KR20160050934A - 양자 암호키 분배 시스템에서 편광 정렬 방법 및 장치 - Google Patents

양자 암호키 분배 시스템에서 편광 정렬 방법 및 장치 Download PDF

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KR20160050934A
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Abstract

본 실시예는 양자 암호키 분배 시스템의 수신장치로부터 검출되는 광자의 검출률에 근거하여 수신장치의 위상변조기에 입력되는 광자 펄스의 편광을 위상변조기의 변조축에 정렬되도록 제어함으로써 적절한 위상 변조를 수행하게 하여 시스템의 양자오류율을 최소화하며 또한, 광자 검출률을 최대화시키는 방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

양자 암호키 분배 시스템에서 편광 정렬 방법 및 장치{Method and Apparatus for Aligning Polarization State in Quantum Key Distribution System}
본 실시예는 양자 암호키 분배 시스템에서 광자의 편광 상태 정렬 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 위상변조 기반 양자 암호키 분배 시스템에서 수신장치의 단일 광자 검출률이 항상 최대화되도록 조절하여 위상변조기에 입력되는 광자의 편광을 위상 변조기의 변조 축에 정렬시키는 방법 및 장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
양자 암호키 분배 시스템(Quantum Key Distribution System)은 단일 광자의 편광 또는 위상을 조절하는 방식으로 단일 광자에 암호 키 정보를 실어 수신장치에 전송한다. 수신장치는 편광 수신기 또는 광위상변조기(Optical Phase Modulator) 등을 적용하여 암호키 정보를 추출한다. 이러한 양자 정보가 실린 단일 광자 전송은 광통신 기술을 기반으로 구현되며, 장거리 전송을 목적으로 하는 양자 암호키 분배 시스템은 주로 단일모드 광섬유(Single Mode Optical Fiber)를 양자 채널(Quantum Channel)로 사용한다. 단일 모드 광섬유에 편광 변조된 단일 광자를 전송하면 편광 특성이 불안정하여 전송 특성이 좋지 못하므로, 편광 변조보다는 위상변조 방식으로 암호키를 분배한다.
위상변조 기반 양자 암호키 분배 시스템에서 위상 변조가 적절하지 못해 발생하는 양자오류율(QBER: Quantum Bit-Error-Rate)을 최소화하기 위해서는 수신장치 내 위상변조기에 입력되는 단일 광자의 편광이 위상변조기의 변조축에 적절하게 정렬되어야 한다. 하지만, 일반적인 위상변조 기반 양자 암호키 분배 시스템에서 단일모드 광섬유를 통해 수신장치로 전송되는 광자는 편광상태가 시간과 링크의 온도에 따라 변화가 발생한다. 이 경우, 입력 광자의 편광이 위상변조기의 변조축에 맞지 않으면 위상변조가 부적절하게 수행되어 양자오류율이 증가하게 된다. 또한, 입력 광의 편광에 따라 손실이 달라지는 위상변조기의 특성에 따라 위상변조기를 통과하는 광자의 수가 줄어들게 되며, 이는 곧, 단일 광자에 대한 검출률을 감쇄시키는 결과를 야기한다.
종래의 위상변조 기반 양자암호 시스템에서 수신부에 입력되는 단일 광자의 편광상태 변화에 따라 발생하는 문제를 해결하기 위해 미국 특허공개공보 2006-0290941호는 도 1과 같이 단일 광자 펄스 사이에 세기를 증가시킨 광 펄스를 보내어 편광 감시용으로 사용하고, 이를 통해 수집된 정보를 활용하여 편광제어기를 제어하는 방법 및 장치를 제안하였다.
본 실시예는, 양자 암호키 분배 시스템의 수신장치로부터 검출되는 단일 광자의 검출률에 근거하여 수신장치의 위상변조기에 입력되는 광자의 편광을 위상변조기의 변조축에 정렬되도록 제어함으로써 시스템의 양자오류율 값을 최소화하는 데 주된 목적이 있다.
본 실시예는, 양자 암호키 분배 시스템의 송신장치로부터 양자채널을 통해 수신되는 광자 펄스의 편광상태를 조절하는 편광제어기; 상기 편광제어기로부터 출력되는 광자 펄스의 위상을 시간적으로 변조하여 출력하는 위상변조기; 상기 위상변조기로부터 출력되는 광자 펄스가 통과하기 위한 소정의 경로차를 가진 2개의 경로를 제공하는 광간섭계; 상기 광간섭계로부터 출력되는 광자 펄스를 제공받아 광자를 검출하는 단일광자검출기; 및 상기 편광제어기에 기 설정된 편광 제어값을 소정 범위 내에서 증감시켜 상기 단일광자검출기의 검출률이 최대가 되도록 하는 편광 제어값을 산출하고, 산출된 편광 제어값을 상기 편광 제어값으로서 재설정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 양자 암호키 분배 시스템의 수신장치를 제공한다.
또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 광원으로부터 광자 펄스를 입력받아, 상기 광자 펄스가 통과하기 위한 소정의 경로차를 가진 2개의 경로를 제공하는 광간섭계; 상기 광간섭계를 통과한 광자 펄스의 위상을 시간적으로 변조하여 출력하는 위상변조기; 양자 암호키 분배 시스템의 수신장치로 출력되는 광자 펄스의 세기를 조절하는 가변광감쇄기; 및 상기 가변광감쇄기가 상기 수신장치로 출력되는 광자 펄스의 세기를 일시적으로 증가시키도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 양자 암호키 분배 시스템의 송신장치를 제공한다.
또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 편광제어기, 위상변조기, 광간섭계, 단일광자검출기 및 제어부를 포함하는 양자 암호키 분배 시스템의 수신장치가 입력 단일광자의 편광을 상기 위상변조기의 변조축에 정렬시키기 위해 상기 위상변조기를 통과하는 광자에 대한 검출률을 최대화하는 방법에 있어서, 상기 편광제어기에 기 설정된 편광 제어값을 소정 범위 내에서 증감시켜 상기 광자 검출기의 검출률이 최대가 되도록 하는 편광 제어값을 산출하는 과정; 및 상기 편광 제어값을 산출하는 과정에서 산출된 편광 제어값을 상기 편광 제어값으로서 재설정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 양자 암호키 분배 시스템 내 수신장치의 광자 검출률 최대화 방법을 제공한다.
