 입력 공간 모드들 중의 제 2 입력 공간 모드 상의 단일 광양자를 수신하는 것에 대응하여, 상기 제 1 장치 출력은 상기 제 1 다수의 단일 광양자 검출기에 의해 감지된 다수의 광양자들이 1과 같고 그리고 상기 제 2 다수의 단일 광양자 검출기들에 의해 감지된 다수의 광양자들이 1과 같은 경우에만 광양자를 운반하는 것을 특징으로 하는 단일 광양자의 양자 분극 상태들을 이용하는 논리 장치.
  20. 제 19 항에 있어서, 이 때 상기 제 1 장치 출력에 의해 운반된 상기 광양자는 상기 제 2 입력 모드 상에서 수신된 상기 단일 광양자와 동일한 분극 상태를 지니고, 그 결과 상기 논리 장치는 양자 릴레이와 같이 역할 하는 것을 특징으로 하는 단일 광양자의 양자 분극 상태들을 이용하는 논리 장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 전형적 출력 신호는 상기 제 1 다수의 단일 광양자 검출기들에 의해 감지된 다수의 광양자들이 1 과 같거나 상기 제 2 다수의 단일 광양자 검출기들에 의해 감지된 다수의 광양자들이 1과 같을 때를 표시하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 광양자의 양자 분극 상태들을 이용하는 논리 장치.
  22. 제 21 항에 있어서, 이 때 상기 장치는 상기 큐빗들을 위한 수신기 그리고 단일 광양자의 양자 분극 상태에 의해 표현되는 큐빗들의 송신기 간의 광학 통신 채널 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 단일 광양자의 양자 분극 상태들을 이용하는 논리 장치.
  23. 제 22 항에 있어서, 이 때 상기 수신기는 상기 전형적 출력 신호가 제 1 다수의 단일 광양자 검출기들에 의해 감지된 다수의 광양자들이 1과 같지 않을 때 또는 상기 제 2 다수의 단일 광양자 검출기들에 의해 감지된 다수의 광양자들이 1과 같지 않을 때를 표시할 때 감지된 큐빗들을 고려하지 않는 것을 특징으로 하는 단일 광양자의 양자 분극 상태들을 이용하는 논리 장치.
  24. 제 17 항에 있어서, 이 때,
    상기 논리 장치는 또한 상기 제 1 장치 출력과 다른 제 2 장치 출력을 포함하고, 그리고,
    제 2 장치 출력 상에 전달될 광양자는 상기 소스 공간 모드들 상의 다른 제 2 소스 모드 상에 운반된 광양자에 기초하는
    것을 특징으로 하는 단일 광양자의 양자 분극 상태들을 이용하는 논리 장치.
  25. 제 24 항에 있어서, 이 때 상기 제 1 입력 모드와 다른 제 1 다수의 입력 공간 모드들의 제 2 입력 공간 모드 상의 단일 광양자를 수신하는 것에 대응하여,
    - 다수의 단일 광양자 검출기들에 의해 감지되는 다수의 광양자들이 1과 같은 경우에만 상기 제 1 장치 출력은 광양자를 운반하고, 그리고,
    - 상기 다수의 단일 광양자 검출기들에 의해 감지되는 다수의 광양자들이 1과 같은 경우에만 상기 제 2 장치 출력은 광양자를 운반하는
    것을 특징으로 하는 단일 광양자의 양자 분극 상태들을 이용하는 논리 장치.
  26. 제 25 항에 있어서, 이 때 상기 제 2 장치 출력에 의해 운반되는 상기 광양자와 상기 제 1 장치 출력에 의해 운반되는 상기 광양자는 상기 제 2 입력 모드에서 수신되는 상기 단일 광양자와 같이 동일한 분극 상태를 지니고, 그 결과 상기 논리 장치는 양자 인코더 인 것을 특징으로 하는 단일 광양자의 양자 분극 상태들을 이용하는 논리 장치.
  27. 제 24 항에 있어서, 이 때 상기 수직적 분극들의 제 2 세트는 수직적 분극들의 제 1 세트에 대해 45도 회전되는 것을 특징으로 하는 단일 광양자의 양자 분극 상태들을 이용하는 논리 장치.
