KR20240039938A

KR20240039938A - 양자 통신 회로를 가상적으로 시뮬레이션하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20240039938A
Application number: KR1020220118860A
Authority: KR
Inventors: 노광석; 신유철; 허준
Original assignee: 주식회사 큐심플러스
Priority date: 2022-09-20
Filing date: 2022-09-20
Publication date: 2024-03-27
Also published as: WO2024063387A1

Abstract

양자 통신 회로를 가상적으로 시뮬레이션하기 위한 방법 및 장치 가 개시된다. 본 발명에 따른 시뮬레이션 방법은, 제1 선택 창, 제2 선택 창 및 작업 창을 포함하는 시뮬레이션 화면을 디스플레이부에 표시하는 단계로서, 상기 제1 선택 창은 상기 양자 통신 회로의 모델링에 사용 가능한 복수의 소자 블록에 일대일 연관된 복수의 소자 항목이 표시되는 영역이고, 상기 제2 선택 창은 상기 양자 통신 회로의 모델링에 사용 가능한 복수의 블록 연결선에 일대일 연관된 복수의 연결선 항목이 표시되는 영역인 단계, 제1 회로 모델링 요청 액션에 응답하여, 상기 제1 선택 창에서 선택된 소자 항목에 연관된 소자 블록을 상기 작업 창 내에 배치하는 단계, 제2 회로 모델링 요청 액션에 응답하여, 상기 제2 선택 창에서 선택된 연결선 항목에 연관된 블록 연결선을 상기 작업 창 내에 배치하는 단계, 제3 회로 모델링 요청 액션에 응답하여, 상기 작업 창 내에 배치된 각 블록 연결선을 상기 작업 창 내에 배치된 복수의 소자 블록 중 어느 두 소자 블록 간에 연결하는 단계로서, 상기 작업 창 내에 배치된 상기 복수의 소자 블록 중 적어도 한 쌍의 소자 블록은 상기 작업 창 내에 배치된 어느 한 블록 연결선에 의해 광 신호의 양방향 전달이 가능하도록 상호 연결되는 단계, 및 시뮬레이션 요청 액션에 응답하여, 상기 작업 창 내에 배치된 상기 복수의 소자 블록 및 상기 복수의 블록 연결선에 의해 상기 작업 창 내에 가상으로 모델링된 양자 통신 회로에 대한 시뮬레이션을 실행하는 단계를 포함한다.

Description

양자 통신 회로를 가상적으로 시뮬레이션하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR VIRTUALLY SIMULATING QUANTUM COMMUNICATION CIRCUIT}

본 발명은 양자정보기술에서 사용하는 소자/부품/모듈 등을 컴퓨터 프로그램 내 모델링하고 이를 기반으로 연결/배치하여 양자정보시스템을 소프트웨어로 구성하는 기술과 양자 통신 회로를 가상으로 시뮬레이션하는 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 사용자에 의해 입력되는 일련의 요청에 따라 양자 통신 회로의 가상적인 모델링과 시뮬레이션을 지원하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

모델링이란 현실세계의 복잡한 데이터들을 컴퓨터 정보 구조로 변환시키는 과정 또는 어떠한 특성을 수학적 또는 컴퓨터를 이용하여 해석, 설계하기 쉽게 변환하는 것을 말하며, 본 발명에서는 모델링을 소자/부품/모듈 등의 특성을 컴퓨터에서 사용하는 정보 구조로 변환하는 과정을 나타내며, 정보 구조로 변환된 것 즉, 모델링된 소자/부품/모듈의 입력에 따라 특성을 반영한 출력을 나타내는 데 사용된다.

그래픽 언어(graphical language)는 NI사의 Labview, Mathworks사의 Simulink 등 여러 기능 블록을 그림으로 표현한 것을 이용하여 임의의 기능을 수행하도록 만든 일종의 컴퓨터 프로그램 언어이다. Simulink는 주로 신호처리, Labview 역시 simulink와 거의 유사하며 자사 NI 하드웨어와의 연결을 용이하게 하는 기능을 제공한다.

해당 시뮬레이터(Simulink, Labview) 뿐만 아니라 그래픽 언어는 기본적으로 다음과 같은 구조로 되어있다.

1. 요소 블록을 제공한다. 요소 블록은 소자, 기능함수, 모듈 등을 모델링한 결과물을 나타낸다.

2. 요소 블록 연결을 제공한다. 요소 블록의 연결을 통해 요소 블록 간의 정보 전달이 가능하다.

3. 요소 블록 입력 값 설정을 제공한다. 기 모델링된 요소 블록에 대해 파라미터 값을 입력하여 요소 블록 특성 기반의 신호처리한 출력값을 생성할 수 있다.

4. 결과를 출력한다. 요소 블록의 연결을 통해 출력된 최종 결과물 또는 중간 결과물을 report 형태로 사용자에게 전달이 가능하고, 각 요소 블록의 특성 값 또는 파라미터 입력 값을 report 할 수 있다.

한편 국방을 비롯하여 고도의 정보 보안이 요구되는 분야가 늘어감에 따라 양자 정보통신 관련 시장 규모 역시 가파르게 커져 가고 있다. 양자 정보통신 기술은 미국 및 일본, 유럽 그리고 중국 등의 여러 나라에서 차세대 정보통신 기술로서 연구가 활발히 진행되고 있다.

양자 정보통신 기술은 최근 실험실 수준을 벗어나 제품 생산이 가능할 정도로 비약적인 기술적 향상이 이루어지는 한편, 기존의 전통적인 통신과는 달리 광학과 물리학에 대한 추가적인 이해를 필요로 한다는 점에서 기술적 난이도가 여전히 높아 오랜 경험과 높은 기술적 이해도를 겸비한 전문가를 제외하고는 접근성이 떨어진다는 제약이 있으며, 결과적으로 양자 정보통신 기술의 확산과 대중화에 걸림돌이 되고 있다.

양자 정보통신 기술을 물리적 실험 환경 하에서 설계하는 데에는 실제 물리적 소자와 장치가 요구되는 바, 비용과 시간 측면에서 상당한 비효율을 초래한다. 때문에, 양자 통신 회로를 하드웨어적으로 실제 구현하기에 앞서서 가상으로 설계하고 그 결과를 미리 확인해보기 위한 소프트웨어적인 접근법으로서의 시뮬레이터의 필요성이 높다.

현재 양자통신 프로토콜을 지원하는 몇몇 시뮬레이터가 존재하나, 이들 대부분은 양자통신 전용으로 제공된 것이 아니며, 특히 양자 통신 회로의 소자별 특성과 연결선별 특성이 반영된 툴이 부재하다. 아울러, 양자 통신은 송신측과 수신측 상호 간의 양방향 신호 전달 메커니즘이 필수적임에도, 기존 시뮬레이터는 단방향 프로토콜에 대한 시뮬레이션만이 가능하다는 문제점 또한 있다.

등록특허 US7797674B1은 그래픽 언어(graphical language)에서 속성이 다른 매개변수를 한 번에 이용하는 형태를 나타낸다. 이는 요 소 블록의 정해진 값 입력의 개수를 늘리는 방안으로 입력 값 설정을 위한 인터페이스부에 해당한다. 따라서 사용자는 정해진 입력값에서 선택한다는 문제점을 해결하지는 못한다. 등록특허 CN104536812B는 그래픽 언어 중 Labview를 이용하여 다른 언어에서 구성한 DLL (dynamic link library)를 연결하는 방법에 대한 것으로 동적 링크 라이브러리(DLL) 파일, 기능 프로토타입, 기능 및 유형 매개변수를 결정하는 위치 등을 DLL을 통해 입력받아 요소 블록으로 모델링 할 수 있다. 이는 고정된 기능을 추가 또는 연결하는 데에는 유용할 수 있으나 요소 블록의 기능 갱신 또는 수정이 필요한 경우 시뮬레이터에서 수정이 불가하고, 다른 언어에서 수정 후 다시 DLL을 연결해야 하는 불편함이 발생한다. 공개특허 CN104536812A는 Labview 기반 데이터 처리 시스템을 데이터 레이어, 어플리케이션 레이어 및 변환 레이어로 구성한다. 이는 DLL을 이용하기 위해 외부 파일을 불러들이는 과정에 대한 것으로 최종 결과물은 DLL에서 결정된 특성을 사용하게 된다. 이러한 입력, 변환, 어플리케이션으로의 구분은 정보처리 분야에서 일반적으로 통용되는 개념으로 새로운 것이 아니며, Labview로 이용할 수 있음을 보여준 것으로 볼 수 있다.

기존 그래픽 언어는 다음과 같은 문제점 또는 기능 제한이 발생한다.

1. 제한된 요소 블록을 제공한다. 사용자가 원하는 기능 수행 블록을 위해서는 기존 제공되는 요소 블록의 조합을 통해 새로운 요소 블록을 구성할 수 있으나, 원하는 기능 수행에 상관없는 각 요소 블록의 특성을 입력해야 하는 불편함이 있으며, 원하는 기능 수행 블록의 특성을 직접적으로 입력할 수 없는 문제점이 있다.

2. 요소 블록 간 연결은 연결되는 요소 블록간의 데이터 타입 등 일부 정보를 이용하여 연결 가능 여부를 판별한다. 예를 들어 벡터와 스칼라 값의 연결은 불가하다. 만약 연결되는 정보 타입이 맞다면 요소 블록은 문제없이 연결된다. 이는 요소 블록의 인터페이스만 맞춘 것으로 요소 블록 연결 직후 정상 결과가 출력되는 지를 확인해야 한다. 그러나 매 단계에서 결과 확인이 쉽지 않을 수 있기 때문에 여러 요소 블록이 연결된 후에는 문제가 발생하는 부분을 쉽게 찾을 수 없는 문제점이 있다.

3. 요소 블록 입력 값은 정해진 범위 내에서만 입력 가능하다. 예를 들어 "1차 함수"와 같이 수식으로 모델링된 요소 블록은 정해진 범위가 없을 수 있다. 그러나 특정 기능을 수행하는 요소 블록은 파라미터 값을 선택하거나 제한 된 범위에서만 파라미터 값 입력이 가능하다. 특히, 수식으로 변환하기 어려운 입력은 정확한 입력이 불가하게 된다. 예를 들어, 노이즈가 포함된 펄스의 경우 노이즈는 수식으로 모델링이 불가하기 때문에 근사화된 수식으로의 변경만 가능하게 된다.

요소 블록의 결합으로 이루어진 시스템에 대한 최종 결과물만 report 한다. 즉, 저장되어 있는 각 요소별 특성, 입력 값, 최종 시스템 결과물에 대해서만 report하기 때문에, 예상치 못한 결과가 나와 수정했던 이력 등을 확인할 수 없다. 또는, 여러 시스템이 있는 경우 report된 최종 결과물을 비교할 수는 있지만, 결과물이 차이 나는 원인을 직접적으로 분석하여 제공하지 않는다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 양자 통신용의 소자별 특성 및 연결선별 특성이 반영된 양자통신 전용의 시뮬레이션을 지원하는 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 송신측과 수신측 상호 간의 양방향 신호 전달 메커니즘이 적용된 양자 통신 회로를 가상으로 시뮬레이션하는 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 시뮬레이션 방법은, 제1 선택 창, 제2 선택 창 및 작업 창을 포함하는 시뮬레이션 화면을 디스플레이부에 표시하는 단계로서, 상기 제1 선택 창은 상기 양자 통신 회로의 모델링에 사용 가능한 복수의 소자 블록에 일대일 연관된 복수의 소자 항목이 표시되는 영역이고, 상기 제2 선택 창은 상기 양자 통신 회로의 모델링에 사용 가능한 복수의 블록 연결선에 일대일 연관된 복수의 연결선 항목이 표시되는 영역인 단계, 제1 회로 모델링 요청 액션에 응답하여, 상기 제1 선택 창에서 선택된 소자 항목에 연관된 소자 블록을 상기 작업 창 내에 배치하는 단계, 제2 회로 모델링 요청 액션에 응답하여, 상기 제2 선택 창에서 선택된 연결선 항목에 연관된 블록 연결선을 상기 작업 창 내에 배치하는 단계, 제3 회로 모델링 요청 액션에 응답하여, 상기 작업 창 내에 배치된 각 블록 연결선을 상기 작업 창 내에 배치된 복수의 소자 블록 중 어느 두 소자 블록 간에 연결하는 단계로서, 상기 작업 창 내에 배치된 상기 복수의 소자 블록 중 적어도 한 쌍의 소자 블록은 상기 작업 창 내에 배치된 어느 한 블록 연결선에 의해 광 신호의 양방향 전달이 가능하도록 상호 연결되는 단계, 및 시뮬레이션 요청 액션에 응답하여, 상기 작업 창 내에 배치된 상기 복수의 소자 블록 및 상기 복수의 블록 연결선에 의해 상기 작업 창 내에 가상으로 모델링된 양자 통신 회로에 대한 시뮬레이션을 실행하는 단계를 포함한다.

상기 제1 회로 모델링 요청 액션은, 상기 제1 선택 창으로부터 상기 작업 창으로의 드래그 앤 드롭 및 상기 제1 선택 창 내에서의 더블 클릭 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 제2 회로 모델링 요청 액션은, 상기 제2 선택 창으로부터 상기 작업 창으로의 드래그 앤 드롭 및 상기 제2 선택 창 내에서의 더블 클릭 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 제1 회로 모델링 요청 액션은, 상기 작업 창 내에 배치된 각 소자 블록에 대한 소자 파라미터 설정을 더 포함할 수 있다.