본 실시예에 의하면, 양자 암호키 분배 시스템의 수신장치가 단일광자 검출기로부터 검출되는 광자의 검출률에 근거하여 위상변조기에 입력되는 단일 광자의 편광이 위상변조기의 변조축에 정렬되도록 제어함으로써 시스템의 양자오류율 값을 최소화하고 광자 검출률 또한 최대화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 양자 암호키 분배 시스템의 수신장치가 편광 제어값 재설정 과정이 수행되는 경우 스위치 수단을 이용하여 위상변조기의 출력이 광간섭계를 거치지 않고 곧바로 광자 검출기로 전달되도록 함으로써 간섭 상태 변화에 따라 야기될 수 있는 광자 검출률 오류를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 양자 암호키 분배 시스템의 수신장치가 보조광을 사용하지 않고 직접 광자를 검출하여 편광을 제어함으로써 보조광 사용 시 야기될 수 있는 오프셋 문제를 해결하는 한편, 보조광을 검출하기 위한 별도의 감시용 광검출기를 구비하지 않아 수신장치의 구성을 단순화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 양자 암호키 분배 시스템의 송신장치가 편광 제어값 재설정 과정이 수행되는 경우 수신장치로 전송하는 광자 펄스의 세기를 일시적으로 증가시켜 출력함으로써 전송 구간의 길이가 길어짐에 따라 광 손실이 증가하여 야기될 수 있는 광자 검출률 오류를 감소시킬 수 있는 한편, 신속한 편광 정렬 동작이 수행될 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 보조광을 활용하여 단일 광자의 편광 상태변화를 감시하는 양자 암호키 분배 시스템의 수신장치를 개략적으로 나타낸 블럭 구성도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 위상변조기를 통과한 광자의 검출률을 최대화하여 수신부의 입력 광자의 편광을 위상변조기의 변조축에 정렬하는 양자 암호키 분배 시스템을 개략적으로 나타낸 블럭 구성도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 수신장치에서 광자 검출률 최대화 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 실시예에 따른 암호키 분배 시스템에서 편광 제어값 재설정 과정이 수행되는 경우의 송신장치의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 실시예에 따른 양자 암호키 분배 시스템의 편광 제어값 재설정 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 본 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 실시예에서는 위상변조 기반 양자 암호키 분배 시스템의 수신장치가 단일광자 검출기로부터 검출되는 광자의 검출률을 이용하여 위상변조기에 입력되는 단일 광자의 편광상태를 위상변조기의 변조축에 정렬되도록 제어함으로써 시스템의 양자오류율을 최소화하며, 광자 검출률 또한 최대화될 수 있도록 하는 방법을 제안한다.
도 2는 본 실시예에 따른 광자 검출률을 최대화하여 수신부의 입력 광자의 편광을 위상변조기의 변조축에 정렬하는 양자 암호키 분배 시스템을 개략적으로 나타낸 블럭 구성도이다. 한편, 도 2에서는 양자 암호키 분배 시스템에서 수행되는 동작 중 수신부 입력 광자의 편광을 위상변조기 변조축에 정렬하기 위해 광자 검출률을 최대화하는 동작에 대해서 중점적으로 설명하도록 한다.
양자 암호키 분배 시스템은 송신장치(200)와, 양자 채널(250) 및 공개 채널(260)을 통해 송신장치(200)와 연결되는 수신장치(220)를 포함한다. 양자 채널(250)은 송신장치(200)가 수신장치(220)로 양자 신호를 전송하는 데 사용된다. 공개 채널(260)은 송신장치(200)와 수신장치(220) 간의 데이터 통신을 위해 사용되며, 예컨대, 인터넷, 강한 광 펄스 신호를 전송하는 광섬유, 데이터 통신을 위한 다른 어떠한 수단일 수 있다.
송신장치(200)는 양자광학부(210)와 신호처리부(219)를 포함한다.
양자광학부(210)는 신호 처리부(219)로부터 수신한 정보를 기초로 변조된 광자 펄스를 양자 채널(250)을 이용하여 수신장치(220)로 전송한다. 한편, 본 실시예에 따른 양자광학부(210)는 양자 암호키 분배 시스템의 현재 상태가 기 설정된 조건에 대응되는 경우 일부 구성요소의 동작을 일시적으로 제어함으로써 편광 제어값 재설정 과정이 보다 효율적으로 수행될 수 있도록 동작한다. 기 설정된 상태조건은 수신장치(220)에서 검출되는 광자에 대한 검출률이 기 설정된 최적 검출률 대비 소정 임계값 이상 감소한 경우, 기 설정된 주기가 도래한 경우 및 양자 암호키 분배 시스템이 초기 동작하는 경우 등을 포함한다. 한편, 이러한, 기 설정된 상태조건이 만족되는 경우 양자 암호키 분배 시스템에서는 기존에 수행되던 양자 암호키 분배 과정이 일시 정지되고, 편광 제어값 재설정 과정이 수행된다. 이하, 기 설정된 상태조건이 만족되는 경우를 편의상 양자 암호키 분배 시스템에서 편광 제어값 재설정 과정이 수행되는 경우로 설명하도록 한다.
양자광학부(210)는 양자 암호키 분배 시스템의 현재 상태가 기 설정된 조건 중 어느 하나의 조건에 대응되는 경우 즉, 양자 암호키 분배 시스템에서 편광 제어값 재설정 과정이 수행되는 경우 송신장치(200)에서 출력되는 광자 펄스의 세기를 일시적으로 증가시켜 수신장치(220)로 출력할 수 있다. 또한, 양자광학부(210)는 양자 암호키 분배 시스템에서 편광 제어값 재설정 과정이 수행되는 경우 양자정보 예컨대, 비트, 기저 및 디코이 값을 난수 값이 아닌, 기 설정된 값으로 생성하고 이를 기반으로 광자 펄스의 위상 및 진폭을 변조시켜 출력할 수 있다. 이하, 본 실시예에 따른 양자광학부(210)의 구성요소 및 각 구성요소의 수행 동작에 대해 보다 자세하게 설명하도록 한다.
양자광학부(210)는 광원(212), 광간섭계(214), 위상변조기(216), 가변광감쇄기(217) 및 제어부(218)를 포함한다.
광간섭계(214)는 광원(212)으로부터 단일 광자를 포함한 광자 펄스를 입력 받는다. 실제적으로 광원(212)으로부터 출력되는 광 펄스는 매우 적은 수의 광자가 포함된 매우 미약한 레이저 펄스일 수 있으나, 여기서는 단일 광자 펄스를 기준으로 설명하기로 한다. 한편, 도 2에서는 광간섭계(214)로 입력되는 광자 펄스가 단일 광자를 포함하는 것으로 명시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 본 실시예에 따른 광간섭계(214)는 가변광감쇄기(217)의 설치 위치에 따라 다수의 광자가 포함된 광자 펄스를 입력 받을 수도 있다. 이하, 도 2에서는 가변광감쇄기(217)가 위상변조기(216)의 출력단에 설치된 경우를 예시하여 설명하도록 하며, 이에 광간섭계(214)는 광원(212)으로부터 단일 광자를 포함한 광 펄스를 입력 받는 것으로 설명하도록 한다.
광간섭계(214)는 입력된 광자 펄스가 통과할 수 있는 소정의 경로차를 가진 2개의 경로를 제공하며, 이를 통해, 시간적으로 분리된 광자 펄스 쌍을 생성하여 출력시킨다. 이러한, 광간섭계(214)는 예컨대, 광섬유 또는 평판형 광도파로 기반 혹은 광학계 기반의 마흐젠더 광간섭계(Mach-Zehnder Interferometer)나 마이켈슨 광간섭계(Michelson Interferometer) 등으로 구현될 수 있다.
