KR20240066256A - 선형 광학 기반 고속 벨 상태 분석 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 명세서에서는 양자 암호 통신 시스템에서, 장치에 의해 수행되는, 제1 상태, 제2 상태 또는 제3 상태를 포함하는 벨 상태를 판단하는 방법에 있어서, 적어도 하나의 다른 장치와 이니셜 액세스 동작을 수행하고, 상기 적어도 하나의 다른 장치로부터 두 개의 광자들을 수신하고, 상기 두 개의 광자들에 대해 빔 스플리터에 의한 분기 결과에 기반하여 상기 제1 상태인지 여부를 판단하되, 상기 빔 스플리터에서 분기된 펄스는 제1 편광 빔 스플리터에 의해 편광 상태에 따른 지연 시간이 적용되고, 상기 두 개의 광자들에 대해 상기 지연 시간에 의해 유발되는 검출 시간 차에 기반하여 상기 제2 상태인지 여부를 판단하되, 상기 제1 편광 빔 스플리터에 의해 분기된 펄스는 반파장판, 제2 편광 빔 스플리터 및 편광 정렬 모듈에 의해 간섭이 이루어지고 및 상기 두 개의 광자들에 대해 상기 간섭의 결과에 기반하여 상기 제3 상태인지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다.

Description

선형 광학 기반 고속 벨 상태 분석 방법 및 장치

본 명세서는 양자 통신 시스템에 관련된다.

퀀텀 컴퓨터의 등장으로 인해, 기존 수학적 복잡도 기반의 암호 체계(예컨대, RSA, AES 등)에 대해 해킹이 가능하게 되었다. 해킹에 대한 방지를 위해, 양자 암호 통신이 제안되고 있다.

한편, 본 명세서는 양자 통신(quantum communication) 시스템에서 두 양자 얽힘 상태를 식별하기 위한 벨 상태 분석(Bell state analysis) 또는 벨 상태 측정(Bell state measurement) 기법을 제안한다.

본 명세서의 일 실시예에 따르면, 두 개의 광자들에 대해 빔 스플리터에 의한 분기 결과에 기반하여 상기 제1 상태인지 여부를 판단하되, 상기 빔 스플리터에서 분기된 펄스는 제1 편광 빔 스플리터에 의해 편광 상태에 따른 지연 시간이 적용되고, 상기 두 개의 광자들에 대해 상기 지연 시간에 의해 유발되는 검출 시간 차에 기반하여 상기 제2 상태인지 여부를 판단하되, 상기 제1 편광 빔 스플리터에 의해 분기된 펄스는 반파장판, 제2 편광 빔 스플리터 및 편광 정렬 모듈에 의해 간섭이 이루어지고 및 상기 두 개의 광자들에 대해 상기 간섭의 결과에 기반하여 상기 제3 상태인지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 방법이 제공될 수 있다.

본 명세서에 따르면, 하나의 얽힘 쌍에 대하여 종래 기술 대비 단위 시간당 더 많은 비트 정보량을 획득할 수 있다.

본 명세서의 구체적인 일례를 통해 얻을 수 있는 효과는 이상에서 나열된 효과로 제한되지 않는다. 예를 들어, 관련된 기술분야의 통상의 지식을 자긴 자(a person having ordinary skill in the related art)가 본 명세서로부터 이해하거나 유도할 수 있는 다양한 기술적 효과가 존재할 수 있다. 이에 따라 본 명세서의 구체적인 효과는 본 명세서에 명시적으로 기재된 것에 제한되지 않고, 본 명세서의 기술적 특징으로부터 이해되거나 유도될 수 있는 다양한 효과를 포함할 수 있다.

도 1은 NR이 적용되는 차세대 무선 접속 네트워크(New Generation Radio Access Network: NG-RAN)의 시스템 구조를 예시한다.
도 2는 본 명세서의 기술적 특징이 적용될 수 있는 5G 사용 시나리오의 예를 나타낸다.
도 3은 6G 시스템에서 제공 가능한 통신 구조의 일례를 나타낸 도이다.
도 4는 양자 암호 통신의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 밸 상태 생성을 위한 양자회로의 일례를 도시한 것이다.
도 6은 벨 상태 측정 회로의 일례를 도시한 것이다.
도 7은 양자 순간 이동 시스템의 일례를 도시한 것이다.
도 8은 얽힘 교환의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 9는 초고밀도 코딩 프로토콜의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.
도 10은 측정 준비 방식 기반의 양자 키 분배 프로토콜의 일례를 도시한 것이다.
도 11은 측정 장치 독립 양자 키 분배 프로토콜의 일례를 도시한 것이다.
도 12는 본 명세서의 일 실시예에 따른, 벨 상태를 판단하는 방법의 순서도다.
도 13은 단위 시간 당 성공률이 향상된 선형 광학 벨 상태 측정 장치의 일례를 도시한 것이다.
도 14는 본 명세서를 기반으로 하는 벨 상태 측정 기법과 종래 기술의 처리 지연 및 처리율을 도시한 것이다.
도 15는 본 명세서의 일 실시예에 따른, 단말 관점에서의 벨 상태를 판단하는 방법의 순서도다.
도 16은 본 명세서의 일 실시예에 따른, 단말 관점에서의 벨 상태를 판단하는 장치의 일례에 대한 블록도다.
도 17은 본 명세서의 일 실시예에 따른, 기지국 관점에서의 벨 상태를 판단하는 방법의 순서도다.
도 18은 본 명세서의 일 실시예에 따른, 기지국 관점에서의 벨 상태를 판단하는 장치의 일례에 대한 블록도다.
도 19는 본 명세서에 적용되는 통신 시스템(1)을 예시한다.
도 20은 본 명세서에 적용될 수 있는 무선 기기를 예시한다.
도 21은 본 명세서에 적용될 수 있는 무선 기기의 다른 예를 도시한다.

본 명세서에서 "A 또는 B(A or B)"는 "오직 A", "오직 B" 또는 "A와 B 모두"를 의미할 수 있다. 달리 표현하면, 본 명세서에서 "A 또는 B(A or B)"는 "A 및/또는 B(A and/or B)"으로 해석될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에서 "A, B 또는 C(A, B or C)"는 "오직 A", "오직 B", "오직 C", 또는 "A, B 및 C의 임의의 모든 조합(any combination of A, B and C)"를 의미할 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 슬래쉬(/)나 쉼표(comma)는 "및/또는(and/or)"을 의미할 수 있다. 예를 들어, "A/B"는 "A 및/또는 B"를 의미할 수 있다. 이에 따라 "A/B"는 "오직 A", "오직 B", 또는 "A와 B 모두"를 의미할 수 있다. 예를 들어, "A, B, C"는 "A, B 또는 C"를 의미할 수 있다.

본 명세서에서 "적어도 하나의 A 및 B(at least one of A and B)"는, "오직 A", "오직 B" 또는 "A와 B 모두"를 의미할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 "적어도 하나의 A 또는 B(at least one of A or B)"나 "적어도 하나의 A 및/또는 B(at least one of A and/or B)"라는 표현은 "적어도 하나의 A 및 B(at least one of A and B)"와 동일하게 해석될 수 있다.

또한, 본 명세서에서 "적어도 하나의 A, B 및 C(at least one of A, B and C)"는, "오직 A", "오직 B", "오직 C", 또는 "A, B 및 C의 임의의 모든 조합(any combination of A, B and C)"를 의미할 수 있다. 또한, "적어도 하나의 A, B 또는 C(at least one of A, B or C)"나 "적어도 하나의 A, B 및/또는 C(at least one of A, B and/or C)"는 "적어도 하나의 A, B 및 C(at least one of A, B and C)"를 의미할 수 있다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 괄호는 "예를 들어(for example)"를 의미할 수 있다. 구체적으로, "제어 정보(PDCCH)"로 표시된 경우, "제어 정보"의 일례로 "PDCCH"가 제안된 것일 수 있다. 달리 표현하면 본 명세서의 "제어 정보"는 "PDCCH"로 제한(limit)되지 않고, "PDDCH"가 "제어 정보"의 일례로 제안될 것일 수 있다. 또한, "제어 정보(즉, PDCCH)"로 표시된 경우에도, "제어 정보"의 일례로 "PDCCH"가 제안된 것일 수 있다.

본 명세서에서 하나의 도면 내에서 개별적으로 설명되는 기술적 특징은, 개별적으로 구현될 수도 있고, 동시에 구현될 수도 있다.

이하, 새로운 무선 접속 기술(new radio access technology: new RAT, NR)에 대해 설명한다.

더욱 많은 통신 기기들이 더욱 큰 통신 용량을 요구하게 됨에 따라 기존의 무선 접속 기술(radio access technology; RAT)에 비해 향상된 모바일 브로드밴드(mobile broadband) 통신에 대한 필요성이 대두되고 있다. 또한 다수의 기기 및 사물들을 연결하여 언제 어디서나 다양한 서비스를 제공하는 매시브 MTC (massive Machine Type Communications) 역시 차세대 통신에서 고려될 주요 이슈 중 하나이다. 뿐만 아니라 신뢰도(reliability) 및 지연(latency)에 민감한 서비스/단말을 고려한 통신 시스템 디자인이 논의되고 있다. 이와 같이 확장된 모바일 브로드밴드 커뮤니케이션(enhanced mobile broadband communication), massive MTC, URLLC (Ultra-Reliable and Low Latency Communication) 등을 고려한 차세대 무선 접속 기술의 도입이 논의되고 있으며, 본 명세서에서는 편의상 해당 기술(technology)을 new RAT 또는 NR이라고 부른다.

도 1은 NR이 적용되는 차세대 무선 접속 네트워크(New Generation Radio Access Network: NG-RAN)의 시스템 구조를 예시한다.

도 1을 참조하면, NG-RAN은, 단말에게 사용자 평면 및 제어 평면 프로토콜 종단(termination)을 제공하는 gNB 및/또는 eNB를 포함할 수 있다. 도 1에서는 gNB만을 포함하는 경우를 예시한다. gNB 및 eNB는 상호 간에 Xn 인터페이스로 연결되어 있다. gNB 및 eNB는 5세대 코어 네트워크(5G Core Network: 5GC)와 NG 인터페이스를 통해 연결되어 있다. 보다 구체적으로, AMF(access and mobility management function)과는 NG-C 인터페이스를 통해 연결되고, UPF(user plane function)과는 NG-U 인터페이스를 통해 연결된다.

도 2는 본 명세서의 기술적 특징이 적용될 수 있는 5G 사용 시나리오의 예를 나타낸다. 도 2에 도시된 5G 사용 시나리오는 단지 예시적인 것이며, 본 명세서의 기술적 특징은 도 2에 도시되지 않은 다른 5G 사용 시나리오에도 적용될 수 있다.