상기 제2 회로 모델링 요청 액션은, 상기 작업 창 내에 배치된 각 블록 연결선에 대한 연결 파라미터 설정을 더 포함할 수 있다.

상기 복수의 소자 블록은, 광자 레이저(photon laser), 광자 검출기(photon detector), 감쇠기(attenuator), 빔 스플리터(beam splitter), 서큘레이터(circulator), 딜레이 라인(delay line), 패러데이 미러(faraday mirror), 편광 빔 스플리터(polarization beam splitter), 위상 변조기(phase modulator), 스토리지 라인(Storage Line), 강도 변조기(intensity modulator), 및 파장판(wave plate) 중 적어도 하나, 연결된 다른 소자 블록을 제어하기 위한 전기 신호를 발생시키는 제어 블록, 및 연결된 다른 소자 블록의 동작 정보를 취득하는 모니터링 블록을 포함할 수 있다.

상기 복수의 블록 연결선은, 단방향 광 신호선, 양방향 광 신호선, 단방향 양자 채널, 양방향 양자 채널, 단방향 전기 신호선, 양방향 전기 신호선 및 모니터링 신호선을 포함할 수 있다.

상기 시뮬레이션 방법은, 회로 변환 요청 액션에 응답하여, 상기 작업 창의 전체 영역 중 적어도 일부분인 대상 영역 내에서의 광 신호 전달 경로를, 단방향 형태로 표현하는 등가 회로 모델을 상기 작업 창 내에 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 회로 변환 요청 액션은, 상기 작업 창 내 어느 한 지점으로부터 다른 지점까지의 드래그를 포함할 수 있다.

상기 대상 영역은, 상기 작업 창 내에 배치된 상기 복수의 소자 블록 중 적어도 둘 이상의 소자 블록을 커버할 수 있다. 상기 대상 영역 내 적어도 한 쌍의 소자 블록은, 광 신호의 양방향 전달이 가능하도록 상호 연결될 수 있다. 상기 광 신호 전달 경로는, 상기 대상 영역 내 어느 한 소자 블록을 시작점으로 다른 소자 블록을 종료점으로 할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 양자 통신 회로를 가상적으로 시뮬레이션하기 위한 장치는, 제1 선택 창, 제2 선택 창 및 작업 창을 포함하는 시뮬레이션 화면을 디스플레이부에 표시하도록 구성되되, 상기 제1 선택 창은 상기 양자 통신 회로의 모델링에 사용 가능한 복수의 소자 블록에 일대일 연관된 복수의 소자 항목이 표시되는 영역이고, 상기 제2 선택 창은 상기 양자 통신 회로의 모델링에 사용 가능한 복수의 블록 연결선에 일대일 연관된 복수의 연결선 항목이 표시되는 영역인 출력 장치, 제1 회로 모델링 요청 액션, 제2 회로 모델링 요청 액션, 제3 회로 모델링 요청 액션 및 시뮬레이션 요청 액션을 입력받는 입력 장치, 및 상기 출력 장치 및 상기 입력 장치에 동작 가능하게 결합되는 처리 장치를 포함한다.

상기 처리 장치는, 상기 제1 회로 모델링 요청 액션에 응답하여, 상기 제1 선택 창에서 선택된 소자 항목에 연관된 소자 블록을 상기 작업 창 내에 배치한다. 상기 처리 장치는, 상기 제2 회로 모델링 요청 액션에 응답하여, 상기 제2 선택 창에서 선택된 연결선 항목에 연관된 블록 연결선을 상기 작업 창 내에 배치한다. 상기 처리 장치는, 상기 제3 회로 모델링 요청 액션에 응답하여, 상기 작업 창 내에 배치된 각 블록 연결선을 상기 작업 창 내에 배치된 복수의 소자 블록 중 어느 두 소자 블록 간에 연결한다. 상기 작업 창 내에 배치된 상기 복수의 소자 블록 중 적어도 한 쌍의 소자 블록은 상기 작업 창 내에 배치된 어느 한 블록 연결선에 의해 광 신호의 양방향 전달이 가능하도록 상호 연결되는 것이다. 상기 처리 장치는, 상기 시뮬레이션 요청 액션에 응답하여, 상기 작업 창 내에 배치된 상기 복수의 소자 블록 및 상기 복수의 블록 연결선에 의해 상기 작업 창 내에 가상으로 모델링된 양자 통신 회로에 대한 시뮬레이션을 실행하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 양자 통신용의 소자별 특성 및 연결선별 특성이 반영된 양자통신 전용의 시뮬레이션 환경을 지원하여, 사용자의 편의성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 양자 통신의 두 당사자(송신자과 수신자) 상호 간의 양방향 신호 전달 메커니즘이 적용된 양자 통신 회로를 가상으로 모델링 및 시뮬레이션할 수 있다.

또한, 본 발명은 가상으로 모델링 중이거나 모델링 완료된 양자 통신 회로의 전체 또는 일부분을 단방향 등가 회로의 형태로 변환하여 디스플레이함으로써, 양자 통신 회로 내에서의 광 신호 전달 경로에 대한 사용자의 직관적인 이해를 돕고 회로 수정 작업에 대한 용이성을 증대시킬 할 수 있다.

또한, 본 발명은, 테스트를 하드웨어 (chip 포함) 대신 소프트웨어로 진행하여 개발비용을 낮춰 부품 및 모듈의 저가화가 가능해진다.

또한, 본 발명은, 사용자가 원하는 기능을 제공하는 요소 블록을 쉽게 구현할 수 있다.

또한, 본 발명은, 실제 환경에서 사용되는 입력값을 사용하여 정학한 시스템 설계/검증을 수행할 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에서의 정보 전송에 대한 구성도를 나타낸다.
도 2는 시뮬레이터를 포함하는 사용자 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 3은 시뮬레이터를 포함하는 서버 시스템의 개략적인 구성도이다
도 4는 pulse 파형의 왜곡이 발생한 예시도이다
도 5는 신규 요소 블록을 생성하는 순서도이다.
도 6은 요소 블록 후보 제시에 대한 순서도이다.
도 7은 그림 입력 처리에 대한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 양자 통신 회로의 시뮬레이션 장치의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8의 시뮬레이션 장치에 의해 제공되는 시뮬레이션 화면의 전체적인 레이아웃을 예시한다.
도 10은 도 9에 도시된 시뮬레이션 화면의 작업 창에 배치 가능한 다양한 소자 블록을 예시한다.
도 11은 도 9에 도시된 시뮬레이션 화면의 작업 창에 배치 가능한 다양한 블록 연결선을 예시한다.
도 12는 도 9에 도시된 시뮬레이션 화면의 작업 창에 소자 블록을 배치하는 과정을 예시적으로 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 13은 도 9에 도시된 시뮬레이션 화면의 작업 창에 블록 연결선을 배치하는 과정을 예시적으로 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 14는 도 9에 도시된 시뮬레이션 화면의 작업 창에 가상으로 모델링된 양자 통신 회로의 일 예를 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 15는 도 14에 도시된 양자 통신 회로에 연관된 등가 회로 모델의 일 예를 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 16은 도 14에 도시된 양자 통신 회로에 연관된 등가 회로 모델의 다른 예를 설명하는 데에 참조되는 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 양자 통신 회로의 시뮬레이션 방법을 예시적으로 나타낸 순서도이다.

본 발명의 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다. 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다.

본 명세서에서 개시되는 실시예들은 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되거나 이용되지 않아야 할 것이다. 이 분야의 통상의 기술자에게 본 명세서의 실시예를 포함한 설명은 다양한 응용을 갖는다는 것이 당연하다. 따라서 본 발명의 상세한 설명에 기재된 임의의 실시예들은 본 발명을 보다 잘 설명하기 위한 예시적인 것이며 본 발명의 범위가 실시예들로 한정되는 것을 의도하지 않는다.

도면에 표시되고 아래에 설명되는 기능 블록들은 가능한 구현의 예들일 뿐이다. 다른 구현들에서는 상세한 설명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 기능 블록들이 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 하나 이상의 기능 블록이 개별 블록들로 표시되지만, 본 발명의 기능 블록들 중 하나 이상은 동일 기능을 실행하는 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 구성들의 조합일 수 있다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.

또한, 어떤 구성요소들을 포함한다는 표현은 "개방형"의 표현으로서 해당 구성요소들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.

나아가 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다.

본 발명에서의 양자정보기술 시스템 설계 및 검증 장치는 모델링된 요소 블록을 기반으로 동작한다. 모델링된 요소 블록은 양자정보기술 시스템 구성 요소 중 일부 또는 전체가 될 수 있으며, 요소 블록을 조합하여 더 큰 요소 블록으로 구송할 수 있다. 설명의 용이를 위해 기능 단위로 구분하여 요소 블록으로 표현하고자 한다. 따라서 요소 블록이라 함은 부품/소자/모듈을 모델링한 요소 블록 등을 포함할 수 있으며, 부품/소자/모듈들의 조합을 모델링한 것 역시 요소 블록으로 표현할 수 있다.

일반적으로 그래픽 언어에서 사용되는 용어인 드래그, 아이템 선택, 더블 클릭 등의 기본 용어는 본 발명에서 따로 정의하지 않으며, 필요에 의해 재정의 될 수 있다. 요소 블록 모델링 과정 또는 요소 블록 연결 등은 마우스 또는 화면 터치 등으로 실행할 수 있으나, 본 발명의 주요 목적인 신규 요소 블록 생성 등의 과정에 집중하기 위해 부수적인 과정들의 설명은 생략하고자 한다.

시뮬레이터는 특정 언어를 이용하여 최종 결과물을 도출하기 위한 처리 장치를 일반적으로 의미하며, 본 발명에서는 그래픽 언어 기반의 요소 블록을 이용하여 최종 결과물을 도출하는 처리 장치를 의미한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 요소 블록 모델링 및 양자정보기술 시스템 구성 방법에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명에서의 정보 전송에 대한 구성도를 나타낸다.

사용자(110)는 그래픽 언어를 직접 사용하는 주체이며 신규 요소 블록 생성, 요소 블록 연결, 파라미터 값 입력 등 시스템 설계/검증을 수행하는 주체이다.

서버(120)는 신규 모델링 요소 블록 정보 저장, 요소 블록 연결 시 유효한 연결 제공 및 확인, 시스템 출력 결과물 생성 등 양자정보기술 시스템용 시뮬레이터의 정보 저장/처리를 담당할 수 있다.

관리자(130)는 사용자/서버 동작 모니터링, 사용자/서버 동작 지시, 시스템 유지보수 등의 주체이다.

각 구성원들 간 정보교환이 가능하며, 사용자는 시뮬레이터에서 사용하는 정보들인 신규 블록 생성 정보, 요소 블록 연결 정보, 입력한 파라미터 값 등을 저장할 수 있고, 또는 시뮬레이터는 서버에 위치하여 해당 정보는 서버에만 저장될 수도 있다. 시뮬레이터를 수행하는 주체는 사용자 또는 서버 또는 사용자와 서버가 될 수 있다. 즉, 사용자의 컴퓨터에서만 실행될 수도 있고, 또는 사용자는 서버에 접속하여 서버에서 실행될 수 있다. 또는 일부 기능은 사용자 컴퓨터에서 수행하고 나머지 기능은 서버에서 수행하고 수행 결과는 사용자 또는 서버로 전송할 수 있다.

하기에서는 시뮬레이터 수행 주체를 설명의 편의를 위해 사용자로 지정하여 예시하고, 서버는 사용자와의 공동 수행 주체만 될 수 있는 것으로 예시한다. 사용자가 서버에 접속하여 서버에 있는 시뮬레이터를 실행한다면 시뮬레이터의 수행 주체는 서버가 될 수 있지만 사용자와 서버의 전달 정보만 일부 변경될 뿐 발명의 주 목적을 해치지 않기 때문에 시뮬레이터 수행 주체는 사용자로 예시한다.

도 2는 본원의 일 실시예에 따라 시뮬레이터를 포함하는 사용자(110) 시스템의 개략적인 구성도이다.

입력부(210)는 사용자로부터 정보를 입력받기 위한 장치부로써 사용자 입력부(예를 들어, 키보드 장치(211), 터치스크린(touch screen)(212), 마우스 (mouse)(213) 등을 포함할 수 있으며, 소자/부품/모듈의 제원/스펙이 나와있는 문서, 하드웨어 실험에서 사용하는 실제 입력/출력 그림 등도 입력을 할 수 있어 영상인식부(214)에서 입력받을 수도 있다.

출력부(220)는 사용자의 입력 또는 사용자 입력에 대한 처리 결과 등을 표시하는 장치부이며, 모니터, 터치스크린 등의 디스플레이부(221)를 통해 표시할 수 있다.

메모리부(230)는 생성된 요소 블록 정보, 요소 블록 연결, 입력된 파라미터 값, 시스템 구성도, 출력 결과 등 시뮬레이터에서 사용되는 정보를 저장할 수 있다. 메모리부(230)는 서버장치(300)와 저장된 정보 중 일부 또는 전체를 네트워크를 통해 송/수신 또는 공유할 수 있다. 메모리는 정보를 전달하거나 신호가 처리되는 등의 시스템내의 모든 상황에서 저장/읽기가 가능하며, 하기에서는 편의를 위해 저장/읽기 시점은 특정 짓지 않는다.

