KR20230032061A - An apparatus and method for generating a macroscopically entangled light pair - Google Patents

An apparatus and method for generating a macroscopically entangled light pair Download PDF

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KR20230032061A
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Abstract

The present invention relates to a device and a method for generating a macroscopically entangled light pair, which comprises: a first Mach-Zehnder interferometer having input light incident thereon; and a second Mach-Zehnder interferometer linearly connected to the first Mach-Zehnder interferometer, and using output light of the first Mach-Zehnder interferometer as input light. According to the present invention, anti-correlation for performing an entangled light test on output light of a second Mach-Zehnder interferometer 2 is measured. The phase difference of an optical path of the first Mach-Zehnder interferometer is symmetrically controlled in a phase. Also, the optical path difference of the second Mach-Zehnder interferometer is asymmetrically controlled in a phase. In addition, an entangled phase-controlled light pair traveling each optical path of the second Mach-Zehnder interferometer is indirectly extracted regardless of the output light of the second Mach-Zehnder interferometer. Therefore, the present invention contributes to implementation of a photon-based quantum computer.

Description

거시적 얽힘 빛 쌍 발생 장치 및 방법 {An apparatus and method for generating a macroscopically entangled light pair}An apparatus and method for generating a macroscopically entangled light pair {An apparatus and method for generating a macroscopically entangled light pair}

본 발명은 비고전적 양자얽힘광자쌍(quantum entangled photon pair) 발생에 관한 것으로서, 현재까지의 확률적 미시적 단일 혹은 수 개 광자로 이루어진 얽힘 쌍 생성과는 전혀 다른, 이중(double) 마하젠더(Mach-Zehnder) 간섭계를 이용한, 확정적 위상통제에 의한 거시적 얽힘 빛 발생 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to the generation of non-classical quantum entangled photon pairs, which is completely different from the stochastic microscopic single or several-photon entangled pair generation up to now. Zehnder) relates to an apparatus and method for generating macroscopic entangled light by deterministic phase control using an interferometer.

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.

얽힘광자쌍(entangled photon pair)은 양자역학에 있어 고전적으로 설명할 수 없는 물리학적 해석의 결과물인데, 일반적으로 불확정성 원리가 적용되는 미시세계에서 국한되어 왔다. 따라서, 얽힘광자쌍 발생은 원리적으로 비확정적이며 확률적 이론에 기초해왔다. 양자역학에 있어 광자 혹은 빛의 종래 양자적 해석은 드브로이의 물질파 즉 입자-파 이중성(wave-particle duality)에 의해 입자적으로 해석되어 왔는데, 이에 의하면 양자상태는 확률적으로만 이해가능하여 고전역학에서처럼 확정적으로 동시에 위치와 속도 혹은 에너지와 시간을 규정할 수는 없는 원초적 한계가 있고, 이를 하이젠베르그의 불확정성 원리라고 부르며, 양자역학은 불확정성 원리에서 자유로울 수 없다. 양자얽힘쌍은 두 개의 양자상태로 이루어진 입자 혹은 큐빗(qubit) 사이에 형성되는 강한 상관관계로서, 일반적으로는

Figure pat00001
비선형광학 현상인 자발하향매개변환(spontaneous parametric down conversion: SPDC)에 의해 혹은
Figure pat00002
-비선형광학 현상인 네파섞음(four-wave mixing)에 의해 자발적으로 형성되는 결과물을 사용해 왔고, 얽힘쌍 여부에 대한 검증은 Hong-Ou-Mandel (HOM) 측정방법에 의해 간섭계 방식이나, 벨부등식 위반(Bell inequality violation)을 위한 비간섭계 방식, 혹은 프란슨 비국소 상관성(Franson-type nonlocal correlation)으로 확인되어 왔다. 그러나, 양자얽힘쌍 생성에 관한 원리는 알려져오지 않다가 최근에 들어서야 그 생성원리를 기존 주류 양자역학계와는 완전히 다르게 빛의 파동성을 이용해서 규명했을 정도이다: B. S. Ham, Sci. Rep. Vol. 10, p. 7309 (2020). 또한, 두 개 이상의 광자쌍이 관여되는 양자얽힘 쌍은 양자센싱은 물론 양자컴퓨팅에서 매우 중요한 양자자원인데, 이를 통칭하여 거시양자얽힘상태(N00N) 혹은 쉬뢰딩거 고양이(Schrodinger's cat)라고 부른다. 다만, 현재 비선형광학의 자발방출 특성상, 얽힘쌍을 형성하는 광자 수가 증가할수록 생성되는 확률은 급격히 낮아지므로 거시양자얽힘쌍을 이용한 양자센싱 응용은 사실상 요원한 문제이다. 현재까지 N00N상태를 이루는 최대 얽힘쌍 광자 수는 N=18개가 고작인데, 셧노이즈(shot noise)에 한계받는 고전센싱한계와 경쟁하기 위해서는 통상 N>100이어야 한다고 알려져왔다: M. W. Mitchell, “Metrology with entangled states,” Proc. SPIE 5893, Quantum Communications and quantum imaging III, 589310 (2005.09.14).An entangled photon pair is the result of a classically inexplicable physical interpretation of quantum mechanics, which has generally been confined to the microscopic world where the uncertainty principle applies. Therefore, the generation of entangled photon pairs is in principle indeterminate and has been based on a probabilistic theory. In quantum mechanics, the conventional quantum interpretation of photons or light has been interpreted as a particle by de Broglie's material wave, or wave-particle duality. According to this, quantum states can only be understood probabilistically As in mechanics, there is a fundamental limit that cannot determine position and speed or energy and time at the same time, and this is called Heisenberg's uncertainty principle, and quantum mechanics cannot be free from the uncertainty principle. A quantum entanglement pair is a strong correlation formed between particles or qubits composed of two quantum states.
Figure pat00001
by spontaneous parametric down conversion (SPDC), a nonlinear optical phenomenon;
Figure pat00002
-Has been using the result formed spontaneously by four-wave mixing, a nonlinear optical phenomenon, and verification of entangled pairs is an interferometric method by the Hong-Ou-Mandel (HOM) measurement method, but Bell inequality is violated It has been identified as a non-interferometric method for Bell inequality violation, or a Franson-type nonlocal correlation. However, the principle of the generation of quantum entangled pairs has not been known, and only recently has the principle of its generation been identified using the wave nature of light, completely different from the existing mainstream quantum mechanics system: BS Ham, Sci. Rep. Vol. 10, p. 7309 (2020). In addition, quantum entanglement pairs in which two or more photon pairs are involved are very important quantum resources in quantum computing as well as quantum sensing, and are collectively called macroscopic quantum entangled states (N00N) or Schrodinger's cat. However, due to the spontaneous emission characteristics of current nonlinear optics, as the number of photons forming an entangled pair increases, the probability of generating it rapidly decreases, so the application of quantum sensing using macroscopic quantum entangled pairs is practically a distant problem. Until now, the maximum number of entangled pair photons forming the N00N state is only N=18, but it has been known that N>100 is usually required to compete with the classical sensing limit limited by shot noise: MW Mitchell, “Metrology with entangled states,” Proc. SPIE 5893, Quantum Communications and quantum imaging III, 589310 (2005.09.14).

