KR20230022711A - Wave quantum sensor based on asymmetrically coupled Mach-Zehnder interferometers - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광센서(optical sensor)에 관한 것으로서, 구체적으로는 양자센서(quantum sensor)에 관한 것이고, 더 구체적으로는 파동 양자센서(wave quantum sensor)에 관한 것으로서, 광자의 파동성에 기초한 양자얽힘(quantum entanglement) 빛 쌍을 이용하여 고전광학의 해상도 한계인 회절한계와 셧노이즈(shot noise) 측정한계를 극복하고, 양자한계인 하이젠베르그 한계측정을 위한 방법 및 장치에 관한 것으로써 기존의 통상적 Photonic de Broglie(PBW)에 기초한 것이 아닌 거시적 양자중첩을 이용한 coherence de Broglie(CBW)에 기초한 파동 양자센서에 관한 것이다.The present invention relates to an optical sensor, specifically to a quantum sensor, and more specifically to a wave quantum sensor, which is related to quantum entanglement based on the wave nature of photons ( It is about a method and device for overcoming the diffraction limit and shot noise measurement limit, which are the resolution limits of classical optics, using light pairs and measuring the Heisenberg limit, which is the quantum limit. It is about a wave quantum sensor based on coherence de Broglie (CBW) using macroscopic quantum superposition, not based on Broglie (PBW).
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 일 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The information described in this section merely provides background information on an embodiment of the present invention and does not constitute prior art.
종래 양자센서(quantum sensor)는 단광자 얽힘 쌍인 N00N상태에 기초하고 있으며 더 정확하게는 PBW에 기초하고 있다: Science 306, 1330 (2004). N00N상태란 1개 이상의 광자 얽힘쌍으로 이루어진 거시 얽힘광자쌍으로써 일반적으로 2차 비선형 광학현상에 의한 자발매개하향변환(spontaneous parametric down conversion)에 의해 확률적으로 발생되는데, 그 효율은 매우 낮으며 자발적이기에 통제불가능한데, 이 통제불가능성은 코펜하겐 양자역학 해석에 기초한다. 양자역학 초창기인 1920년대 중반 보어를 중심으로 한 당시 새로운 학문이었던 양자역학에 관한 코펜하겐 해석의 핵심은 불확정성 원리와 중첩에 관한 것으로써 단일입자를 측정함에 있어 그 입자를 구성하는 공액변수 예를 들면 위치와 운동량 혹은 주파수와 시간에 있어 두 변수를 동시에 매우 정확하게 측정하는 것은 불가하고, 양자계는 중첩을 통해 설명할 수 있다는 것이다. 이 때 불확정도는 Plank 상수를 기준으로 하는데, 이 값은 매우 적어 미시세계에서나 의미있고, 거시세계에서는 의미 없으므로, 종래 양자역학은 사실상 미시세계에 국한되어 확정적 거시양자상태 발생은 원론적으로 불가하다. 이러한 미시적이고 불확정성에 기초한 양자역학은 드브로이의 물질파와 보어의 상보성(complementarity theory)으로 집약되는데, 철학사조적으로는 칸트철학과 인식론에 기초한 인과론과 타협되어, 즉 입자의 미래 위치와 운동방정식이 확정적으로 주어지는 고전물리학과의 적절한 타협으로 이해되고 있다. 물질파에서도 드러나듯 상보성의 핵심은 빛 혹은 물질의 입자성과 파동성은 상보적이며 동시에 양립할 수 없다는 것인데, 이로 인해 현재까지 양자정보학은 파동성을 포기하고 입자성에 대해서 자연을 기술하고 있다. 따라서, 측정의 문제는 입자가 기술되는 계의 기저상태에 투영되는 결과값이므로, 원론적으로 확률적이며 계의 결합이 커질수록 측정해야 할 횟수는 늘어갈 수 밖에 없어, 비확정적 양자역학 세계는 기본적으로 확정적 고전역학계에 비해 비효율적일 수 밖에 없다. Conventional quantum sensors are based on the N00N state, which is a single photon entangled pair, and more precisely on PBW: Science 306, 1330 (2004). The N00N state is a macroscopic entangled photon pair consisting of one or more photon entangled pairs, which is generally generated stochastically by spontaneous parametric down conversion by second-order nonlinear optical phenomena. Therefore, it is uncontrollable, and this uncontrollability is based on the interpretation of Copenhagen quantum mechanics. The core of the Copenhagen interpretation of quantum mechanics, which was a new discipline at the time centered on Bohr in the early 1920s, is about the uncertainty principle and superposition. It is impossible to measure the two variables very accurately at the same time in terms of time and momentum, or frequency and time, and the quantum system can be explained through superposition. At this time, the uncertainty is based on the Plank constant, and this value is very small, meaning only in the microscopic world, but not in the macroscopic world, so conventional quantum mechanics is in fact limited to the microscopic world, and the generation of a definite macroscopic quantum state is theoretically impossible. Quantum mechanics based on these microscopic and uncertainties is integrated into De Broglie's material wave and Bohr's complementarity theory. In terms of philosophical thought, it is compromised with the causal theory based on Kant's philosophy and epistemology, that is, the future position of particles and the equations of motion are deterministic. It is understood as an appropriate compromise with classical physics. As revealed in the matter wave, the core of complementarity is that the particle and wave properties of light or matter are complementary and incompatible at the same time. Because of this, quantum information science has abandoned wave nature and described nature in terms of particle nature. Therefore, since the problem of measurement is the result value projected onto the ground state of the system in which the particles are described, it is theoretically probabilistic and the number of times to be measured inevitably increases as the coupling of the system increases. Therefore, it is bound to be inefficient compared to deterministic classical mechanics.
양자얽힘은 양자정보처리를 위한 핵심원리인데, 두 개의 양자상태로 이루어진 입자 혹은 큐빗(qubit) 사이에 형성되는 강한 상관관계로서, 양자얽힘 여부에 대한 검증은 Hong-Ou-Mandel (HOM)의 반상관(anticorrelation) 측정이나 벨부등식 위반 측정 혹은 프란슨 비국소적 상관성(Franson-type nonlocal correlation)으로 검증되어 왔다. Quantum entanglement is a key principle for quantum information processing. It is a strong correlation formed between particles or qubits composed of two quantum states. The verification of quantum entanglement is the opposite of Hong-Ou-Mandel (HOM) It has been verified by anticorrelation measures, Bell inequality violation measures, or Franson-type nonlocal correlations.