제어부(240)는 시뮬레이터 입력에 대한 처리부를 나타내며, 각 세부 기능은 다음과 같다.

입력값 처리부(241)는 입력부(210)의 입력을 인식 또는 구분하고, 입력된 값을 모델링된 요소 블록에 연결하여 메모리부(230)에 저장한다.

서버정보 처리부(242)에서는 서버로 전송할 정보를 처리하거나 서버에서 받은 정보를 처리하여 출력부(220) 또는 영상처리부(243)에 전달한다.

영상처리부(243)는 요소 블록을 화면에 구성하고 요소 블록의 배치 등 출력부에 나타내기 위한 처리 기능을 수행하고, 각 요소 블록의 객체명을 생성하여 요소 블록을 구분할 수 있는 기능을 제공한다.

신호처리부(250)는 선택된 요소 블록의 특성과 요소 블록의 입력에 대한 신호처리 등의 연산을 진행하여 출력부에 결과를 전달한다.

사용자가 서버에 접속하여 터미널로 사용하는 경우에도 사용자 시스템은 각 기능부의 역할이 축소/확대될 수는 있으나 본래 목적에는 어긋나지 않게 동작할 수 있다.

서버장치(300)는 사용자로부터 전달받은 신규 모델링 요소 블록 정보 저장, 요소 블록 연결 시 유효한 연결 제공 및 확인, 시스템 출력 결과물 생성 등 양자정보기술 시스템용 시뮬레이터의 정보를 저장/처리한다. 서버장치(300)는 사용자 장치(200)보다 메모리부가 크거나 처리 성능이 뛰어날 수 있으며, 사용자 장치의 기능 확대 및 처리 성능 향상 등에 보조적으로도 사용할 수 있다.

도 3은 본원의 일 실시예에 따라 시뮬레이터를 포함하는 서버(120) 시스템의 개략적인 구성도이다.

제어부(310)는 사용자 장치에서의 제어부(240)와 유사한 기능을 수행한다. 서버에서의 정보처리를 위한 처리부를 나타내며, 각 세부 기능은 다음과 같다.

입력값 처리부(311)는 사용자 장치로부터의 입력을 인식 또는 구분하고, 입력된 값을 모델링된 요소 블록에 연결하여 메모리부(330)에 저장한다. 또는 소자/부품/모듈의 제원/스펙이 나와있는 문서, 하드웨어 실험에서 사용하는 실제 입력/출력 그림 등을 처리하는 기능을 제공한다.

사용자정보 처리부(312)에서는 사용자에게 전송할 정보를 처리하거나 사용자로부터 받은 정보를 처리하여 사용자에게 전송한다.

영상처리부(313)는 각 요소 블록의 객체명을 생성하여 요소 블록을 구분할 수 있는 기능을 제공한다.

신호처리부(320)는 선택된 요소 블록의 특성과 요소 블록의 입력에 대한 신호처리 등의 연산을 진행하여 사용자 장치(200)에 결과를 전달한다.

메모리부(330)는 생성된 요소 블록 정보, 요소 블록 연결, 입력된 파라미터 값, 시스템 구성도, 출력 결과 등 시뮬레이터에서 사용되는 정보 또는 사용자 정보를 저장할 수 있다. 복수의 사용자가 생성한 요소 블록 정보 등을 영상처리부에서 생성한 객체명을 이용하여 구분할 수 있으며, 사용자정보 처리부(312)에서는 사용자의 정보뿐만 아니라 메모리부에 저장되어 있는 다른 사용자가 생성한 요소 블록 정보 또는 기 저장되어 있는 요소 블록 정보 등을 이용할 수 있다.

메모리부(330)는 저장된 정보 중 일부 또는 전체를 네트워크를 통해 사용자 장치(200)에게 송/수신 또는 공유할 수 있다.

상기에서는 사용자 장치와 서버 장치 내 가능한 기능을 기술하였으나, 기능 충돌이 일어나는 경우 사용자 또는 서버 장치에서 제거/추가하여 원활한 동작이 가능할 수 있다.

서버와 사용자 장치간 네트워크 전송 지원을 위한 네트워크 장치는 유/무선 인터넷, LTE(Long Term Evolution), LTE-A(Long Term Evolution-Advanced), 5G(Fifth Generation)와 같은 이동통신 기술 등을 사용할 수 있다.

서버장치(300)는 다수의 사용자 장치와의 정보 전달을 수행할 수 있다

신규 요소 블록 생성은 사용자 장치 또는 서버 장치에 존재하지 않는 요소 블록 생성에 관한 것으로 기존 요소 블록에 특성을 새롭게 추가한 것을 포함할 수 있다.

도 4는 pulse 파형의 왜곡(410, 420, 430)이 발생한 예시도이다. 왜곡이 없는 결과를 예상했으나, 실제 부품/소자/모듈에서는 도 4와 같은 결과를 발생시킬 수 있다. 기존 그래픽 언어에서는 일부 왜곡을 형상화할 수는 있어도 정확히 도 4와 같은 출력을 나타낼 수는 없다.

본 발명에서는 동일한 입력에 대해 도 4와 같은 결과를 사용자 장치의 영상인식부(S501) 입력으로 받아들여 입력값 처리부(S502)를 통해 특성을 추출할 수 있다. 동일한 부품/소자/모듈의 반복적인 실험을 통해 얻어진 결과를 입력하여 하나의 요소 블록의 출력 특성으로 지정할 수 있으며, 신호처리 또는 머신러닝 등을 통해 특성을 확률적으로 모델링하는 등 다양하게 결과를 활용할 수도 있다.

S504에서는 서버에 등록할 특성을 정보 또는 사용자 영상처리부(243)에서 등록할 특성을 정보로 변환하는 기능을 수행할 수 있으며, 이렇게 생성된 신규 요소 블록을 사용하기 위해 S505에서 객체를 생성한다. 필요에 따라서는 서버 전송을 결정할 수 있으며, 서버로 전송된 특성 정보는 서버내 객체 생성을 위한 처리를 진행한다.

결과 특성이외에도 부품/소자/모듈의 spec.에 표시된 제원 또는 성능 그래프 등을 영상인식부 입력으로 사용할 수 있고 jpg, pdf 등 인식에 용이한 파일 형태로 입력이 가능할 수 있다.

S502에서는 사용자 또는 서버가 지정한 방식으로 특성을 자동 추출할 수 있으며, 이 때, 사용자는 필요한 특성을 추출하기 위한 방식을 지정하여 추출된 특성 중 일부를 선택 또는 변경할 수 있다.

기존 요소 블록에 도 4와 같은 결과 특성을 추가하기 위해서는 신규 블록 생성이 아닌 기존 블록 갱신 과정을 통해 특성을 추가할 수 있다. 기존 블록 갱신 과정은 갱신할 요소 블록을 선택 후 도5와 같은 동일한 처리를 수행할 수 있다. S505, s512에서는 기존 요소 블록과 구분되는 신규 요소 블록으로 객체를 생성할 수 있다.

기존 시뮬레이터에서는 연결되는 요소 블록간의 데이터 타입 등 일부 정보를 이용하여 연결 가능 여부를 판별한다. 예를 들어 벡터와 스칼라 값의 연결은 불가하고, 만약 연결되는 정보 타입이 맞다면 요소 블록은 문제없이 연결된다. 이는 요소 블록의 인터페이스만 맞춘 것으로 요소 블록 연결 직후 정상 결과가 출력되는 지를 확인해야 한다.

본 발명에서는 신규 요소 블록 연결 방식을 제안하며, 연결을 추가하려는 마지막 요소 블록에 대해 해당 요소 블록의 파라미터 값 입력 등이 종료되면 해당 소자를 이용할 수 있는 후보 요소 블록을 화면에 제시해준다. 따라서 연결이 추가되는 요소 블록뿐만 아니라 보여지는 후보 요소 블록에 따라 시스템 내 요소 블록 구성과 요소 블록 파라미터 값 변경 여부를 쉽게 알 수 있게 해준다.

도 6은 요소 블록 후보 제시에 대한 순서도이다. 추가하는 요소 블록을 제시하기 위해, 연결을 추가하려는 마지막 요소 블록의 객체명과 입력 값을 S602에서 파악하여 S603과 S611에서 적합한 후보 요소 블록을 선택할 수 있다.

S602에서는 마지막 요소 블록 설정 값뿐만 아니라 마지막 요소 블록 이전의 요소 블록 객체명과 입력 값을 이용하여 추가될 요소 블록을 결정짓는 특성을 파악할 수도 있다.

상기 발명을 이용하면, 추가 요소 블록 후보 제시뿐만 아니라 추가된 요소 블록의 특성을 일부 사용하지 않거나 입력 값을 제한할 수도 있다.

상기 문제점 부분에서 기술한대로 기존 시뮬레이터는 요소 블록 파라미터 값은 정해진 범위내에서만 입력 가능하다. 특히, 수식으로 변환하기 어려운 입력은 정확한 입력이 불가하게 된다. 예를 들어, 도 5를 통해 생성한 신규 요소 블록의 결과가 도 4와 같다면, 다음 요소 블록의 입력은 도 4가 된다. 따라서 도 4와 같은 입력을 다음과 같은 도 7 과정으로 처리할 수 있으며, 그림으로 입력함을 예시한다.

입력 받은 그림을 처리(S702)하여 특성을 파악한 후 서버정보 처리부(242)에서 서버에 전달하거나 자체적으로 신호처리를 해야 하는 부분을 분류할 수 있다. 따라서 S705와 S713 같이 각자 신호처리를 수행할 수 있다. S711에서는 해당 입력이 객체로 존재하는 지를 메모리에서 검색하고 없다면 새로이 S712에서 객체를 생성하고 있다면 S712를 생략하고 S713에서 바로 연산을 수행할 수 있다.

사용자의 영상처리부(243)에서는 자체적으로 입력값에 대한 분석을 통해 객체를 생성할 수도 있지만, 서버로부터 생성된 객체 정보를 복사하여 객체를 생성할 수 있다.

기존에는 구성된 시스템의 결과 또는 구성된 시스템의 요소 블록 설정 값 등을 요약하여 출력할 수 있다. 그러나 본 발명에서는 요소 블록 설정 값 변경에 대한 이력을 저장하여 최종 설정 값 이외의 설정 값을 참조하여 시스템 구성에 대한 방향을 제시할 수 있다. 이러한 기능을 통해 구성된 시스템의 요소 블록 또는 요소 블록 파라미터 값을 변경하는 것에 대한 영향을 쉽게 파악할 수 있다.

이를 이용하여, 하나의 시스템에 대해 복수개의 최종 설정 값을 입력하여 복수 개의 시스템을 만들 수 있고, 각 시스템간 다양한 입력 대비 출력값을 비교할 수 있다.

본 발명에서 생성된 요소 블록은 외부공개를 원치 않는 경우 black box로 처리할 수 있다. 즉, 지정된 사용자는 요소 블록의 특성을 볼 수 있지만, 그렇지 않은 사용자는 해당 특성에 대한 제한이 있을 수 있다.

기존에는 요소 블록을 연결하는 선은 신호 전달을 위한 선으로써 요소 블록 연결을 위한 데이터 타입만 고려를 했으나, 광통신 또는 양자정보기술에 서는 요소 블록 연결을 광케이블로 하는 경우 광케이블의 특징, 길이, 꼬인 정도 등이 신호 전달에 큰 영향을 미친다. 따라서 본 발명에서는 광케이블도 하나의 요소 블록으로 처리한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 양자 통신 회로의 시뮬레이션 장치(800)의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.

도 8을 참조하면, 시뮬레이션 장치(800)는, 입력 장치(810), 출력 장치(820) 및 처리 장치(830)를 포함한다. 시뮬레이션 장치(800)는, 데스크 탑, 노트북, 스마트폰, 태블릿 PC 등의 형태로 구현될 수 있다.

입력 장치(810)는, 시뮬레이션 장치(800)를 통해 임의의 양자 통신 회로의 모델링 및 시뮬레이션을 희망하는 사용자로부터의 일련의 입력(임의의 기능의 실행을 요청하는 액션)을 받아들여, 각각의 입력에 연관된 기능의 실행을 요청하는 신호를 처리 장치(830)에 전달한다. 입력 장치(810)는, 예컨대 키보드, 마우스, 터치 패널 등과 같은 공지의 입력 수단 중 어느 하나 또는 둘 이상의 조합일 수 있다.

출력 장치(820)는, 적어도 디스플레이부(821)를 포함하며, 디스플레이부(821)는 처리 장치(830)로부터의 제어 명령에 따라 시뮬레이션 화면을 표시한다. 출력 장치(820)는, 스피커를 더 포함할 수 있다. 스피커는 처리 장치(830)로부터의 제어 명령에 따라 양자 통신 회로의 시뮬레이션 상황에 대응되는 청각 신호를 발생시킬 수 있다.

처리 장치(830)는, 입출력 인터페이스부(831), 메모리부(832) 및 제어부(833)와, 이들을 통신 가능하도록 접속하는 데이터 버스(834)를 포함한다.

입출력 인터페이스부(831)는, 입력 장치(810)로부터의 사용자 요청을 제어부(833)에 전달하고, 제어부(833)가 사용자 요청을 처리하여 생성된 출력 신호를 출력 장치(820)에 전달한다.