도 2을 참조하면, 5G의 세 가지 주요 요구 사항 영역은 (1) 개선된 모바일 광대역(eMBB; enhanced mobile broadband) 영역, (2) 다량의 머신 타입 통신(mMTC; massive machine type communication) 영역 및 (3) 초-신뢰 및 저 지연 통신(URLLC; ultra-reliable and low latency communications) 영역을 포함한다. 일부 사용 예는 최적화를 위해 다수의 영역을 요구할 수 있고, 다른 사용 예는 단지 하나의 핵심 성능 지표(KPI; key performance indicator)에만 포커싱 할 수 있다. 5G는 이러한 다양한 사용 예들을 유연하고 신뢰할 수 있는 방법으로 지원하는 것이다.

이하, 본 명세서의 실시예에 적용될 수 있는 차세대 통신(예컨대, 6G)의 예시들에 대해 설명하도록 한다.

<6G 시스템 일반>

6G (무선통신) 시스템은 (i) 디바이스 당 매우 높은 데이터 속도, (ii) 매우 많은 수의 연결된 디바이스들, (iii) 글로벌 연결성(global connectivity), (iv) 매우 낮은 지연, (v) 배터리-프리(battery-free) IoT 디바이스들의 에너지 소비를 낮추고, (vi) 초고신뢰성 연결, (vii) 머신 러닝 능력을 가지는 연결된 지능 등에 목적이 있다. 6G 시스템의 비젼은 intelligent connectivity, deep connectivity, holographic connectivity, ubiquitous connectivity와 같은 4가지 측면일 수 있으며, 6G 시스템은 아래 표 1과 같은 요구 사항을 만족시킬 수 있다. 즉, 표 1은 6G 시스템의 요구 사항의 일례를 나타낸 표이다.

Per device peak data rate	1 Tbps
E2E latency	1 ms
Maximum spectral efficiency	100bps/Hz
Mobility support	Up to 1000km/hr
Satellite integration	Fully
AI	Fully
Autonomous vehicle	Fully
XR	Fully
Haptic Communication	Fully

6G 시스템은 Enhanced mobile broadband (eMBB), Ultra-reliable low latency communications (URLLC), massive machine-type communication (mMTC), AI integrated communication, Tactile internet, High throughput, High network capacity, High energy efficiency, Low backhaul and access network congestion, Enhanced data security와 같은 핵심 요소(key factor)들을 가질 수 있다.

도 3은 6G 시스템에서 제공 가능한 통신 구조의 일례를 나타낸 도이다.

6G 시스템은 5G 무선통신 시스템보다 50배 더 높은 동시 무선통신 연결성을 가질 것으로 예상된다. 5G의 key feature인 URLLC는 6G 통신에서 1ms보다 적은 단-대-단(end-to-end) 지연을 제공함으로써 보다 더 주요한 기술이 될 것이다. 6G 시스템은 자주 사용되는 영역 스펙트럼 효율과 달리 체적 스펙트럼 효율이 훨씬 우수할 것이다. 6G 시스템은 매우 긴 배터리 수명과 에너지 수확을 위한 고급 배터리 기술을 제공할 수 있어, 6G 시스템에서 모바일 디바이스들은 별도로 충전될 필요가 없을 것이다. 6G에서 새로운 네트워크 특성들은 다음과 같을 수 있다.

- 위성 통합 네트워크(Satellites integrated network): 글로벌 모바일 집단을 제공하기 위해 6G는 위성과 통합될 것으로 예상된다. 지상파, 위성 및 공중 네트워크를 하나의 무선통신 시스템으로 통합은 6G에 매우 중요하다.

- 연결된 인텔리전스(Connected intelligence): 이전 세대의 무선 통신 시스템과 달리 6G는 혁신적이며, "연결된 사물”에서 "연결된 지능"으로 무선 진화가 업데이트될 것이다. AI는 통신 절차의 각 단계(또는 후술할 신호 처리의 각 절차)에서 적용될 수 있다.

- 무선 정보 및 에너지 전달의 완벽한 통합(Seamless integration wireless information and energy transfer): 6G 무선 네트워크는 스마트폰들과 센서들과 같이 디바이스들의 배터리를 충전하기 위해 전력을 전달할 것이다. 그러므로, 무선 정보 및 에너지 전송 (WIET)은 통합될 것이다.

- 유비쿼터스 슈퍼 3D 연결(Ubiquitous super 3D connectivity): 드론 및 매우 낮은 지구 궤도 위성의 네트워크 및 핵심 네트워크 기능에 접속은 6G 유비쿼터스에서 슈퍼 3D 연결을 만들 것이다.

위와 같은 6G의 새로운 네트워크 특성들에서 몇 가지 일반적인 요구 사항은 다음과 같을 수 있다.

- 스몰 셀 네트워크(small cell networks): 스몰 셀 네트워크의 아이디어는 셀룰러 시스템에서 처리량, 에너지 효율 및 스펙트럼 효율 향상의 결과로 수신 신호 품질을 향상시키기 위해 도입되었다. 결과적으로, 스몰 셀 네트워크는 5G 및 비욘드 5G (5GB) 이상의 통신 시스템에 필수적인 특성이다. 따라서, 6G 통신 시스템 역시 스몰 셀 네트워크의 특성을 채택한다.

- 초 고밀도 이기종 네트워크(Ultra-dense heterogeneous network): 초 고밀도 이기종 네트워크들은 6G 통신 시스템의 또 다른 중요한 특성이 될 것이다. 이기종 네트워크로 구성된 멀티-티어 네트워크는 전체 QoS를 개선하고 비용을 줄인다.

- 대용량 백홀(High-capacity backhaul): 백홀 연결은 대용량 트래픽을 지원하기 위해 대용량 백홀 네트워크로 특징 지어진다. 고속 광섬유 및 자유 공간 광학 (FSO) 시스템이 이 문제에 대한 가능한 솔루션일 수 있다.

- 모바일 기술과 통합된 레이더 기술: 통신을 통한 고정밀 지역화(또는 위치 기반 서비스)는 6G 무선통신 시스템의 기능 중 하나이다. 따라서, 레이더 시스템은 6G 네트워크와 통합될 것이다.

- 소프트화 및 가상화(Softwarization and virtualization): 소프트화 및 가상화는 유연성, 재구성성 및 프로그래밍 가능성을 보장하기 위해 5GB 네트워크에서 설계 프로세스의 기초가 되는 두 가지 중요한 기능이다. 또한, 공유 물리적 인프라에서 수십억 개의 장치가 공유될 수 있다.

<양자 암호 통신>

도 4는 양자 암호 통신의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.

도 4에 따르면, QKD(quantum key distribution) 송신부(410)는 QKD 수신부(420)와 퍼블릭 채널(public channel) 및 양자 채널(quantum channel)로써 연결되어 통신을 수행할 수 있다.

이때, QKD 송신부(410)는 암호화기(430)에게 비밀 키를 공급할 수 있으며, QKD 수신부(420)도 복호화기(440)에게 비밀 키를 공급할 수 있다. 여기서, 암호화기(430)에는 플레인 텍스트(plain text)가 입/출력될 수 있으며, 암호화기(430)는 복호화기(440)와 (기존 통신망을 통해) 비밀 대칭 키로 암호화된 데이터를 전송할 수 있다. 아울러, 복호화기(440)에도 플레인 텍스트가 입/출력될 수 있다.

본 명세서는 양자 통신 (quantum communication) 시스템에서 두 양자 얽힘 상태를 식별하기 위한 벨 상태 분석 (Bell state analysis) 또는 벨 상태 측정 (Bell state measurement) 기법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 광학 회로 기반의 양자 통신 시스템에 있어서 성공률과 처리율을 고려하여 단위 시간 당 성공률을 최적화한 벨 상태 분석을 달성하기 위한 것이다.

1. 벨 상태 (Bell state)와 벨 기저 (Bell basis)

벨 상태는 양자 얽힘의 가장 간단한 예제로 최대로 얽힌 상태에 있는 두 큐비트(qubit)가 이루는 다음의 네 가지 양자 상태를 말한다. 이는 두 큐비트에 대한 4차원 힐베르트 (Hilbert) 공간의 최대로 얽힌 기저로 볼 수 있으며 이를 벨 기저라고 한다. 이를 수식으로 표현하면 아래와 같다.

[수식 1]

2. 벨 상태의 생성

도 5는 밸 상태 생성을 위한 양자회로의 일례를 도시한 것이다.

도 5에 따르면, 벨 상태는 도 5와 같이 하다마드 게이트 (Hadamard gate)와 CNOT 게이트 (controlled not gate)로 구성된 두 큐비트의 양자 회로를 통해 생성될 수 있다. 네 가지의 두 큐비트 입력 |00〉, |01〉, |10〉, |11〉에 대하여 표 2와 같은 벨 상태 출력을 갖는다.

3. 벨 상태 측정 (Bell state measurement) / 벨 상태 분석 (Bell state analysis)

앞서 설명한 바와 같이 벨 상태는 정규 직교 기저를 형성하기 때문에 네 가지의 벨 상태를 식별하기 위한 적절한 측정이 정의될 수 있으며 이를 벨 상태 측정 또는 벨 상태 분석이라 한다. 벨 상태 측정에서는 두 큐비트의 상태가 벨 상태가 정의하는 네 가지 양자 얽힘 상태 중 무엇에 속하는지 알아내는 것이다.

도 6은 벨 상태 측정 회로의 일례를 도시한 것이다.

도 5의 벨 상태 생성 회로에서 CNOT 게이트와 하다마드 게이트의 순서를 반대로 구성하면 도 6과 같은 벨 상태 측정 회로가 된다. 벨 상태에 해당하는 네 가지 양자 얽힘 상태에 대하여 표 3과 같은 측정 결과를 얻을 수 있다.

4. 벨 상태 측정의 응용

벨 상태 측정은 양자 통신을 비롯한 양자 정보 과학 분야에서 매우 중요한 개념으로, 양자 순간 이동 (quantum teleportation), 얽힘 교환 (entanglement swapping), 초고밀도 코딩 (superdense coding), 측정 장치 독립 양자 키 분배 (measurement-device-independent quantum key distribution, MDI QKD) 등 다양한 프로토콜의 핵심 기술로 활용되고 있다.

양자 순간 이동 (quantum teleportation)

양자 순간 이동은 특정 위치에 있는 송신자로부터 일정 거리 떨어진 수신자에게 양자 정보를 전송하는 기술이다. 'Teleport'라는 단어의 본래 뜻과는 달리 양자 순간 이동에서는 양측의 캐리어는 고정되어 있는 상태에서 실제 캐리어의 전송이 아닌 캐리어 간 양자 정보의 전송이 이루어 진다. 이러한 정보의 순간 이동을 위해 얽힌 양자 상태, 즉 벨 상태가 필요하며, 이를 기반으로 별개의 물리적 시스템 간에 통계적인 상관관계를 부여하게 된다. 얽힘 관계에 있는 두 입자 중 하나의 입자가 겪는 모든 변화에 대해 다른 입자 역시 동일한 변화를 겪게 되기 때문에, 두 입자는 마치 하나의 양자 상태와 같이 행동한다.