한편 위그너 분포함수(Wigner distribution fundtion)를 이용한 공액변수 위상공간에서 토모그라피적 양자측정은 고전역학적 결과와는 달리 일정구간에서 음수를 갖는 특성으로 가지나, 양자상태에 위그너 분포함수에 대한 사실은 모든 양자상태가 위그너 분포함수에서 음수값을 만족하는 것은 아니므로, 양자상태는 위그너 분포함수의 음수값이어야 한다는 논리는 양자정보학에서 광범위하게 존재하는 대표적 오류이다: Phys. Rev. A 58, 4345 (1998); Am. J. Phys. 76, 937 (2008). On the other hand, tomographic quantum measurement in the phase space of conjugated variables using the Wigner distribution fundtion has a characteristic of having a negative number in a certain range, unlike classical mechanical results, but the fact of the Wigner distribution function in the quantum state Since not all quantum states satisfy negative values of the Wigner distribution function, the logic that quantum states must be negative values of the Wigner distribution function is a representative fallacy widely present in quantum information science: Phys. Rev. A 58, 4345 (1998); Am. J. Phys. 76, 937 (2008).
양자얽힘은 원리적으로 확률적이기에 이를 이용한 양자정보 역시 확률적일 수 밖에 없어, 확정적이고 인과론적인 고전역학과는 매우 다르고, 심지어는 기괴하기까지 표현되는데, 이로 인해 양자역학은 난해한 학문으로만 이해되어 왔다. 결론적으로 확정적 양자얽힘 생성원리가 불가하다는 것은 양자정보처리에 있어 매우 심각한 걸림돌이며 이를 해결하는 것은 기술적 관점에서는 물론 과학적으로도 매우 중요한 일이 되는데, 그 첫번째 이유는 거시적 양자상태(N00N)의 발생확률의 낮은 빈도에서 찾을 수 있고, 현재까지 가장 큰 수의 N00N상태발생은 N=18에 불과하다: Phys. Rev. Lett. 120, 260502 (2018).Since quantum entanglement is probabilistic in principle, quantum information using it must also be probabilistic, so it is very different from classical mechanics, which is deterministic and causal, and even expressed as bizarre. come. In conclusion, the impossibility of a deterministic quantum entanglement generation principle is a very serious stumbling block in quantum information processing, and solving it is a very important task from a technical point of view as well as scientifically. The first reason is the probability of occurrence of macroscopic quantum states (N00N) can be found at the low frequency of , and the largest number of N00N state occurrences to date is only N=18: Phys. Rev. Lett. 120 , 260502 (2018).
종래 양자센싱은, 양자얽힘 광자쌍을 측정도구로 이용할 때, 고전역학의 한계가 되는 표준양자한계 즉 shot noise의 한계를 극복하고 하이젠베르그 한계에 의존하게 된다는 양자역학 원리에 기초하고 있다: Rev. Mod. Phys. 89, 035002 (2017); Rev. Mod. Phys. 90, 035005 (2018). 여기서 표준양자한계는 측정대상의 광자 수 (측정세기)의 제곱근에 반비례하는데, 따라서 측정 광자수가 1개일 경우 오차가 신호세기와 동일해지고, 이것이 고전적 측정한계 즉 shot noise가 된다. 양자얽힘쌍을 이용하게 되면, 동일한 광자수의 경우, 고전센싱에 비해 측정오차가 신호세기에 반비례하기에, 결과적으로 신호세기의 제곱근에 비례하는 양자이득이 발생한다. 따라서, 얽힘 광자쌍 수, 즉 N00N상태에서 N이 큰 수 일 때에야 양자센싱은 현실적으로 적용가능하게 된다. Conventional quantum sensing is based on the principle of quantum mechanics, when using quantum entangled photon pairs as a measurement tool, it overcomes the standard quantum limit, that is, the shot noise limit, which is the limit of classical mechanics, and depends on the Heisenberg limit: Rev. Mod. Phys. 89, 035002 (2017); Rev. Mod. Phys. 90, 035005 (2018). Here, the standard quantum limit is inversely proportional to the square root of the number of photons (measurement intensity) of the object to be measured. Therefore, when the number of photons to be measured is 1, the error becomes equal to the signal intensity, and this becomes the classical measurement limit, or shot noise. When a quantum entangled pair is used, in the case of the same number of photons, the measurement error is inversely proportional to the signal strength compared to classical sensing, resulting in a quantum gain proportional to the square root of the signal strength. Therefore, only when the number of entangled photon pairs, that is, N in the N00N state, is a large number, quantum sensing becomes practically applicable.
고전센싱에서 단광자 측정은 사실상 의미 없고, 검출기 특성상 측정을 위한 최소세기가 정해져 있으므로, 일반적 의미에서 양자센싱은 N~100개 정도가 될 때에야 고전측정한계보다 나은 양자이득이 나타나게 된다: Proc. SPIE 5893, Quantum Communications and Quantum Imaging III, 589310 (14 September 2005). 앞서 언급했듯, 현재까지 최고 N은 18에 불과하므로 현실적으로, 양자센싱을 통해 양자이득을 얻기란 사실상 불가능하다.In classical sensing, single photon measurement is virtually meaningless, and since the minimum intensity for measurement is set due to the nature of the detector, quantum sensing in a general sense shows a quantum gain better than the classical measurement limit only when there are about N to 100: Proc. SPIE 5893, Quantum Communications and Quantum Imaging III, 589310 (14 September 2005). As mentioned earlier, the highest N so far is only 18, so in reality, it is virtually impossible to obtain quantum gain through quantum sensing.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 본 발명은 종래 어떠한 방법으로도 달성 불가능한 확정적이고 거시적인 양자얽힘 광자쌍 발생을 위한 것으로서, 양자정보처리에 있어 핵심원리가 되는 양자얽힘 광자쌍을 고전역학 원리와 동일하게 확정적이며 거시적으로 생성하는 방법과 장치에 관한 것이며 이는 기존 양자역학적 해석으로는 불가능하다. In order to solve the above problems, the present invention according to an embodiment of the present invention is for the generation of definite and macroscopic quantum entangled photon pairs that cannot be achieved by any conventional method, and the core principle in quantum information processing is It is about a method and device for generating a quantum entangled photon pair that is definite and macroscopically identical to the principle of classical mechanics, which is impossible with conventional quantum mechanical analysis.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical problem to be achieved by the present embodiment is not limited to the technical problem as described above, and other technical problems may exist.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서 본 발명의 일 실시예에 따른 확정적이고 거시적인 양자얽힘 빛 쌍에 기초한 파동 양자센싱은, 통상의 레이저 빛을 입력 광원으로 사용하여 입력광이 입사되는 마하젠더 간섭계; 상기 마하젠더 간섭계에 결합된 보조 마하젠더 간섭계에 있어 위상차를 
상기 단위 결합 마하젠더 간섭계에 있어 보조 마하젠더 간섭계의 위상차는 기본 마하젠더 간섭계 대비 
상기 결합 마하젠더 간섭계에 있어 기본 마하젠더 간섭계는 모든 연속 결합 마하젠더에 있어 동일한 위상차를 갖는 것을 특징으로 한다.In the combined Mach-Zender interferometer, the basic Mach-Zender interferometer is characterized in that it has the same phase difference in all consecutive combined Mach-Zenders.