위상변조기(216)는 광간섭계(214)를 통과한 광자 펄스의 위상을 시간적으로 변조하여 출력한다. 본 실시예에 따른 위상변조기(216)는 양자 암호키 분배 시스템에서 정상적으로 양자 암호키 분배 과정이 수행되는 경우 신호처리부(219)에 포함되거나 연결된 난수 발생기(미도시)로부터 생성된 임의의 비트, 기저 정보를 기반으로 광간섭계(214)를 통과한 광 펄스의 위상을 변조한다. 다만, 본 실시예에 따른 위상변조기(216)는 양자 암호키 분배 시스템의 현재 상태가 기 설정된 조건에 대응되는 경우 즉, 양자 암호키 분배 시스템에서 편광 제어값 재설정 과정이 수행되는 경우 기 설정된 비트 및 기저 정보를 기반으로 광간섭계(214)를 통과한 광자 펄스의 위상을 변조한다. 또한, 양자광학부(210)는 난수 발생기로부터 생성된 임의의 디코이 정보를 기반으로 광 펄스의 진폭을 변조한다. 다만, 본 실시예에 따른 양자 암호키 분배 시스템에서 편광 제어값 재설정 과정이 수행되는 경우 기 설정된 디코이 정보를 기반으로 광 펄스의 진폭을 변조한다. 한편, 양자 암호키 분배 시스템에서 편광 제어값 재설정 과정이 수행되는 경우 수신장치(220)에 구비된 위상변조기(226) 또한, 기 설정된 기저 정보를 기반으로 입력된 단일 광자의 위상을 변조하도록 제어된다. 이를 통해, 본 실시예에 따른 양자 암호키 분배 시스템에서 편광 제어값 재설정 과정이 수행되는 동안 수신장치(220)로부터 검출되는 광자의 검출 률이 증가 되며, 이는 곧, 신속한 편광 제어값 재설정 과정이 수행될 수 있도록 하는 효과를 야기한다.
가변광감쇄기(217)는 송신장치(200)에서 양자 암호키 분배 시스템의 수신장치(220)로 출력되는 광자 펄스의 세기를 조절한다. 본 실시예에 따른 가변광감쇄기(217)는 양자 암호키 분배 시스템에서 정상적으로 양자 암호키 분배 과정이 수행되는 경우 양자 암호키 분배 시스템의 수신장치(220)로 출력되는 광자 펄스의 세기를 감쇄시켜 단일 광자 펄스가 생성될 수 있도록 동작한다.
본 실시예에 따른 가변광감쇄기(217)는 양자 암호키 분배 시스템에서 편광 제어값 재설정 과정이 수행되는 경우 송신장치(200)에서 출력되는 광자 펄스의 세기를 증가시켜 출력한다. 광신호의 경우 전송구간이 길어지면 손실이 발생하여 신호대 잡음비가 나빠지는 결과가 발생하게 된다. 일반적인 양자 암호키 분배 과정에서는 단일 광자 기반의 양자 신호가 사용되기 때문에 광증폭기를 사용하여 양자신호를 복제하거나 증폭할 수 없으며, 이 때문에 신호대 잡음비를 회복할 별도의 방법이 존재하지 않는다. 더욱이, 수신장치(220)의 광자 검출기에서는 주요 잡음인 다크 노이즈가 발생할 수 있으며, 이러한, 다크 노이즈는 전송 거리와 상관없이 일정하여 전송 거리가 늘어 날수록 신호대 잡음비를 더욱 나빠지게 하여 광자 검출률 오류를 증가시키는 주된 원인으로 작용한다. 한편, 본 실시예에 따른 양자 암호키 분배 시스템은 광자 검출률의 검출 결과에 기초하여 편광 제어값 재설정 과정을 수행하기 때문에 반드시 단일 광자 펄스일 필요가 없다. 이에, 본 실시예에 따른 가변광감쇄기(217)는 양자 암호키 분배 시스템에서 편광 제어값 재설정 과정이 수행되는 경우 송신장치(200)에서 출력되는 광자 펄스의 세기를 증가시켜 출력시킴으로써 전송거리에 따른 신호대잡음비를 높이는 한편, 검출률 오류가 감소될 수 있도록 동작한다. 이를 통해, 본 실시예에 따른 양자 암호키 분배 시스템에서는 편광 제어값 재설정 과정이 보다 신속 및 정확하게 수행될 수 있다.
가변광감쇄기(217)의 세기 조절값은 양자 암호키 분배 시스템 설치 시 사용자에 의해 기 설정될 수 있으며, 공개 채널(260) 등을 이용하여 측정된 광 링크의 거리 정보에 따라 제어부(218)에 의해 계산되어 설정될 수도 있다. 도 2에서는 가변광감쇄기(217)가 위상변조기(216)의 출력단에 위치하는 것으로 명시하였으나 반드시 이에 한정되지는 않는다. 예컨대, 가변광감쇄기(217)는 광원(212)의 출력단 이후에 위치된다면, 어떠한 위치에라도 설치 가능하다.
제어부(218)는 양자광학부(210)에 포함된 구성장치들의 동작을 제어하는 기능을 수행한다. 본 실시예에 따른 제어부(218)는 양자 암호키 분배 시스템의 현재 상태가 기 설정된 조건에 대응되는 경우 송신장치(200)에서 기 수행되던 양자 암호키 분배 과정을 일시 정지시키고, 편광 제어값 재설정 과정을 보조하기 위한 동작이 수행되도록 제어한다.
제어부(218)는 양자 암호키 분배 시스템에서 편광 제어값 재설정 과정이 수행되는 경우 위상변조기(216) 및 가변광감쇄기(217)의 동작을 제어한다. 즉, 본 실시예에 따른 제어부(218)는 양자 암호키 분배 시스템의 현재 상태가 기 설정된 조건에 대응되는 경우 위상변조기(216)가 기 설정된 비트 및 기저 정보를 기반으로 광간섭계(214)를 통과한 광 펄스의 위상을 변조하도록 제어한다. 또한, 양자광학부(210)는 기 설정된 디코이 정보를 기반으로 광 펄스의 진폭을 변조한다.
제어부(218)는 양자 암호키 분배 시스템에서 편광 제어값 재설정 과정이 수행되는 경우 양자 암호키 분배 시스템의 수신장치(220)로 출력되는 광자 펄스의 세기를 증가시켜 출력한다.
신호처리부(219)는 양자 암호키 분배를 위한 정보를 생성하고, 생성된 정보를 저장한다. 이때, 신호처리부(219)에서 생성되는 정보에는 비트, 기저 및 디코이 정보 중 일부 또는 전부의 정보가 포함될 수 있다. 이후, 신호처리부(219)는 생성된 정보를 양자광학부(210)로 전송한다. 한편, 본 실시예에 따른 신호처리부(219)는 양자 암호키 분배 시스템에서 편광 제어값 재설정 과정이 수행되는 경우 기 설정된 비트, 기저 및 디코이 정보를 발생시켜 양자광학부(210)로 전송한다.