도 7은 양자 순간 이동 시스템의 일례를 도시한 것이다.

도 7은 광자를 이용한 양자 순간 이동 프로토콜을 도식화한 것이다. 양자 순간 이동을 위해서는 두 개의 고전 비트 (classic bit)를 전송할 수 있는 고전 채널, 벨 상태 생성 장치, 벨 상태에 있는 두 입자를 서로 다른 위치에 있는 송수신단으로 이동하기 위한 양자 채널, 송신단의 벨 상태 측정 장치, 수신단의 유니터리 연산 (unitary operation) 장치의 자원이 필요하다. 전송하고자 하는 양자 정보 |φ〉=α|0〉+β|1〉에 대하여 프로토콜의 동작은 다음과 같다.

1) 벨 상태 생성 장치를 통해 두 큐비트의 벨 상태를 생성한다.

2) 생성된 벨 상태는 양자 채널을 통해 하나의 큐비트는 송신자 앨리스 (A)의 위치로, 다른 하나의 큐비트는 수신자 밥 (B)의 위치로 이동된다.

3) 앨리스는 전송하고자 하는 양자 상태 |φ〉와 자신이 가지고 있는 벨 상태의 한 큐비트에 대하여 벨 상태 측정을 수행하여 네 개의 벨 상태 중 하나에 해당하는 결과를 얻는다. 이때, 앨리스이 벨 상태 측정 결과에 대하여 밥이 가지고 있는 큐비트의 상태는 표 4와 같이 변화한다.

4) 앨리스는 과정 3의 벨 상태 측정 결과를 두 비트의 고전 비트로 인코딩 (encoding)하고 고전 채널을 통해 밥에게 전송한다.

5) 밥은 앨리스로부터 수신한 두 비트의 정보를 기반으로 자신이 가지고 있는 벨 상태의 나머지 한 큐비트에 유니터리 연산을 취하여 본래의 양자 정보 |φ〉와 동일한 양자 상태를 얻는다.

얽힘 교환 (entanglement swapping)

양자 순간이동은 순수 상태 (pure state) 뿐만 아니라 혼합 상태 (mixed state)에 대해서도 이루어 질 수 있으며, 이에 대한 대표적인 예제가 얽힘 교환이다. 얽힘 상태를 구성하는 두 입자에 대하여, 각각의 입자가 이루는 부분계는 혼합 상태에 있다. 얽힘 교환은 전송하고자 하는 양자 정보 |φ〉가 벨 상태를 구성하는 하나의 입자인 경우에 해당하는 양자 순간이동이라고 할 수 있다.

도 8은 얽힘 교환의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.

도 8은 앨리스 (Alice)와 찰리 (Charlie)가 얽힘 쌍을 공유하고 있고 찰리와 밥 (Bob)이 또 다른 얽힘 쌍을 공유하고 있는 경우, 얽힘 교환을 통해 앨리스와 밥이 가지고 있는 입자 사이의 얽힘을 만들어내는 시스템을 도식화 한 것이다. 찰리는 자신이 가지고 있는 서로 다른 얽힘 쌍에 대한 두 입자에 벨 상태 측정을 수행하고 그 결과를 앨리스에게 공유한다. 이 과정은 정확히 양자 순간이동 프로토콜과 동일하다는 것을 알 수 있고, 프로토콜이 종료되고 나면 앨리스와 밥은 둘 사이의 어떠한 정보의 교환 없이도 서로 얽힘 관계에 있는 두 입자를 공유하게 된다.

초고밀도 코딩 (superdense coding)

도 9는 초고밀도 코딩 프로토콜의 일례를 개략적으로 도시한 것이다.

초고밀도 코딩은 송신자와 수신자 사이에 공유된 얽힘 상태를 이용하여, 1 큐비트의 전송으로 2 고전비트의 정보를 전송하는 양자 프로토콜이다. 도 9는 초고밀도 코딩 프로토콜을 도식화 한 것으로, 준비 (preparation), 공유 (sharing), 인코딩 (encoding), 전송 (sending), 디코딩 (decoding)의 다섯 단계로 이루어지며 각각의 단계에 대하여 아래에서 보다 상세히 설명한다.

1) 준비 (preparation): 벨 상태 생성 장치를 이용하여 벨 상태를 생성 한다. 벨 상태 생성장치는 하다마드 게이트와 CNOT 게이트로 구성되며 생성된 벨 상태는 다음 수식과 같다.

[수식 2]

2) 공유 (sharing): 준비된 벨 상태의 각 큐비트를 송신자 앨리스 (A)와 수신자 밥 (B)이 각각 하나씩 나누어 갖는다 (이때, 앨리스와 밥은 공간적으로 일정 거리 이상 떨어진 완전히 다른 지점에 위치하며, 준비 및 공유단계와 이후 단계 사이에는 긴 시간차가 있을 수 있다).

3) 인코딩 (encoding): 앨리스는 전송하고자 하는 2 고전비트의 정보에 따라 자신이 가지고 있는 큐비트에 연산을 취하여 밥이 가지고 있는 큐비트와의 벨 상태를 네 개의 벨 상태 중 하나로 변형하며, 이를 표로써 표현하면 아래 표 5와 같다.

4) 전송 (sending): 앨리스는 양자 채널을 통해 인코딩 된 큐비트를 밥에게 전송한다.

5) 디코딩 (decoding): 밥은 앨리스로부터 수신한 큐비트와 자신이 가지고 있는 큐비트에 대하여 벨 상태 측정을 수행하고 이를 통해 앨리스가 인코딩 한 고전비트 정보를 추출한다.

측정 장치 독립 양자 키 분배 (measurement-device-independent quantum key distribution, MDI QKD)

양자 컴퓨터의 발전으로 수학적 복잡도에 기반하는 기존의 암호체계가 더 이상 보안성을 보장하지 못할 것이라는 연구 결과가 보고됨에 따라 보다 절대적인 보안성을 보장할 수 있는 암호체계의 필요성이 대두되었고, 보다 이상적인 암호 생성 방법 중의 하나로 양자역학 적인 특성에 기반하여 이론적으로는 절대적인 보안성을 보장하는 양자 키 분배 기법이 제안되었다.

도 10은 측정 준비 방식 기반의 양자 키 분배 프로토콜의 일례를 도시한 것이다.

일반적인 양자 키 분배 방식은 송신자 앨리스가 양자 정보를 생성 및 전송하고 수신자 밥이 이를 수신하여 암호 키를 생성하는 준비-측정 방식을 기반으로 하는데(도 10), 이러한 방식은 시스템의 실제적인 구현에 있어서 장치 또는 소자의 불완결성으로 인한 해킹의 위험성이 여전히 가지고 있고, 특히 송신부보다 수신부에 대한 양자 해킹에 취약한 특성을 갖는다.

도 11은 측정 장치 독립 양자 키 분배 프로토콜의 일례를 도시한 것이다.

위와 같은 문제를 해결하기 위해 제안된 측정 장치 독립 양자 키 분배 방식은 앨리스와 밥이 모두 송신부의 역할로 양자 정보를 생성 및 전송하고, 제 3의 노드 찰리가 앨리스와 밥으로부터 수신한 양자 정보에 대해 벨 상태 측정을 수행하여 그 결과를 알려주는 방식을 취한다(도 11). 찰리가 벨 상태 측정을 통해 알아내는 정보는 앨리스가 보낸 양자 정보와 밥이 보낸 양자 정보 사이의 상관관계이기 때문에 측정 결과가 공개 또는 누설되어도 실제 정보에 대해서는 누설되는 바가 없고 이러한 원리로 수신부에 대한 양자 해킹의 위험성이 제거된다.

5. 선형 광학 기반의 벨 상태 측정 기법

도 6에서 살펴본 바와 같이 벨 상태 측정은 CNOT 게이트와 하다마드 게이트로 구성된 비교적 간결한 형태의 양자 논리 회로로 표현된다. 하지만 이러한 벨 상태 측정을 실제적으로 구현함에 있어서는 보다 복잡한 기술적 문제들이 해결되어야 한다. 특히 광자를 기반으로 하는 양자 통신 분야에서는 단일 광자 레벨에서 광자 간의 비선형적 상호작용이 매우 미약하고 제어가 어려운 특성이 있기 때문에, 선형 광학을 기반으로 구현이 가능한지 여부가 상당히 중요한 문제가 되는데, 벨 상태 측정 회로를 구성하는 CNOT 게이트는 두 입력 큐비트 간의 비선형적 상호작용을 필요로 하기 때문에 CNOT 게이트 자체를 선형 광학 장치로 구현하는 것이 불가능하고, 이러한 한계점을 극복하기 위해 다양한 형태의 부분 벨 상태 측정 및 벨 상태 측정의 효율 향상 기법들이 제안되어 왔다.

벨 상태 측정에 관한 기존 연구들에서 중요하게 고려되어 온 이슈는 벨 상태 측정에 대한 성공률 (success rate)을 높이는 것이다. 벨 상태 측정의 성공률을 향상시키는 문제는 벨 상태 측정의 결과로 나타날 수 있는 여러 가지 경우의 수 중에 판별이 불가한 경우의 비율 즉, 퇴행률 (degeneracy rate)을 감소시키는 문제와 등가로 생각할 수 있다. 양자 통신 분야에서 벨 상태 측정의 성공률을 증가시키거나 퇴행률을 감소시키는 것이 중요한 이유는 이것이 2 큐비트의 얽힘을 통해 얻을 수 있는 최대 채널 용량 (channel capacity)과 직결되기 때문이다. 이를 해결 하기 위해, 비선형 광학 장치를 이용하거나, 추가적인 광자를 사용하여 완전한 벨 상태 측정을 달성하고자 하는 연구들이 제안되어 왔지만 이러한 기법들은 효율이 낮거나 구현 관점에서 실제적이지 않은 방법론을 기반으로 한다는 점에서 한계점을 갖는다.

최근에는 초얽힘 (hyperentanglement)을 이용하여 벨 상태 측정의 성공률을 높이는 연구들이 많이 제안 되고 있는데, 초얽힘을 이용하여 부가적인 자유도 (degree of freedom, DoF)를 얻고 이를 기반으로 측정 공간 (measurement space)를 확장하여 벨 상태를 식별해 내는 접근 방식이다. 이는 선형 광학만을 이용하여 구현 가능할 뿐만 아니라 시간 영역 (domain)을 적절히 활용하면 부가적인 자유도를 얻기 위해 추가적인 비용 지불하지 않아도 된다는 장점이 있다.