상기 결합 마하젠더 간섭계에 있어 각 마하젠더 간섭계의 경로차를 일정하게 유지하거나 변경하기 위한 마하젠더 간섭계의 위상조절기 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.In the combined Mach-Zender interferometer, it is characterized in that it comprises a phase adjuster module of the Mach-Zender interferometer for maintaining or changing the path difference of each Mach-Zender interferometer constant.
상기 연속결합 마하젠더 간섭계에 있어 위상조절기에 의해 정해진 상기 마하젠더 위상을 외부 환경변화(온도, 진동, 대류 등)로부터 항상적으로 유지하기 위한 위상안정계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In the continuously coupled Mach-Zender interferometer, it is characterized in that it includes a phase stabilizer for constantly maintaining the Mach-Zender phase determined by the phase controller from external environmental changes (temperature, vibration, convection, etc.).
상기 마하젠더 위상조절을 위한 위상안정계에 있어 위상유지를 목적으로 하는 피드백 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. It is characterized in that it further comprises a feedback device for the purpose of maintaining the phase in the phase stabilizer for the Mach-Zehnder phase adjustment.
상기 연속 결합 마하젠더 간섭계에 있어 경로는 자유공간, 광섬유, 혹은 광도파로를 통해 선형적으로 결합하는 것을 특징으로 한다. In the continuous coupling Mach-Zehnder interferometer, the path is characterized in that it is linearly coupled through free space, an optical fiber, or an optical waveguide.
상기 연속결합 마하젠더 간섭계에 있어 CBW송수신기는 선형광학기를 이용하여 상기 연속결합 마하젠더 최종 출력광의 송신방향을 공간적으로 통제할 수 있는 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the serially coupled Mach-Zender interferometer, the CBW transceiver is characterized in that it includes a device capable of spatially controlling the transmission direction of the continuous-coupled Mach-Zender final output light using a linear optical device.
상기 연속결합 마하젠더 간섭계에 있어 CBW송수신기는 상기 연속결합 마하젠더 최종 출력광의 파장, 펄스길이, 위상을 통제할 수 있는 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the continuous combination Mach-Zender interferometer, the CBW transceiver is characterized in that it includes a device capable of controlling the wavelength, pulse length, and phase of the continuous-combination Mach-Zender final output light.
상기 CBW송수신기에 있어 출력광의 반상관성을 측정하는 창치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In the CBW transceiver, it is characterized in that it further comprises a window device for measuring the anti-correlation of the output light.
상기 송수신기에 있어 선형광학기는 송신과 수신역할을 위한 공통의 장치(도 1에서 p, q), 혹은 별도의 장치(도 1에서 r)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In the transceiver, the linear optical device is characterized in that it further includes a common device (p, q in FIG. 1) or a separate device (r in FIG. 1) for transmitting and receiving.
상기 파동 양자센서에 있어 CBW송수신기에 의해 수신된 CBW 반사신호는 송신된 출력광과 연계하여 상대적 위상차를 측정하는 별도의 간섭계를 구성하여 수신광의 위상정보를 분석하는 위상정보분석계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the wave quantum sensor, the CBW reflection signal received by the CBW transceiver comprises a phase information analyzer that analyzes the phase information of the received light by configuring a separate interferometer that measures the relative phase difference in conjunction with the transmitted output light. to be
상기 위상정보분석계의 위상분석에 있어, 송신광과 수신광의 시간차, 파장차를 측정하는 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In the phase analysis of the phase information analyzer, it is characterized in that it further comprises a device for measuring the time difference and the wavelength difference between the transmitted light and the received light.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 결합 마하젠더 간섭계를 이용하는 양자얽힘된 빛 쌍 센싱 방법은, a) 상기 결합 마하젠더 간섭계에 있어 
상기 a) 단계에서, 상기 결합 마하젠더 간섭계의 각 대칭적 경로차에 의한 위상차는 
상기 a) 단계에서, 상기 보조 마하젠더 간섭계는 상기 기본 마하젠더 간섭계와 비교 
상기 b) 단계에서, 상기 결합 마하젠더 간섭계 출력광이 연이은 결합 마하젠더 간섭계의 입력광이 되어 상기 연속결합 마하젠더 간섭계를 구성하는 것을 특징으로 한다. In the step b), the output light of the combined Mach-Zehnder interferometer becomes the input light of successive combined Mach-Zender interferometers to form the continuous combined Mach-Zehnder interferometer.
상기 b) 단계에서, 상기 연속결합 마하젠더 간섭계에 있어 상기 기본 마하젠더 간섭계 사이의 위상차는 모두 동일하거나 순차적으로 
상기 c) 단계에서, 상기 인접한 결합 마하젠더 간섭계에 있어, 각각의 보조 마하젠더 간섭계의 위상은 서로 
상기 d) 단계는, 상기 연속결합 마하젠더 간섭계의 최종 출력광 사이의 반상관성을 일정하게 유지하기 위해, 상기 각각의 마하젠더 간섭계의 위상 안정성을 공기, 진동, 온도 등 외부영향과 무관하게 유지하는 것을 특징으로 한다.Step d) is to maintain the phase stability of each Mach-Zehnder interferometer regardless of external influences such as air, vibration, temperature, etc. characterized by
상기 e) 단계에서, 상기 최종 출력광 전송은 수직/수평 각도를 자유자재로 통제하는 것을 특징으로 한다.In the step e), the transmission of the final output light is characterized in that vertical/horizontal angles are freely controlled.