신호처리부(219)는 수신장치(220)로부터 검출 이벤트 발생정보를 수신하는 경우, 검출 이벤트 발생정보 및 저장한 비트, 기저 및 디코이 정보를 이용하여 원시 키를 생성한다.
신호처리부(219)는 수신장치(220)로부터 검출된 광자에 대한 검출률 정보를 공개 채널(260)을 통해 제공받으며, 이를 양자광학부(210)로 전송한다. 양자광학부(210)는 신호처리부(219)로부터 수신한 광자 검출률에 대한 정보에 기초하여 암호키 분배 시스템의 현재 상태를 확인한다.
수신장치(220)는 양자광학부(222)와 신호처리부(240)를 포함한다.
양자광학부(222)는 송신장치(200)로부터 수신한 광자 펄스를 양자 암호키 분배를 위한 정보 예컨대, 기저 정보를 기반으로 변조하고, 변조된 광자 펄스를 검출하여 검출정보를 출력한다. 한편, 본 실시예에 따른 양자광학부(222)는 양자 암호키 분배 시스템의 현재 상태가 기 설정된 상태조건에 대응되는 경우 위상변조기(226)에 입력되는 단일 광자의 편광이 위상변조기(226)의 변조축에 정렬되도록 제어함으로써 시스템의 양자오류율을 최소화하고, 광자 검출률을 최대화하는 과정을 수행한다. 기 설정된 상태조건은 수신장치(220)에서 검출되는 광자에 대한 검출률이 기 설정된 최적 검출률 대비 소정 임계값 이상 감소한 경우, 기 설정된 주기가 도래한 경우 및 양자 암호키 분배 시스템이 초기 동작하는 경우 등을 포함한다. 한편, 이러한, 기 설정된 상태조건이 만족되는 경우 양자 암호키 분배 시스템에서는 기존에 수행되던 양자 암호키 분배 과정이 일시 정지되고, 편광 제어값 재설정 과정이 수행된다. 이하, 기 설정된 상태조건이 만족되는 경우를 편의상 양자 암호키 분배 시스템에서 편광 제어값 재설정 과정이 수행되는 경우로 설명하도록 한다.
양자광학부(222)는 편광제어기(224), 위상변조기(226), 간섭계(228), 단일광자검출기(230, 232), 광스위치(234, 236) 및 제어부(238)를 포함한다.
편광제어기(224)는 송신장치(200)로부터 양자 채널(250)을 통해 수신되는 광자 펄스의 편광상태를 조절한다. 양자 채널(250) 예컨대, 광섬유 링크를 통해 송신장치(200)로부터 전송되는 광자 펄스는 수신장치(220)에 도착 시 전송시간 및 광섬유 링크의 온도 등과 같은 다양한 원인으로 인해 편광상태가 변화된다. 한편, 편광상태가 변화된 광자 펄스가 그대로 위상조절기(226)에 입력되는 경우, 광자 펄스의 편광이 위상변조기(226)의 변조축에 정렬되지 않아 위상 변조가 적절하게 이루어지지 않게 되고 또한, 위상변조기(226)를 통과하는 광자의 수가 감소하게 된다. 이에, 시스템의 양자오류율이 증가하게 되고, 단일광자검출기(230, 232)에서 검출되는 광자의 수 또한 감소되는 현상이 발생한다. 즉, 본 실시예에 따른 편광제어기(224)는 송신장치(200)로부터 수신되는 단일 광자의 편광을 위상변조기(226)의 변조축에 정렬되도록 조절함으로써 시스템의 양자오류율을 최소하하고, 단일광자검출기(230, 232)에서 검출되는 광자에 대한 검출률이 최대화될 수 있도록 동작한다.
본 실시예에 따른 편광제어기(224)는 양자 암호키 분배 시스템에서 정상적으로 양자 암호키 분배 과정이 수행되는 경우 기 설정된 편광 제어값에 따라 광자 펄스의 편광상태를 조절한다. 이때, 기 설정된 편광 제어값은 앞서 편광 제어값 재설정 과정을 통해 산출된 광자 검출률이 최대가 되도록 하는 제어값을 의미한다. 즉, 편광제어기(224)는 기 설정된 편광 제어값에 따라 광자 펄스의 편광상태를 조절함으로써 송신장치(200)로부터 수신되는 광자 펄스의 편광을 위상변조기(226)의 변조축에 정렬시키며, 이를 통해 시스템의 양자오류율이 최소가 되고, 또한, 광자 검출률이 최대가 되도록 동작한다.
본 실시예에 따른 편광제어기(224)는 양자 암호키 분배 시스템에서 편광 제어값 재설정 과정이 수행되는 경우 제어부(230)의 제어에 따라 기 설정된 편광 제어값을 순차적으로 증감하고, 증감된 편광 제어값에 기초하여 광자 펄스의 편광상태를 조절한다. 이후, 편광제어기(224)는 편광 제어값 재설정 과정이 완료되어 광자 검출률이 최대가 되도록 하는 편광 제어값이 산출되는 경우, 산출된 편광 제어값을 편광제어기(224)의 기본 편광 제어값으로서 재설정한다. 이를 통해, 본 실시예에 따른 편광제어기(224)는 송신장치(200)로부터 수신되는 광자 펄스의 편광이 항상 위상변조기(226)의 변조축에 대응되도록 정렬시키며, 이를 통해 시스템의 양자오류율이 최소가 되고 또한, 광자 검출률이 최대가 되도록 동작한다.
한편, 본 실시예에 따른 편광제어기(224)는 양자 암호키 분배 시스템에서 편광 제어값 재설정 과정이 수행되는 동안 송신장치(200)로부터 가변광감쇄기(217)를 통해 세기가 증가된 광자 펄스를 수신한다.
위상변조기(226)는 편광제어기(224)로부터 출력되는 광자 펄스의 위상을 시간적으로 변조하여 출력한다. 본 실시예에 따른 위상변조기(224)는 양자 암호키 분배 시스템에서 정상적으로 양자 암호키 분배 과정이 수행되는 경우 신호처리부(230)에 포함되거나 연결된 난수 발생기(미도시)로부터 생성된 임의의 기저 정보를 기반으로 편광제어기(224)로부터 출력되는 광자 펄스의 위상을 변조한다.
본 실시예에 따른 위상변조기(224)는 양자 암호키 분배 시스템에서 편광 제어값 재설정 과정이 수행되는 경우 기 설정된 기저 정보를 기반으로 편광제어기(224)로부터 출력되는 광자 펄스의 위상을 변조한다. 이를 통해, 본 실시예에 따른 양자 암호키 분배 시스템에서 편광 제어값 재설정 과정이 수행되는 동안 수신장치(220)로부터 검출되는 광자의 검출률이 증가 되며, 이는 곧, 신속한 편광 제어값 재설정 과정이 수행될 수 있도록 하는 효과를 야기한다.