현재까지 제안된 초얽힘 기반의 벨 상태 측정 기법들은 성공률 향상에 주로 초점을 맞추어 제안되어 왔다. 하지만 시간 영역을 활용하여 부가적인 자유도를 얻는 방식은 하나의 얽힘 쌍에 대한 벨 상태를 식별하기 위해 소요되는 처리 지연 (processing delay)이 증가한다는 한계점이 있다. 일례로, 채널 환경이나 구성 소자들의 오차 등이 무시되는 이상적인 환경에서 프로토콜 자체의 퇴행률이 0이 되는 완전한 벨 상태 측정 기법이 제안될 수 있으나, 장치가 갖는 시간 분해능 (timing resolution)의 3배에 해당하는 처리지연이 발생하여 벨 상태 측정의 처리율 (processing rate)이 초얽힘을 사용하지 않는 기법 대비 1/4로 감소한다는 한계점을 갖는다. 따라서 벨 상태 측정의 성공률 (또는 퇴행률)과 처리율이 동시에 고려된 벨 상태 측정 기법의 제안이 필요하다.

이하 본 명세서에 대해 보다 구체적으로 설명한다.

본 명세서는 선형 광학을 기반으로 성공률과 처리율이 향상된 벨 상태 측정 방법 및 장치를 제안한다. 본 명세서에서 제안하는 벨 상태 측정 기법은 편광을 기반으로 하는 광자의 얽힘을 이용하는 양자 통신 시스템 또는 양자 정보 처리 시스템에 활용될 수 있으며, 두 개의 광자 입력에 대하여 두 광자의 얽힘 상태가 네 개의 벨 상태 중 어느 것에 해당하는지 식별한다. 본 명세서는 시간 영역을 활용하여 부가적인 자유도를 얻고 이를 기반으로 측정 공간을 확장하는 시간-편광 초얽힘 (time-polarization hyperentanglement) 기반의 선형 광학 벨 상태 측정 기법에 대하여 성공률과 처리율을 동시에 고려하여 단위 시간당 성공률을 최적화 하는 방법 및 장치를 제안한다.

이하, 본 명세서의 예시에 대한 보다 원활한 이해를 위해, 도면을 통해 본 명세서의 개시에 대해 설명하도록 한다. 이하의 도면은 본 명세서의 구체적인 일례를 설명하기 위해 작성되었다. 도면에 기재된 구체적인 장치의 명칭이나 구체적인 신호/메시지/필드의 명칭은 예시적으로 제시된 것이므로, 본 명세서의 기술적 특징이 이하의 도면에 사용된 구체적인 명칭에 제한되지 않는다.

이하에서의 실시예는, (구성이 서로 상반되는 내용이 아닌 한) 앞서 설명한(혹은 후술할) 본 명세서의 실시예와 함께 동작할 수 있다. 아울러, 이하에서의 실시예는 앞서 설명한 본 명세서의 실시예와 독립적으로도 동작할 수 있다.

도 12는 본 명세서의 일 실시예에 따른, 벨 상태를 판단하는 방법의 순서도다.

도 12에 따르면, 양자 암호 통신 시스템에서, 장치에 의해 수행되는, 제1 상태, 제2 상태 또는 제3 상태를 포함하는 벨 상태를 판단하는 방법이 제공될 수 있다.

장치는 적어도 하나의 다른 장치와 이니셜 액세스 동작을 수행할 수 있다(S1210). 여기서, 편의 상 장치가 이니셜 액세스 동작을 수행하는 동작을 가장 먼저 서술하였으나, 장치가 이니셜 액세스 동작을 수행하는 동작은 제1 상태, 제2 상태, 제3 상태 중 벨 상태가 어느 상태인지 판단된 이후에 수행될 수도 있다. 여기서의 이니셜 액세스 동작은 앞서 설명한/혹은 후술할 바와 같이, 예컨대, 3GPP에서의, 이니셜 랜덤 액세스 동작 등을 포함할 수 있으며, 기타 통신 시스템(예컨대, WIFI, 블루투스 등)에서의 이니셜 액세스 동작을 포함할 수도 있다. 이에 대한 보다 구체적인 실시예는 앞서 설명한 바(그리고 후술할 바)와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 설명은 생략하도록 한다.

장치는 적어도 하나의 다른 장치로부터 두 개의 광자들을 수신할 수 있다(S1220). 여기서 장치는, 예컨대, 기지국일 수 있으며, 또는 중계기, 또는 단말에 해당할 수도 있다. 혹은, 여기서의 장치는 기지국, 단말, 중계기와는 별개의 별도의 장치에 해당될 수도 있다.

예컨대, 여기서의 장치가 중계기, 또는 단말, 또는 (기지국, 단말, 중계기와는) 별개의 장치일 경우, 두 개의 광자 모두를 적어도 하나의 기지국에게 수신할 수 있으며, 혹은, 두 개의 광자 모두를 적어도 하나의 단말로부터 수신할 수 있다. 혹은, 하나의 광자는 기지국으로부터 수신하고, 나머지 하나의 광자는 단말로부터 수신할 수도 있다. 또한 예컨대, 장치는 제1 기지국(혹은 제1 단말)으로부터 제1 광자를 수신하고, 제2 기지국(혹은 제2 단말)으로부터 제2 광자를 수신할 수도 있다.

또한 예컨대, 여기서의 장치가 기지국일 경우, 두 개의 광자 모두를 적어도 하나의 단말로부터 수신할 수 있다(물론, 기지국이 두 개의 광자 모두를 적어도 하나의 중계기 또는 적어도 하나의 별개의 장치로부터 수신하는 것을 본 명세서의 실시예에서 배제하는 것은 아니다.) 또한, 여기서의 장치가 기지국일 경우, 하나의 광자는 단말로부터, 나머지 하나의 광자는 중계기 또는 별개의 장치로부터 수신할 수도 있다. 예를 들어 장치가 기지국일 경우, 기지국이 제1 단말로부터 제1 광자를 수신하고 제2 단말로부터 제2 광자를 수신하여 벨 상태를 측정할 수도 있다.

마찬가지로 예컨대, 여기서의 장치가 단말일 경우, 두 개의 광자 모두를 적어도 하나의 기지국으로부터 수신할 수 있다(물론, 단말이 두 개의 광자 모두를 적어도 하나의 중계기 또는 적어도 하나의 별개의 장치로부터 수신하는 것을 본 명세서의 실시예에서 배제하는 것은 아니다.) 또한, 여기서의 장치가 단말일 경우, 하나의 광자는 기지국으로부터, 나머지 하나의 광자는 중계기, 또는 별개의 장치, 또는 다른 단말로부터 수신할 수도 있다. 예컨대, 단말은 제1 기지국(혹은 제1 중계기 혹은 제1 별개의 장치)으로부터 제1 광자를 수신하고, 제2 기지국(혹은 제1 중계기 혹은 제1 별개의 장치)로부터 제2 광자를 수신할 수 있다.

이에 대한 보다 구체적인 실시예는 앞서 설명한 바(그리고 후술할 바)와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 설명은 생략하도록 한다.

장치는 상기 두 개의 광자들에 대해 빔 스플리터에 의한 분기 결과에 기반하여 상기 제1 상태인지 여부를 판단할 수 있다(S1230). 여기서, 상기 빔 스플리터에서 분기된 펄스는 제1 편광 빔 스플리터에 의해 편광 상태에 따른 지연 시간이 적용될 수 있다. 이에 대한 보다 구체적인 실시예는 앞서 설명한 바(그리고 후술할 바)와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 설명은 생략하도록 한다.

장치는 상기 두 개의 광자들에 대해 상기 지연 시간에 의해 유발되는 검출 시간 차에 기반하여 상기 제2 상태인지 여부를 판단할 수 있다(S1240). 여기서, 상기 제1 편광 빔 스플리터에 의해 분기된 펄스는 반파장판, 제2 편광 빔 스플리터 및 편광 정렬 모듈에 의해 간섭이 이루어질 수 있다. 이에 대한 보다 구체적인 실시예는 앞서 설명한 바(그리고 후술할 바)와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 설명은 생략하도록 한다.

장치는 상기 두 개의 광자들에 대해 상기 간섭의 결과에 기반하여 상기 제3 상태인지 여부를 판단할 수 있다(S1250). 이에 대한 보다 구체적인 실시예는 앞서 설명한 바(그리고 후술할 바)와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 설명은 생략하도록 한다.

일례로, 상기 제1 상태는 상기 분기 결과에 따라 서로 다른 출력 포트에서 두 번의 검출이 일어나는 상태일 수 있다. 이에 대한 보다 구체적인 실시예는 앞서 설명한 바(그리고 후술할 바)와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 설명은 생략하도록 한다.

일례로, 상기 제2 상태는 상기 검출 시간 차에 의해 동일한 출력 포트에서 상기 지연 시간에 해당하는 시간 차를 가지고 두 번의 검출이 일어나는 상태일 수 있다. 이에 대한 보다 구체적인 실시예는 앞서 설명한 바(그리고 후술할 바)와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 설명은 생략하도록 한다.

일례로, 상기 제3 상태는 상기 간섭의 결과에 따라 동일 출력 포트의 서로 다른 검출기에서 동시 검출이 일어나는 상태일 수 있다. 이에 대한 보다 구체적인 실시예는 앞서 설명한 바(그리고 후술할 바)와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 설명은 생략하도록 한다.

일례로, 상기 빔 스플리터에서 분기된 펄스는 상기 제1 편광 빔 스플리터 및 지연 선에 의해 상기 편광 상태에 따른 상기 지연 시간이 적용될 수 있다. 이에 대한 보다 구체적인 실시예는 앞서 설명한 바(그리고 후술할 바)와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 설명은 생략하도록 한다.

일례로, 상기 장치는 상기 제1 상태, 상기 제2 상태 또는 상기 제3 상태 중 어느 하나의 상태에 기반하여 상기 적어도 하나의 다른 장치와 통신을 수행할 수 있다. 이에 대한 보다 구체적인 실시예는 앞서 설명한 바(그리고 후술할 바)와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 설명은 생략하도록 한다.

일례로, 상기 적어도 하나의 다른 장치는 단말 또는 기지국을 포함할 수 있다. 여기서 예컨대, 상기 장치는 상기 두 개의 광자들 모두 상기 기지국으로 수신하거나, 또는 상기 장치는 상기 두 개의 광자들 모두 상기 단말로부터 수신하거나, 또는 상기 장치는 상기 두 개의 광자 중 하나의 광자를 상기 기지국으로부터 수신하고 나머지 하나의 광자를 상기 단말로부터 수신할 수 있다. 이에 대한 보다 구체적인 실시예는 앞서 설명한 바(그리고 후술할 바)와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 설명은 생략하도록 한다.