상기 f) 단계에서, 상기 최종 출력광 전송은 광펄스로 사용할 수 있는 것을 추가적 특징으로 한다. In the step f), the final output light transmission is additionally characterized in that it can be used as an optical pulse.
상기 f) 단계에서, 상기 최종 출력광 전송은 파장분할로 사용할 수 있는 것을 추가적 특징으로 한다.In the step f), the final output light transmission is additionally characterized in that wavelength division can be used.
상기 g) 단계에서, 상기 송신된 광 대비 상기 수신된 광의 시간차, 파장차, 위상차를 구분하는 것을 특징으로 한다.In the step g), a time difference, a wavelength difference, and a phase difference between the transmitted light and the received light may be distinguished.
상기 h) 단계에서, 상기 수신된 수신광의 위상/시간/파장정보를 출력광을 이용하여 추가적 간섭계 등을 기반으로 하여 획득하는 과정을 통해 반사물체의 거리, 모양, 위치변환 등에 대한 정보분석을 특징으로 한다.In the step h), information analysis on the distance, shape, position transformation, etc. of the reflective object is obtained through a process of acquiring the phase/time/wavelength information of the received light based on an additional interferometer using the output light to be characterized
전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 본 발명은 기존 자발매개하양변환(SPDC)에 의한 확률적 얽힘광자쌍에 기초한 PBW 양자센싱 원리와는 완전히 다른 방법에 있어, 종래 어떠한 방식이나 원리로도 얻을 수 없는 확정적이고 거시적인 양자얽힘 빛 쌍 발생과 이를 이용한 새로운 파동 양자센싱에 관한 것으로써, 특히 결합 마하젠더 간섭계에 기초한 연속결합 마하젠더 간섭계에 있어 결합 마하젠더 간섭계 사이의 비대칭적 위상통제에 기초하여, 그 출력광이 확정적으로 거시적 양자얽힘 쌍 관계를 만족함에 있다.According to the above-described problem solving means of the present invention, the present invention is in a method completely different from the PBW quantum sensing principle based on the stochastic entangled photon pair by the existing spontaneously mediated whitening conversion (SPDC), in any way or principle in the prior art It is about the generation of definite and macroscopic quantum entangled light pairs that cannot be obtained and new wave quantum sensing using this, especially based on asymmetric phase control between coupled Mach-Zehnder interferometers in continuously coupled Mach-Zehnder interferometers based on coupled Mach-Zender interferometers. Thus, the output light definitely satisfies the macroscopic quantum entanglement pair relationship.
또한, 본 발명은 현재 어떠한 방식으로도 구현 불가능한 거시적 양자얽힘 빛 쌍을 고전적 위상 통제방식에 의해 확정적이며 거시적으로 발생할 수 있는 물리학적 원리를 제공하고, 매우 강한 세기의 양자얽힘된 빛 쌍을 발생할 수 있다. In addition, the present invention provides a physical principle that can definitely and macroscopically generate macroscopic quantum entangled light pairs, which cannot currently be implemented in any way, by a classical phase control method, and can generate quantum entangled light pairs of very strong intensity. there is.
또한, 본 발명은 단일광자쌍에 기초한 광자기반 양자컴퓨터 방식에 있어 얽힘광자 쌍 발생 단계가 증대될수록 기하급수적으로 적어지는 확률 발생빈도를 해결함은 물론, 양자논리회로에 필수적인 부존(ancilla) 얽힘광자쌍 문제도 해결하여, 광자기반 양자컴퓨터를 구현하는데 기여할 수 있다.In addition, the present invention solves the probability occurrence frequency that decreases exponentially as the entanglement photon pair generation step increases in the photon-based quantum computer method based on single photon pairs, as well as ancilla entangled photons essential for quantum logic circuits By solving the pair problem, it can contribute to realizing a photon-based quantum computer.
또한, 본 발명은 단일광자쌍에 기초한 양자키분배를 포함한 양자통신에 있어 광자유실로 인한 정보유실을 완벽히 해결하여 기존 양자통신을 위한 거시 얽힘광자 쌍 자원을 위한 핵심원리로 활용할 수 있다.In addition, the present invention can be used as a core principle for macroscopic entangled photon pair resources for conventional quantum communication by completely solving information loss due to photon loss in quantum communication including quantum key distribution based on single photon pairs.
무엇보다도, 본 발명은 기존의 고차 얽힘광자쌍 즉 N00N상태에 기초한 PBW 발생의 확률적 비 효율성을 극복하고 확정적 양자얽힘 빛 쌍을 이용하는 CBW에 기초한 파동 양자센서로 활용함이 본 발명의 목적이다.Above all, it is an object of the present invention to overcome the stochastic inefficiency of PBW generation based on the existing higher-order entangled photon pair, that is, the N00N state, and utilize it as a wave quantum sensor based on CBW using a deterministic quantum entangled light pair.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 확정적 양자얽힘 빛 쌍 즉 CBW에 기초한 파동 양자센서 장치를 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1의 결맞음 양자센서에 있어 결맞음 드 브로이이 파(CBW) 발생을 위한 연속결합 마하젠더 간섭계를 설명하는 도면이다.
도 3은 도 1과 도 2에 있어 CBW송수신기를 설명하는 도면이다.
도 4는 도 1, 2, 3에 있어 CBW송수긴계에 의해 수신된 광신호의 위상정보를 분석하기 위한 위상정보분석계를 설명하는 도면이다.
도 5는 도 2에 있어 단위 결합 마하젠더 출력광(n=1)에 대한 전산모사이다.
도 6은 도 1과 2에 있어 연속결합 마하젠더 출력광(n>1) p(
도 7은 도 1과 2에 있어 연속결합 마하젠더 출력광(n>1) q(
FIG. 2 is a diagram illustrating a continuous coupling Mach-Zehnder interferometer for generating a coherent de Broglie wave (CBW) in the coherent quantum sensor of FIG. 1.
FIG. 3 is a diagram illustrating the CBW transceiver in FIGS. 1 and 2;
FIG. 4 is a diagram illustrating a phase information analyzer for analyzing phase information of an optical signal received by the CBW transceiver system in FIGS. 1, 2, and 3;
FIG. 5 is a computational simulation of unit coupled Mach-Zehnder output light (n=1) in FIG. 2 .