메모리부(832)는, 양자 통신 회로의 가상적인 모델링과 시뮬레이션에 요구되는 컴퓨터 프로그램 및/또는 데이터를 기록한다. 메모리부(832)는 하드웨어적으로 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), SSD 타입(Solid State Disk type), SDD 타입(Silicon Disk Drive type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 램(random access memory; RAM), SRAM(static random access memory), 롬(read-only memory; ROM), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), PROM(programmable read-only memory) 중 적어도 하나 또는 둘 이상의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 메모리부(832)는 본 발명에 따른 시뮬레이션 방법을 실행하는 명령어가 기록된 컴퓨터 프로그램이 저장된 저장매체를 포함한다.

제어부(833)는, 입출력 인터페이스부(831) 및 메모리부(832)에 동작 가능하게 결합되어, 시뮬레이션 장치(800)의 전체적인 동작을 제어한다. 제어부(833)는 하드웨어적으로, ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

도 9는 도 8의 시뮬레이션 장치(800)에 의해 제공되는 시뮬레이션 화면의 전체적인 레이아웃을 예시한다.

도 9를 참조하면, 디스플레이부(821)는 제어부(833)로부터의 출력 신호에 따라 시뮬레이션 화면(900)을 표시한다.

시뮬레이션 화면(900)은 적어도 3개의 하위 영역으로 구획되며, 제1 선택 창(910), 제2 선택 창(920) 및 작업 창(930)을 포함한다. 제1 선택 창(910), 제2 선택 창(920) 및 작업 창(930) 각각은 시뮬레이션 화면(900) 내에 구획된 어느 한 영역이다.

제1 선택 창(910)은, 양자 통신 회로의 모델링에 사용 가능한 복수의 소자 블록에 일대일 연관된 복수의 소자 항목이 표시되는 영역이다. 복수의 소자 항목은 트리 구조로 배열될 수 있고, 각 소자 항목은 다른 소자 항목과 구별되도록 고유의 명칭이나 아이콘의 형태로 표시될 수 있다.

제2 선택 창(920)은, 양자 통신 회로의 모델링에 사용 가능한 복수의 블록 연결선에 일대일 연관된 복수의 연결선 항목이 표시되는 영역이다. 각 연결선 항목은 다른 연결선 항목과 구별되도록 고유의 명칭이나 아이콘의 형태로 표시될 수 있다.

작업 창(930)은, 제1 선택 창(910)에서 선택된 소자 항목과 제2 선택 창(920)에서 선택된 블록 연결선이 배치되는 영역으로서, 양자 통신 회로의 가상적인 모델링 과정을 사용자에게 표시한다.

도 10은 도 9에 도시된 시뮬레이션 화면(900)의 작업 창(930)에 배치 가능한 다양한 소자 블록을 예시한다.

도 10을 참조하면, 광자 레이저(photon laser, 부호로 'PHOTON LASER' 또는 'LASER'를 부여하기로 함)는 광 신호의 소스로서, 레이저(PHOTON LASER) 펄스를 생성하는 소자 블록이다. 광자 레이저(PHOTON LASER)는 광 신호의 출력을 담당하며, 다른 소자 블록으로부터의 광 신호를 수신하지는 않는다는 점에서 단방향 광 소자 블록이다. 광자 레이저(PHOTON LASER)에서 출력되는 광 신호의 특성은 피크 파워(Peak power), 평균 파워(Average power), 펄스 폭, 펄스 간격 등에 대한 파라미터 설정을 통해 결정될 수 있다.

광자 검출기(photon detector, 부호로 'DET'를 부여하기로 함)는 광 신호의 광자를 검출하는 소자 블록으로서, 미리 설정된 임계치(threshold) 이상의 크기로 입력된 광 신호를 검출하고 검출된 광자의 개수를 측정하는 단방향 광 소자 블록이다. 광자 검출기(DET)의 특성은 검출 효율, 검출 임계값 등에 대한 파라미터 설정을 통해 결정될 수 있다.

감쇄기(attenuator), 빔 스플리터(BS)(beam splitter), 서큘레이터(CIR)(circulator), 딜레이 라인(DL)(delay line), 패러데이 미러(faraday mirror), 편광 빔 스플리터(PBS)(polarization beam splitter), 위상 변조기(PM)(phase modulator), 스토리지 라인(SL)(Storage Line), 강도 변조기(PM)(intensity modulator), 및 파장판(wave plate) 각각은 광 신호의 전달 경로를 구성 가능한 양방향의 광 소자 블록이다.

감쇄기(부호로 'ATTN'을 부여하기로 함)는, 광자 레이저(PHOTON LASER)로부터 출력되어 양자 통신 회로에서 전파되는 광 신호의 세기를 감쇄한다. 감쇄기(ATTN)의 특성은 감쇄율, 감쇄 시기(타이밍) 등에 대한 파라미터 설정을 통해 결정될 수 있다. 감쇄기(ATTN)의 각 포트는 광 신호의 입출력 겸용일 수 있다. 특히, 감쇄 시기는 파라미터 설정 대신 감쇄기(ATTN)의 제어용 포트에 전기 소자(펄스 컨트롤러)를 연결한 다음 전기 소자로부터 발생되는 전기 신호에 의해 제어될 수 있다.

빔 스플리터(beam splitter, 부호로 'BS'를 부여하기로 함)는, 4개의 포트(광 신호 포트)를 가지며, 각 포트는 입출력 겸용일 수 있다. 빔 스플리터(BS)는 그것의 각 포트에 입력되는 광 신호를 분할하거나 둘 이상의 포트에 입력되는 광 신호를 결합하여 나머지 포트 중 적어도 하나로 출력 가능한 소자이다. 일 예로, 빔 스플리터(BS)의 포트 1에 입력된 광 신호는 일정 비율(예를 들어, 50:50)로 분할하여 포트 3과 포트 4로 출력되고, 포트 3과 포트 4에 동시에 입력되는 광 신호는 서로 결합되어 포트 1과 포트 2에 일정 비율(예, 50 : 50)로 출력될 수 있다. 빔 스플리터(BS)의 특성은 분할 비율, 거울의 코팅 면 위치 등에 대한 파라미터 설정을 통해 결정될 수 있다. 빔 스플리터(BS) 내에는 거울이 구비되며, 거울의 일면에는 코팅 면(예, 유전체층 등)이 부착되어 있을 수 있다. 거울의 코팅 면 위치는 거울의 상면과 하면 중 코팅 면이 부착된 어느 한 면을 나타낸다. 거울에 대한 코팅 면의 부착 위치는 빔 스플리터(BS)에 입력되는 광 신호와 빔 스플리터(BS)로부터 출력되는 광 신호 간의 입출력 관계를 결정할 수 있다.

서큘레이터(circulator, 부호로 'CIR'을 부여하기로 함)는, 3개의 포트를 가진다. 서큘레이터(CIR)의 포트 1, 포트 2 및 포트 3 간의 신호 연결 관계를 소자 파라미터 설정을 통해 결정될 수 있다. 예컨대, 서큘레이터(CIR)의 포트 1로 입력된 광 신호는 포트 2로 출력되고, 서큘레이터(CIR)의 포트 2로 입력된 광 신호는 포트 3으로 출력되며, 서큘레이터(CIR)의 포트 3에 입력된 광 신호는 포트 1로 출력된다. 이 때, 서큘레이터(CIR) 내에서의 신호 누설을 고려하여 포트 1에 입력된 광 신호 중 일부가 포트 3으로 출력되도록 설정될 수도 있다.

딜레이 라인(delay line, 부호로 'DL'을 부여하기로 함)은, 섬유(fiber)로 구성된 광 신호선의 일종으로서, 입력되는 광 신호에 대해 시간 지연을 발생시키는 기능을 담당한다. 딜레이 라인(DL)의 특성을 정의하는 파라미터 항목들은 후술된 블록 연결선의 파라미터 항목들을 기본적으로 포함할 수 있다.

패러데이 미러(faraday mirror, 부호로 'FMIRROR'를 부여하기로 함)는, 입력되는 광 신호의 편광 방향을 90°만큼 회전시켜 반사하는 소자이다. 즉, 패러데이 미러(FMIRROR)에 의한 반사 전 광 신호와 반사 후의 광 신호는 편광 방향이 서로 수직을 이룬다. 따라서 H(horizontal) 편광을 갖는 광 신호가 패러데이 미러(FMIRROR)에 입력되는 경우, V(vertical) 편광을 갖는 광 신호가 패러데이 미러(FMIRROR)로부터 출력된다. 마찬가지로, V 편광을 갖는 광 신호가 패러데이 미러(FMIRROR)에 입력되는 경우, H 편광을 갖는 광 신호가 패러데이 미러(FMIRROR)로부터 출력된다. 패러데이 미러(FMIRROR)의 특성은 미러 타입 등에 대한 파라미터 설정을 통해 결정될 수 있다.

편광 빔 스플리터(polarization beam splitter, 부호로 'PBS'를 부여하기로 함)는, 3개의 포트를 가지며, 각 포트는 입출력 겸용일 수 있다. 편광 빔 스플리터(PBS)는 편광 방향이 수평인 성분(H 편광)과 수직인 성분(V 편광)을 분리할 수 있다. 전술된 빔 스플리터(BS)와 같이, 편광 빔 스플리터(PBS) 또한 양방향 광 소자를 모사하는 소자 블록이므로 서로 수직인 두 편광 성분을 결합할 때도 사용될 수 있다. 편광 빔 스플리터(PBS)의 포트 1과 포트 2로 입력된 광 신호는 포트 3으로 출력되고, 포트 3으로 입력된 광 신호는 포트 1과 포트 2로 출력된다. 편광에 따라 편광 빔 스플리터(PBS)의 포트 1 또는 포트 2로 광 신호가 입력되더라도 포트 3으로는 출력되지 않을 수 있고, 편광 빔 스플리터(PBS)의 포트 3에 입력된 광 신호는 포트 1과 포트 2 중 어느 하나만으로 출력되거나 포트 1과 포트 2로 동시에 출력될 수도 있다. 이 때, 편광 빔 스플리터(PBS)의 포트 1로 입력된 광 신호는 포트 2로 출력되지 않으며, 포트 2로 입력된 광 신호는 포트 1로 출력되지 않는다. 편광 빔 스플리터(PBS)의 특성은 편광 종류, 편광에 따른 포트 매핑 관계 등에 대한 파라미터 설정을 통해 결정될 수 있다.

위상 변조기(phase modulator, 부호로 'PM'을 부여하기로 함)는, 그에 구비된 두 포트 중 어느 하나에 입력되는 광 신호의 펄스의 위상을 변조하여 다른 포트로 출력하는 소자 블록이다. 일 예로, BB84 프로토콜에 있어서, 송신자(Alice) 측의 위상 변조기(PM)는 그에 입력된 광 신호의 위상을 4가지(0, π/2, π, 3π/2) 중 하나로 변조하여 출력하고, 수신자(Bob) 측의 위상 변조기(PM)는 그에 입력된 광 신호의 위상을 2가지(0, π/2) 중 하나로 변조하여 출력한다. 위상 변조기(PM)의 동작은 위상 변조기(PM)에 연결된 전기 소자(펄스 컨트롤러)로부터 입력되는 전기 신호(예, 전압)의 크기와 파형에 따라 제어될 수 있다. 위상 변조기(PM)에 연결된 전기 소자는 송신자와 수신자 중 어느 하나가 다른 하나로 전달하고자 하는 디지털 정보를 전기 신호로 변환하여 위상 변조기(PM)에 출력하며, 위상 변조기(PM)는 전기 소자로부터의 전기 신호에 따라 광 신호에 대한 인코딩 과정을 수행한다. 위상 변조기(PM)의 특성은 전기 신호와 위상의 맵핑 관계, 구분 가능한 위상의 종류, 위상 값 등에 대한 파라미터 설정을 통해 결정될 수 있다.

스토리지 라인(Storage Line, 부호로 'SL'을 부여하기로 함)은, 딜레이 라인(DL)과 마찬가지로 섬유(fiber)로 구성된 광 신호선의 일종으로서 시간 지연을 발생시키는 기능을 담당한다. 양방향(two-way) BB84 프로토콜에서, 스토리지 라인(SL)은 패러데이 미러(FMIRROR)에서 반사되어 수신자에게 되돌아가는 광 신호의 펄스만의 위상이 송신측의 위상 변조기(PM)에 의해 변조될 수 있도록, 패러데이 미러(FMIRROR)를 지나지 않은 광 신호와 패러데이 미러(FMIRROR)에서 반사된 광 신호를 시간적으로 분리하기 위한 것으로서, 통상적으로는 딜레이 라인(DL)보다 긴 시간 지연을 발생시키도록 설정될 수 있다. 또한, 광 신호가 스토리지 라인(SL)을 통해 이동하면서 발생하는 레일리 후방 산란(Rayleigh Backscattering)으로 인한 노이즈를 제거할 수 있다.

그 밖에 강도 변조기(intensity modulator)와 파장판(wave plate) 등과 같은 공지의 양자 통신용 소자를 모사하는 소자 블록이 추가적으로 제공될 수 있다.

시뮬레이션 장치(800)는, 전술된 단방향의 광 소자 블록과 양방향의 광 소자 블록 외에, 양자 통신 회로의 가상적인 모델링에 활용 가능한 제어 블록(PULSE CTRL) 및 모니터링 블록(scope)이 추가적인 소자 블록으로서 제공한다.