양자얽힘 광자쌍 생성은 비선형 매질에서 자발매개하향변환(SPDC) 방식에 의해 확률적으로 생성되는데, 이때 적용되는 물리학 법칙은 에너지보존법칙과 운동량보존법칙이다. 따라서, 그 생성과정에 따라, Type 0, Type I, Type II 등으로 부르는데, 발생방식은 모두 자발방출(spontaneous emission)로써 확정적일 수는 없다는데 문제가 있다. 통상 비선형물질에서 1개 포톤으로 이루어진 얽힘광자쌍(N=2) 생성률은 10-8~-3이고, 2개 포톤으로 이루어진 얽힘광자쌍(N=4) 생성율은 1개 양자 얽힘쌍 생성율의 10-3 이하로 알려져 있다. 따라서, 이러한 방식으로 큰 수의 N을 형성하는 것은 사실상 현실성이 없으므로 양자센싱원리의 실제적용은 요원하다.The generation of quantum entangled photon pairs is probabilistically generated by the spontaneously mediated down-conversion (SPDC) method in a nonlinear medium, and the laws of physics applied at this time are the law of conservation of energy and the law of conservation of momentum. Therefore, depending on the generation process, it is called Type 0, Type I, Type II, etc., but there is a problem in that the generation method cannot be determined as all are spontaneous emission. In normal nonlinear materials, the generation rate of entangled photon pairs (N=2) consisting of one photon is 10 -8 to -3 , and the generation rate of entangled photon pairs (N=4) consisting of two photons is 10 times that of one quantum entangled pair. -3 or less is known. Therefore, since forming a large number of N in this way is virtually unrealistic, the practical application of the quantum sensing principle is far off.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 본 발명은 기존의 어떠한 방법으로도 달성 불가능한 확정적 거시 얽힘빛 생성에 관한 것으로서, 거시 양자얽힘빛 쌍을 필수 양자자원으로 하는 양자센서에 있어 고전광학의 한계인 회절한계를 극복하게 하고, 양자컴퓨팅에 있어서는 거시적 양자큐빗으로, 양자통신에 있어서는 얽힘광자 유실과 무관한 양자키분배를 위한 양자키(quantum key)로 활용하게 된다.In order to solve the above problems, the present invention relates to the generation of deterministic macroscopic entangled light, which cannot be achieved by any existing method, according to an embodiment of the present invention, which uses a pair of macroscopic quantum entangled light as an essential quantum resource In quantum sensors, it overcomes the diffraction limit, the limit of classical optics, and in quantum computing, it is used as a macroscopic quantum qubit, and in quantum communication, it is used as a quantum key for quantum key distribution unrelated to entangled photon loss. .

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 거시 얽힘빛 쌍 발생 장치는, 통상의 레이저 빛을 입력 광원으로 사용하여 입력광이 입사되는 제1 마하젠더 간섭계; 상기 제1 마하젠더 간섭계와 직접 연결된 제2 마하젠더 간섭계; 상기 제2 마하젠더 간섭계의 두 개의 출력광으로 구성되는 얽힘빛 쌍; 상기 제1 마하젠더 간섭계의 각각의 광 경로를 대칭적으로 조절하는 위상조절기 쌍; 상기 제2 마하젠더 간섭계의 출력광 중 하나의 위상을 조절하여 얽힘 빛 쌍을 만드는 얽힘위상조절기; 그리고 상기 제2 마하젠더 간섭계의 출력광을 추출하기 위한 빛가르개로 구성하는 것을 특징으로 한다.As a technical means for achieving the above technical problem, a macroscopic entangled light pair generator according to an embodiment of the present invention includes a first Mach-Zehnder interferometer into which input light is incident using a conventional laser light as an input light source; a second Mach-Zender interferometer directly connected to the first Mach-Zender interferometer; an entangled light pair composed of two output lights of the second Mach-Zehnder interferometer; a pair of phase adjusters symmetrically adjusting each optical path of the first Mach-Zehnder interferometer; an entanglement phase adjuster for adjusting the phase of one of the output lights of the second Mach-Zehnder interferometer to create an entangled light pair; And it is characterized in that it consists of a light splitter for extracting the output light of the second Mach-Zehnder interferometer.

이때, 상기 제1 마하젠더 간섭계의 두 개 광경로차 발생은 대칭적으로 하되, 입력광 주파수(

Figure pat00003
)로부터
Figure pat00004
주파수를 만족하는 대칭적 위상차 조건을 만족하는 것을 특징으로 한다:
Figure pat00005
;
Figure pat00006
.At this time, the two optical path differences of the first Mach-Zehnder interferometer are generated symmetrically, but the input light frequency (
Figure pat00003
)from
Figure pat00004
It is characterized by satisfying the symmetric phase difference condition that satisfies the frequency:
Figure pat00005
;
Figure pat00006
.

또한, 본 발명에 따른 거시 얽힘빛 쌍 발생 장치는, 통상의 레이저를 입력원으로 사용하여 입력광이 입사되는 제1 마하젠더 간섭계(MZI 1); 및 상기 제1 마하젠더 간섭계의 출력포트를 입력포트로 사용하여 직접연결된 제2 마하젠더 간섭계(MZI 1); 상기 제1 마하젠더 간섭계의 광경로 대칭위상을 통제하는 위상변환조절기 1조; 상기 제2 마하젠더 간섭계의 상대위상을 통제하는 얽힘위상조절기; 상기 제2 마하젠더 간섭계의 내부경로를 지나는 빛을 추출하는 선형광학기; 상기 제2 마하젠더 간섭계의 최종 출력광의 상관성을 측정하는 측정장치로 구성되는 구조를 특징으로 한다. In addition, the macroscopic entangled light pair generator according to the present invention includes a first Mach-Zehnder interferometer (MZI 1) into which input light is incident using a conventional laser as an input source; and a second Mach-Zender interferometer (MZI 1) connected directly using the output port of the first Mach-Zender interferometer as an input port. 1 set of phase shift controllers controlling a symmetrical phase of the optical path of the first Mach-Zehnder interferometer; An entanglement phase controller controlling the relative phase of the second Mach-Zehnder interferometer; a linear optical unit for extracting light passing through an internal path of the second Mach-Zehnder interferometer; It is characterized by a structure consisting of a measuring device for measuring the correlation of the final output light of the second Mach-Zehnder interferometer.