FIG. 6 is a continuously coupled Mach-Zehnder output light (n>1) p(
FIG. 7 is continuous coupled Mach-Zehnder output light (n>1) q (
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice the present invention with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected" to another part, this includes not only the case where it is "directly connected" but also the case where it is "electrically connected" with another element interposed therebetween. . In addition, when a part "includes" a certain component, this means that it may further include other components, not excluding other components, unless otherwise stated, and one or more other characteristics. However, it should be understood that it does not preclude the possibility of existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아니다. 따라서 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 동일 범위의 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.The following examples are detailed descriptions for better understanding of the present invention, and do not limit the scope of the present invention. Therefore, inventions of the same scope that perform the same functions as the present invention will also fall within the scope of the present invention.
지금까지 알려진 광자의 입자성에 기초한 통상적 양자역학 이론과는 달리 본 발명에서는 광자의 파동성을 이용하여 광자의 비고전성(nonclassicality)을 거시적으로 확장하고, 얽힘광자뿐만 아니라 마하젠더 간섭계 사이의 위상차를 중첩으로 이용하여 확정적으로 양자얽힘 빛 쌍(CBW: Coherence de Broglie Wave)를 생성할 수 있도록 하는 연속결합 마하젠더 간섭계와, 이에 기초하여 양자얽힘 빛 쌍을 파동 양자센서에 이용하는 장치 및 방법을 규정한다. Unlike the conventional quantum mechanics theory based on the particle nature of photons known so far, in the present invention, the nonclassicality of photons is macroscopically expanded by using the wave nature of photons, and the phase difference between Mach-Zehnder interferometer as well as entangled photons is superimposed A continuous coupling Mach-Zehnder interferometer that can be used to generate a coherence de broglie wave (CBW) with certainty, and a device and method for using the quantum entangled light pair in a wave quantum sensor based on this.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 CBW에 기초하여 파동 양자센서 장치를 개략적으로 도시한 도면으로서, 파동 양자센서장치는 광원, CBW발생기, CBW송수신기, 위상정보분석계, 그리고 위상안정계를 포함한다.1 is a diagram schematically showing a wave quantum sensor device based on CBW according to an embodiment of the present invention. The wave quantum sensor device includes a light source, a CBW generator, a CBW transceiver, a phase information analyzer, and a phase stabilizer. do.
도 2는 도 1의 CBW 발생기를 구체적으로 나타낸는 도면이다. 본 발명에 따른 연속 결합 마하젠더 간섭계로써, 제1 결합 마하젠더 간섭계와 제2 결합 마하젠더 간섭계는 기본 마하젠더 간섭계와 보조 마하젠더 간섭계를 각각 포함한다. FIG. 2 is a diagram showing the CBW generator of FIG. 1 in detail. As a continuous combined Mach-Zender interferometer according to the present invention, the first combined Mach-Zender interferometer and the second combined Mach-Zender interferometer each include a basic Mach-Zender interferometer and an auxiliary Mach-Zender interferometer.
다시 말하면, 제1 결합 마하젠더 간섭계는 제1 기본 마하젠더 간섭계와 제1 기본 마하젠더 간섭계에 결합된 제1 보조 마하젠더 간섭계를 포함한다.In other words, the first combined Mach-Zender interferometer includes a first primary Mach-Zender interferometer and a first auxiliary Mach-Zender interferometer coupled to the first basic Mach-Zender interferometer.
제1 결합 마하젠더 간섭계와 연속적으로 결합되는 제2 결합 마하젠더 간섭계는 제2 기본 마하젠더 간섭계와 제2 기본 마하젠더 간섭계에 연결된 제2 보조 마하젠더 간섭계를 포함한다.The second combined Mach-Zender interferometer continuously combined with the first combined Mach-Zender interferometer includes a second basic Mach-Zender interferometer and a second auxiliary Mach-Zender interferometer connected to the second basic Mach-Zender interferometer.
제1 기본 마하젠더 간섭계는 광원 A에서 출력된 광을 입사받아 광경로를 분리하는 제1 빔스플리터 및 광 경로에 배치되어 분리된 광을 반사하는 제1 미러를 포함한다.The first basic Mach-Zehnder interferometer includes a first beam splitter for receiving the light output from the light source A and separating optical paths, and a first mirror disposed in the optical path to reflect the separated light.
제1 보조 마하젠더 간섭계는 제1 기본 마하젠더 간섭계에서 출력된 광을 입사받아 광경로를 분리하는 제2 빔스플리터 및 광 경로에 배치되어 분리된 광을 반사하는 제2 미러를 포함한다.The first auxiliary Mach-Zender interferometer includes a second beam splitter for receiving the light output from the first basic Mach-Zender interferometer and separating optical paths, and a second mirror disposed in the optical path to reflect the separated light.
또한, 제2 기본 마하젠더 간섭계는 제1 보조 마하젠더 간섭계에서 출력된 광을 입사받아 광경로를 분리하는 제3 빔스플리터 및 광 경로에 배치되어 분리된 광을 반사하는 제3 미러를 포함한다.In addition, the second basic Mach-Zender interferometer includes a third beam splitter and a third mirror disposed in the optical path to receive the light output from the first secondary Mach-Zender interferometer and to separate the optical paths and reflect the separated light.
제2 보조 마하젠더 간섭계는 제2 기본 마하젠더 간섭계에서 출력된 광을 입사받아 광경로를 분리하는 제4 빔스플리터 및 광 경로에 배치되어 분리된 광을 반사하는 제4 미러를 포함한다.The second auxiliary Mach-Zender interferometer includes a fourth beam splitter for receiving the light output from the second basic Mach-Zender interferometer and separating optical paths, and a fourth mirror disposed in the optical path to reflect the separated light.
위상 조절기(PZT)는 제1 미러 내지 제4 미러 중 적어도 하나에 연결되어 제1 및 제2 기본 마하젠더 간섭계 및 제1 및 제2 보조 마하젠더 간섭계의 위상차를 외부 영향과 무관하게 안정적으로 유지한다.The phase adjuster (PZT) is connected to at least one of the first to fourth mirrors to stably maintain the phase difference between the first and second basic Mach-Zehnder interferometers and the first and second auxiliary Mach-Zehnder interferometers regardless of external influences. .
제2 결합 마하젠더 간섭계는 제n 결합 마하젠더 간섭계(n=3, 4, 5…)로 연속적으로 결합되어 확장될 수 있다.The second combined Mach-Zehnder interferometer may be continuously combined and extended to the n-th combined Mach-Zehnder interferometer (n = 3, 4, 5...).