이하, 본 실시예에 대해 보다 구체적으로 설명한다.

도 13은 단위 시간 당 성공률이 향상된 선형 광학 벨 상태 측정 장치의 일례를 도시한 것이다.

도 13은 본 명세서에서 제안하는 선형 광학 벨 상태 측정 방법에 대한 장치 구성의 예이다. 본 명세서는 시간-편광 초 얽힘을 기반으로 측정 공간을 확장하여 세 개의 벨 상태를 식별해 낼 수 있는 접근 방식을 사용하였다. 본 명세서에서는 시간영역에 대한 얽힘 형성을 위해 사용되는 시간지연을 경로 분기로 대체하여 처리지연을 최소화 함으로써 처리율을 향상시킴과 동시에, 간섭을 이용하여 퇴행률을 야기하는 경우의 수를 상쇄시킴으로써 이상적인 환경에서 식별 가능한 상태에 대한 퇴행률이 0이 되도록 하였다.

도 13의 장치 구성을 기반으로 하는 벨 상태 측정 프로토콜은

,

,

,

네 개의 벨 상태에 대한 검출 결과가 서로 배타적인 (exclusive) 사건 (event)으로 구성되며,

는 하나의 단광자 검출기에 두 개의 광자가 모두 검출되는 사건으로 검출 결과가 나타나지만,

,

,

에 해당하는 세 개의 벨 상태에 대해서는 하나의 단광자 검출기 (single photon detector, SPD)에 두 개의 광자가 모두 검출되는 경우가 발생하지 않는다는 특성이 있다. 따라서

,

,

의 세 가지 벨 상태에 대해서는 퇴행률 0의 검출성능을 갖는다.

앞서 언급한

,

,

,

에 해당하는 네 개의 벨 상태는

,

의 수식으로 표현될 수 있다. 이 때,

는 두 개의 광자가 동일한 편광 상태에 있는 2-큐비트 상태 (a_H b_H와 a_V b_V)의 중첩으로 이루어져 있으며,

는 중첩된 2-큐비트 상태가 서로 동일한 위상을 갖고,

는 중첩된 2-큐비트 상태간에 서로 π 만큼의 위상 차를 갖는다.

는 두 개의 광자가 서로 수직한 편광 상태에 있는 2-큐비트 상태 (a_H b_V와 a_V b_H)의 중첩으로 이루어져 있으며,

는 중첩된 2-큐비트 상태가 서로 동일한 위상을 갖고,

는 중첩된 2-큐비트 상태간에 서로 π 만큼의 위상 차를 갖는다.

도 13 의 벨 상태 측정 프로토콜은 빔 스플리터(beam splitter, BS)를 이용한 경로 분기를 기반으로

를 식별해 내고, 편광 빔 스플리터 (polarizing beam splitter, PBS)와 지연선 (delay line, DL)을 이용한 편광 의존적 시간 지연을 기반으로

를 식별한다. 반파장판 (half-wave plate, HWP)과 편광 정렬 모듈 (polarization alignment module)은

에 대하여 하나의 단 광자 검출기에 두 개의 광자가 모두 검출되는 이벤트를 소거시킴으로써

를 식별해 내도록 하는 역할을 한다. 편광 정렬 모듈 (polarization alignment module)은 편광 빔 스플리터와 반파장판, 결합기 (combiner, CB)로 구성되며, 모든 사건에 대하여 검출기에 입사되기 직전에 모든 광자가 수평 편광을 갖도록 정렬하는 역할을 한다. 이를 통해,

의 입력에 대한 검출 사건에서 수직편광을 갖는 두 광자가 동일 검출기로 향하는 사건과 수평 편광을 갖는 두 광자가 동일 검출기로 향하는 사건이 서로 상쇄되도록 하여 하나의 단 광자 검출기에 두 광자가 동시 검출되는 사건을 소거 시킨다.

각각의 벨 상태 입력에 대한 검출 결과를 브라-켓 (bra-ket) 표기법을 기반으로 분석하면 다음과 같다. 아래 수식에서 알파벳 소문자는 도 13에 표기한 경로의 인덱스 (index)이며, A와 B는 출력 포트를, 프라임 (prime) 기호는 ΔT_d 만큼 시간 지연된 검출을 나타낸다. 이를 표로써 표현하면 아래와 같을 수 있다.

위 분석 결과를 보면,

는 출력 포트 A와 B 모두에서 검출이 일어나며 두 검출 사이에 ΔT_d만큼 시간 지연이 있는 경우이며,

는 동일한 출력 포트에서 ΔT_d만큼 시간 지연을 가지고 두 번의 검출이 일어나는 경우임을 알 수 있다.

는 동일한 출력 포트의 서로 다른 검출기에서 동시 검출이 일어나는 경우로 나타나고,

는 동일한 출력 포트의 동일 검출기에서 두 광자가 모두 검출되는 사건들로 이루어 짐을 알 수 있다. 네 개의 상태 모두 서로 배타적인 사건들로 검출 결과가 나타나며

를 제외한 나머지 세 개의 벨 상태에 대해서는 하나의 검출기에 두 광자가 모두 검출되는 사건이 포함되지 않기 때문에 퇴행률 0의 검출성능을 갖는다는 것을 알 수 있다. 표 7은 각각의 벨 상태에 대한 검출 특성을 정리한 것이다. (∥: same, ⊥: different)

도 14는 본 명세서를 기반으로 하는 벨 상태 측정 기법과 종래 기술의 처리 지연 및 처리율을 도시한 것이다.

도 14는 종래의 벨 상태 측정 방법(예컨대, 앞서 설명한, 채널 환경이나 구성 소자들의 오차 등이 무시되는 이상적인 환경에서 프로토콜 자체의 퇴행률이 0이 되는 완전한 벨 상태 측정 기법)과 본 명세서를 기반으로 하는 벨 상태 측정 방법의 처리율 관점에서의 성능 비교를 나타낸다. 종래 기술은 네 개의 벨 상태 모두를 퇴행률 0으로 검출하기 위해 두 가지의 시간 지연을 사용하였다. (예컨대, 앞서 설명한, 채널 환경이나 구성 소자들의 오차 등이 무시되는 이상적인 환경에서 프로토콜 자체의 퇴행률이 0이 되는 완전한 벨 상태 측정 기법)의 제안에 따르면 소자 스팩 등에 의해 주어지는 장치적인 시간 분해능 (timing resolution)을 t_r이라 할 때, 각각의 시간 지연은 최소 t_r과 2t_r로 설정될 수 있고, 두 가지의 시간 지연을 모두 겪는 검출 사건으로 측정된 경우 최대 3t_r의 시간 지연된 검출 사건이 나타날 수 있기 때문에, 4t_r마다 한 번의 입력을 처리할 수 있음을 알 수 있다. 반면에, 본 명세서를 기반으로 하는 벨 상태 측정 방법에서는 세 개의 벨 상태만을 식별가능하지만 세 개의 벨 상태를 퇴행률 0으로 검출하기 위해 하나의 시간 지연만을 사용하고 있다. 종래 기술과의 대조를 위해 본 명세서에서 적용한 시간 지연을 t_r로 표현하면, 본 명세서를 기반으로하는 벨 상태 측정 장치에서는 최대 t_r의 시간 지연된 검출 사건이 나타날 수 있기 때문에 2t_r마다 한 번의 입력을 처리할 수 있다고 할 수 있다. 따라서 (예컨대, 앞서 설명한, 채널 환경이나 구성 소자들의 오차 등이 무시되는 이상적인 환경에서 프로토콜 자체의 퇴행률이 0이 되는 완전한 벨 상태 측정 기법)의 종래 기술 대비 두 배의 처리율을 갖게 됨을 알 수 있다.

하나의 얽힘 쌍 입력에 대하여 얻어낼 수 있는 최대 정보량 관점에서는 네 개의 벨 상태를 모두 식별하는 (예컨대, 앞서 설명한, 채널 환경이나 구성 소자들의 오차 등이 무시되는 이상적인 환경에서 프로토콜 자체의 퇴행률이 0이 되는 완전한 벨 상태 측정 기법)의 종래 기술이 log_2(4)=2비트, 세 개의 벨 상태만을 식별하는 본 명세서의 기술이 log_2(3)=1.585비트로 본 명세서가 (예컨대, 앞서 설명한, 채널 환경이나 구성 소자들의 오차 등이 무시되는 이상적인 환경에서 프로토콜 자체의 퇴행률이 0이 되는 완전한 벨 상태 측정 기법)의 종래 기술보다 0.415비트 작은 정보량을 보이지만, 해당 정보량을 획득하기 위해 소모되는 처리 시간을 고려하면 단위 시간 당 획득할 수 있는 정보량은 본 명세서가 (예컨대, 앞서 설명한, 채널 환경이나 구성 소자들의 오차 등이 무시되는 이상적인 환경에서 프로토콜 자체의 퇴행률이 0이 되는 완전한 벨 상태 측정 기법)의 종래 기술보다 0.585비트 더 높음을 알 수 있다.

본 명세서는 선형 광학을 기반으로 성공률과 처리율이 향상된 벨 상태 측정 방법 및 장치를 제안하였다. 벨 상태 측정은 양자 얽힘을 활용하는 양자 정보 과학 또는 양자 통신 분야에서 필수적이라 할 수 있는 핵심기술로 양자 정보 전송, 양자 중계기, 양자 키 분배 분야에서의 활용도가 매우 높을 것으로 전망된다. 본 명세서에서 제안하는 벨 상태 측정 기법은 편광 기반의 광자의 얽힘을 이용하는 양자 통신 시스템 또는 양자 정보 처리 시스템에 활용될 수 있으며, 네 개의 벨 상태 중

,

,

의 세 개의 벨 상태에 대해서는 퇴행률 0의 검출성능을 갖기 때문에 무손실 정보 처리가 필요한 어플리케이션에 활용 가능한 프로토콜이다. 본 명세서는 시간-편광 초 얽힘 기반의 선형 광학 벨 상태 측정 기법에 대하여 성공률만을 고려한 종래 기술의 한계점을 보완하기 위해 성공률과 처리율을 동시에 고려하여 단위 시간당 획득 정보량을 최대화 하는 방법 및 장치를 제안하였다. 본 명세서를 기반으로 하는 벨 상태 측정 방법을 이용하면, 하나의 얽힘 쌍에 대하여 종래 기술 대비 단위 시간당 0.585비트 더 많은 정보량을 획득할 수 있다.

본 명세서의 구체적인 일례를 통해 얻을 수 있는 효과는 이상에서 나열된 효과로 제한되지 않는다. 예를 들어, 관련된 기술분야의 통상의 지식을 자긴 자(a person having ordinary skill in the related art)가 본 명세서로부터 이해하거나 유도할 수 있는 다양한 기술적 효과가 존재할 수 있다. 이에 따라 본 명세서의 구체적인 효과는 본 명세서에 명시적으로 기재된 것에 제한되지 않고, 본 명세서의 기술적 특징으로부터 이해되거나 유도될 수 있는 다양한 효과를 포함할 수 있다.