상기 거시 얽힘빛 쌍 발생 장치는 상기 제1 마하젠더 간섭계과 상기 제2 마하젠더 간섭계에 있어 상기 입력광과 출력광을 자유공간, 광섬유, 혹은 광도파로를 통해 선형적으로 결합하는 것을 특징으로 한다. The macroscopic entangled light pair generator is characterized in that the first Mach-Zehnder interferometer and the second Mach-Zehnder interferometer linearly couple the input light and the output light through free space, an optical fiber, or an optical waveguide.

상기 제2 마하젠더 간섭계에 있어 얽힘위상조절기를 통해 출력된 두 개의 출력광과 이 두 개의 출력광 사이에 상관성(anticorrelation)을 측정하기 위한 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the second Mach-Zehnder interferometer, it is characterized in that it includes two output lights output through the entanglement phase adjuster and a device for measuring anticorrelation between the two output lights.

상기 제1, 제2 마하젠더 간섭계에 있어 얽힘쌍 생성을 위해 확정된 위상차가 주변 환경 변화에 무관하도록 각 마하젠더를 통합적으로 위상 통제하는 피드백 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In the first and second Mach-Zender interferometers, a feedback device for integrally controlling the phase of each Mach-Zender so that the phase difference determined for generating an entangled pair is independent of a change in the surrounding environment is further included.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 마하젠더 간섭계를 이용하는 거시 얽힘빛 쌍 발생 방법은, a) 제1 마하젠더 간섭계이 대칭적 위상차에 의해 하나의 입력광이 위상차 통제를 받는 두 개의 결맞는 광으로 분리되는 단계; b) 상기 결맞는 두 개의 위상통제된 광이 중첩되어 두 개의 출력광을 발생시키는 단계; c) 상기 두 개의 마하젠더 출력광을 연이은 제2 마하젠더 간섭계에 입력광으로 직접 입사시키는 단계; d) 상기 제2 마하젠더 간섭계의 상대적 위상을 통제하여 얽힘빛쌍으로 전환되는 단계; e) 상기 제2 마하젠더 간섭계의 출력광의 상관성을 측정하는 단계; f) 마지막으로 상기 제2 마하젠더 간섭계의 내부 위상통제된 결맞는 빛 쌍을 상기 제2 마하젠더 간섭계의 출력광과 상관없이 선형광학기를 사용하여 외부로 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. On the other hand, in the macroscopic entangled light pair generation method using the Mach-Zehnder interferometer according to an embodiment of the present invention, a) one input light by the symmetric phase difference of the first Mach-Zehnder interferometer into two coherent lights subject to phase difference control separation step; b) overlapping the two coherent phase-controlled lights to generate two output lights; c) directly incident the two Mach-Zehnder output lights as input light to a second consecutive Mach-Zehnder interferometer; d) converting into an entangled light pair by controlling the relative phase of the second Mach-Zehnder interferometer; e) measuring the correlation of output light of the second Mach-Zehnder interferometer; f) Finally, it is characterized in that it comprises the step of extracting the internal phase-controlled coherent light pair of the second Mach-Zehnder interferometer to the outside using linear optics regardless of the output light of the second Mach-Zehnder interferometer.

상기 b) 단계에서, 상기 제1 마하젠더 간섭계의 각 대칭적 경로차에 의한 위상차는

Figure pat00007
가 되도록 하는 것을 특징으로 한다. In step b), the phase difference due to each symmetrical path difference of the first Mach-Zehnder interferometer is
Figure pat00007
It is characterized in that it becomes.

상기 d) 단계에서, 상기 제2 마하젠더 간섭계의 상대적 위상차는

Figure pat00008
가 되도록 하는 것을 특징으로 한다. In step d), the relative phase difference of the second Mach-Zehnder interferometer is
Figure pat00008
It is characterized in that it becomes.

상기 e) 단계는, 상기 최종 출력광이 빛 가르개에서 서로 간섭할 때 반상관관계(anticorrelation)를 만족하는 것을 특징으로 한다.The step e) is characterized in that anticorrelation is satisfied when the final output light beams interfere with each other in the light splitter.

상기 f) 단계는, 상기 최종 출력광 사이의 상관성과 무관하게, 즉 간섭전에 상기 제2 마하젠더 간섭계의 외부로 출력되는 것을 특징으로 한다.The step f) is characterized in that it is output to the outside of the second Mach-Zehnder interferometer regardless of the correlation between the final output lights, that is, before interference.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 본 발명은 기존 자발매개하양변환(SPDC)에 의한 확률적 얽힘광자 쌍에 있어, 기술적으로 얻을 수 없는 고차얽힘광자쌍(N00N 상태;

Figure pat00009
)을 결맞는 레이저 광을 이용하여 위상통제된 이중(double) 마하젠더 간섭계에 입사시켜, 거시적으로 얽힌 비고전적 얽힘 빛 쌍을 확정적으로 발생할 수 있다. According to the above-described means for solving the problems of the present invention, the present invention provides a technically unobtainable higher-order entangled photon pair (N00N state;
Figure pat00009
) into a phase-controlled double Mach-Zehnder interferometer using coherent laser light, a macroscopically entangled non-classical entangled light pair can be reliably generated.

또한, 본 발명은 현재 어떠한 방식으로도 불가능한 거시 양자얽힘광자쌍

Figure pat00010
을 고전적 방식에 의해 확정적으로 발생할 수 있고, 그 얽힘광 세기가 입력광 세기와 이론적으로 비슷하기에, 매우 강한 세기의 비고전광 레이저, 즉 양자레이저로 활용할 수 있다. In addition, the present invention is a macroscopic quantum entangled photon pair that is currently impossible in any way
Figure pat00010
can be generated definitively by the classical method, and since the entangled light intensity is theoretically similar to the input light intensity, it can be used as a non-classical light laser of very strong intensity, that is, a quantum laser.

또한, 본 발명은 단일광자쌍에 기초한 광자기반 양자컴퓨터 방식에 있어 얽힘쌍 발생 단계가 증대될수록 기하급수적으로 적어지는 확률적 발생빈도를 해결함은 물론, 양자논리회로에 필수적인 부존(ancilla) 얽힘광자쌍 문제도 해결하여, 광자기반 양자컴퓨터를 구현하는데 기여할 수 있다.In addition, the present invention solves the stochastic frequency of occurrence that decreases exponentially as the entanglement 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.