광간섭계(228)는 위상변조기(224)로부터 출력되는 광자 펄스가 통과하기 위한 소정의 경로차를 가진 2개의 경로를 제공하며, 이를 통해, 시간적으로 분리된 광자 펄스 쌍을 생성하여 출력시킨다. 이러한, 광간섭계(228)에서 제공되는 2개의 경로는 송신장치(200)의 광간섭계(214)와 동일한 경로차를 갖는다. 수신장치(220)의 광간섭계(228) 역시 광섬유 또는 평판형 광도파로 기반 혹은 광학계 기반의 마흐젠더 광간섭계나 마이켈슨 광간섭계 등으로 구현될 수 있다.
단일광자검출기(230, 232)는 광간섭계(228)로부터 출력되는 광자 펄스를 제공받아 광자를 검출한다. 본 실시예에 따른 단일광자검출기는 제1 단일광자검출기(230) 및 제2 단일광자검출기(232)를 포함한다. 각각의 단일광자검출기(230, 232)는 검출된 광자에 대한 검출정보를 제어부(238)로 전송하고, 제어부(234)는 수신한 검출정보를 상호 보완적으로 해석하여 광자에 대한 검출률을 계산한다.
광스위치(234, 236)는 스위치 소자를 이용하여 광자 펄스의 경로를 변경하는 역할을 수행한다. 본 실시예에 따른 광스위치(234, 236)는 양자 암호키 분배 시스템에서 편광 제어값 재설정 과정이 수행되는 경우 위상변조기(226)로부터 출력되는 광자 펄스의 경로를 변경한다. 한편, 위상변조기(224)로부터 출력되는 광자 펄스가 광간섭계(228)를 거쳐 단일광자검출기로 전송되는 경우 간섭 상태 변화로 인해 단일광자검출기에서 검출되는 광자의 검출률이 감소하는 현상이 발생할 수 있다. 이에, 본 실시예에 따른 광스위치(234, 236)는 양자 암호키 분배 시스템에서 편광 제어값 재설정 과정이 수행되는 경우 위상변조기(226)의 출력이 광간섭계(228)를 거치지 않고 곧바로 단일광자검출기로 전달되도록 우회시킨다. 이 경우, 위상변조기(226)의 출력은 광스위치(234, 236)에 의해 제2 단일광자검출기(232)로 곧바로 전달된다. 이를 통해, 본 실시예에 따른 양자 암호키 분배 시스템에서 편광 제어값 재설정 과정이 수행되는 동안 수신장치(220)로부터 검출되는 광자의 검출률이 증가 하며, 이는 곧, 신속한 편광 제어값 재설정 과정이 수행될 수 있도록 하는 효과를 야기한다. 이러한, 광스위치(234, 236)는 양자 암호키 분배 시스템에서 편광 제어값 재설정 과정이 수행되는 경우 제어부(238)의 제어에 따라 선택적으로 동작할 수 있다.
본 실시예 따른 광스위치(234, 236)는 제1 광스위치(234) 및 제2 광스위치(236)를 포함한다. 제1 광스위치(234)는 위상변조기(226)의 출력이 광간섭계(228)를 거쳐 단일광자검출기로 전송되도록 하거나, 광간섭계(228)를 거치지 않고 곧바로 단일광자검출기로 전송되도록 경로를 변경한다. 제2 광스위치(236)는 위상변조기(226)의 출력이 곧바로 단일광자검출기로 전달되도록 할 경우, 경로설정을 광간섭계(228)에서 제1 광스위치(234)로 변경한다. 한편, 경로가 변경된 경우 변경된 경로로 입력되는 광자 펄스의 도착 시간에 맞도록 단일광자검출기(232)의 게이트 딜레이 값을 조절한다.
제어부(238)는 양자광학부(222)에 포함된 구성장치들의 동작을 제어하는 기능을 수행한다. 본 실시예에 따른 제어부(238)는 양자 암호키 분배 시스템의 현재 상태가 기 설정된 조건에 대응되는 경우 수신장치(220)에서 기 수행되던 양자 암호키 분배 과정을 일시 정지시키고, 편광 제어값 재설정 과정이 수행되도록 제어한다. 이하, 제어부(238)가 편광 제어값 재설정 과정이 수행되는 경우 양자광학부(222)에 포함된 구성장치들의 동작을 제어하는 방법에 대해 설명하도록 한다.
본 실시예에 따른 제어부(238)는 양자 암호키 분배 시스템의 현재 상태가 기 설정된 조건에 대응되는 경우 편광제어기(224)에 기 설정된 편광 제어값을 소정 범위 내에서 증감시킨다. 예컨대, 제어부(238)는 광자검출부를 통해 검출된 광자의 검출률이 기 설정된 최적 검출률 대비 소정 임계값 이상 감소된 경우, 송신장치(200)로부터 전송된 광자 펄스의 편광이 전송과정에서 변화가 발생하였다고 판단한다. 이후, 제어부(238)는 광자 펄스의 편광을 위상변조기(226)의 변조축에 재정렬시키기 위해 편광제어기(224)에 기 설정된 편광 제어값을 증감시킨다. 한편, 제어부(238)는 편광제어기(224)에 기 설정된 편광 제어값에 대한 정보를 저장하고 있으며, 이를 통해, 편광제어기(224)에 기 설정된 편광 제어값을 소정 범위 내에서 증감시킨다. 이때, 제어부(238)는 편광 제어값에 따른 광자 검출률의 주기성에 근거하여 기 설정된 편광 제어값의 증감 범위 또는 증감 값(Step)을 결정한다. 이러한, 편광 제어값에 따른 광자 검출률의 주기성은 사전에 기 파악되어 입력될 수도 있으며, 편광 제어값을 재설정하는 과정에서 한 주기 이상의 넓은 범위에서 편광을 제어하면서 파악될 수도 있다.
제어부(238)는 우선적으로 소정 범위 내에서 기 설정된 편광 제어값을 증감시켜 광자 검출률이 최대가 되도록 하는 편광 제어값을 산출하되, 해당 과정을 통해 적절한 편광 제어값이 미 산출되는 경우 조절가능한 전체 영역 내에서 기 설정된 편광 제어값을 증감시킨다. 제어부(238)는 편광 제어값 산출 시, 사전에 계산된 증감 범위 및 증감 값에 따라 상대적으로 좁은 제어영역에서 우선적으로 편광 제어값을 증감시킴으로써 편광 제어값 재설정 과정이 신속하게 수행될 수 있도록 한다.
제어부(238)는 양자 암호키 분배 시스템의 초기 동작으로 인해 편광 제어값 재설정 과정이 수행되는 경우에는 편광제어기(224)에서 조절가능한 전체 영역 내에서 편광제어기(224)에 기 설정된 편광 제어값을 증감시킨다.