한편, 앞서 설명한 예시들이 적용되는 내용을 다양한 주체 관점에서 설명하자면 아래와 같을 수 있다.

이하의 도면은 본 명세서의 구체적인 일례를 설명하기 위해 작성되었다. 도면에 기재된 구체적인 장치의 명칭이나 구체적인 신호/메시지/필드의 명칭은 예시적으로 제시된 것이므로, 본 명세서의 기술적 특징이 이하의 도면에 사용된 구체적인 명칭에 제한되지 않는다.

도 15는 본 명세서의 일 실시예에 따른, 단말 관점에서의 벨 상태를 판단하는 방법의 순서도다.

도 15에 따르면, 별도로 도시하지는 않았지만, 단말은, 기지국과 이니셜 액세스 동작을 수행할 수 있다.

단말은 상기 기지국으로부터 두 개의 광자들을 수신할 수 있다(S1510). 이에 대한 보다 구체적인 실시예는 앞서 설명한 바(그리고 후술할 바)와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 설명은 생략하도록 한다.

단말은 상기 두 개의 광자들에 대해 빔 스플리터에 의한 분기 결과에 기반하여 상기 제1 상태인지 여부를 판단하되(S1520), 상기 빔 스플리터에서 분기된 펄스는 제1 편광 빔 스플리터에 의해 편광 상태에 따른 지연 시간이 적용될 수 있다. 이에 대한 보다 구체적인 실시예는 앞서 설명한 바(그리고 후술할 바)와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 설명은 생략하도록 한다.

단말은 상기 두 개의 광자들에 대해 상기 지연 시간에 의해 유발되는 검출 시간 차에 기반하여 상기 제2 상태인지 여부를 판단하되(S1530), 상기 제1 편광 빔 스플리터에 의해 분기된 펄스는 반파장판, 제2 편광 빔 스플리터 및 편광 정렬 모듈에 의해 간섭이 이루어질 수 있다. 이에 대한 보다 구체적인 실시예는 앞서 설명한 바(그리고 후술할 바)와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 설명은 생략하도록 한다.

단말은 상기 두 개의 광자들에 대해 상기 간섭의 결과에 기반하여 상기 제3 상태인지 여부를 판단할 수 있다(S1540). 이에 대한 보다 구체적인 실시예는 앞서 설명한 바(그리고 후술할 바)와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 설명은 생략하도록 한다.

도 16은 본 명세서의 일 실시예에 따른, 단말 관점에서의 벨 상태를 판단하는 장치의 일례에 대한 블록도다.

도 16에 따르면, 프로세서(1600)는 광자 수신부(1610), 제1 상태 판단부(1620), 제2 상태 판단부(1630), 제3 상태 판단부(1640)를 포함할 수 있다. 이에 대한 보다 구체적인 실시예는 앞서 설명한 바(그리고 후술할 바)와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 설명은 생략하도록 한다.

여기서, 별도로 도시하지는 않았지만, 프로세서(1600)는, 기지국과 이니셜 액세스 동작을 수행하도록 구성될 수 있다. 이에 대한 보다 구체적인 실시예는 앞서 설명한 바(그리고 후술할 바)와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 설명은 생략하도록 한다.

광자 수신부(1610)는 상기 기지국으로부터 두 개의 광자들을 수신하도록 상기 트랜시버를 제어하게 구성될 수 있다. 이에 대한 보다 구체적인 실시예는 앞서 설명한 바(그리고 후술할 바)와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 설명은 생략하도록 한다.

제1 상태 판단부(1620)는 상기 두 개의 광자들에 대해 빔 스플리터에 의한 분기 결과에 기반하여 제1 상태인지 여부를 판단하도록 구성되되, 상기 빔 스플리터에서 분기된 펄스는 제1 편광 빔 스플리터에 의해 편광 상태에 따른 지연 시간이 적용될 수 있다. 이에 대한 보다 구체적인 실시예는 앞서 설명한 바(그리고 후술할 바)와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 설명은 생략하도록 한다.

제2 상태 판단부(1630)는 상기 두 개의 광자들에 대해 상기 지연 시간에 의해 유발되는 검출 시간 차에 기반하여 제2 상태인지 여부를 판단하도록 구성되되, 상기 제1 편광 빔 스플리터에 의해 분기된 펄스는 반파장판, 제2 편광 빔 스플리터 및 편광 정렬 모듈에 의해 간섭이 이루어질 수 있다. 및 이에 대한 보다 구체적인 실시예는 앞서 설명한 바(그리고 후술할 바)와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 설명은 생략하도록 한다.

제3 상태 판단부(1640)는 상기 두 개의 광자들에 대해 상기 간섭의 결과에 기반하여 제3 상태인지 여부를 판단하도록 구성될 수 있다. 이에 대한 보다 구체적인 실시예는 앞서 설명한 바(그리고 후술할 바)와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 설명은 생략하도록 한다.

도 17은 본 명세서의 일 실시예에 따른, 기지국 관점에서의 벨 상태를 판단하는 방법의 순서도다.

도 17에 따르면, 별도로 도시하지는 않았지만, 기지국은, 단말과 이니셜 액세스 동작을 수행할 수 있다.

기지국은 상기 단말로부터 두 개의 광자들을 수신할 수 있다(S1710). 이에 대한 보다 구체적인 실시예는 앞서 설명한 바(그리고 후술할 바)와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 설명은 생략하도록 한다.

기지국은 상기 두 개의 광자들에 대해 빔 스플리터에 의한 분기 결과에 기반하여 상기 제1 상태인지 여부를 판단하되(S1720), 상기 빔 스플리터에서 분기된 펄스는 제1 편광 빔 스플리터에 의해 편광 상태에 따른 지연 시간이 적용될 수 있다. 이에 대한 보다 구체적인 실시예는 앞서 설명한 바(그리고 후술할 바)와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 설명은 생략하도록 한다.

기지국은 상기 두 개의 광자들에 대해 상기 지연 시간에 의해 유발되는 검출 시간 차에 기반하여 상기 제2 상태인지 여부를 판단하되(S1730), 상기 제1 편광 빔 스플리터에 의해 분기된 펄스는 반파장판, 제2 편광 빔 스플리터 및 편광 정렬 모듈에 의해 간섭이 이루어질 수 있다. 이에 대한 보다 구체적인 실시예는 앞서 설명한 바(그리고 후술할 바)와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 설명은 생략하도록 한다.

기지국은 상기 두 개의 광자들에 대해 상기 간섭의 결과에 기반하여 상기 제3 상태인지 여부를 판단할 수 있다(S1740). 이에 대한 보다 구체적인 실시예는 앞서 설명한 바(그리고 후술할 바)와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 설명은 생략하도록 한다.

도 18은 본 명세서의 일 실시예에 따른, 기지국 관점에서의 벨 상태를 판단하는 장치의 일례에 대한 블록도다.

도 18에 따르면, 프로세서(1800)는 광자 수신부(1810), 제1 상태 판단부(1820), 제2 상태 판단부(1830), 제3 상태 판단부(1840)를 포함할 수 있다. 이에 대한 보다 구체적인 실시예는 앞서 설명한 바(그리고 후술할 바)와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 설명은 생략하도록 한다.

여기서, 별도로 도시하지는 않았지만, 프로세서(1800)는, 단말과 이니셜 액세스 동작을 수행하도록 구성될 수 있다. 이에 대한 보다 구체적인 실시예는 앞서 설명한 바(그리고 후술할 바)와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 설명은 생략하도록 한다.

광자 수신부(1810)는 상기 단말로부터 두 개의 광자들을 수신하도록 상기 트랜시버를 제어하게 구성될 수 있다. 이에 대한 보다 구체적인 실시예는 앞서 설명한 바(그리고 후술할 바)와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 설명은 생략하도록 한다.

제1 상태 판단부(1820)는 상기 두 개의 광자들에 대해 빔 스플리터에 의한 분기 결과에 기반하여 제1 상태인지 여부를 판단하도록 구성되되, 상기 빔 스플리터에서 분기된 펄스는 제1 편광 빔 스플리터에 의해 편광 상태에 따른 지연 시간이 적용될 수 있다. 이에 대한 보다 구체적인 실시예는 앞서 설명한 바(그리고 후술할 바)와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 설명은 생략하도록 한다.

제2 상태 판단부(1830)는 상기 두 개의 광자들에 대해 상기 지연 시간에 의해 유발되는 검출 시간 차에 기반하여 제2 상태인지 여부를 판단하도록 구성되되, 상기 제1 편광 빔 스플리터에 의해 분기된 펄스는 반파장판, 제2 편광 빔 스플리터 및 편광 정렬 모듈에 의해 간섭이 이루어질 수 있다. 및 이에 대한 보다 구체적인 실시예는 앞서 설명한 바(그리고 후술할 바)와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 설명은 생략하도록 한다.

제3 상태 판단부(1840)는 상기 두 개의 광자들에 대해 상기 간섭의 결과에 기반하여 제3 상태인지 여부를 판단하도록 구성될 수 있다. 이에 대한 보다 구체적인 실시예는 앞서 설명한 바(그리고 후술할 바)와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 설명은 생략하도록 한다.

한편, 별도로 도시하지는 않았지만, 본 명세서는, 아래와 같은 실시예 또한 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 장치는, 적어도 하나의 메모리 및 상기 적어도 하나의 메모리와 동작 가능하게 결합된 적어도 하나의 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는, 적어도 하나의 다른 장치와 이니셜 액세스 동작을 수행하도록 구성되고, 상기 적어도 하나의 다른 장치로부터 두 개의 광자들을 수신하도록 트랜시버를 제어하게 구성되고, 상기 두 개의 광자들에 대해 빔 스플리터에 의한 분기 결과에 기반하여 제1 상태인지 여부를 판단하도록 구성되되, 상기 빔 스플리터에서 분기된 펄스는 제1 편광 빔 스플리터에 의해 편광 상태에 따른 지연 시간이 적용되고, 상기 두 개의 광자들에 대해 상기 지연 시간에 의해 유발되는 검출 시간 차에 기반하여 제2 상태인지 여부를 판단하도록 구성되되, 상기 제1 편광 빔 스플리터에 의해 분기된 펄스는 반파장판, 제2 편광 빔 스플리터 및 편광 정렬 모듈에 의해 간섭이 이루어지고 및 상기 두 개의 광자들에 대해 상기 간섭의 결과에 기반하여 제3 상태인지 여부를 판단하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치일 수 있다. 이에 대한 보다 구체적인 실시예는 앞서 설명한 바(그리고 후술할 바)와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 설명은 생략하도록 한다.