무엇보다도, 본 발명은 단일광자쌍에 기초한 양자키분배를 포함한 양자통신에 있어 광자유실로 인한 정보유실을 완벽히 해결하여 양자통신을 위한 거시 얽힘광자 쌍 자원으로 활용할 수 있다.Above all, the present invention can be used as a macroscopic entangled photon pair resource for quantum communication by completely solving information loss due to photon loss in quantum communication including quantum key distribution based on single photon pairs.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 거시적 얽힘빛 쌍 발생 장치를 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1의 제1 마하젠더 간섭계(MZI 1)에 있어 각각의 광경로를 진행하는 광의 대칭적 위상통제; 상기 제1 마하젠더 간섭계의 출력광을 입력광으로 직접 사용하는 도 1의 제2 마하젠더 간섭계(MZI 2)에 있어 하나의 광경로를 진행하는 광의 단일 위상통제; 상기 제2 마하젠더 간섭계의 출력광과 내부 경로를 지나는 광 쌍의 추출을 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1과 도 2의 마하젠더 대칭위상 발생을 통해 대칭적 위상을 갖는 두 개의 마하젠더 경로를 통해 진행하는 광 쌍의 시간적 세기분포를 설명하는 도면이다. 단, 각 경로를 지나는 광의 세기분포는 번갈아 가면서 한 번에 하나씩 적용하도록 하되 순차적일 필요는 없다. 즉, 같은 시간 대(T/2)에서

Figure pat00011
과
Figure pat00012
은 동시에 존재할 수 없다.
도 4는 도 1, 도 2 및 도 3의 마하젠더 대칭위상 발생을 Acousto-optic modulator(AOM)을 통해 그리고 발생된 대칭위상을 갖는 광펄스를 원래 입력광과 양자중첩하는 결합을 설명하는 도면이다.
도 5는 도 1, 도 2, 도 3 및 도 4의 마하젠더 대칭위상 발생을 통해 중첩된 광 쌍의 평균세기(
Figure pat00013
)와, 상기 마하젠더 간섭계2에서 얽힘위상통제되어 출력된 출력광 쌍((
Figure pat00014
;
Figure pat00015
)의 평균세기, 그리고 출력광 사이의 상관관계(
Figure pat00016
)에 대한 수치해석 결과를 보여준다. 출력광 상관관계가
Figure pat00017
를 만족하면 상기 제2 마하젠더 간섭계 내부의 광 쌍(
Figure pat00018
)은 서로 얽힘되었음이 증명된다.1 is a diagram illustrating a macroscopically entangled light pair generator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows symmetrical phase control of light traveling through each optical path in the first Mach-Zehnder interferometer (MZI 1) of FIG. 1; In the second Mach-Zehnder interferometer (MZI 2) of FIG. 1 that directly uses the output light of the first Mach-Zehnder interferometer as input light, single phase control of light traveling through one optical path; It is a diagram showing extraction of a pair of output light of the second Mach-Zehnder interferometer and light passing through an internal path.
FIG. 3 is a diagram illustrating the temporal intensity distribution of light pairs traveling through two Mach-Zender paths having symmetrical phases through the generation of the Mach-Zender symmetric phase of FIGS. 1 and 2 . However, the intensity distribution of light passing through each path is alternately applied one at a time, but need not be sequential. That is, in the same time zone (T / 2)
Figure pat00011
class
Figure pat00012
cannot exist simultaneously.
FIG. 4 is a diagram explaining the combination of generating the Mach-Zehnder symmetrical phase of FIGS. 1, 2, and 3 through an Acousto-optic modulator (AOM) and quantum superimposing the light pulse having the generated symmetrical phase with the original input light. .
5 is the average intensity of light pairs superimposed through the generation of the Mach-Zehnder symmetrical phase of FIGS. 1, 2, 3, and 4 (
Figure pat00013
), and the output light pair (((
Figure pat00014
;
Figure pat00015
), and the correlation between the output light (
Figure pat00016
) shows the numerical analysis results for output light correlation
Figure pat00017
If is satisfied, the light pair inside the second Mach-Zehnder interferometer (
Figure pat00018
) is proved to be entangled with each other.

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 간섭계의 경로중첩을 이용하여 거시적 얽힘 빛 쌍을 생성할 수 있음을 규명하고, 이에 기초하여 비고전광을 생성하는 새로운 원리를 마하젠더 간섭계를 통해 규명한다. 이렇게 생성된 결맞는 비고전광을 기존의 레이저와 구별하기 위해 양자레이저라고 명명한다. 이 양자레이저는 몇 개 수준의 얽힘광자쌍에 국한된 기존 양자역학의 원리나 비선형 매질을 통한 확률적 발생방법과는 완전히 차별되고, 그 세기는 고전적 레이저 수준의 강한 세기로서 서로 양자적으로 얽힌 빛 쌍인데, 기존 양자역학에 있어 효율이 매우 낮은 확률적 얽힘광자쌍 발생이 아니라, 확정적인 고전적 방식에 의해 고전적 레이저를 입력원으로 하여 비슷한 세기의 얽힘광 쌍을 발생시키기에 새로운 차원의 양자정보분야를 탄생시키는데 적용할 수 있다. Unlike the conventional quantum mechanics theory based on the particle nature of photons known so far, the present invention uses the wave nature of photons to macroscopically expand the nonclassicality of photons, and uses path overlap of Mach-Zehnder interferometer as well as entangled photons It is clarified that macroscopic entangled light pairs can be generated by using this method, and based on this, a new principle for generating non-classical light is identified through Mach-Zehnder interferometry. The coherent non-classical light generated in this way is called a quantum laser to distinguish it from conventional lasers. This quantum laser is completely different from the existing quantum mechanics principle limited to a few levels of entangled photon pairs or the stochastic generation method through a nonlinear medium. However, it is not the generation of stochastic entangled photon pairs with very low efficiency in the existing quantum mechanics, but by a definite classical method to generate entangled light pairs of similar intensity using a classical laser as an input source, which is a new dimension in the field of quantum information. It can be applied to birth.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 거시적 얽힘 빛 쌍 발생 장치를 설명하는 대표 도면이다.1 is a representative diagram illustrating a macroscopically entangled light pair generating device according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1을 구체적으로 설명하는 도면인데, 주요한 부분은 일반 레이저 입력광(

Figure pat00019
), 이중 결합 마하젠더 간섭계, 마하젠더 경로차를 대칭적으로 통제하기 위한 위상조절기(
Figure pat00020
), 마하젠더 경로차를 비대칭적으로 통제하기 위한 얽힘위상조절기(
Figure pat00021
), 그리고 거시적 얽힘 빛을 증명하는 출력광(
Figure pat00022
) 상관성 측정, 출력광과는 상관없이 마하젠더 각 경로를 지나는 광 쌍(
Figure pat00023
)을 추출하는 선형광학기를 포함하는 거시적 얽힘 빛 쌍 발생장치의 주요 모듈에 해당한다.FIG. 2 is a diagram for explaining FIG. 1 in detail, the main part of which is general laser input light (
Figure pat00019
), a double coupling Mach-Zehnder interferometer, a phase adjuster for symmetrically controlling the Mach-Zehnder path difference (
Figure pat00020
), an entanglement phase regulator for asymmetrically controlling the Mach-Gender path difference (
Figure pat00021
), and the output light demonstrating the macroscopic entanglement light (
Figure pat00022
) Correlation measurement, a pair of light passing through each Mach-Zehnder path regardless of the output light (
Figure pat00023
) corresponds to the main module of the macroscopic entangled light pair generator including the linear optics that extracts the light pair.