제어 블록(부호로 'PULSE CTRL'을 부여하기로 함)은 전술된 전기 소자(펄스 컨트롤러)를 지시하는 것으로서, 블록 연결선을 통해 다른 소자 블록에 연결되어, 연결된 다른 소자 블록을 제어하기 위한 전기 신호(예, 전압 펄스)를 발생시킨다. 제어 블록(PULSE CTRL)의 특성은 펄스 타입, 전기 신호 상한, 전기 신호 하한, 전기 신호 발생 타이밍, 펄스 폭, 펄스 간격 등에 대한 파라미터 설정을 통해 결정될 수 있다.

서큘레이터(CIR), 빔 스플리터(BS), 편광 빔 스플리터(PBS), 딜레이 라인(DL), 스토리지 라인(SL) 및 패러데이 미러(FMIRROR)는 제어 블록(PULSE CTRL)과의 연결없이 독립적으로 광 신호의 전달 경로를 구성할 수 있다. 물론, 빔 스플리터(BS) 등은 전기 신호에 따라 광 신호의 분배 비율을 변화시키도록 구현될 수도 있다. 광자 레이저(PHOTON LASER)와 광자 검출기(DET) 역시 제어 블록(PULSE CTRL)과의 연결없이 독립적으로 동작하거나, 또는 제어 블록(PULSE CTRL)으로부터의 전기 신호에 종속적으로 동작하도록 구현될 수 있다.

감쇄기(ATTN)에 연결된 제어 블록(PULSE CTRL)은 감쇄기(ATTN)에 의한 광 신호의 감쇄 시기나 감쇄율을 조절할 수 있다. 일 예로, 제어 블록(PULSE CTRL)이 감쇄기(ATTN)에 1V의 전기 신호를 출력하는 경우 감쇄기(ATTN)는 그에 입력되는 광 신호의 파워를 1dB만큼 감쇄시키고, 제어 블록(PULSE CTRL)이 감쇄기(ATTN)에 3V의 전기 신호를 출력하는 경우, 감쇄기(ATTN)는 그에 입력되는 광 신호의 파워를 10dB만큼 감쇄시킬 수 있다.

위상 변조기(PM)에 연결된 제어 블록(PULSE CTRL)은 위상 변조기(PM)에 의해 변조되는 위상 값을 조절할 수 있다. 일 예로, 제어 블록(PULSE CTRL)이 위상 변조기(PM)에 2.5V의 전기 신호를 출력하는 경우 위상 변조기(PM)는 그에 입력되는 광 신호의 위상을 90도만큼 변화시키고, 제어 블록(PULSE CTRL)이 위상 변조기(PM)에 5V의 전기 신호를 출력하는 경우, 위상 변조기(PM)는 그에 입력되는 광 신호의 위상을 180도만큼 변화시킬 수 있다.

모니터링 블록(부호로 'scope'을 부여하기로 함)은 블록 연결선을 통해 다른 소자 블록에 연결되어, 연결된 다른 소자 블록의 동작 정보(예, 파라미터 항목별 설정 값, 소자 블록별의 결과물을 대상으로 필요한 정보)를 확인(취득)한다.

모니터링 블록(scope)에서 확인되는 결과물이란 광자 검출기(DET)에서 검출되는 최종 결과(예, 광 신호 입력 여부, 입력 광 신호 크기 등) 뿐만 아니라, 시뮬레이션의 실행 중 또는 종료 후의 소자 블록별로 연관된 중간 결과(예, 광 신호 크기, 광 신호 위상 등)를 나타내는 것일 수 있다. 필요한 정보란, 최종 결과를 확인 후 해당 결과가 나오게 된 원인을 파악하기 위해 중간 결과를 확인하는 과정에서 사용하는 정보이다. 예를 들어, 광자 검출기(DET)에서 광 신호가 미검출된 것으로 결과물이 나온다면, 중간 결과로서 위상 변조기(PM)에 입력되거나 위상 변조기(PM)로부터 출력된 광 신호 위상 정보 등이 필요한 정보일 수 있다. 가상으로 모델링된 양자 통신 회로에 대한 시뮬레이션의 최종 결과를 광자 검출기(DET)를 통해 확인하지 않더라도, 중간 결과를 모니터링하여 특정 소자 블록에 입력 또는 출력되는 광 신호의 위상이 의도대로 수행되고 있는지 확인할 수 있다.

도 11은 도 9에 도시된 시뮬레이션 화면(900)의 작업 창(930)에 배치 가능한 다양한 블록 연결선을 예시한다.

도 11을 참조하면, 단방향 광 신호선은 광 신호를 단방향으로 전달하는 케이블을 모사한 것이다. 단방향 광 신호선은 한 쌍의 광 소자 블록 간의 연결에 사용된다. 단방향 광 신호선의 일단과 타단은 각각 광 신호의 시작점과 종료점을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 단방향 광 신호선의 시작점은 광자 레이저(PHOTON LASER) 등의 출력 포트에 연결되고, 단방향 광 신호선의 종료점은 광자 검출기(DET) 등의 입력 포트에 연결될 수 있다.

양방향 광 신호선은 광 신호를 양방향으로 전달하는 케이블을 모사한 것이다. 양방향 광 신호선은 단방향 광 신호선과 마찬가지로 한 쌍의 광 소자 블록 간의 연결에 사용된다. 단방향 광 신호선과는 달리, 양방향 광 신호선의 양 단은 입력용과 출력용 중 어느 하나로 제한되지 않으며, 양 단 각각은 입력과 출력의 겸용이다. 예를 들어, 빔 스플리터(BS)에 구비된 입출력 겸용의 포트들 중 하나와 편광 빔 스플리터(PBS)에 구비된 입출력 겸용의 포트들 중 하나는 양방향 광 신호선을 통해 상호 연결될 수 있다. 참고로, 양방향 광 신호선은 광자 레이저(PHOTON LASER)나 광자 검출기(DET)를 다른 양방향 광 소자 블록에 대한 연결용으로는 사용되지 않을 수 있다.

단방향 양자 채널은 단방향 광 신호선과 공통되게 한 쌍의 광 소자 블록 간의 연결에 사용된다. 단방향 양자 채널은 넓은 개념으로는 단방향 광 신호선의 일종이라고 할 수 있으며, 좁은 개념으로는 특수 목적(예, 송신측과 수신측 간의 연결)으로 사용되는 단방향 광 신호선이라고 할 수 있다.

양방향 양자 채널은 양방향 광 신호선과 공통되게 한 쌍의 광 소자 블록 간의 연결에 사용된다. 양방향 양자 채널과 양방향 광 신호선 간의 차이는, 단방향 양자 채널과 단방향 광 신호선 간의 차이와 공통될 수 있다.

단방향 양자 채널에 설정 가능한 파라미터 항목은 단방향 광 신호선에 설정 가능한 파라미터 항목을 기본적으로 포함하고, 도청자 유무, 도청 특징, 위상 오류 확률, 편광 오류 확률 등을 파라미터 항목을 추가적으로 포함할 수 있다. 도청자는 양자 통신 회로에서 송수신되는 정보에 대한 탈취를 시도하거나 정보 전송을 방해하려는 자를 의미한다. 사용자는 모델링하고자 하는 양자 통신 회로 내에서 도청자가 개입될 가능성이 있는 부분에 단방향 양자 채널 또는 양방향 양자 채널을 배치함으로써, 해당 부분에서의 도청자 유무에 따른 차이를 시뮬레이션 결과를 통해 사전 확인 가능하다. 도청자가 존재하는 것으로 설정된 경우 단방향 양자 채널 또는 양방향 양자 채널에서의 신호 세기나 위상이 변경될 수 있다. 반대로, 도청자가 부재하는 것으로 설정된다면 단방향 광 신호선이나 양방향 광 신호선과 동일 특성만이 모니터링될 수 있다. 참고로, 도청 특징은 단방향 양자 채널 또는 양방향 양자 채널을 통해 전송되는 광자를 탈취할 뿐인지 탈취 후 재전송을 하는 것인지 등 도청자의 동작 방식 또는 탈취하고자 하는 광자의 개수(예. 1개, 여러 개) 등의 도청 방식을 기술하는 용어이다.

단방향 전기 신호선은, 전기 신호가 전달되는 연결선을 모사한 것으로서, 한 쌍의 제어 블록(PULSE CTRL) 간 또는 전기 소자와 광 소자 블록 간의 전기 신호 연결에 사용된다.

양방향 전기 신호선은 단방향 전기 신호선과 공통되게 한 쌍의 제어 블록(PULSE CTRL) 간 또는 전기 소자와 광 소자 블록 간의 전기 신호 연결에 사용된다. 단방향 전기 신호선과는 대조적으로, 양방향 전기 신호선은 제어 블록(PULSE CTRL)으로부터 광 소자 블록으로 전기 신호를 전달하는 기능뿐만 아니라 광 소자 블록으로부터 제어 블록(PULSE CTRL)으로 전기 신호를 피드백하는 기능까지도 갖는다.

단방향 전기 신호선 또는 양방향 전기 신호선을 통해 제어 블록(PULSE CTRL)에 연결 가능한 광 소자 블록은 앞서 살펴본 감쇄기(ATTN)와 위상 변조기(PM)와 같이 그에 입력되는 전기 신호에 따라 특정 기능이나 동작을 실시하는 광 소자 블록으로 제한된다.

모니터링 신호선은, 실제 물리적 연결선을 모사하는 광 신호선, 양자 채널 및 전기 신호선과는 달리, 그에 연결된 다른 소자 블록의 동작 정보(예, 결과값, 파라미터 설정 값 등)를 모니터링 블록(scope)에 전달하는 용도로 사용되는 가상의 케이블을 나타낸다. 모니터링 신호선은 가상의 케이블이기 때문에 광 신호선, 양자 채널 및 전기 신호선과는 다르게 블록 타입에 관계없이 모든 소자 블록에 연결 가능하다.

도 11에서는 여러 종류의 화살표 기호를 활용하여, 각 블록 연결선이 다른 블록 연결선과는 시각적으로 구별되는 것으로 도시하였으나, 이는 하나의 예시에 불과하다. 즉, 화살표 대신 다른 기호가 블록 연결선을 지시하는 것으로 구현될 수도 있고, 도 11에 도시된 화살표와는 다른 스타일의 화살표가 블록 연결선을 지시하는 것으로 구현될 수도 있다. 또는, 작업 창(930) 내에 배치된 모든 블록 연결선이 동일 기호(예, 실선)로 표시되고, 사용자는 입력 장치(810)를 이용한 시뮬레이터 화면(900)에 대한 조작을 통해 각 블록 연결선의 종류와 특성을 설정할 수도 있다.

도 12는 도 9에 도시된 시뮬레이션 화면(900)의 작업 창(930)에 소자 블록을 배치하는 과정을 예시적으로 설명하는 데에 참조되는 도면이다.

도 9 내지 도 12를 참조하면, 제어부(833)는 제1 회로 모델링 요청 액션에 응답하여, 제1 선택 창(910)에서 선택된 소자 항목에 연관된 소자 블록이 작업 창(930) 내에 배치된 상태로 표시하도록 디스플레이부(821)를 제어한다.

제1 회로 모델링 요청 액션은 제1 선택 창(910)에 표시 중인 특정 소자 항목의 선택 및 선택된 특정 소자 항목에 연관된 소자 블록의 작업 창(930) 내 표시를 요청하는 입력 행위로서, 드래그 앤 드롭 및 더블 클릭 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 입력 장치(810)로서 제공된 마우스를 조작하여 제1 선택 창(910) 내 특정 소자 항목을 작업 창(930)으로의 드래그 앤 드롭하거나, 제1 선택 창(910) 내 특정 소자 항목을 더블 클릭하는 경우, 특정 소자 항목에 연관된 소자 블록이 작업 창(930)에 표시된다. 도 12에서는 제1 회로 모델링 요청 액션에 대한 응답으로서 복수의 소자 블록 중 하나인 광자 레이저(PHOTON LASER)가 최초로 작업 창(930)에 배치된 모습을 예시하였다.

제1 회로 모델링 요청 액션은 특정 소자 블록에 대한 소자 파라미터 설정을 더 포함할 수 있다. 소자 파라미터 설정은 작업 창(930)에 표시 중인 특정 소자 블록의 특성을 나타내는 것으로 사전 정의된 적어도 하나의 파라미터 항목의 값을 입력, 수정, 또는 제거하는 동작일 수 있다. 예컨대, 도 12에 도시된 바와 같이, 작업 창(930) 내 광자 레이저(PHOTON LASER)에 대한 소자 파라미터 설정 시, 광자 레이저(PHOTON LASER)에서 출력되는 광 신호의 특성을 나타내는 파라미터 항목(예, 피크 파워, 평균 파워, 펄스 폭, 펄스 간격, 위상, 편광 등)을 설정 가능한 편집 창(1210)이 팝업 표시될 수 있다.

양자 통신 회로의 가상적인 모델링 과정에서, 제1 회로 모델링 요청 액션은 시간차를 두고 다수 회 발생할 수 있으며, 제어부(833)는 제1 회로 모델링 요청 액션의 발생 시마다 새로운 소자 블록을 작업 창(930)에 추가 표시하거나 이미 표시 중인 소자 블록별 특성을 설정할 수 있다.

작업 창(930) 내에 동종의 소자 블록이 2 이상 배치되는 경우, 각 소자 블록을 동종의 다른 소자 블록과 구별 가능하도록 하는 추가적인 표식(예, _1, _2, _A, _B)이 자동 표시될 수 있다.