다른 실시예에 따르면, 적어도 하나의 프로세서(processor)에 의해 실행되는 것에 기반하는 명령어(instruction)를 포함하는 적어도 하나의 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체(computer readable medium)에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로세서는, 적어도 하나의 다른 장치와 이니셜 액세스 동작을 수행하도록 구성되고, 상기 적어도 하나의 다른 장치로부터 두 개의 광자들을 수신하도록 트랜시버를 제어하게 구성되고, 상기 두 개의 광자들에 대해 빔 스플리터에 의한 분기 결과에 기반하여 제1 상태인지 여부를 판단하도록 구성되되, 상기 빔 스플리터에서 분기된 펄스는 제1 편광 빔 스플리터에 의해 편광 상태에 따른 지연 시간이 적용되고, 상기 두 개의 광자들에 대해 상기 지연 시간에 의해 유발되는 검출 시간 차에 기반하여 제2 상태인지 여부를 판단하도록 구성되되, 상기 제1 편광 빔 스플리터에 의해 분기된 펄스는 반파장판, 제2 편광 빔 스플리터 및 편광 정렬 모듈에 의해 간섭이 이루어지고 및 상기 두 개의 광자들에 대해 상기 간섭의 결과에 기반하여 제3 상태인지 여부를 판단하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기록매체일 수 있다. 이에 대한 보다 구체적인 실시예는 앞서 설명한 바(그리고 후술할 바)와 같기에, 설명의 편의를 위해 중복되는 내용의 반복 설명은 생략하도록 한다.

도 19는 본 명세서에 적용되는 통신 시스템(1)을 예시한다.

도 19를 참조하면, 본 명세서에 적용되는 통신 시스템(1)은 무선 기기, 기지국 및 네트워크를 포함한다. 여기서, 무선 기기는 무선 접속 기술(예, 5G NR(New RAT), LTE(Long Term Evolution))을 이용하여 통신을 수행하는 기기를 의미하며, 통신/무선/5G 기기로 지칭될 수 있다. 이로 제한되는 것은 아니지만, 무선 기기는 로봇(100a), 차량(100b-1, 100b-2), XR(eXtended Reality) 기기(100c), 휴대 기기(Hand-held device)(100d), 가전(100e), IoT(Internet of Thing) 기기(100f), AI기기/서버(400)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 차량은 무선 통신 기능이 구비된 차량, 자율 주행 차량, 차량간 통신을 수행할 수 있는 차량 등을 포함할 수 있다. 여기서, 차량은 UAV(Unmanned Aerial Vehicle)(예, 드론)를 포함할 수 있다. XR 기기는 AR(Augmented Reality)/VR(Virtual Reality)/MR(Mixed Reality) 기기를 포함하며, HMD(Head-Mounted Device), 차량에 구비된 HUD(Head-Up Display), 텔레비전, 스마트폰, 컴퓨터, 웨어러블 디바이스, 가전 기기, 디지털 사이니지(signage), 차량, 로봇 등의 형태로 구현될 수 있다. 휴대 기기는 스마트폰, 스마트패드, 웨어러블 기기(예, 스마트워치, 스마트글래스), 컴퓨터(예, 노트북 등) 등을 포함할 수 있다. 가전은 TV, 냉장고, 세탁기 등을 포함할 수 있다. IoT 기기는 센서, 스마트미터 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기지국, 네트워크는 무선 기기로도 구현될 수 있으며, 특정 무선 기기(200a)는 다른 무선 기기에게 기지국/네트워크 노드로 동작할 수도 있다.

여기서, 본 명세서의 무선 기기에서 구현되는 무선 통신 기술은 LTE, NR 및 6G뿐만 아니라 저전력 통신을 위한 Narrowband Internet of Things를 포함할 수 있다. 이때, 예를 들어 NB-IoT 기술은 LPWAN(Low Power Wide Area Network) 기술의 일례일 수 있고, LTE Cat NB1 및/또는 LTE Cat NB2 등의 규격으로 구현될 수 있으며, 상술한 명칭에 한정되는 것은 아니다. 추가적으로 또는 대체적으로, 본 명세서의 무선 기기에서 구현되는 무선 통신 기술은 LTE-M 기술을 기반으로 통신을 수행할 수 있다. 이때, 일 예로, LTE-M 기술은 LPWAN 기술의 일례일 수 있고, eMTC(enhanced Machine Type Communication) 등의 다양한 명칭으로 불릴 수 있다. 예를 들어, LTE-M 기술은 1) LTE CAT 0, 2) LTE Cat M1, 3) LTE Cat M2, 4) LTE non-BL(non-Bandwidth Limited), 5) LTE-MTC, 6) LTE Machine Type Communication, 및/또는 7) LTE M 등의 다양한 규격 중 적어도 어느 하나로 구현될 수 있으며 상술한 명칭에 한정되는 것은 아니다. 추가적으로 또는 대체적으로, 본 명세서의 무선 기기에서 구현되는 무선 통신 기술은 저전력 통신을 고려한 지그비(ZigBee), 블루투스(Bluetooth) 및 저전력 광역 통신망(Low Power Wide Area Network, LPWAN) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 상술한 명칭에 한정되는 것은 아니다. 일 예로 ZigBee 기술은 IEEE 802.15.4 등의 다양한 규격을 기반으로 소형/저-파워 디지털 통신에 관련된 PAN(personal area networks)을 생성할 수 있으며, 다양한 명칭으로 불릴 수 있다.

무선 기기(100a~100f)는 기지국(200)을 통해 네트워크(300)와 연결될 수 있다. 무선 기기(100a~100f)에는 AI(Artificial Intelligence) 기술이 적용될 수 있으며, 무선 기기(100a~100f)는 네트워크(300)를 통해 AI 서버(400)와 연결될 수 있다. 네트워크(300)는 3G 네트워크, 4G(예, LTE) 네트워크 또는 5G(예, NR) 네트워크 등을 이용하여 구성될 수 있다. 무선 기기(100a~100f)는 기지국(200)/네트워크(300)를 통해 서로 통신할 수도 있지만, 기지국/네트워크를 통하지 않고 직접 통신(e.g. 사이드링크 통신(sidelink communication))할 수도 있다. 예를 들어, 차량들(100b-1, 100b-2)은 직접 통신(e.g. V2V(Vehicle to Vehicle)/V2X(Vehicle to everything) communication)을 할 수 있다. 또한, IoT 기기(예, 센서)는 다른 IoT 기기(예, 센서) 또는 다른 무선 기기(100a~100f)와 직접 통신을 할 수 있다.

무선 기기(100a~100f)/기지국(200), 기지국(200)/기지국(200) 간에는 무선 통신/연결(150a, 150b, 150c)이 이뤄질 수 있다. 여기서, 무선 통신/연결은 상향/하향링크 통신(150a)과 사이드링크 통신(150b)(또는, D2D 통신), 기지국간 통신(150c)(e.g. relay, IAB(Integrated Access Backhaul)과 같은 다양한 무선 접속 기술(예, 5G NR)을 통해 이뤄질 수 있다. 무선 통신/연결(150a, 150b, 150c)을 통해 무선 기기와 기지국/무선 기기, 기지국과 기지국은 서로 무선 신호를 송신/수신할 수 있다. 예를 들어, 무선 통신/연결(150a, 150b, 150c)은 다양한 물리 채널을 통해 신호를 송신/수신할 수 있다. 이를 위해, 본 명세서의 다양한 제안들에 기반하여, 무선 신호의 송신/수신을 위한 다양한 구성정보 설정 과정, 다양한 신호 처리 과정(예, 채널 인코딩/디코딩, 변조/복조, 자원 매핑/디매핑 등), 자원 할당 과정 등 중 적어도 일부가 수행될 수 있다.

한편, NR은 다양한 5G 서비스들을 지원하기 위한 다수의 뉴머롤로지(numerology)(또는 subcarrier spacing(SCS))를 지원한다. 예를 들어, SCS가 15kHz인 경우, 전통적인 셀룰러 밴드들에서의 넓은 영역(wide area)을 지원하며, SCS가 30kHz/60kHz인 경우, 밀집한-도시(dense-urban), 더 낮은 지연(lower latency) 및 더 넓은 캐리어 대역폭(wider carrier bandwidth)을 지원하며, SCS가 60kHz 또는 그보다 높은 경우, 위상 잡음(phase noise)을 극복하기 위해 24.25GHz보다 큰 대역폭을 지원한다.

NR 주파수 밴드(frequency band)는 두 가지 타입(type)(FR1, FR2)의 주파수 범위(frequency range)로 정의될 수 있다. 주파수 범위의 수치는 변경될 수 있으며, 예를 들어, 두 가지 type(FR1, FR2)의 주파수 범위는 하기 표 8과 같을 수 있다. 설명의 편의를 위해 NR 시스템에서 사용되는 주파수 범위 중 FR1은 "sub 6GHz range"를 의미할 수 있고, FR2는 "above 6GHz range"를 의미할 수 있고 밀리미터 웨이브(millimeter wave, mmW)로 불릴 수 있다.

Frequency Range designation	Corresponding frequency range	Subcarrier Spacing
FR1	450MHz - 6000MHz	15, 30, 60kHz
FR2	24250MHz - 52600MHz	60, 120, 240kHz

상술한 바와 같이, NR 시스템의 주파수 범위의 수치는 변경될 수 있다. 예를 들어, FR1은 하기 표 9와 같이 410MHz 내지 7125MHz의 대역을 포함할 수 있다. 즉, FR1은 6GHz (또는 5850, 5900, 5925 MHz 등) 이상의 주파수 대역을 포함할 수 있다. 예를 들어, FR1 내에서 포함되는 6GHz (또는 5850, 5900, 5925 MHz 등) 이상의 주파수 대역은 비면허 대역(unlicensed band)을 포함할 수 있다. 비면허 대역은 다양한 용도로 사용될 수 있고, 예를 들어 차량을 위한 통신(예를 들어, 자율주행)을 위해 사용될 수 있다.

Frequency Range designation	Corresponding frequency range	Subcarrier Spacing
FR1	410MHz - 7125MHz	15, 30, 60kHz
FR2	24250MHz - 52600MHz	60, 120, 240kHz

이하에서는, 본 명세서가 적용되는 무선 기기의 예에 대해 설명한다.도 20은 본 명세서에 적용될 수 있는 무선 기기를 예시한다.

도 20을 참조하면, 제1 무선 기기(100)와 제2 무선 기기(200)는 다양한 무선 접속 기술(예, LTE, NR)을 통해 무선 신호를 송수신할 수 있다. 여기서, {제1 무선 기기(100), 제2 무선 기기(200)}은 도 19의 {무선 기기(100x), 기지국(200)} 및/또는 {무선 기기(100x), 무선 기기(100x)}에 대응할 수 있다.