도 3은 도 2의 첫번째 마하젠더 간섭계에 있어 대칭위상 통제된 각 경로를 지나는 빛의 세기를 보여주는데, 각 빛은 동일 시간대에서 동시에 존재하지 않도록 통제되고, 광 펄스 사이는 원래 입력광이 차지하는데, 이러한 과정은 양자중첩원리를 무작위성과 연결시키는 매우 중요한 단계이다.Figure 3 shows the intensity of light passing through each path of the symmetrical phase control in the first Mach-Zehnder interferometer of Figure 2, each light is controlled not to exist simultaneously in the same time zone, and the original input light occupies between the light pulses, This process is a very important step in connecting the principle of quantum superposition with randomness.

도 4는 도 3의 무작위성을 위해 대칭위상과 입력광 사이의 양자중첩과정을 보여주는데, 대칭 주파수를 위해서는 AOM(Acousto-optic modulator)의

Figure pat00024
회절광을 사용하고 광펄스 길이는 AOM에 인가된 rf 파의 펄스폭에 의해 결정된다. 이 때 대칭위상을 만족하기 위한 펄스길이는 rf 주파수와 결합되어 있는데, 서로
Figure pat00025
위상차가 되도록 조절한다.4 shows the quantum superposition process between the symmetrical phase and the input light for the randomness of FIG. 3. For the symmetrical frequency, AOM (Acousto-optic modulator)
Figure pat00024
Diffracted light is used, and the light pulse length is determined by the pulse width of the rf wave applied to the AOM. At this time, the pulse length to satisfy the symmetrical phase is combined with the rf frequency.
Figure pat00025
Adjust so that there is a phase difference.

도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 거시적 얽힘빛 쌍 발생 장치는 고전적인 레이저 빛을 출사하는 광원(101), 광원(101)에서 출사된 레이저 광을 입력광으로 사용하는 제1 마하젠더 간섭계(103), 제1 마하젠더 간섭계(103)의 두 개의 마하젠더 경로에 위치하여 마하젠더 경로를 각각 진행하는 한쌍의 광의 위상을 대칭적으로 조절하는 복수의 제1 위상조절기(104,105), 제1 마하젠더 간섭계(103)에 연결되어 제1 마하젠더 간섭계의 출력광(106,107)을 입력광으로 사용하는 제2 마하젠더 간섭계(200), 제2 마하젠더 간섭계(200)의 광경로 중 하나에 위치하여 제2 마하젠더 간섭계(200)의 상대적 위상을 조절하는 제2 위상조절기(201), 얽힘 위상 조절된 광을 제2 마하젠더 간섭계(200) 외부로 간접 추출하는 선형광학기(202,203), 및 제2 마하젠더 간섭계(200)에서 출사된 출력광(204, 205)의 얽힘여부를 증명하는 상관성 측정장치(206)를 포함한다.1 and 2, the macroscopic entangled light pair generator according to an embodiment of the present invention uses a light source 101 that emits classical laser light and the laser light emitted from the light source 101 as input light A first Mach-Zender interferometer 103, a plurality of first phase adjusters located on the two Mach-Zender paths of the first Mach-Zender interferometer 103 to symmetrically adjust the phases of a pair of lights traveling along the Mach-Zender path, respectively (104,105), the second Mach-Zender interferometer 200 connected to the first Mach-Zender interferometer 103 and using the output light 106,107 of the first Mach-Zender interferometer as input light, and the second Mach-Zender interferometer 200 A second phase controller 201 located on one of the optical paths to adjust the relative phase of the second Mach-Zehnder interferometer 200, and indirectly extracting the entangled phase-adjusted light to the outside of the second Mach-Zehnder interferometer 200 Linear light It includes the terminators 202 and 203, and a correlation measurement device 206 for verifying whether or not the output lights 204 and 205 emitted from the second Mach-Zehnder interferometer 200 are entangled.

또한, 도시되어 있지 않지만 본 발명의 일실시예에 따른 거시적 얽힘빛 쌍 발생 장치는 제1 마하젠더 간섭계와 제2 마하젠더 간섭계에서 출력된 광의 위상을 환경 변화에 무관하게 확정하는 위상 통제 피드백 장치를 더 포함할 수 있다.In addition, although not shown, the macroscopic entangled light pair generator according to an embodiment of the present invention includes a phase control feedback device for determining the phase of light output from the first Mach-Zender interferometer and the second Mach-Zender interferometer regardless of environmental changes can include more.

제1 마하젠더 간섭계과 제2 마하젠더 간섭계는 마하젠더 광경로로서 자유공간, 광도파로 및 광섬유 중 적어도 하나를 각각 포함한다.The first Mach-Zender interferometer and the second Mach-Zender interferometer each include at least one of a free space, an optical waveguide, and an optical fiber as a Mach-Zender optical path.

도 3과 도 4를 참조하면, 제1 마하젠더 간섭계(103)에 입사된 입력광(

Figure pat00026
을 빔스플리터에 의하여 분기되어 두개의 마하젠더 경로상을 진행하는 두 개의 대칭 위상으로 조절된 한쌍의 광(
Figure pat00027
,
Figure pat00028
은 광변조기를 사용하여 각각 rf 주파수
Figure pat00029
에 의해 변조될 수 있는데, 예를 들어 음향 광학 변환기(AOM: Acousto-Optic Modulator)을 사용하여 제1 마하젠더 간섭계(103)의 두개의 광경로상을 진행하는
Figure pat00030
방향으로 회절된 빛을
Figure pat00031
이라 할 때, 다음과 같이 나타내어질 수 있다.Referring to FIGS. 3 and 4 , input light incident on the first Mach-Zehnder interferometer 103 (
Figure pat00026
A pair of lights divided by a beam splitter and adjusted to two symmetrical phases traveling on two Mach-Zender paths (
Figure pat00027
,
Figure pat00028
rf frequencies using a silver light modulator, respectively
Figure pat00029
It can be modulated by, for example, using an acousto-optic modulator (AOM) to proceed on two optical paths of the first Mach-Zehnder interferometer 103
Figure pat00030
light diffracted in the direction
Figure pat00031
, it can be expressed as:

Figure pat00032
, (1)
Figure pat00032
, (One)

Figure pat00033
. (2)
Figure pat00033
. (2)