  28. 제 17 항에 있어서, 상기 장치는 ,
    - 상기 직교적 분극들의 제 2 세트를 위한 제 2 다수의 입력 공간 모드들과 제 3 다수의 출력 공간 모드들을 지니는 제 3 분극 광속 분리기로서, 이 때 상기 제 3 다수의 입력 공간모드들의 제 3 입력 공간 모드는 상기 제 1 소스 공간 모드와는 다른 상기 제 2 소스 공간 모드들의 제 2 소스 모드와 함께 배열되는, 상기 제 3 분극 광속 분리기,
    - 상기 직교적 분극들의 제 1 세트를 위한 제 4 입력 공간 모드와 제 4의 다수의 출력 공간 모드들을 지니는 제 4 분극 광속 분리기로서, 상기 제 4 입력 공간 모드는 상기 제 3 다수의 출력 공간 모드들의 제 2 감지된 출력 공간 모드들과 함께 배열되는, 상기 제 4 분극 광속 분리기, 그리고,
    - 제 2 다수의 단일 광양자 검출기들로서, 상기 제 2 다수의 단일 광양자 검출기들의 각 단일 광양자 검출기는 상기 제 4 다수의 출력 공간 모드들 중의 k나를 따라 배치되는, 상기 제 2 다수의 단일 광양자 검출기,
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 광양자의 양자 분극 상태들을 이용하는 논리 장치.
  29. 제 28 항에 있어서, 이 때, 상기 제 3 입력 모드와는 다른 상기 제 3 분극 광속 분리기의 제 2 다수의 입력 공간 모드들 중의 타깃 입력 모드 상의 단일 타깃 광양자를 수신하는 것에 대응하여, 상기 제 2 다수의 단일 광양자 검출기들에 의해 감지되는 다수의 광양자들이 1인 경우에만 상기 제 2 장치 출력이 광양자를 운반하는 것을 특징으로 하는 단일 광양자의 양자 분극 상태들을 이용하는 논리 장치.
  30. 제 29 항에 있어서, 이 때 상기 제 1 입력 모드와는 다른 상기 제 1 다수의 입력 공간 모드들 중의 제어 입력 모드 상의 단일 제어 광양자를 수신하는 것에 대응하여, 상기 제 1 다수의 단일 광양자 검출기들에 의해 감지되는 다수의 광양자들이 1인 경우에만 상기 제 1 장치 출력이 광양자를 운반하는 것을 특징으로 하는 단일 광양자의 양자 분극 상태들을 이용하는 논리 장치.
  31. 제 30 항에 있어서, 이 때 상기 제 2 장치 출력에 의해 운반되는 광양자는 상기 타깃 광양자의 타깃 분극 상태 중의 하나인 출력 분극 상태와 뒤집힌 타깃 분극 상태를 지니고, 이 때 직교적 분극들의 제 1 세트와 관련하여 상기 타깃 분극 상태의 크기는 상기 제 1 세트와 관련된 상기 제어 광양자의 분극 상태에 기초하여 교환되고, 그 결과 상기 논리 장치는 제어된 not(CNOT) 게이트 인 것을 특징으로 하는 단일 광양자의 양자 분극 상태들을 이용하는 논리 장치.
  32. 제 31 항에 있어서, 이 때 상기 제 1 장치 출력에 의해 운반되는 광양자는 상기 제어 광양자와 같은 출력 분극 상태를 지니고, 그 결과 상기 논리 장치는 상기 제어 광양자를 소비하지 않는 CNOT 게이트 인 것을 특징으로 하는 단일 광양자의 양자 분극 상태들을 이용하는 논리 장치.
  33. 제 28 항에 있어서, 이 때 상기 수직적 분극들의 제 2 세트는 수직적 분극들의 제 1 세트에 관하여 45도 회전된 것을 특징으로 하는 단일 광양자의 양자 분극 상태들을 이용하는 논리 장치.
  34. 제 28 항에 있어서, 이 때,
    상기 논리 장치는 관련된 분극 상태들을 지니는 두 개의 얽힌 광양자들의 다수의 부가적 소스들을 포함하고, 각 부가적 소스들은 두 개의 각 부가적 소스 공간 모드들로 두 개의 얽힌 광양자들을 가리키며,
    상기 다수의 부가적 소스들의 제 1 부가적 소스의 제 1 부가적 소스는 제어 입력 모드로 향하고, 상기 입력 모드와는 다르며, 상기 제 1 분극 광속 분리기의 상기 제 1 다수의 입력 공간 모드들이고, 그리고,
    상기 다수의 부가적 소스들의 다른 제 2 부가적 소스의 제 2 부가적 소스 모드는 상기 제 3 분극 광속 분리기의 제 2 다수의 입력 공간 모드들의 타깃 입력 공간 모드로 향하는
    것을 특징으로 하는 단일 광양자의 양자 분극 상태들을 이용하는 논리 장치.