제어부(238)는 편광 제어값의 증감에 따라 변화되는 광자 검출률을 실시간으로 확인하고, 확인결과에 따라 광자 검출률이 최대가 되도록 하는 편광 제어값을 산출한다. 이후, 제어부(238)는 광자 검출률이 최대가 되도록 하는 편광 제어값이 산출되는 경우, 산출된 편광 제어값을 편광제어기(224)의 기본 편광 제어값으로서 재설정한다. 한편, 제어부(238)는 앞서 명시된 편광 제어값 산출 과정을 반복적으로 수행함으로써 산출되는 편광 제어값에 대한 정확도를 증가시킬 수 있다.
본 실시예에 따른 제어부(238)는 편광제어기(224)가 복수 개의 편광 제어소자를 포함하는 형태로 구현된 경우, 편광 제어소자별로 기 설정된 편광 제어값을 독립적으로 증감시켜 편광 제어소자별 광자 검출률이 최대가 되도록 하는 편광 제어값을 산출할 수 있다. 이후, 제어부(238)는 산출된 각각의 편광 제어값들을 각 편광 제어소자의 기본 편광 제어값으로서 재설정함으로써 광자 검출률이 최대화되도록 한다.
제어부(238)는 편광 제어값 재설정 과정이 수행되는 경우 위상변조기(226)가 기 설정된 기저 정보를 기반으로 편광제어기(224)를 통과한 광자 펄스의 위상을 변조하도록 제어한다.
제어부(238)는 편광 제어값 재설정 과정이 수행되는 경우 광스위치(234, 236)를 제어하여 위상변조기(226)의 출력이 광간섭계(228)를 거치지 않고 곧바로 단일광자검출기로 전달되도록 우회시킨다.
신호처리부(240)는 양자암호키 분배를 위한 정보 예컨대, 기저 정보를 생성하고, 생성된 기저 정보를 저장한다. 이후, 신호처리부(240)는 기저 정보를 양자광학부(222)로 전송한다. 한편, 본 실시예에 따른 신호처리부(240)는 양자 암호키 분배 시스템에서 편광 제어값 재설정 과정이 수행되는 경우 기 설정된 기저 정보를 발생시켜 양자광학부(222)로 전송한다.
신호 처리부(240)는 양자광학부(222)로부터 광자 펄스를 기반으로 검출한 광자에 대한 검출정보를 수신하고, 수신한 광자에 대한 검출정보 및 기저 정보를 이용하여 원시 키를 생성한다.
도 3은 본 실시예에 따른 수신장치에 입력되는 광자의 편광을 수신장치의 위상변조기의 변조 축에 맞추기 위해 수신장치의 광자 검출률을 최대화하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3에서 도시하듯이, 본 실시예에 따른 수신장치(220)는 양자 암호키 분배 시스템의 현재 상태가 기 설정된 조건에 대응되는지 여부를 확인한다(S302). 단계 S302에서 기 설정된 조건은 수신장치(220)에서 검출되는 광자에 대한 검출률이 기 설정된 최적 검출률 대비 소정 임계값 이상 감소한 경우, 기 설정된 주기가 도래한 경우 및 양자 암호키 분배 시스템이 초기 동작하는 경우 등을 포함한다. 한편, 이러한, 기 설정된 상태조건이 만족되는 경우 수신장치(220)는 수신장치(220)에서 기 수행되던 양자 암호키 분배 과정을 일시 정지하고, 편광 제어값 재설정 과정을 수행한다.
수신장치(220)는 양자 암호키 분배 시스템의 현재 상태가 기 설정된 조건에 대응되는 경우 위상변조기(226)가 기 설정된 기저 정보를 기반으로 편광제어기(224)를 통과한 광자 펄스의 위상을 변조하도록 제어한다(S304). 이를 통해, 본 실시예에 따른 양자 암호키 분배 시스템에서 편광 제어값 재설정 과정이 수행되는 동안 수신장치(220)로부터 검출되는 광자의 검출률이 증가 되며, 이는 곧, 신속한 편광 제어값 재설정 과정이 수행될 수 있도록 하는 효과를 야기한다.
수신장치(220)는 양자 암호키 분배 시스템의 현재 상태가 기 설정된 조건에 대응되는 경우 광스위치(234, 236)을 제어하여 위상변조기(226)의 출력이 광간섭계(228)를 거치지 않고 곧바로 단일광자검출기로 우회하도록 설정한다(S306). 위상변조기(224)로부터 출력되는 광자 펄스가 광간섭계(228)를 거쳐 단일광자검출기로 전송되는 경우 간섭 상태 변화로 인해 단일광자검출기에서 검출되는 광자의 검출률이 감소하는 현상이 발생할 수 있다. 단계 S306에서 수신장치(220)는 광스위치(234, 236)를 이용하여 위상변조기(226)의 출력이 광간섭계(228)를 거치지 않고 곧바로 단일광자검출기로 전달되도록 우회시킴으로써 간섭 상태 변화로 인해 수신장치(220)에 야기될 수 있는 광자 검출률 감소 현상을 해결할 수 있다.
수신장치(220)는 양자 암호키 분배 시스템의 현재 상태가 기 설정된 조건에 대응되는 경우 편광제어기(224)에 기 설정된 편광 제어값을 소정 범위 내에서 증감시킨다(S308). 단계 S308에서 수신장치(220)는 편광제어기(224)에 기 설정된 편광 제어값에 대한 정보를 저장하고 있으며, 이를 통해, 편광제어기(224)에 기 설정된 편광 제어값을 소정 범위 내에서 증감시킨다. 이때, 수신장치(220)는 편광 제어값에 따른 광자 검출률의 주기성에 근거하여 기 설정된 편광 제어값의 증감 범위 또는 증감 값(Step)을 결정한다.
수신장치(220)는 단계 S308에서 편광 제어값이 증감됨에 따라 단일광자검출기로부터 검출되는 광자의 검출률을 확인하여 단일광자검출기의 검출률이 최대가 되도록 하는 편광 제어값을 산출한다(S310). 한편, 단계 S310에서 수신장치(220)로부터 산출되는 편광 제어값은 송신장치(200)로부터 수신되는 광자 펄스의 편광을 위상변조기(226)의 변조축에 대응되도록 정렬시키는 조정값을 의미한다.
수신장치(220)는 단계 S310에서 산출된 편광 제어값을 편광제어기(224)에 기본 편광 제어값으로 재설정한다(S312). 수신장치(220)는 단계 S308 및 단계 S310이 반복적으로 수행함으로써 산출되는 편광 제어값에 대한 정확도를 증가시킬 수 있다.
수신장치(220)는 편광 조절을 완료한 후 광스위치(234, 236)를 제어하여 위상변조기(226)의 출력이 광간섭계(228)를 지나 단일광자검출기로 입력되도록 한다.(S314).