여기서

Figure pat00034
는 입력광
Figure pat00035
의 주파수이다. 따라서, 제1 위상조절기(104, 105)에 의하여 변조된 위상은 rf 펄스폭을
Figure pat00036
라고 할 때,
Figure pat00037
와
Figure pat00038
로 된다. 단,
Figure pat00039
는
Figure pat00040
과 동시에 존재할 수 없고 번갈아 존재하되 각각의 변조된 광펄스
Figure pat00041
는
Figure pat00042
는 항상 그 길이와 동일한 입력광(
Figure pat00043
)과 동시에 존재하도록 조절한다. 이는 아래 수학식에서 증명되겠지만, 양자중첩의 무작위성을 만족하게 위해서이다: D. M. Greenberger, M. S. Horne, and A. Zeilinger, “Multiparticle interferometry and the superposition principle,” Physics Today, Vol. 46, pp. 22-29 (1993.08).here
Figure pat00034
is the input light
Figure pat00035
is the frequency of Therefore, the phase modulated by the first phase controllers 104 and 105 has an rf pulse width
Figure pat00036
When you say
Figure pat00037
and
Figure pat00038
becomes step,
Figure pat00039
Is
Figure pat00040
cannot exist at the same time and exist alternately, but each modulated light pulse
Figure pat00041
Is
Figure pat00042
is always the input light equal to its length (
Figure pat00043
) and are adjusted to exist simultaneously. This is demonstrated in the equation below, but in order to satisfy the randomness of quantum superposition: DM Greenberger, MS Horne, and A. Zeilinger, “Multiparticle interferometry and the superposition principle,” Physics Today, Vol. 46, p. 22-29 (1993.08).

또한, 도시되어 있지 않지만 제1 마하젠더 간섭계(103)의 두개의 마하젠더 경로상을 진행하는 두 개의 대칭 위상으로 조절된 한쌍의 광(

Figure pat00044
,
Figure pat00045
은 전기 광학 변환기(EOM: Electro-optic modulator)를 사용하여 각각 rf 주파수
Figure pat00046
에 의해 변조될 수 있다.In addition, although not shown, a pair of lights adjusted to two symmetrical phases traveling on two Mach-Zender paths of the first Mach-Zender interferometer 103 (
Figure pat00044
,
Figure pat00045
rf frequencies using a silver electro-optic modulator (EOM), respectively.
Figure pat00046
can be modulated by

따라서, 마하젠더 간섭계의 출력광은 이 들 변조된 위상차에 의해 번갈아 생기는 변조광에 의해 아래와 같이 나타내어진다.Therefore, the output light of the Mach-Zehnder interferometer is represented as follows by the modulated light alternately generated by these modulated phase differences.

Figure pat00047
, (3)
Figure pat00047
, (3)

Figure pat00048
, (4)
Figure pat00048
, (4)

식 (3)과 (4)에서 보는 바와 같이, 마하젠더 경로를 따라 진행하는 빛은 서로

Figure pat00049
위상차를 만족하도록 rf 주파수
Figure pat00050
와 rf 펄스길이
Figure pat00051
를 조절한다. As shown in equations (3) and (4), the light traveling along the Mach-Zender path is mutually
Figure pat00049
rf frequency to satisfy the phase difference
Figure pat00050
and rf pulse length
Figure pat00051
to adjust

제1 마하젠더 간섭계(103)을 통과하여 연결된 제2 마하젠더 간섭계(200)로 각각 입사된 한쌍의 광 중 하나의 광(

Figure pat00052
에만 위상변조(
Figure pat00053
)를 수행하여 양자얽힘 빛을 생성하고, 출력광의 반상관성(
Figure pat00054
)을 관측하여
Figure pat00055
과
Figure pat00056
가 얽힘쌍인지를 증명한다. One light among a pair of lights each passed through the first Mach-Zehnder interferometer 103 and incident on the second Mach-Zehnder interferometer 200 connected (
Figure pat00052
phase modulation (
Figure pat00053
) to generate quantum entangled light, and the anticorrelation of the output light (
Figure pat00054
) by observing
Figure pat00055
class
Figure pat00056
Prove that is an entangled pair.

도 1과 도 2를 참조하면, 한쌍의 최종 출력광(

Figure pat00057
)은 아래와 같이 나타내어진다.1 and 2, a pair of final output lights (
Figure pat00057
) is represented as follows.

Figure pat00058
, (5)
Figure pat00058
, (5)

Figure pat00059
. (6)
Figure pat00059
. (6)

수식 (5)와 (6)에 해당하는 각각의 광 세기는 아래와 같다.Each light intensity corresponding to Equations (5) and (6) is as follows.

Figure pat00060
, (7)
Figure pat00060
, (7)

Figure pat00061
. (8)
Figure pat00061
. (8)

여기서

Figure pat00062
의 의미는
Figure pat00063
혹은
Figure pat00064
이다. 따라서, 각각의 최종 출력광 세기의 평균, 즉
Figure pat00065
와
Figure pat00066
에 의한 위상대칭으로 인해 각각의 합은
Figure pat00067
를 만족하면
Figure pat00068
로 일정한데, 이 일정한 값은 세기상관관계
Figure pat00069
에 있어 매우 중요하다.here
Figure pat00062
means
Figure pat00063
or
Figure pat00064
am. Therefore, the average of each final output light intensity, i.e.
Figure pat00065
and
Figure pat00066
Due to the topological symmetry by
Figure pat00067
if it satisfies
Figure pat00068
is constant, and this constant value is the intensity correlation
Figure pat00069
very important for

Figure pat00070
. (9)
Figure pat00070
. (9)

식 (9)는 반상관관계를 나타내는 매우 중요한 척도인데,

Figure pat00071
이면 비고전광이 입증되기 때문이다. 참고로, 식 (7)과 (8)의 대칭적 위상변조는 대부분의 얽힘광자쌍을 얻는 전통적인 SPDC방식에서 자연적으로 주어지는 얽힘쌍을 형성하는 광자간 위상차인데, SPDC에서 얽힘광자쌍 사이에 주어지는 무작위적 초기위상과는 달리 결맞는 빛에서는 마하젠더 간섭계 내부의 두 개의 경로를 진행하는 모든 서로 다른 광자 사이에 동일한 위상이 특징이고, 이 특징이 거시통제를 가능하게 하는 근원이다.Equation (9) is a very important measure of anti-correlation,
Figure pat00071
If this is the case, it is because the non-classical light is proven. For reference, the symmetric phase modulation of equations (7) and (8) is the phase difference between photons forming naturally given entangled photon pairs in the traditional SPDC method for obtaining most entangled photon pairs. Unlike the initial phase, coherent light is characterized by the same phase between all the different photons traveling on two paths inside the Mach-Zehnder interferometer, and this feature is the source of enabling macroscopic control.