광원 A는 상용 레이저로서 입력광(
제1 기본 마하젠더 간섭계와 제2 기본 마하젠더 간섭계를 비대칭적으로 구성하기 위하여, 제1 보조 마하젠더 간섭계(
여기서 각 마하젠더 간섭계의 광경로는 자유공간, 광섬유, 광도파로 등으로 구성될 수 있다.Here, the optical path of each Mach-Zehnder interferometer may be composed of free space, an optical fiber, an optical waveguide, and the like.
도 3은 도 2의 최종단계의 결합 마하젠더 간섭계에서 출력된 최종 출력광(
CBW 송수신기에서 출력된 최종 출력광 쌍 p와 q는 거시적 얽힘 빛 쌍 즉, CBW를 만족한다. CBW송수신기는 공간적, 시간적, 파장적으로 변환(modulation)을 할 수 있는 광변환장치를 포함한다.The final output light pair p and q output from the CBW transceiver satisfies the macroscopically entangled light pair, that is, CBW. The CBW transceiver includes an optical conversion device capable of modulating spatially, temporally, and wavelength.
광변환장치는 예를 들어, 음향 광학 변환기(AOM: Acousto-Optic Modulator), 전기 광학 변환기(EOM: Electro-optic modulator)일 수 있다.The optical conversion device may be, for example, an acousto-optic modulator (AOM) or an electro-optic modulator (EOM).
광변환장치는 음향에너지 또는 전기에너지를 사용하여 매질의 굴절율을 변환시켜 광의 시간, 공간, 파장 및 위상 중 적어도 하나를 변환시킨다.The photoconverter converts at least one of time, space, wavelength, and phase of light by converting the refractive index of a medium using acoustic energy or electrical energy.
도 4는 도 3의 송신된 CBW광이 양자센싱을 위한 목표대상에서 반사되어 수신될 때, 송신광 대비 수신광의 위상차를 파악하기 위한 연속적으로 결합한 마하젠더 간섭계에 기초한 위상정보분석계를 도시한 개략도이다4 is a schematic diagram showing a phase information analysis system based on a continuously coupled Mach-Zehnder interferometer for determining the phase difference between transmitted light and received light when the transmitted CBW light of FIG. 3 is reflected and received by a target for quantum sensing. am
위상정보분석계(E)는 광검출기(401), 빔스플리터와 미러에 의하여 구성되는 MZI 간섭경로(402, 403)을 포함한다. The phase information analyzer E includes
위상정보분석계(E)는 최종 출력광 쌍 p와 q이 목표물에 반사되어 CBW 송수신기에 의하여 수신된 광을 MZI 간섭경로(402, 403)를 통하여 광검출기(401)에서 검출한다.The phase information analyzer E detects the light received by the CBW transceiver after the final output light pair p and q is reflected on the target at the
본 발명의 일실시예에 따른 파동 양자센서 장치는 위상정보 분석을 위해, 송신광(CBW)은 cw(continuous wave)를 포함 펄스/파장 모듈레이션과 펄스지연에 기초한 위상분석장치를 포함할 수 있다.The wave quantum sensor device according to an embodiment of the present invention may include a phase analysis device based on pulse/wavelength modulation and pulse delay including a continuous wave (CBW) for phase information analysis.
본 발명의 결맞음 양자센서를 위한 도 2의 CBW 발생장치에 있어, 고전광원(A)은 고전적인 레이저 광(201)을 출사하여, 입력포트로서 제1 빔스플리터(202)를 통해 제1 기본 마하젠더 간섭계(#1)에 입사시키고, 두 개의 기본 마하젠더 경로(203)로 각각 진행한다. 제1 위상조절기(204)는 광 위상을 일정하게 유지시킨다. In the CBW generator of FIG. 2 for the coherent quantum sensor of the present invention, the classical light source (A) emits the
제1 기본 마하젠더 간섭계 출력을 입력원으로 이용하여 제2 기본 마하젠더 간섭계와 중첩을 유도하기 위한 제1 및 제2 보조 마하젠더 간섭계(
도 2의 연속결합 마하젠더 간섭계에 있어 기본 마하젠더 간섭계(#1, #2, #3…)는 보조 마하젠더 간섭계(
도 2의 첫 번째 결합 마하젠더 간섭계(#1+
따라서, 각각의 출력광 세기는 다음과 같다:Therefore, each output light intensity is:
여기서 
따라서, 
도 5를 참조하면, 맨 오른쪽 위 그래프는 고전광학 한계를 나타내는 제1 결합 마하젠더 간섭계(n=1) 출력 해상도이며, 맨 오른쪽 아래 그래프는 제2 결합 마하젠더 간섭계(n=2) 출력의 해상도로써 2배 증대됨을 보여준다:
도 2의 결합 마하젠더 간섭계 수를 n이라 하고 최종 CBW 출력을 
식 (8)과 (9)는 n차 CBW 출력광 세기를 나타내며, n=1은 고전역학의 한계인 회절한계를 나타내고, n은 N00N상태의 PBW N과 동치관계이다: BS Ham, Sci. Rep. 10, 12899 (2020); arXiv:2102.11682 (2021).Equations (8) and (9) represent the nth-order CBW output light intensity, n = 1 represents the diffraction limit, which is the limit of classical mechanics, and n is equivalent to PBW N in the N00N state: BS Ham, Sci. Rep. 10 , 12899 (2020); arXiv:2102.11682 (2021).
따라서, 출력광의 세기 상관관계 
식(10)의 세기 상관관계에서 변수는 시간이 아닌 위상이 되는 것이 본 발명의 특징인데, 이는 본 발명의 핵심인 도2의 CBW가 양자역학의 상보적 관계에 있는 시간과 위상 중 위상, 즉 빛의 파동성에 기초하기 때문이다. 식 (10)은 반상관관계를 나타내는 매우 중요한 척도인데, 
도 6과 7은 각기 다른 n에 대한 도 2의 최종 출력광에 대한 하이젠베르크 한계를 증명하는 전산모사를 보여준다. 고전적 위상해상도를 극복하는 하이젠베르그 한계는 n>1 모두에 해당한다.6 and 7 show computational simulations proving the Heisenberg limit for the final output light of FIG. 2 for different n. The Heisenberg limit that overcomes classical phase resolution is true for all n > 1.