도 13은 도 9에 도시된 시뮬레이션 화면(900)의 작업 창(930)에 블록 연결선을 배치하는 과정을 예시적으로 설명하는 데에 참조되는 도면이다.

도 9 내지 도 13을 참조하면, 제어부(833)는 제2 회로 모델링 요청 액션에 응답하여, 제2 선택 창(920)에서 선택된 연결선 항목에 연관된 블록 연결선이 작업 창(930) 내에 배치된 상태로 표시하도록 디스플레이부(821)를 제어한다.

제2 회로 모델링 요청 액션은 제2 선택 창(920)에 표시 중인 특정 연결선 항목의 선택 및 선택된 특정 연결선 항목에 연관된 블록 연결선의 작업 창(930) 내 표시를 요청하는 입력 행위로서, 드래그 앤 드롭 및 더블 클릭 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 입력 장치(810)로서 제공된 마우스를 조작하여 제2 선택 창(920) 내 특정 연결선 항목을 작업 창(930)으로의 드래그 앤 드롭하거나, 제2 선택 창(920) 내 특정 연결선 항목을 더블 클릭하는 경우, 특정 연결선 항목에 연관된 블록 연결선이 작업 창(930)에 표시된다.

제2 회로 모델링 요청 액션은 특정 블록 연결선에 대한 연결 파라미터 설정을 더 포함할 수 있다. 연결 파라미터 설정은 작업 창(930)에 표시 중인 특정 블록 연결선의 특성을 나타내는 것으로 사전 정의된 적어도 하나의 파라미터 항목의 값을 입력, 수정, 또는 제거하는 동작일 수 있다. 예컨대, 도 13에 도시된 바와 같이, 작업 창(930) 내 양방향 광 신호선에 대한 연결 파라미터 설정 시, 광자 레이저(PHOTON LASER)에서 출력되는 광 신호의 특성을 나타내는 파라미터 항목(예, 피크 파워, 평균 파워, 펄스 폭, 펄스 간격, 위상, 편광 등)을 설정 가능한 편집 창(1310)이 팝업 표시될 수 있다.

양자 통신 회로의 가상적인 모델링 과정에서, 제2 회로 모델링 요청 액션은 시간차를 두고 다수 회 발생할 수 있으며, 제어부(833)는 제2 회로 모델링 요청 액션의 발생 시마다 새로운 블록 연결선을 작업 창(930)에 추가 표시하거나, 이미 표시 중인 블록 연결선별 특성 등을 변경할 수 있다.

제어부(833)는 제3 회로 모델링 요청 액션에 응답하여, 작업 창(930) 내에 배치된 복수의 블록 연결선 각각을 작업 창(930) 내에 배치된 복수의 소자 블록 중 어느 두 소자 블록 간에 연결되도록 표시할 수 있다. 제3 회로 모델링 요청 액션은 두 소자 블록 중 어느 하나로부터 다른 하나로의 드래그 앤 드롭을 포함할 수 있다. 도 13에서는 일련의 제2 및 제3 회로 모델링 요청 액션에 대한 응답으로서, 단방향 광 신호선이 작업 창(930)에 배치된 광자 레이저(PHOTON LASER)와 서큘레이터(CIR) 간에 연결되고, 양방향 광 신호선이 작업 창(930)에 배치된 서큘레이터(CIR)와 빔 스플리터(BS) 간에 연결된 모습을 예시하였다.

작업 창(930) 내에 배치된 복수의 소자 블록 중 적어도 한 쌍의 소자 블록은 작업 창(930) 내에 배치된 복수의 블록 연결선 중 어느 한 블록 연결선에 의해 광 신호의 양방향 전달이 가능하도록 상호 연결된다. 후술하겠지만, 임의의 두 소자 블록이 광 신호의 양방향 전달이 가능하도록 상호 연결된다는 것은, 두 소자 블록이 양방향 광 신호선이나 양방향 양자 채널로 연결된 상태를 의미한다.

도 14는 도 9에 도시된 시뮬레이션 화면(900)의 작업 창(930)에 가상으로 모델링된 양자 통신 회로의 일 예를 설명하는 데에 참조되는 도면이다.

도 14에 있어서, 작업 창(930)에 표시된 양자 통신 회로(1400)는 위상 코딩(Phase Coding)을 이용한 양방향(two-way) BB84 프로토콜이 가상으로 모델링된 것이다. BB84 프로토콜은 두 사용자(송신자와 수신자)가 양자를 이용해서 비밀키를 안전하게 공유하기 위해 널리 사용되고 있는 프로토콜이다.

양자 통신 회로(1400)에 있어서, 송신자에 연관된 부분(감쇄기(ATTN)부터 패러데이 미러(FMIRROR)까지)과 수신자에 연관된 부분(광자 레이저(PHOTON LASER)부터 편광 빔 스플리터(PBS)까지)은 양방향 양자 채널에 의해 연결된다.

양자 통신 회로(1400)에는 동종의 소자 블록으로서 2개의 위상 변조기(PM_A, PM_B)와 2개의 광자 검출기(DET1, DET2)를 포함하고 있다. 이 경우, 작업 창(930) 내에는 2개의 위상 변조기(PM)를 상호 구별 가능하도록 하는 표식(예, _A 및 _B)과 2개의 광자 검출기(DET)를 상호 구별 가능하도록 하는 표식(예, 1 및 2)이 자동 표시될 수 있다.

지금부터 양자 통신 회로(1400) 내에서의 광 신호의 전달 과정을 도 14를 참조하여 예시적으로 설명하도록 한다.

먼저, 광자 레이저(PHOTON LASER)는 단방향 광 신호선에 의해 서큘레이터(CIR)의 포트 1에 연결되어 있으며, 광자 레이저(PHOTON LASER)에 의해 생성된 광 신호(적어도 하나의 펄스열을 포함함)는 단방향 광 신호선을 통해 서큘레이터(CIR)의 포트 1로 입력된다. 참고로, 도 14에서와는 달리 광자 레이저(PHOTON LASER)와 서큘레이터(CIR)를 연결하는 단방향 광 신호선은 양방향 광 신호선으로 대체되어도 무방하다. 즉, 광자 레이저(PHOTON LASER)에 광 신호가 입력되더라도 광자 레이저(PHOTON LASER)의 동작에 영향을 미치지 않으므로, 광자 레이저(PHOTON LASER)를 양방향 광 신호선으로 서큘레이터(CIR)에 연결시키는 것이 가능하며, 이 경우 광자 레이저(PHOTON LASER)와 서큘레이터(CIR)를 연결하는 양방향 광 신호선은 실질적으로 단방향 광 신호선과 동일한 기능을 하게 된다.

서큘레이터(CIR)의 포트 1로 입력된 광 신호는 서큘레이터(CIR)의 포트 2로부터 출력되고, 양방향 광 신호선을 통해 빔 스플리터(BS)의 포트 1로 입력된다. 서큘레이터(CIR)의 포트 3은 단방향 광 신호선에 의해 광자 검출기(DET1)에 연결되어 있다.

빔 스플리터(BS)의 포트 1로 입력된 광 신호는 빔 스플리터(BS) 내부에서 일정 비율로 분할되어 포트 3 및 포트 4에서 출력된다. 이때, 빔 스플리터(BS)에 의해 분할된 광 신호는 빔 스플리터(BS)의 포트 3에서 출력되어 양방향 광 신호선을 통해 편광 빔 스플리터(PBS)의 포트 1에 입력된다. 이때, 편광 빔 스플리터(PBS)의 포트 1의 특성에 의해 광 신호의 H 편광만이 편광 빔 스플리터(PBS)의 포트 1에 입력될 수 있다. 빔 스플리터(BS)에 의해 분할된 광 신호는 빔 스플리터(BS)의 포트 4에서 출력되어 양방향 광 신호선을 통해 위상 변조기(PM_A)의 포트 1에 입력된다. 위상 변조기(PM_A)의 포트 1에 입력된 광 신호는 위상 변조기(PM_A)의 포트 2에서 출력되어 양방향 광 신호선을 통해 딜레이 라인(DL)의 포트 1에 입력된다. 딜레이 라인(DL)의 포트 1에 입력된 광 신호는 딜레이 라인(DL)의 포트 2에서 출력되어 양방향 광 신호선을 통해 편광 빔 스플리터(PBS)의 포트 2에 입력되며, 입력된 광 신호는 편광 빔 스플리터(PBS)의 포트 2의 특성에 의해 V 편광만이 편광 빔 스플리터(PBS)의 포트 2에 입력된다. 이 때, 빔 스플리터(BS)의 포트 3으로부터 편광 빔 스플리터(PBS)의 포트 1까지를 숏 패스(short-path)라고 칭하고, 빔 스플리터(BS)의 포트 4로부터 편광 빔 스플리터(PBS)의 포트 2까지를 롱 패스(long-path)라고 칭할 수 있다.

롱 패스를 통해 빔 스플리터(BS)의 포트 4에서 편광 빔 스플리터(PBS)의 포트 2로 광 신호가 전달될 때에 롱 패스에 위치하는 위상 변조기(PM_A)의 위상 변조 동작은 정지되도록 설정될 수 있다. 즉, 위상 변조기(PM_A) 내에서 미미하지만 소자 내 케이블 등에 의해 필수적으로 발생하는 고유의 위상 변화를 무시한다면, 위상 변조기(PM_A)의 포트 1에 입력된 광 신호와 포트 2에서 출력된 광 신호 간의 위상 차이는 없다. 숏 패스와는 달리 롱 패스를 지나는 광 신호에는 딜레이 라인(DL)에 의해 의도된 시간 지연이 발생됨으로써, 편광 빔 스플리터(PBS)의 포트 1에 입력되는 광 신호와 포트 2에 입력되는 광 신호는 시간상으로 분리된다.

편광 빔 스플리터(PBS)의 포트 1에는 입력되는 광 신호는 H 편광만 가지고, 편광 빔 스플리터(PBS)의 포트 2에 입력되는 광 신호는 V 편광만 갖는다. 편광 빔 스플리터(PBS)의 포트 1과 포트 2로 입력된 각각의 광 신호는 편광 빔 스플리터(PBS)의 포트 3에서 출력되어 그에 연결된 양방향 양자 채널을 지나 감쇄기(ATTN)의 포트 1에 입력된다.

감쇄기(ATTN)의 포트 1에 입력된 광 신호는 감쇄기(ATTN)의 포트 2에서 출력되어 양방향 광 신호선을 통해 위상 변조기(PM_B)의 포트 1에 입력된다. 위상 변조기(PM_B)의 포트 1에 입력된 광 신호는 위상 변조기(PM_B)의 포트 2에서 출력되어 양방향 광 신호선을 통해 스토리지 라인(SL)의 포트 1에 입력된다. 위상 변조기(PM_B)의 포트 1에서 포트 2로부터의 광 신호 전달 과정에서 위상 변조기(PM_B)의 위상 변조 동작은 정지되도록 설정될 수 있다. 즉, 위상 변조기(PM_B) 내에서 미미하지만 소자 내 케이블 등에 의해 필수적으로 발생하는 고유의 위상 변화를 무시한다면, 위상 변조기(PM_B)의 포트 1에 입력된 광 신호와 포트 2에서 출력된 광 신호 간의 위상 차이는 없다. 스토리지 라인(SL)의 포트 1에 입력된 광 신호는 스토리지 라인(SL)의 포트 2에서 출력되어 양방향 광 신호선을 통해 패러데이 미러(FMIRROR)에 입력된다.

패러데이 미러(FMIRROR)는 그에 입력된 광 신호의 편광 방향이 수직으로 변경되도록 반사한다. 패러데이 미러(FMIRROR)에서 반사된 광 신호는 스토리지 라인(SL)을 거쳐 위상 변조기(PM_B)의 포트 2로 입력된다. 이 때, 위상 변조기(PM_B)가 위상 변조 동작을 실시하여, 포트 2로 입력된 광 신호의 위상을 변조시켜, 이에 따라 광 신호에 대한 인코딩이 이루어진다. 이어서, 위상 변조기(PM_B)의 포트 2에서 감쇄기(ATTN)의 포트 2로 출력된 광 신호는 감쇄기(ATTN)에 의해 세기가 감쇄된 후 양방향 양자 채널을 통해 편광 빔 스플리터(PBS)의 포트 3으로 돌아간다.

편광 빔 스플리터(PBS)의 포트 3에 입력된 광 신호는 편광 빔 스플리터(PBS)의 포트 1 및 포트 2 중 적어도 하나로 출력된다. 편광 빔 스플리터(PBS)의 포트 1에서는 H 편광만 출력 가능하고, 편광 빔 스플리터(PBS)의 포트 2에서는 V 편광만 출력 가능하다. 전술한 대로 패러데이 미러(FMIRROR)에서의 반사 전후로 광 신호의 편광 방향이 수직하게 변했기 때문에, 숏 패스를 지나 편광 빔 스플리터(PBS)의 포트 3에서 출력되었던 광 신호의 H 편광은 패러데이 미러(FMIRROR)에 의해 V 편광으로 변경된 다음 편광 빔 스플리터(PBS)의 포트 3에 입력되어 포트 2에서 출력된다. 또한, 롱 패스를 지나 편광 빔 스플리터(PBS)의 포트 3에서 출력되었던 광 신호의 V 편광은 패러데이 미러(FMIRROR)에 의해 H 편광으로 변경된 다음 편광 빔 스플리터(PBS)의 포트 3에 입력되어 포트 1에서 출력된다.