여기서, 단계 S302 내지 S314는 앞서 설명된 수신장치(220)의 각 구성요소의 동작에 대응되므로 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
도 4는 본 실시예에 따른 암호키 분배 시스템에서 편광 제어값 재설정 과정이 수행되는 경우의 송신장치의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4에서 도시하듯이, 본 실시예에 따른 송신장치(200)는 양자 암호키 분배 시스템의 현재 상태가 기 설정된 조건에 대응되는지 여부를 확인한다(S402). 단계 S402에서 기 설정된 조건은 수신장치(220)에서 검출되는 광자에 대한 검출률이 기 설정된 최적 검출률 대비 소정 임계값 이상 감소한 경우, 기 설정된 주기가 도래한 경우 및 양자 암호키 분배 시스템이 초기 동작하는 경우 등을 포함한다. 한편, 이러한, 기 설정된 상태조건이 만족되는 경우 송신장치(200)는 송신장치(200)에서 기 수행되던 양자 암호키 분배 과정을 일시 정지하고, 편광 제어값 재설정 과정 보다 정확하게는 편광 제어값 재설정 과정을 보조하기 위한 동작을 수행한다.
송신장치(200)는 양자 암호키 분배 시스템의 현재 상태가 기 설정된 조건에 대응되는 경우 위상변조기(216)가 기 설정된 비트 및 기저 정보를 기반으로 광간섭계(214)를 통과한 광자 펄스의 위상을 변조하도록 제어한다(S404). 또한,양자광학부(210)는 기 설정된 디코이 정보를 기반으로 광 펄스의 진폭을 변조한다. 이를 통해, 본 실시예에 따른 양자 암호키 분배 시스템에서 편광 제어값 재설정 과정이 수행되는 동안 수신장치(220)로부터 검출되는 광자의 검출률이 증가 되며, 이는 곧, 양자 암호키 분배 시스템에서 신속한 편광 제어값 재설정 과정이 수행될 수 있도록 하는 효과를 야기한다.
송신장치(200)는 양자 암호키 분배 시스템의 현재 상태가 기 설정된 조건에 대응되는 경우 송신장치(200)에서 출력되는 광자 펄스의 세기를 일시적으로 증가시켜 출력한다(S406). 본 실시예에 따른 양자 암호키 분배 시스템은 광자 검출률의 검출 결과에 기초하여 편광 제어값 재설정 과정을 수행하기 때문에 반드시 단일 광자 펄스가 사용될 필요가 없다. 이에, 본 실시예에 따른 송신장치(200)는 양자 암호키 분배 시스템에서 편광 제어값 재설정 과정이 수행되는 경우 위상변조기(216)를 통과한 광자 펄스의 세기를 증가시켜 출력시킴으로써 전송거리에 따른 신호대잡음비를 높이는 한편, 광자 검출 오류가 감소할 수 있도록 동작한다. 한편, 송신장치(200)에 의해 증가되는 광자 펄스의 세기는 광자 펄스가 전송되는 광 링크의 거리 정보 및 링크 손실 값에 따라 결정될 수 있다.
여기서, 단계 S402 내지 S406은 앞서 설명된 송신장치(200)의 각 구성요소의 동작에 대응되므로 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
도 5는 본 실시예에 따른 양자 암호키 분배 시스템의 편광 제어값 재설정 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5에 도시하듯이, 본 실시예에 따른 송신장치(200) 및 수신장치(220)는 기 설정된 조건에 대응되는 경우 편광 제어값 재설정 과정을 수행한다. 이때, 기 설정된 상태조건은 수신장치(220)에서 검출되는 광자에 대한 검출률이 기 설정된 최적 검출률 대비 소정 임계값 이상 감소한 경우, 기 설정된 주기가 도래한 경우 및 양자 암호키 분배 시스템이 초기 동작하는 경우 등을 포함한다. 한편, 이러한, 기 설정된 조건이 만족되는 경우 양자 암호키 분배 시스템의 송신장치(200) 및 수신장치(220)에서는 기존에 수행되던 양자 암호키 분배 과정이 일시 정지되고, 편광 제어값 재설정 과정이 수행된다.
① 본 실시예에 따른 송신장치(200)의 신호처리부(219)는 편광 제어값 재설정 과정이 수행되는 경우 기 설정된 비트, 기저 및 디코이 정보를 발생시킨다.
② 신호처리부(219)는 단계 ①에서 생성한 비트, 기저 및 디코이 정보를 양자광학부(210)로 전송한다. 이때, 신호처리부(219)는 기 설정된 비트, 기저 및 디코이 정보와 더불어 편광 제어값 재설정 과정에 대한 수행 명령을 추가로 전송하고, 이를 통해 양자광학부(210)가 편광 제어값 재설정 과정에 대응되는 동작을 수행하도록 동작시킨다. 단계 ②에서 양자광학부(210)는 위상변조기(216)가 기 설정된 비트, 기저 및 디코이 정보를 기반으로 광간섭계(214)를 통과한 광자 펄스의 위상을 변조하도록 제어한다. 또한, 양자광학부(210)는 기 설정된 디코이 정보를 기반으로 광 펄스의 진폭을 변조한다.
③ 양자광학부(210)는 편광 제어값 재설정 과정에 대한 수행 명령을 수신하는 경우 송신장치(200)에서 출력되는 광자 펄스의 세기를 일시적으로 증가키시고, 세기가 증가한 광자 펄스를 양자 채널(250)을 통해 수신장치(220)로 전송한다.
④ 수신장치(220)의 신호처리부(240)는 편광 제어값 재설정 과정이 수행되는 경우 기 설정된 기저 정보를 발생시킨다.
⑤ 신호처리부(240)는 단계 ④에서 생성한 기저 정보를 양자광학부(222)로 전송한다. 이때, 신호처리부(240)는 기 설정된 기저 정보와 더불어 편광 제어값 재설정 과정에 대한 수행 명령을 추가로 전송하고, 이를 통해, 양자광학부(222)가 편광 제어값 재설정 과정에 대응되는 동작을 수행하도록 동작시킨다. 단계 ⑤에서 양자광학부(222)는 위상변조기(226)가 기 설정된 기저정보를 기반으로 편광제어기(224)를 통과한 광자 펄스의 위상을 변조하도록 제어한다
⑥ 양자광학부(222)는 편광 제어값 재설정 과정에 대한 수행 명령을 수신하는 경우 위상변조기(224)로부터 출력되는 광자 펄스가 광간섭계(228)를 거치지 않고 곧바로 광자검출기로 전달되도록 우회시킨다. 즉, 수신장치(220)의 양자광학부(222)는 편광 제어값 재설정 과정이 수행되는 경우 광스위치(224, 236)를 제어하여 위상변조기(226)로부터 출력되는 광자 펄스의 경로를 변경한다. 한편, 변경된 경로로 입력되는 광자 펄스의 도착 시간에 맞도록 단일광자검출기(232)의 게이트 딜레이 값을 조절한다.