본 발명은 종래 양자정보 원리와 기술에 모두에 있어, 전통적 비선형매질을 이용한 양자얽힘광자쌍 센싱 방법이나 단광자 기반의 양자얽힘 쌍 발생에 있어, 확률적 비효율성 생성한계를 극복하기 위해, 지금까지 개발된 각각의 개별적 접근으로는 불가능한 완전히 다른 새로운 원리와 기술을 창안하여, 종래 고차 PBW 생성목적을 달성하기 위하여 결맞음 드브로이 파(CBW) 생성원리와 이를 이용한 파동 양자센싱 방법을 제공한다.The present invention, in both the conventional quantum information principles and technologies, in order to overcome the stochastic inefficiency generation limit in the quantum entangled photon pair sensing method using a traditional nonlinear medium or the single photon-based quantum entangled pair generation, so far, By inventing completely new principles and technologies that are impossible with each developed individual approach, we provide a principle of generating a coherent De Broglie wave (CBW) and a wave quantum sensing method using it to achieve the conventional high-order PBW generation purpose.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 결합 마하젠더 간섭계를 이용하는 양자얽힘된 빛 쌍 센싱 방법은, a) 제1 결합 마하젠더 간섭계에 있어 
a) 단계에서, 연속적으로 결합된 제1 결합 마하젠더 간섭계와 제2 결합 마하젠더 간섭계는 대칭적 경로차에 의하여 
a) 단계에서, 제1 보조 마하젠더 간섭계는 제1 기본 마하젠더 간섭계와 비교하여 
b) 단계에서, 제1 결합 마하젠더 간섭계의 출력광은 연속적으로 결합된 제2 결합 마하젠더 간섭계의 입력광이 된다.In step b), the output light of the first combined Mach-Zehnder interferometer becomes the input light of the second combined Mach-Zehnder interferometer that is continuously combined.
b) 단계에서, 제1 기본 마하젠더 간섭계와 제2 기본 마하젠더 간섭계 사이의 위상차는 모두 동일하거나 순차적으로 
c) 단계에서, 연속적으로 결합된 제1 결합 마하젠더 간섭계의 제1 보조 마하젠더 간섭계와 연속된 제2 결합 마하젠더 간섭계의 제2 보조 마하젠더 간섭계는 서로 
d) 단계는, 결합 마하젠더 간섭계의 최종 출력광 사이의 반상관성을 일정하게 유지하기 위해, 각각의 결합 마하젠더 간섭계의 위상 안정성을 공기, 진동, 온도 등 외부영향과 무관하게 유지하는 것을 특징으로 한다.In step d), in order to keep the anticorrelation between the final output lights of the combined Mach-Zehnder interferometer constant, the phase stability of each combined Mach-Zehnder interferometer is maintained regardless of external influences such as air, vibration, temperature, etc. do.
e) 단계에서, 최종 출력광 전송은 수직/수평 각도를 자유자재로 통제할 수 있다.In step e), the vertical/horizontal angle of the final output light transmission can be freely controlled.
f) 단계에서, 최종 출력광의 전송은 광펄스로 사용할 수 있다.In step f), the transmission of the final output light can be used as an optical pulse.
f) 단계에서, 최종 출력광 전송은 파장분할로 사용할 수 있다.In step f), the final output light transmission can be used for wavelength division.
g) 단계에서, 송신된 광 대비 수신된 광의 시간차, 파장차, 위상차를 측정할 수 있다.In step g), a time difference, a wavelength difference, and a phase difference between the transmitted light and the received light may be measured.
h) 단계에서, 수신광의 위상/시간/파장정보를 출력광을 이용하여 추가적 간섭계 등을 기반으로 하여 획득하여 양자센서 장치와 반사물체사이의 거리, 반사물체의 형태 및 모양, 반사물체의 위치변화 등과 같은 정보를 분석할 수 있다.In step h), the phase/time/wavelength information of the received light is obtained based on an additional interferometer using the output light to determine the distance between the quantum sensor device and the reflective object, the shape and shape of the reflective object, and the location of the reflective object information such as changes can be analyzed.
이에 추가하여, 본 발명은 종래 양자기술로는 사실상 불가능한 거시적이고 확정적인 고차 양자얽힘 빛 쌍(CBW) 발생을 위한 연속결합 마하젠더 간섭계 원리에 관한 전혀 새로운 물리학 이론을 창안했고, 이 이론을 파동 양자센싱에 적용할 수 있도록 하는 방법과 장치를 고안하였다. In addition to this, the present invention has created a completely new physics theory related to the continuous coupling Mach-Zehnder interferometer principle for generating macroscopic and deterministic higher-order quantum entangled light pairs (CBW), which is virtually impossible with conventional quantum technology, and this theory is based on wave quantum technology. Methods and devices that can be applied to sensing were devised.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 이러한 기록 매체는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하며, 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함하며, 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. The embodiments of the present invention described above may be implemented in the form of a recording medium including instructions executable by a computer, such as program modules executed by a computer. Such recording media includes computer readable media, which can be any available media that can be accessed by a computer, and includes both volatile and nonvolatile media, removable and non-removable media. Computer readable media also includes computer storage media, both volatile and nonvolatile, implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data. , including both removable and non-removable media.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustrative purposes, and those skilled in the art can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the detailed description above, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
A: 광원
B: CBW발생기 (연속 결합 마하젠더 간섭계)
C: 송수신기
D: 위상안정계
E: 위상정보분석계
p, q: CBW 출력광 송출포트 쌍
r: 여분의 송수신광 포트
201: 입력광
202: 입력광 포트 (빛가르개)
203: 마하젠더 선로
204: 마하젠더 위상조절기(PZT)A: light source
B: CBW generator (continuously coupled Mach-Zehnder interferometer)
C: transceiver
D: phase stabilizer
E: phase information analysis system
p, q: pair of CBW output light transmission ports
r: redundant transmit/receive optical ports
201: input light
202: input light port (light shield)
203: Mach Zender line
204: Mach Zender Phase Adjuster (PZT)
Claims (13)
상기 제1 마하젠더 간섭계가 확장적 결합되고 제1 기본 마하젠더 간섭계와 제1 기본 마하젠더 간섭계에 연결된 제1 보조 마하젠더 간섭계를 포함하는 제2 결합 마하젠더 간섭계;
상기 제1 결합 마하젠더 간섭계와 상기 제2 결합 마하젠더 간섭계의 광경로 위상차를 대칭적(0) 혹은 비대칭적(
상기 결합 마하젠더 간섭계의 최종 출력광(CBW)을 송수신하는 송수신기를 포함하고,
상기 제1 결합 마하젠더 간섭계 및 상기 제2 결합 마하젠더 간섭계의 출력광은 결맞음 드브로이파(CBW)를 만족하는 파동 양자센서 장치.A first combined Mach-Zender interferometer including a first basic Mach-Zender interferometer and a first auxiliary Mach-Zender interferometer coupled to the first basic Mach-Zender interferometer into which input light is incident using a conventional laser light as an input source;
a second combined Mach-Zender interferometer in which the first Mach-Zender interferometer is extensively combined and includes a first basic Mach-Zender interferometer and a first auxiliary Mach-Zender interferometer connected to the first basic Mach-Zender interferometer;
The optical path phase difference between the first combined Mach-Zehnder interferometer and the second combined Mach-Zehnder interferometer is symmetric (0) or asymmetric (
A transceiver for transmitting and receiving the final output light (CBW) of the combined Mach-Zehnder interferometer,
The wave quantum sensor device wherein the output light of the first combined Mach-Zehnder interferometer and the second combined Mach-Zehnder interferometer satisfy a coherent de Brou wave (CBW).