도 5는 식(7)-(9)의 계산결과이다. 도 1과 2의 최종 출력광 A와 B는 각각

Figure pat00072
와
Figure pat00073
에 해당하는데, 도 5에서 보는 바와 같이, 서로 반대부호를 만족하므로 그 둘의 합은 항상 일정하여 식 (9)에서 분자의 위상
Figure pat00074
에 상관없이 분모가 항상 상수가 됨을 만족하는데, 이는 도 2의 반상관관계가 각각의 최종 출력광의 곱에 비례함을 의미한다. 따라서,
Figure pat00075
을 만족하기 위한 제2 위상조절기(201)의 위상
Figure pat00076
는 다음과 같다.5 is the calculation result of equations (7)-(9). The final output lights A and B of FIGS. 1 and 2 are respectively
Figure pat00072
and
Figure pat00073
Corresponds to , as shown in FIG. 5, since they satisfy each other with opposite signs, the sum of the two is always constant, so the phase of the molecule in Equation (9)
Figure pat00074
It is satisfied that the denominator always becomes a constant regardless of , which means that the anti-correlation in FIG. 2 is proportional to the product of each final output light. thus,
Figure pat00075
The phase of the second phase adjuster 201 to satisfy
Figure pat00076
is as follows

Figure pat00077
, n=0,1,2,... (10)
Figure pat00077
, n=0,1,2,... (10)

본 발명의 일 실시예에 따른 마하젠더 간섭계를 이용하는 거시 얽힘빛 쌍 발생 방법은, a) 제1 마하젠더 간섭계이 대칭적 위상차에 의해 하나의 입력광이 위상차 통제를 받는 두 개의 결맞는 광으로 분리되는 단계; b) 상기 결맞는 두 개의 위상통제된 광이 중첩되어 두 개의 출력광을 발생시키는 단계; c) 상기 두 개의 마하젠더 출력광을 연이은 제2 마하젠더 간섭계에 입력광으로 직접 입사시키는 단계; d) 상기 제2 마하젠더 간섭계의 상대적 위상을 통제하여 한쌍의 얽힘 광으로 전환되는 단계; e) 상기 제2 마하젠더 간섭계의 출력광의 상관성을 측정하는 단계; 및 f) 상기 제2 마하젠더 간섭계의 내부 위상통제된 한쌍의 결맞는 광을 상기 제2 마하젠더 간섭계2의 출력광과 상관없이 선형광학기를 사용하여 외부로 추출하는 단계를 포함한다.A macroscopic entangled light pair generation method using a Mach-Zehnder interferometer according to an embodiment of the present invention, a) one input light is separated into two coherent lights subject to phase difference control by a symmetrical phase difference of the first Mach-Zehnder interferometer step; b) overlapping the two coherent phase-controlled lights to generate two output lights; c) directly incident the two Mach-Zehnder output lights as input light to a second consecutive Mach-Zehnder interferometer; d) converting into a pair of entangled lights by controlling the relative phase of the second Mach-Zehnder interferometer; e) measuring the correlation of output light of the second Mach-Zehnder interferometer; and f) extracting the pair of coherent lights of the second Mach-Zehnder interferometer whose internal phase is controlled to the outside by using linear optics regardless of the output light of the second Mach-Zehnder interferometer 2.

b) 단계에서, 상기 제1 마하젠더 간섭계의 각 대칭적 경로차에 의한 위상차는

Figure pat00078
(n=0,1,2,…)로 된다.In step b), the phase difference due to each symmetrical path difference of the first Mach-Zehnder interferometer is
Figure pat00078
(n = 0, 1, 2, ...).

d) 단계에서, 상기 제2 마하젠더 간섭계의 상대적 위상차는

Figure pat00079
(n=0,1,2,…)로 된다.In step d), the relative phase difference of the second Mach-Zehnder interferometer is
Figure pat00079
(n = 0, 1, 2, ...).

e) 단계에서, 상기 최종 출력광이 빛 가르개에서 서로 간섭할 때 반상관관계(anticorrelation)를 만족한다.In step e), anticorrelation is satisfied when the final output lights interfere with each other in the light splitter.

f) 단계는, 상기 최종 출력광 사이의 상관성과 무관하게, 즉 간섭전에 상기 제2 마하젠더 간섭계의 외부로 출력된다.Step f) is output to the outside of the second Mach-Zehnder interferometer regardless of the correlation between the final output lights, that is, before interference.

본 발명은 종래 양자정보 기술에 있어, 전통적 비선형매질을 이용한 양자얽힘광자쌍 발생방법의 비효율성과 고차 얽힘광자쌍 생성한계를 극복하기 위해, 지금까지 개발된 각각의 개별적 접근으로는 불가능한 완전히 다른 새로운 기술을 창안하여 종래 얽힘광자쌍의 생성목적을 달성하기 위한 새로운 방법과 장치에 관한 것이다. 이에 추가하여, 본 발명은 종래 양자기술로는 사실상 불가능한 거시 얽힘광자쌍(N>>1) 즉 얽힘빛으로 구성된 양자레이저에 관한 새로운 물리학 이론을 창안했고, 이 이론을 대칭적 위상조절방식을 마하젠더 간섭계에 적용하여, 본 발명의 거시적 얽힘빛 쌍 생성에 관한 방법과 장치를 고안하였다. In the conventional quantum information technology, the present invention is a completely different new technology that is impossible with each individual approach developed so far in order to overcome the inefficiency of the conventional method for generating quantum entangled photon pairs using a nonlinear medium and the limitation of generating high-order entangled photon pairs. It relates to a new method and device for achieving the conventional purpose of generating entangled photon pairs by inventing. In addition to this, the present invention has created a new physics theory related to quantum lasers composed of macroscopic entangled photon pairs (N>>1), that is, entangled light, which is virtually impossible with conventional quantum technology, and this theory is based on a symmetric phase control method Applied to gender interferometry, the method and apparatus for generating macroscopically entangled light pairs of the present invention 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.

101: 레이저 모듈(입력광)
102: 입력광 포트
103: 제1 마하젠더 간섭계
104: 제1 위상 조절기(

Figure pat00080
)
105: 제1 위상 조절기(
Figure pat00081
)
106: 출력광 포트(MZI 1); 입력광 포트(MZI 2)
107: 출력광 포트(MZI 1); 입력광 포트(MZI 2)
200: 제2 마하젠더 간섭계
201: 제2 위상조절기
202: 얽힘 빛(
Figure pat00082
) 선형추출기
203: 얽힘 빛(
Figure pat00083
) 선형추출기
204: 출력광(A) 포트
205: 출력광(B) 포트
206: 반상관성 시험장치101: laser module (input light)
102: input light port
103: first Mach-Zehnder interferometer
104: first phase controller (
Figure pat00080
)
105: first phase controller (
Figure pat00081
)
106: output light port (MZI 1); Light input port (MZI 2)
107: output light port (MZI 1); Light input port (MZI 2)
200: second Mach-Zehnder interferometer
201: second phase controller
202: entanglement light (
Figure pat00082
) linear extractor
203: entanglement light (
Figure pat00083
) linear extractor
204: output light (A) port
205: output light (B) port
206: anti-correlation tester

Claims (10)