  35. 제 34 항에 있어서, 이 때
    상기 논리 장치는 상기 제 2 다수의 광양자 검출기들에 의해 감지되는 다수의 광양자들의 부분에 기초하는 광양자들을 운반하는 제 2 장치 출력을 포함하고, 그리고,
    상기 제 1 장치 출력 그리고 제 2 장치 출력 그리고 상기 제 1 부가적 소스의 제 3 부가적 소스 모드에 의해 운반되는 다수의 단일 광양자들로서, 제 1 부가적 소스 모드와 다르고, 그리고 상기 제 2 부가적 소스의 제 4 부가적 소스 모드이며, 제 3 부가적 소스 모드와 다르고, 상관된 분극 상태들을 지니는
    것을 특징으로 하는 단일 광양자의 양자 분극 상태들을 이용하는 논리 장치.
  36. 단일 광양자들의 양자 분극 상태들 상의 논리적 작동들을 수행하기 위한 방법으로서,
    - 제 1 다수의 출력 공간 모드들을 발생하기 위해 수직적 분극들의 제 1 세트를 위한 제 1 분극 광속 분리기로 제 1 다수의 입력 공간 모드들을 전송하고,
    - 제 2 다수의 출력 공간 모드들을 발생하기 위해 상기 제 1 세트와는 다른 수직적 분극들의 제 2 세트를 위한 제 2 분극 광속 분리기로 상기 제 1 다수의 출력 공간 모드들의 제 1 감지된 출력 공간 모드들을 전송하며,
    - 상기 제 2 다수의 출력 공간 모드들을 제 1 다수의 단일 광양자 검출기로 전송하고, 이 때 각 출력 공간 모드는 상기 단일 광양자 검출기들 중의 각각 하나로 전송되며, 그리고,
    - 상기 제 1 다수의 단일 광양자 검출기들에 의해 감지되는 다수의 광양자 상에서의 부분 내에 기초하는 출력 광양자를 운반하는 제 1 장치 출력을 발생하고,
    이 때 직교적 분극들의 특정 세트를 위한 분극 광속 분리기는 하나의 출력 공간 모드 상으로의 특정 세트의 한 분극을 지닌 특정 입력 공간 모드에 도달하는 광양자를 전송하고 그리고 다른 출력 공간 모드로 특정 세트의 다른 분극을 지닌 특정 입력 공간 모드 상에 도달하는 광양자를 전송하는
    것을 특징으로 하는 단일 광양자들의 양자 분극 상태들 상의 논리적 작동들을 수행하기 위한 방법.
  37. 단일 광양자들의 양자 분극 상태들을 이용하는 논리 장치를 제조하는 방법으로서,
    - 직교적 분극들의 제 1 세트를 위한 제 1 분극 광속 분리기의 제 1 다수의 출력 공간 모드들의 제 1 감지된 출력 공간 모드를 연결하고, 상기 제 1 분극 광속 분리기는 제 1 다수의 입력 공간 모드들을 지니며, 상기 제 1 세트와는 다른 직교적 분극들의 제 2 세트를 위한 제 2 분극 광속 분리기의 제 2 입력 모드에 대해, 상기 제 2 분극 광속 문리기는 제 2 다수의 출력 공간 모드들을 지니며,
    - 제 2 다수의 출력 공간 모드들에 다수의 단일 광양자 검출기들을 연결하고, 이 때 각 단일 광양자 검출기들은 검출기 신호를 운반하기 위한 검출기 출력을 지니고 그리고 제 2 다수의 출력 공간 모드들 중의 하나를 따라 배치되고, 그리고,
    -상기 다수의 단일 광양자 검출기로부터 상기 감지된 출력 공간 모드와는 다른 상기 전송된 출력 공간 모드, 상기 다수의 단일 광양자 검출기들에 의해 감지되는 다수의 광양자들의 부분에 기초하는 장치 출력 공간 모드 상의 출력 광양자를 생성하는 요소까지 제 1 다수의 출력 공간 모드들의 전송된 출력 공간 모드와 상기 감지 출력들을 연결하며,
    이 때 직교적 분극들의 특정 세트를 위한 분극 광속 분리기는 하나의 출력 공간 모드 쪽으로 상기 특정 세트의 하나의 분극을 지닌 특정 입력 공간 모드에 도달하는 광양자를 전송하고, 그리고 다른 출력 공간 모드 쪽으로 특정 세트의 다른 분극을 지닌 특정 입력 공간 모드 상에 도달하는 광양자를 전송하는
    것을 특징으로 하는 단일 광양자들의 양자 분극 상태들을 이용하는 논리 장치를 제조하는 방법.
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