다음으로, 편광 빔 스플리터(PBS)의 포트 1에서 출력되는 광 신호는 숏 패스를 통해 빔 스플리터(BS)의 포트 3에 입력되고, 편광 빔 스플리터(PBS)의 포트 2에서 출력되는 광 신호는 롱 패스를 통해 빔 스플리터(BS)의 포트 4에 입력된다. 여기서, 롱 패스를 통해 편광 빔 스플리터(PBS)의 포트 2에서 빔 스플리터(BS)의 포트 4로 광 신호가 지나갈 때, 위상 변조기(PM_A)에 의한 위상 변조 동작이 실시되어 광 신호의 위상이 변조된다.

빔 스플리터(BS)의 포트 3 및 포트 4 각각에 입력되는 광 신호는 빔 스플리터(BS)의 포트 1 및 포트 2로 출력된다. 빔 스플리터(BS)의 포트 2는 단방향 광 신호선에 의해 광자 검출기(DET2)에 연결되어 있으며, 이에 따라 빔 스플리터(BS)의 포트 2에서 출력된 광 신호는 광자 검출기(DET2)에 의해 검출된다. 빔 스플리터(BS)의 포트 1에서 출력된 광 신호는 양방향 광 신호선을 통해 서큘레이터(CIR)의 포트 2에 입력된다. 서큘레이터(CIR)의 포트 2에 입력된 광 신호는 서큘레이터(CIR)의 포트 3으로 출력된다. 서큘레이터(CIR)의 포트 3은 단방향 광 신호선에 의해 광자 검출기(DET1)에 연결되어 있으며, 이에 따라 서큘레이터(CIR)의 포트 3에서 출력된 광 신호는 광자 검출기(DET1)에 의해 검출된다. 참고로, 도 14에 도시된 바와는 달리, 서큘레이터(CIR)와 광자 검출기(DET1)를 연결하는 단방향 광 신호선 및/또는 빔 스플리터(BS)와 광자 검출기(DET2)를 연결하는 단방향 광 신호선은 양방향 광 신호선으로 대체되어도 무방하다.

제어부(833)는 시뮬레이션 요청 액션에 응답하여, 작업 창(930) 내에 배치된 복수의 소자 블록 및 복수의 블록 연결선에 의해 작업 창(930) 내에 가상으로 모델링된 양자 통신 회로(1400)에 대한 시뮬레이션을 실행할 수 있다. 시뮬레이션 요청 액션은, 시뮬레이션 화면(900)에 표시되는 실행 버튼(940)에 대한 클릭일 수 있다. 양자 통신 회로(1400)에 대한 시뮬레이션 실행 시, 도 14를 참조하여 전술된 광 신호의 전달 과정을 처리하는 연산 동작이 제어부(833)에 의해 수행될 수 있다.

앞서 살펴본 양방향(two-way) BB84 프로토콜을 가상으로 모델링한 양자 통신 회로에서는, 수신자 측에서 생성된 광 신호가 양방향 양자 채널을 통해 송신자 측에 전송되었다가 패러데이 미러(FMIRROR)에서 반사되어 빔 스플리터(BS)로 돌아온다. 빔 스플리터(BS)의 포트 3에서 출력된 후 포트 4로 돌아온 광 신호와 빔 스플리터(BS)의 포트 4에서 출력된 후 포트 3으로 돌아온 광 신호는 각각이 지나온 소자 블록들의 순서는 상이하지만, 각각이 지나온 소자 블록들과 총 경로 길이가 동일하다. 이 때문에, 광 신호의 상쇄 간섭과 보강 간섭을 수행하는 빔 스플리터(BS)의 입장에서 볼 때, 편광이 보정되는 효과가 있어 실제 구현이 용이하다는 장점이 있다. 즉, 광 신호선(양자 채널)의 길이와 온도 변화 차이, 각 소자 블록의 특성 등을 무시할 수 있다. 만약, 빔 스플리터(BS)의 포트 3에서 출력된 후 포트 4로 돌아오기까지의 경로와 빔 스플리터(BS)의 포트 4에서 출력된 후 포트 3으로 돌아오기까지의 경로 중간에 온도 변화가 발생한 경우 각 경로가 겪는 총 길이가 달라져서 빔 스플리터(BS)에 의해 상쇄/보강 간섭이 제대로 수행되지 않을 수 있다.

도 15는 도 14에 도시된 양자 통신 회로에 연관된 등가 회로 모델의 일 예를 설명하는 데에 참조되는 도면이고, 도 16은 도 14에 도시된 양자 통신 회로에 연관된 등가 회로 모델의 다른 예를 설명하는 데에 참조되는 도면이다.

도 15 및 도 16에 있어서, 광자 레이저(PHOTON LASER)로부터 패러데이 미러(FMIRROR)까지의 경로는 청색 연결선으로, 패러데이 미러(FMIRROR)에 반사되어 되돌아가는 역방향 경로는 적색 연결선으로, 빔 스플리터(BS)와 편광 빔 스플리터(PBS) 간의 숏 패스는 녹색 연결선으로 도시하였다.

제어부(833)는 회로 변환 요청 액션에 응답하여, 가상으로 모델링된 양자 통신 회로가 표시되는 작업 창(930)의 전체 영역 중 적어도 일부분인 대상 영역 내에서의 광 신호 전달 경로를, 단방향 형태로 표현하는 등가 회로 모델을 작업 창(930) 내에 표시할 수 있다. 여기서, 회로 변환 요청 액션은, 작업 창(930) 내 어느 한 지점으로부터 다른 지점까지의 드래그를 포함할 수 있고, 드래그의 시작점부터 종료점까지의 범위가 대상 영역으로 지정될 수 있다.

대상 영역은, 작업 창(930) 내에 배치된 복수의 소자 블록 중 적어도 둘 이상의 소자 블록을 커버하도록 회로 변환 요청 액션에 의해 지정된 범위일 수 있다. 대상 영역 내 적어도 한 쌍의 소자 블록은, 광 신호의 양방향 전달이 가능하도록 상호 연결된다. 대상 영역의 광 신호 전달 경로는, 대상 영역 내 어느 한 소자 블록을 시작점으로 다른 소자 블록을 종료점으로 한다.

만약, 대상 영역 내에 광 신호의 양방향 전달이 가능하도록 상호 연결된 적어도 두 소자 블록이 존재하지 않는 경우, 제어부(833)는 대상 영역의 재지정이 필요함을 나타내는 메시지를 출력하도록 디스플레이부(821)를 제어할 수 있다.

설명의 편의를 위해, 도 15 및 도 16에서는 양자 통신 회로(1400) 전체를 커버하는 영역이 대상 영역(도 14의 부호 '1410')으로 지정된 경우의 등가 회로 모델(1500, 1600)을 예시하였다.

도 15를 참조하면, 등가 회로 모델(1500)은, 도 14를 참조하여 설명된 양자 통신 회로(1400) 내에서의 광 신호 전달 경로를, 단방향 형태로 등가적으로 표현된 것이다. 상세하게는, 롱 패스의 딜레이 라인(DL)에 의해 발생되는 광 신호에 대한 시간 지연의 크기가 적정 수준으로 설정되어, 빔 스플리터(BS)의 포트 3에서 출력된 광 신호가 숏 패스를 통해 편광 빔 스플리터(PBS)로 입력된 다음 패러데이 미러(FMIRROR)에서 반사되어 편광 빔 스플리터(PBS)로 돌아오는 시점 전에, 빔 스플리터(BS)의 포트 4에서 출력된 광 신호가 롱 패스를 통해 편광 빔 스플리터(PBS)로 입력되는 경우, 양자 통신 회로(1400)는 등가 회로 모델(1500)과 같이 표현된다.

반면, 도 16을 참조하면, 등가 회로 모델(1600)은, 도 14를 참조하여 설명된 내용과는 상이한, 양자 통신 회로(1400) 내에서의 광 신호 전달 경로를 단방향 형태로 등가적으로 표현된 것이다. 상세하게는, 롱 패스의 딜레이 라인(DL)에 설정된 시간 지연의 크기가 과도한 경우, 빔 스플리터(BS)의 포트 3으로부터 편광 빔 스플리터(PBS)의 포트 1로의 광 신호의 입력 시점과 빔 스플리터(BS)의 포트 4로부터 편광 빔 스플리터(PBS)의 포트 2로의 광 신호의 입력 시점 간에는 큰 시간차가 존재하게 될 수 있다. 이로 인해, 빔 스플리터(BS)의 포트 4로부터 편광 빔 스플리터(PBS)의 포트 2로의 광 신호의 입력 시점에, 편광 빔 스플리터(PBS)의 포트 1에 입력되어 포트 3에서 출력되었던 광 신호가 패러데이 미러(FMIRROR)에서 반사되어 다시 편광 빔 스플리터(PBS)의 포트 3에 입력되는 상황이 발생할 수 있다. 즉, 롱 패스를 통해 편광 빔 스플리터(PBS)에 입력되는 광 신호가 그보다 앞서 숏 패스를 통해 편광 빔 스플리터(PBS)에 입력된 후 패러데이 미러(FMIRROR)에서 반사되어 되돌아오는 광 신호와 편광 빔 스플리터(PBS)에서 만나게 되는 것이다.

도 15의 등가 회로 모델(1500)과 도 16의 등가 회로 모델(1600)을 비교해보면, 단지 딜레이 라인(DL)에서의 지연 시간량의 변화만으로도 양자 통신 회로(1400) 내에서의 전체적인 광 신호 전달 경로가 크게 달라진다는 사실을 확인할 수 있다.

따라서 사용자 입장에서는 양자 통신 회로(1400)의 각 소자 블록과 각 블록 연결선의 특성은 물론 각 소자 블록에서의 광 신호의 전달 경로를 미리 파악하고 있지 않고서는 등가 회로 모델(1500, 1600)을 자신이 직접 모델링하는 것이 불가능하다.

이에 비해, 본 발명에 따른 시뮬레이션 장치(800)에 의하면, 사용자가 등가 회로 모델(1500, 1600)을 직접 모델링하는 대신, 양방향 신호 경로를 포함하는 양자 통신 회로(1400)를 가상으로 모델링된 상태에서 회로 변환 요청 액션을 입력하는 것만으로도, 양자 통신 회로(1400)의 전체 또는 일부분을 자동으로 등가 회로 모델(1500, 1600)로 변환하여 사용자에게 제공하는 기능을 갖고 있다. 이에 따라, 사용자는 양자 통신 회로(1400)에 대한 가상적인 모델링이 완료된 후 또는 모델링하는 중에 필요 시마다 등가 회로 모델을 확인함으로써, 양자 통신 회로(1400)의 모델링을 제대로 수행하고 있는지 스스로 용이하게 점검하고 모델링 완료 전에 수정 기회를 가질 수 있다는 장점이 있다.

도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 양자 통신 회로의 시뮬레이션 방법을 예시적으로 나타낸 순서도이다.

도 17을 참조하면, 단계 S1710에서, 제어부(833)는 제1 선택 창(910), 제2 선택 창(920) 및 작업 창(930)을 포함하는 시뮬레이션 화면(900)의 표시 명령을 인터페이스부(831)를 통해 디스플레이부(821)에 출력한다. 이에 따라, 시뮬레이션 화면(900)이 디스플레이부(821) 상에 표시된다.

단계 S1720에서, 제어부(833)는 입출력 인터페이스부(831)를 통해 입력 장치(810)로부터의 회로 모델링 요청 액션을 수신 여부를 판정한다. 단계 S1720의 값이 "아니오"인 경우 단계 S1720은 반복될 수 있다. 단계 S1720의 값이 "예"인 경우 단계 S1730으로 진행된다.

단계 S1730에서, 제어부(833)는 단계 S1720에서 입력된 회로 모델링 요청 액션에 응답하여, 회로 모델링 요청 액션별로 대응되도록 시뮬레이션 화면(900)에 연관된 기능을 실행시킨다. 이에 따라, 작업 창(930) 내에 양자 통신 회로(1400)에 대한 가상적인 모델링의 진행 과정이 표시된다.

상세하게는, 제어부(833)는 제1 회로 모델링 요청 액션에 응답하여, 제1 선택 창(910)에서 선택된 소자 항목에 연관된 소자 블록을 작업 창(930) 내에 배치한다. 제어부(833)는 제2 회로 모델링 요청 액션에 응답하여, 제2 선택 창(920)에서 선택된 연결선 항목에 연관된 블록 연결선을 작업 창(930) 내에 배치한다. 제어부(833)는 제3 회로 모델링 요청 액션에 응답하여, 작업 창(930) 내에 배치된 복수의 블록 연결선 각각을 작업 창(930) 내에 배치된 복수의 소자 블록 중 어느 두 소자 블록 간에 연결한다. 이때, 작업 창(930) 내에 배치된 복수의 소자 블록 중 적어도 한 쌍의 소자 블록은 작업 창(930) 내에 배치된 것으로서 제3 회로 모델링 요청 액션에 의해 지정된 어느 한 블록 연결선에 의해 광 신호의 양방향 전달이 가능하도록 상호 연결될 수 있다.