상기 결합 마하젠더 간섭계의 각각은 광경로를 위한 자유공간, 광도파로, 광섬유 중 적어도 하나를 포함하는 파동 양자센서 장치.According to claim 1,
Each of the combined Mach-Zehnder interferometers includes at least one of a free space for an optical path, an optical waveguide, and an optical fiber.
상기 제2 결합 마하젠더 간섭계는 연속적으로 제n 결합 마하젠더 간섭계(n=3, 4, 5…)와 확장적으로 결합되는 파동 양자센서 장치. According to claims 1 to 3,
The second combined Mach-Zehnder interferometer is continuously coupled to the n-th combined Mach-Zehnder interferometer (n = 3, 4, 5...) and is expansively coupled to the wave quantum sensor device.
제1 기본 마하젠더 간섭계와 제2 기본 마하젠더 간섭계 사이의 위상차는
The phase difference between the first basic Mach-Zehnder interferometer and the second basic Mach-Zehnder interferometer is
상기 송수신기는 최종 출력광을 시간적, 파장적으로 변환(modulation)을 할 수 있는 광변환장치를 포함하는 파동 양자센서 장치.According to claims 1 to 3,
The transceiver is a wave quantum sensor device including an optical conversion device capable of temporally and wavelength-modulating the final output light.
최종 출력광 쌍이 목표물에 반사되어 상기 송수신기에 의하여 수신된 광을 MZI 간섭경로를 통하여 광검출기에서 검출하는 위상정보분석계를 더 포함하는 파동 양자센서 장치.According to claim 7,
The wave quantum sensor device further comprising a phase information analyzer for detecting the light received by the transceiver after the final output light pair is reflected on the target by the photodetector through the MZI interference path.
a) 제1 결합 마하젠더 간섭계에 있어
b) 제1 결합 마하젠더 간섭계의 출력광이 연속적으로 결합된 제2 결합 마하젠더 간섭계의 입력광으로 변환되는 단계;
c) 제1 및 제2 결합 마하젠더 간섭계의 제1 보조 마하젠더 간섭계과 제2 보조 마하젠더 간섭계 사이의 위상차가
d) 최종단계의 결합 마하젠더 간섭계의 출력광을 반상관성(anticorrelation)을 만족하게 유지하는 단계;
e) 최종단계의 결합 마하젠더 간섭계에서 출력된 최종 출력광을 원하는 방향 혹은 임의의 방향으로 송신하는 단계;
f) 최종 출력광을 시간 혹은 파장 모듈레이션 하는 단계;
g) 최종 출력광의 반사광을 수신하는 단계; 및
h) 반사광의 위상정보를 분석하는 단계를 포함하는 결합 마하젠더 간섭계를 이용하는 양자얽힘된 빛 쌍 센싱 방법.In the quantum entangled light pair sensing method using a coupled Mach-Zehnder interferometer,
a) for the first coupled Mach-Zehnder interferometer
b) converting the output light of the first combined Mach-Zehnder interferometer into the input light of the second combined Mach-Zehnder interferometer;
c) the phase difference between the first auxiliary Mach-Zender interferometer and the second auxiliary Mach-Zender interferometer of the first and second combined Mach-Zender interferometers
d) maintaining the output light of the combined Mach-Zehnder interferometer in the final stage to satisfy anticorrelation;
e) transmitting the final output light output from the combined Mach-Zehnder interferometer in a desired direction or in an arbitrary direction;
f) time or wavelength modulation of the final output light;
g) receiving the reflected light of the final output light; and
h) A quantum entangled light pair sensing method using a coupled Mach-Zehnder interferometer comprising the step of analyzing phase information of reflected light.
상기 제2 결합 마하젠더 간섭계는 연속적으로 제n 결합 마하젠더 간섭계(n=3, 4, 5…)와 확장적으로 결합되는 양자얽힘된 빛 쌍 센싱 방법.According to claim 9,
The second combined Mach-Zehnder interferometer is continuously coupled with the n-th combined Mach-Zehnder interferometer (n = 3, 4, 5...) Quantum entangled light pair sensing method.
상기 결합 마하젠더 간섭계의 각각은 광경로를 위한 자유공간, 광도파로, 광섬유 중 적어도 하나를 포함하는 양자얽힘된 빛 쌍 센싱 방법.According to claim 9,
Each of the combined Mach-Zehnder interferometers includes at least one of a free space for an optical path, an optical waveguide, and an optical fiber.
제1 기본 마하젠더 간섭계와 제2 기본 마하젠더 간섭계 사이의 위상차는 0을 만족하고, 제1 보조 마하젠더 간섭계와 제2 보조 마하젠더 간섭계 사이의 위상차는
The phase difference between the first basic Mach-Zender interferometer and the second basic Mach-Zender interferometer satisfies 0, and the phase difference between the first auxiliary Mach-Zender interferometer and the second auxiliary Mach-Zender interferometer is
제1 기본 마하젠더 간섭계와 제2 기본 마하젠더 간섭계 사이의 위상차는
The phase difference between the first basic Mach-Zehnder interferometer and the second basic Mach-Zehnder interferometer is
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