광원;
상기 광원에서 출사된 광이 입사되는 제1 마하젠더 간섭계;
상기 제1 마하젠더 간섭계와 선형적으로 연결되고, 상기 제1 마하젠더 간섭계의 한쌍의 출력광을 입력받는 제2 마하젠더 간섭계;
상기 제1 마하젠더 간섭계의 두개의 경로를 지나는 한쌍의 광의 위상을 대칭적으로 조절하는 복수의 제1 위상조절기;
상기 제2 마하젠더 간섭계의 각 경로를 지나는 한쌍의 광을 추출하는 선형광학기; 및
상기 제2 마하젠더 간섭계의 출력광의 반상관성을 증명하는 상관성 측정장치;를 포함하는 거시적 얽힘빛 쌍 발생 장치.light source;
a first Mach-Zehnder interferometer into which the light emitted from the light source is incident;
a second Mach-Zender interferometer linearly connected to the first Mach-Zender interferometer and receiving a pair of output lights of the first Mach-Zender interferometer;
a plurality of first phase adjusters symmetrically adjusting phases of a pair of lights passing through two paths of the first Mach-Zehnder interferometer;
a linear optical unit for extracting a pair of lights passing through each path of the second Mach-Zehnder interferometer; and
A macroscopic entangled light pair generator comprising a; correlation measurement device for proving the anti-correlation of the output light of the second Mach-Zehnder interferometer. 제1항에 있어서,
상기 제1 마하젠더 간섭계의 두개의 마하젠더 경로상을 진행하는 두 개의 대칭 위상으로 조절된 한쌍의 광을 각각 대칭적으로 주파수 변조하는 광변조기를 더 포함하는 거시적 얽힘빛 쌍 발생 장치.According to claim 1,
A macroscopic entangled light pair generator further comprising a light modulator for symmetrically frequency-modulating a pair of lights adjusted to two symmetrical phases traveling on two Mach-Zender paths of the first Mach-Zender interferometer, respectively. 제2항에 있어서,
상기 광변조기는 음향 광학 변환기 또는 전기 광학 변환기인 거시적 얽힘빛 쌍 발생 장치.According to claim 2,
The optical modulator is an acousto-optic converter or an electro-optic converter. 제 1항에 있어서,
상기 제2 마하젠더 간섭계의 광경로 중 하나에 위치하여 상기 제2 마하젠더 간섭계의 한 경로의 지나는 빛의 위상을 비대칭적으로 조절하는 제2 위상조절기를 포함하는 거시적 얽힘빛 쌍 발생 장치.According to claim 1,
A macroscopic entangled light pair generator including a second phase adjuster located in one of the optical paths of the second Mach-Zender interferometer and asymmetrically adjusting the phase of light passing through one path of the second Mach-Zender interferometer. 제1항에 있어서,
상기 제1 마하젠더 간섭계는 마하젠더 광경로로서 자유공간, 광도파로 및 광섬유 중 적어도 하나를 포함하는 얽힘빛 쌍 발생 장치..According to claim 1,
The first Mach-Zehnder interferometer is an entangled light pair generating device including at least one of a free space, an optical waveguide, and an optical fiber as a Mach-Zehnder optical path. 제1항에 있어서,
상기 제2 마하젠더 간섭계는 자유공간, 광도파로, 광섬유를 포함하는 얽힘빛 쌍 발생 장치..According to claim 1,
The second Mach-Zehnder interferometer is an entangled light pair generator including a free space, an optical waveguide, and an optical fiber. 제1항 내지 제6항 중 어느 한항에 있어서,
상기 제1 마하젠더 간섭계와 상기 제2 마하젠더 간섭계에서 출력된 광의 위상을 환경 변화에 무관하게 확정하는 위상 통제 피드백 장치를 더 포함하는 얽힘빛 쌍 발생 장치..According to any one of claims 1 to 6,
An entangled light pair generator further comprising a phase control feedback device for determining the phase of the light output from the first Mach-Zehnder interferometer and the second Mach-Zehnder interferometer regardless of environmental changes. 제1 마하젠더 간섭계와 상기 제1 마하젠더 갑섭계에 연결된 제2 마하젠더 간섭계를 이용하는 거시적 얽힘빛 쌍 발생 방법에 있어서,
a) 상기 제1 마하젠더 간섭계이 대칭적 위상차에 의해 하나의 입력광이 위상차 통제를 받는 두 개의 결맞는 광으로 분리되는 단계;
상기 결맞는 두 개의 위상통제된 광이 중첩되어 두 개의 출력광을 발생시키는 단계;
c) 상기 두 개의 마하젠더 출력광을 연이은 제2 마하젠더 간섭계에 입력광으로 직접 입사시키는 단계;
d) 상기 제2 마하젠더 간섭계의 상대적 위상을 통제하여 한쌍의 얽힘 광으로 전환되는 단계;
e) 상기 제2 마하젠더 간섭계의 출력광의 상관성을 측정하는 단계; 및
f) 상기 제2 마하젠더 간섭계의 내부 위상통제된 한쌍의 결맞는 광을 상기 제2 마하젠더 간섭계2의 출력광과 상관없이 선형광학기를 사용하여 외부로 추출하는 단계를 포함하는 얽힘빛 쌍 발생 방법.In the macroscopic entangled light pair generation method using a first Mach-Zender interferometer and a second Mach-Zender interferometer connected to the first Mach-Zender interferometer,
a) separating one input light into two coherent lights subject to phase difference control by a symmetrical phase difference of the first Mach-Zehnder interferometer;
overlapping the two coherent phase-controlled lights to generate two output lights;
c) directly incident the two Mach-Zehnder output lights as input light to a second consecutive Mach-Zehnder interferometer;
d) converting into a pair of entangled lights by controlling the relative phase of the second Mach-Zehnder interferometer;
e) measuring the correlation of output light of the second Mach-Zehnder interferometer; and
f) an entangled light pair generation method comprising the step of extracting a pair of coherent lights of the second Mach-Zehnder interferometer, which is internally phase-controlled, to the outside using linear optics regardless of the output light of the second Mach-Zehnder interferometer 2 . 제8항에 있어서,
b) 단계에서, 상기 제2 마하젠더 간섭계의 경로차는
Figure pat00084
(n=0,1,2,…)이 되게 위상을 조절하는 얽힘 빛 쌍 발생 방법. According to claim 8,
In step b), the path difference of the second Mach-Zehnder interferometer is
Figure pat00084
A method for generating entangled light pairs that adjusts the phase to be (n=0,1,2,…). 제8항에 있어서,
d) 단계에서, 상기 제2 마하젠더 간섭계의 상대적 위상차는
Figure pat00085
(n=0,1,2,…)로 되는 얽힘 빛 쌍 발생 방법.
According to claim 8,
In step d), the relative phase difference of the second Mach-Zehnder interferometer is
Figure pat00085
A method for generating entangled light pairs of (n = 0, 1, 2, ...).
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