⑦ 양자광학부(222)는 편광 제어값 재설정 과정에 대한 수행 명령을 수신하는 경우 편광제어기(224)에 기 설정된 편광 제어값을 소정 범위 내에서 증감시키고, 편광 제어값의 증감에 따라 단일광자검출기로부터 검출되는 광자의 검출률을 확인하여 단일광자검출기의 검출률이 최대가 되도록 하는 편광 제어값을 산출한다.
⑧ 양자광학부(222)는 단계 ⑦을 통해 광자검출기의 검출률이 최대가 되도록 하는 편광 제어값이 산출되는 경우 산출된 편광 제어값을 편광제어기(224)의 기본 편광 제어값으로서 재설정한다.
양자광학부(222)는 편광 제어값 재설정 과정이 완료되면 광스위치(224, 236)을 제어하여 위상변조기(226)로부터 출력되는 광자 펄스가 광간섭계(228)를 지나 단일광자 검출기로 입력되도록 경로를 변경한다.
⑨ 양자광학부(222)는 단계 ⑧이 완료되는 경우 편광 제어값 재설정 완료 메시지를 신호처리부(240)로 전송하고, 신호처리부(240)는 편광 제어값 재설정 완료 메시지를 공개 채널(260)을 통해 송신장치(200)의 신호처리부(219)로 전송한다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
200: 송신장치 210: 양자광학부
212: 광원 214: 광간섭계
216: 위상변조기 217: 가변광감쇄기
218: 제어부 219: 신호처리부
220: 수신장치 222: 양자광학부
224: 편광제어기 226: 위상변조기
228: 광간섭계 230: 제1 단일광자검출기
232: 제2 단일광자검출기 234: 제1 광스위치
236: 제2 광스위치 238: 제어부
240: 신호처리부 250: 양자 채널
260: 공개 채널

Claims (11)

  1. 양자 암호키 분배 시스템의 송신장치로부터 양자채널을 통해 수신되는 광자 펄스의 편광상태를 조절하는 편광제어기;
    상기 편광제어기로부터 출력되는 광자 펄스의 위상을 시간적으로 변조하여 출력하는 위상변조기;
    상기 위상변조기로부터 출력되는 광자 펄스가 통과하기 위한 소정의 경로차를 가진 2개의 경로를 제공하는 광간섭계;
    상기 광간섭계로부터 출력되는 광자 펄스를 제공받아 광자를 검출하는 단일광자검출기; 및
    상기 편광제어기에 기 설정된 편광 제어값을 소정 범위 내에서 증감시켜 상기 단일광자검출기의 검출률이 최대가 되도록 하는 편광 제어값을 산출하고, 산출된 편광 제어값을 상기 편광 제어값으로서 재설정하는 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 양자 암호키 분배 시스템의 수신장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 단일광자검출기의 검출률이 기 설정된 최적 검출률 대비 소정 임계값 이상 감소된 경우, 기 설정된 주기가 도래한 경우 및 상기 양자 암호키 분배 시스템이 초기 동작하는 경우 중 어느 하나의 조건을 만족하는 경우 상기 편광 제어값을 재설정하는 것을 특징으로 하는 양자 암호키 분배 시스템의 수신장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 수신장치는, 상기 제어부의 제어에 따라 상기 위상변조기의 출력이 상기 광간섭계를 거치지 않고 곧바로 상기 광자검출기로 전달되도록 우회하는 스위치 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양자 암호키 분배 시스템의 수신장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 수신장치는, 상기 제어부가 상기 편광 제어값을 증감 시 양자 암호키를 생성하는 과정에서 수신되는 광자 펄스보다 강한 세기의 광자 펄스를 상기 양자 암호키 분배 시스템의 송신장치로부터 수신하는 것을 특징으로 하는 양자 암호키 분배 시스템의 수신장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 편광 제어값을 증감 시 상기 위상변조기가 기 설정된 기저 정보를 기반으로 상기 편광제어기로부터 출력되는 광자 펄스의 위상을 변조하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 양자 암호키 분배 시스템의 수신장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는, 편광 제어값에 따른 검출률의 주기성에 근거하여 상기 기 설정된 편광 제어값의 증감 범위 또는 증감 값을 조절하는 것을 특징으로 하는 양자 암호키 분배 시스템의 수신장치.
  7. 광원으로부터 광자 펄스를 입력받아, 상기 광자 펄스가 통과하기 위한 소정의 경로차를 가진 2개의 경로를 제공하는 광간섭계;
    상기 광간섭계를 통과한 광자 펄스의 위상을 시간적으로 변조하여 출력하는 위상변조기;
    양자 암호키 분배 시스템의 수신장치로 출력되는 광자 펄스의 세기를 조절하는 가변광감쇄기; 및
    상기 가변광감쇄기가 상기 수신장치로 출력되는 광자 펄스의 세기를 일시적으로 증가시키도록 제어하는 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 양자 암호키 분배 시스템의 송신장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제어부는, 양자 암호키 분배 시스템의 수신장치에서 검출되는 광자에 대한 검출률이 기 설정된 최적 검출률 대비 소정 임계값 이상 감소된 경우, 기 설정된 주기가 도래하는 경우 및 상기 양자 암호키 분배 시스템이 초기 동작하는 경우 중 어느 하나의 조건을 만족하는 경우 상기 가변광감쇄기의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 양자 암호키 분배 시스템의 송신장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 어느 하나의 조건을 만족하는 경우 상기 위상변조기가 기 설정된 비트 및 기저 정보를 기반으로 상기 광간섭계를 통과한 광자 펄스의 위상을 변조하도록 제어하고 기 설정된 디코이 정보를 기반으로 상기 광간섭계를 통과한 광자 펄스의 진폭을 변조하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 양자 암호키 분배 시스템의 송신장치.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 가변광감쇄기가 기 설정된 조절값 또는 공개 채널을 통해 측정한 링크의 거리 정보를 이용하여 산출된 조절값에 따라 상기 양자 암호키 분배 시스템의 수신장치로 출력되는 광자 펄스의 세기를 조절하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 양자 암호키 분배 시스템의 송신장치.
  11. 편광제어기, 위상변조기, 광간섭계, 단일광자검출기 및 제어부를 포함하는 양자 암호키 분배 시스템의 수신장치가 입력 단일광자의 편광을 상기 위상변조기의 변조축에 정렬시키기 위해 상기 위상변조기를 통과하는 광자에 대한 검출률을 최대화하는 방법에 있어서,
    상기 편광제어기에 기 설정된 편광 제어값을 소정 범위 내에서 증감시켜 상기 광자 검출기의 검출률이 최대가 되도록 하는 편광 제어값을 산출하는 과정; 및
    상기 편광 제어값을 산출하는 과정에서 산출된 편광 제어값을 상기 편광 제어값으로서 재설정하는 과정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 양자 암호키 분배 시스템 내 수신장치의 광자 검출률 최대화 방법.
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