이에 따르면, 양자 통신 회로(1400)의 모델링에 사용 가능한 복수의 소자 블록과 복수의 블록 연결선 간의 배치 순서에는 특별한 제약이 없다. 예컨대, 복수의 소자 블록을 먼저 배치한 다음 블록 연결선을 배치하거나, 복수의 블록 연결선을 먼저 배치한 다음 소자 블록을 배치하거나, 또는 소자 블록과 블록 연결선을 교대로 배치하면서 양자 통신 회로(1400)의 모델링을 진행할 수 있다.

단계 S1720과 S1730이 적어도 3회 이상 반복 실시됨에 따라, 작업 창(930) 내에는 양자 통신 회로(1400)가 점차 구축되어 간다.

단계 S1740에서, 제어부(833)는 작업 창(930) 내에 가상적으로 모델링된 양자 통신 회로(1400)에 대한 시뮬레이션 요청 액션의 수신 여부를 판정한다. 단계 S1740의 값이 "아니오"인 경우 단계 S1720으로 회귀한다.

단계 S1750에서, 제어부(833)는 양자 통신 회로(1400)에 대한 시뮬레이션을 실행한다. 제어부(833)는 양자 통신 회로(1400)에 대한 시뮬레이션의 실행 결과를 통지하는 결과 메시지를 시뮬레이션 화면(900)의 적어도 일 부분에 표시하도록 디스플레이부(821)를 제어할 수 있다.

본 발명에 따른 시뮬레이션 방법은 단계 S1760과 단계 S1770을 더 포함할 수 있다.

단계 S1760에서, 제어부(833)는 양자 통신 회로(1400)에 대한 회로 변환 요청 액션의 수신 여부를 판정한다. 단계 S1760의 값이 "아니오"인 경우 단계 S1760이 반복될 수 있다. 단계 S1760의 값이 "예"인 경우 단계 S1770으로 진행된다.

단계 S1770에서, 제어부(833)는 단계 S1760에서 수신된 회로 변환 요청 액션에 응답하여, 양자 통신 회로(1400)의 적어도 일 부분을 커버하도록 지정된 대상 영역(1410) 내에서의 광 신호 전달 경로를, 단방향 형태로 표현하는 등가 회로 모델(1500, 1600)을 작업 창(930) 내에 표시한다.

본 발명에 따른 시뮬레이션 방법은 회로 구성 정보를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다. 회로 구성 정보는 시뮬레이터 화면(900)에 배치된 소자 블록별 정보, 소자 블록 간 연결 정보 및/또는 각 소자 블록의 파라미터 설정 정보를 포함한다. 제어부(833)는 작업 창(900)에 모델링된 양자 통신 회로(1400)의 회로 구성 정보를 파악한 후 파악된 회로 구성 정보를 사용자에 예상되는 결과물 또는 해당 시점에서의 신호 흐름/특성/타이밍 등의 정보를 시뮬레이션 화면(900)을 통해 사용자에게 제공할 수 있다. 제어부(833)는 소자 블록이나 블록 연결선을 작업 창(930)에 배치 시, 소자 블록이나 블록 연결선에 대한 파라미터 설정 시 및/또는 양자 통신 회로(1400)의 모델링 완료 시에 자동으로 회로 구성 정보를 파악할 수도 있고, 입출력 인터페이스부(831)로부터의 회로 구성 정보 요청 액션을 수신한 것을 조건으로 회로 구성 정보를 파악할 수 있다.

사용자는 시뮬레이션 화면(900)에 표시된 회로 구성 정보를 확인 후 각 소자 블록 및/또는 각 블록 연결선의 회로 구성(파라미터 설정 값 등)을 수정/변경할 수 있다.

사용자 확인 단계에서는 사용자가 A라는 결과물을 예상하고 B라는 파라미터를 입력한 경우, 회로 구성 정보 파악을 통해 예측되는 결과물은 C라는 것을 사용자에 알려줄 수 있으며, 사용자는 C 결과물을 분석하여 A 결과물 도출을 위해 소자 변경, 소자간 연결 변경, 소자 파라미터 값 변경 등을 수행할 수 있다.

본 명세서에 첨부된 도면에 도시된 블록도와 순서도에 포함된 본 발명의 기술적 특징을 실행하는 구성들은 상기 구성들 사이의 논리적인 경계를 의미한다. 그러나 소프트웨어나 하드웨어의 실시 예에 따르면, 도시된 구성들과 그 기능들은 독립형 소프트웨어 모듈, 모놀리식 소프트웨어 구조, 코드, 서비스 및 이들을 조합한 형태로 실행되며, 저장된 프로그램 코드, 명령어 등을 실행할 수 있는 프로세서를 구비한 컴퓨터에서 실행 가능한 매체에 저장되어 그 기능들이 구현될 수 있으므로 이러한 모든 실시 예 역시 본 발명의 권리범위 내에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

따라서 첨부된 도면과 그에 대한 기술은 본 발명의 기술적 특징을 설명하기는 하나, 이러한 기술적 특징을 구현하기 위한 소프트웨어의 특정 배열이 분명하게 언급되지 않는 한, 단순히 추론되어서는 안 된다. 즉, 이상에서 기술한 다양한 실시 예들이 존재할 수 있으며, 그러한 실시 예들이 본 발명과 동일한 기술적 특징을 보유하면서 일부 변형될 수 있으므로, 이 역시 본 발명의 권리범위 내에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

또한, 순서도의 경우 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 가장 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 것으로서, 도시된 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 반드시 실행되어야 한다거나 모든 도시된 동작들이 반드시 실행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정한 경우, 멀티 태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 아울러, 이상에서 기술한 실시형태의 다양한 시스템 컴포넌트의 분리는 그러한 분리를 모든 실시형태에서 요구하는 것으로 이해되어서는 안되며, 설명한 프로그램 컴포넌트와 시스템들은 일반적으로 단일의 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다중 소프트웨어 제품에 패키징될 수 있다는 점을 이해하여야 한다.

800: 시뮬레이션 장치
810: 입력 장치 820: 출력 장치
830: 처리 장치 831: 입출력 인터페이스부
832: 메모리부 833: 제어부

Claims

양자 통신 회로를 가상적으로 시뮬레이션하기 위한 방법에 있어서,
제1 선택 창, 제2 선택 창 및 작업 창을 포함하는 시뮬레이션 화면을 디스플레이부에 표시하는 단계로서, 상기 제1 선택 창은 상기 양자 통신 회로의 모델링에 사용 가능한 복수의 소자 블록에 일대일 연관된 복수의 소자 항목이 표시되는 영역이고, 상기 제2 선택 창은 상기 양자 통신 회로의 모델링에 사용 가능한 복수의 블록 연결선에 일대일 연관된 복수의 연결선 항목이 표시되는 영역인 단계;
제1 회로 모델링 요청 액션에 응답하여, 상기 제1 선택 창에서 선택된 소자 항목에 연관된 소자 블록을 상기 작업 창 내에 배치하는 단계;
제2 회로 모델링 요청 액션에 응답하여, 상기 제2 선택 창에서 선택된 연결선 항목에 연관된 블록 연결선을 상기 작업 창 내에 배치하는 단계;
제3 회로 모델링 요청 액션에 응답하여, 상기 작업 창 내에 배치된 각 블록 연결선을 상기 작업 창 내에 배치된 복수의 소자 블록 중 어느 두 소자 블록 간에 연결하는 단계로서, 상기 작업 창 내에 배치된 상기 복수의 소자 블록 중 적어도 한 쌍의 소자 블록은 상기 작업 창 내에 배치된 어느 한 블록 연결선에 의해 광 신호의 양방향 전달이 가능하도록 상호 연결되는 단계; 및
시뮬레이션 요청 액션에 응답하여, 상기 작업 창 내에 배치된 상기 복수의 소자 블록 및 상기 복수의 블록 연결선에 의해 상기 작업 창 내에 가상으로 모델링된 양자 통신 회로에 대한 시뮬레이션을 실행하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 양자 통신 회로를 가상적으로 시뮬레이션하기 위한 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 회로 모델링 요청 액션은,
상기 제1 선택 창으로부터 상기 작업 창으로의 드래그 앤 드롭 및 상기 제1 선택 창 내에서의 더블 클릭 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 제2 회로 모델링 요청 액션은,
상기 제2 선택 창으로부터 상기 작업 창으로의 드래그 앤 드롭 및 상기 제2 선택 창 내에서의 더블 클릭 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 양자 통신 회로를 가상적으로 시뮬레이션하기 위한 방법.
제2항에 있어서,
상기 제1 회로 모델링 요청 액션은,
상기 작업 창 내에 배치된 각 소자 블록에 대한 소자 파라미터 설정을 더 포함하고,
상기 제2 회로 모델링 요청 액션은,
상기 작업 창 내에 배치된 각 블록 연결선에 대한 연결 파라미터 설정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 양자 통신 회로를 가상적으로 시뮬레이션하기 위한 방법.
제1항에 있어서,
상기 복수의 소자 블록은,
광자 레이저(photon laser);
광자 검출기(photon detector);
감쇠기(attenuator), 빔 스플리터(beam splitter), 서큘레이터(circulator), 딜레이 라인(delay line), 패러데이 미러(faraday mirror), 편광 빔 스플리터(polarization beam splitter), 위상 변조기(phase modulator), 스토리지 라인(Storage Line), 강도 변조기(intensity modulator), 및 파장판(wave plate) 중 적어도 하나;
연결된 다른 소자 블록을 제어하기 위한 전기 신호를 발생시키는 제어 블록; 및
연결된 다른 소자 블록의 동작 정보를 취득하는 모니터링 블록;
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 양자 통신 회로를 가상적으로 시뮬레이션하기 위한 방법.
제1항에 있어서,
상기 복수의 블록 연결선은,
단방향 광 신호선, 양방향 광 신호선, 단방향 양자 채널, 양방향 양자 채널, 단방향 전기 신호선, 양방향 전기 신호선 및 모니터링 신호선을 포함하는 것을 특징으로 하는, 양자 통신 회로를 가상적으로 시뮬레이션하기 위한 방법.
제1항에 있어서,
회로 변환 요청 액션에 응답하여, 상기 작업 창의 전체 영역 중 적어도 일부분인 대상 영역 내에서의 광 신호 전달 경로를, 단방향 형태로 표현하는 등가 회로 모델을 상기 작업 창 내에 표시하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 양자 통신 회로를 가상적으로 시뮬레이션하기 위한 방법.
제6항에 있어서,
상기 회로 변환 요청 액션은,
상기 작업 창 내 어느 한 지점으로부터 다른 지점까지의 드래그를 포함하는 것을 특징으로 하는, 양자 통신 회로를 가상적으로 시뮬레이션하기 위한 방법.
제6항에 있어서,
상기 대상 영역은, 상기 작업 창 내에 배치된 상기 복수의 소자 블록 중 적어도 둘 이상의 소자 블록을 커버하고,
상기 대상 영역 내 적어도 한 쌍의 소자 블록은, 광 신호의 양방향 전달이 가능하도록 상호 연결되고,
상기 광 신호 전달 경로는, 상기 대상 영역 내 어느 한 소자 블록을 시작점으로 다른 소자 블록을 종료점으로 하는 것을 특징으로 하는, 양자 통신 회로를 가상적으로 시뮬레이션하기 위한 방법.
양자 통신 회로를 가상적으로 시뮬레이션하기 위한 장치에 있어서,
제1 선택 창, 제2 선택 창 및 작업 창을 포함하는 시뮬레이션 화면을 디스플레이부에 표시하도록 구성되되, 상기 제1 선택 창은 상기 양자 통신 회로의 모델링에 사용 가능한 복수의 소자 블록에 일대일 연관된 복수의 소자 항목이 표시되는 영역이고, 상기 제2 선택 창은 상기 양자 통신 회로의 모델링에 사용 가능한 복수의 블록 연결선에 일대일 연관된 복수의 연결선 항목이 표시되는 영역인 출력 장치;
제1 회로 모델링 요청 액션, 제2 회로 모델링 요청 액션, 제3 회로 모델링 요청 액션 및 시뮬레이션 요청 액션을 입력받는 입력 장치; 및
상기 출력 장치 및 상기 입력 장치에 동작 가능하게 결합되는 처리 장치를 포함하고,
상기 처리 장치는,
상기 제1 회로 모델링 요청 액션에 응답하여, 상기 제1 선택 창에서 선택된 소자 항목에 연관된 소자 블록을 상기 작업 창 내에 배치하고,
상기 제2 회로 모델링 요청 액션에 응답하여, 상기 제2 선택 창에서 선택된 연결선 항목에 연관된 블록 연결선을 상기 작업 창 내에 배치하고,
상기 제3 회로 모델링 요청 액션에 응답하여, 상기 작업 창 내에 배치된 각 블록 연결선을 상기 작업 창 내에 배치된 복수의 소자 블록 중 어느 두 소자 블록 간에 연결하되, 상기 작업 창 내에 배치된 상기 복수의 소자 블록 중 적어도 한 쌍의 소자 블록은 상기 작업 창 내에 배치된 어느 한 블록 연결선에 의해 광 신호의 양방향 전달이 가능하도록 상호 연결되는 것이고,
상기 시뮬레이션 요청 액션에 응답하여, 상기 작업 창 내에 배치된 상기 복수의 소자 블록 및 상기 복수의 블록 연결선에 의해 상기 작업 창 내에 가상으로 모델링된 양자 통신 회로에 대한 시뮬레이션을 실행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 양자 통신 회로를 가상적으로 시뮬레이션하기 위한 장치.