제1 무선 기기(100)는 하나 이상의 프로세서(102) 및 하나 이상의 메모리(104)를 포함하며, 추가적으로 하나 이상의 송수신기(106) 및/또는 하나 이상의 안테나(108)를 더 포함할 수 있다. 프로세서(102)는 메모리(104) 및/또는 송수신기(106)를 제어하며, 본 문서에 개시되 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들을 구현하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(102)는 메모리(104) 내의 정보를 처리하여 제1 정보/신호를 생성한 뒤, 송수신기(106)를 통해 제1 정보/신호를 포함하는 무선 신호를 전송할 수 있다. 또한, 프로세서(102)는 송수신기(106)를 통해 제2 정보/신호를 포함하는 무선 신호를 수신한 뒤, 제2 정보/신호의 신호 처리로부터 얻은 정보를 메모리(104)에 저장할 수 있다. 메모리(104)는 프로세서(102)와 연결될 수 있고, 프로세서(102)의 동작과 관련한 다양한 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리(104)는 프로세서(102)에 의해 제어되는 프로세스들 중 일부 또는 전부를 수행하거나, 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들을 수행하기 위한 명령들을 포함하는 소프트웨어 코드를 저장할 수 있다. 여기서, 프로세서(102)와 메모리(104)는 무선 통신 기술(예, LTE, NR)을 구현하도록 설계된 통신 모뎀/회로/칩의 일부일 수 있다. 송수신기(106)는 프로세서(102)와 연결될 수 있고, 하나 이상의 안테나(108)를 통해 무선 신호를 송신 및/또는 수신할 수 있다. 송수신기(106)는 송신기 및/또는 수신기를 포함할 수 있다. 송수신기(106)는 RF(Radio Frequency) 유닛과 혼용될 수 있다. 본 명세서에서 무선 기기는 통신 모뎀/회로/칩을 의미할 수도 있다.

제2 무선 기기(200)는 하나 이상의 프로세서(202), 하나 이상의 메모리(204)를 포함하며, 추가적으로 하나 이상의 송수신기(206) 및/또는 하나 이상의 안테나(208)를 더 포함할 수 있다. 프로세서(202)는 메모리(204) 및/또는 송수신기(206)를 제어하며, 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들을 구현하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(202)는 메모리(204) 내의 정보를 처리하여 제3 정보/신호를 생성한 뒤, 송수신기(206)를 통해 제3 정보/신호를 포함하는 무선 신호를 전송할 수 있다. 또한, 프로세서(202)는 송수신기(206)를 통해 제4 정보/신호를 포함하는 무선 신호를 수신한 뒤, 제4 정보/신호의 신호 처리로부터 얻은 정보를 메모리(204)에 저장할 수 있다. 메모리(204)는 프로세서(202)와 연결될 수 있고, 프로세서(202)의 동작과 관련한 다양한 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리(204)는 프로세서(202)에 의해 제어되는 프로세스들 중 일부 또는 전부를 수행하거나, 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들을 수행하기 위한 명령들을 포함하는 소프트웨어 코드를 저장할 수 있다. 여기서, 프로세서(202)와 메모리(204)는 무선 통신 기술(예, LTE, NR)을 구현하도록 설계된 통신 모뎀/회로/칩의 일부일 수 있다. 송수신기(206)는 프로세서(202)와 연결될 수 있고, 하나 이상의 안테나(208)를 통해 무선 신호를 송신 및/또는 수신할 수 있다. 송수신기(206)는 송신기 및/또는 수신기를 포함할 수 있다 송수신기(206)는 RF 유닛과 혼용될 수 있다. 본 명세서에서 무선 기기는 통신 모뎀/회로/칩을 의미할 수도 있다.

이하, 무선 기기(100, 200)의 하드웨어 요소에 대해 보다 구체적으로 설명한다. 이로 제한되는 것은 아니지만, 하나 이상의 프로토콜 계층이 하나 이상의 프로세서(102, 202)에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 하나 이상의 계층(예, PHY, MAC, RLC, PDCP, RRC, SDAP와 같은 기능적 계층)을 구현할 수 있다. 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들에 따라 하나 이상의 PDU(Protocol Data Unit) 및/또는 하나 이상의 SDU(Service Data Unit)를 생성할 수 있다. 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들에 따라 메시지, 제어정보, 데이터 또는 정보를 생성할 수 있다. 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 본 문서에 개시된 기능, 절차, 제안 및/또는 방법에 따라 PDU, SDU, 메시지, 제어정보, 데이터 또는 정보를 포함하는 신호(예, 베이스밴드 신호)를 생성하여, 하나 이상의 송수신기(106, 206)에게 제공할 수 있다. 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 하나 이상의 송수신기(106, 206)로부터 신호(예, 베이스밴드 신호)를 수신할 수 있고, 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들에 따라 PDU, SDU, 메시지, 제어정보, 데이터 또는 정보를 획득할 수 있다.

하나 이상의 프로세서(102, 202)는 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 또는 마이크로 컴퓨터로 지칭될 수 있다. 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 조합에 의해 구현될 수 있다. 일 예로, 하나 이상의 ASIC(Application Specific Integrated Circuit), 하나 이상의 DSP(Digital Signal Processor), 하나 이상의 DSPD(Digital Signal Processing Device), 하나 이상의 PLD(Programmable Logic Device) 또는 하나 이상의 FPGA(Field Programmable Gate Arrays)가 하나 이상의 프로세서(102, 202)에 포함될 수 있다. 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들은 펌웨어 또는 소프트웨어를 사용하여 구현될 수 있고, 펌웨어 또는 소프트웨어는 모듈, 절차, 기능 등을 포함하도록 구현될 수 있다. 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들은 수행하도록 설정된 펌웨어 또는 소프트웨어는 하나 이상의 프로세서(102, 202)에 포함되거나, 하나 이상의 메모리(104, 204)에 저장되어 하나 이상의 프로세서(102, 202)에 의해 구동될 수 있다. 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들은 코드, 명령어 및/또는 명령어의 집합 형태로 펌웨어 또는 소프트웨어를 사용하여 구현될 수 있다.

하나 이상의 메모리(104, 204)는 하나 이상의 프로세서(102, 202)와 연결될 수 있고, 다양한 형태의 데이터, 신호, 메시지, 정보, 프로그램, 코드, 지시 및/또는 명령을 저장할 수 있다. 하나 이상의 메모리(104, 204)는 ROM, RAM, EPROM, 플래시 메모리, 하드 드라이브, 레지스터, 캐쉬 메모리, 컴퓨터 판독 저장 매체 및/또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다. 하나 이상의 메모리(104, 204)는 하나 이상의 프로세서(102, 202)의 내부 및/또는 외부에 위치할 수 있다. 또한, 하나 이상의 메모리(104, 204)는 유선 또는 무선 연결과 같은 다양한 기술을 통해 하나 이상의 프로세서(102, 202)와 연결될 수 있다.

하나 이상의 송수신기(106, 206)는 하나 이상의 다른 장치에게 본 문서의 방법들 및/또는 동작 순서도 등에서 언급되는 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 전송할 수 있다. 하나 이상의 송수신기(106, 206)는 하나 이상의 다른 장치로부터 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도 등에서 언급되는 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 수신할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 송수신기(106, 206)는 하나 이상의 프로세서(102, 202)와 연결될 수 있고, 무선 신호를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 하나 이상의 송수신기(106, 206)가 하나 이상의 다른 장치에게 사용자 데이터, 제어 정보 또는 무선 신호를 전송하도록 제어할 수 있다. 또한, 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 하나 이상의 송수신기(106, 206)가 하나 이상의 다른 장치로부터 사용자 데이터, 제어 정보 또는 무선 신호를 수신하도록 제어할 수 있다. 또한, 하나 이상의 송수신기(106, 206)는 하나 이상의 안테나(108, 208)와 연결될 수 있고, 하나 이상의 송수신기(106, 206)는 하나 이상의 안테나(108, 208)를 통해 본 문서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도 등에서 언급되는 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 송수신하도록 설정될 수 있다. 본 문서에서, 하나 이상의 안테나는 복수의 물리 안테나이거나, 복수의 논리 안테나(예, 안테나 포트)일 수 있다. 하나 이상의 송수신기(106, 206)는 수신된 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 하나 이상의 프로세서(102, 202)를 이용하여 처리하기 위해, 수신된 무선 신호/채널 등을 RF 밴드 신호에서 베이스밴드 신호로 변환(Convert)할 수 있다. 하나 이상의 송수신기(106, 206)는 하나 이상의 프로세서(102, 202)를 이용하여 처리된 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 베이스밴드 신호에서 RF 밴드 신호로 변환할 수 있다. 이를 위하여, 하나 이상의 송수신기(106, 206)는 (아날로그) 오실레이터 및/또는 필터를 포함할 수 있다.

도 21은 본 명세서에 적용될 수 있는 무선 기기의 다른 예를 도시한다.

도 21에 따르면, 무선 장치는 적어도 하나의 프로세서(102, 202), 적어도 하나의 메모리(104, 204), 적어도 하나의 트랜시버(106, 206), 하나 이상의 안테나(108, 208)를 포함할 수 있다.

앞서 도 20에서 설명한 무선 장치의 예시와, 도 21에서의 무선 장치의 예시의 차이로써, 도 20은 프로세서(102, 202)와 메모리(104, 204)가 분리되어 있으나, 도 21의 예시에서는 프로세서(102, 202)에 메모리(104, 204)가 포함되어 있다는 점이다.

여기서, 프로세서(102, 202), 메모리(104, 204), 트랜시버(106, 206), 하나 이상의 안테나(108, 208)에 대한 구체적인 설명은 앞서 설명한 바와 같기에, 불필요한 기재의 반복을 피하기 위해, 반복되는 설명의 기재는 생략하도록 한다.

본 명세서에 기재된 청구항들은 다양한 방식으로 조합될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서의 방법 청구항의 기술적 특징이 조합되어 장치로 구현될 수 있고, 본 명세서의 장치 청구항의 기술적 특징이 조합되어 방법으로 구현될 수 있다. 또한, 본 명세서의 방법 청구항의 기술적 특징과 장치 청구항의 기술적 특징이 조합되어 장치로 구현될 수 있고, 본 명세서의 방법 청구항의 기술적 특징과 장치 청구항의 기술적 특징이 조합되어 방법으로 구현될 수 있다.

Claims (14)

1. 양자 암호 통신 시스템에서, 장치에 의해 수행되는, 제1 상태, 제2 상태 또는 제3 상태를 포함하는 벨 상태를 판단하는 방법에 있어서,
   적어도 하나의 다른 장치와 이니셜 액세스 동작을 수행하고;
   상기 적어도 하나의 다른 장치로부터 두 개의 광자들을 수신하고;
   상기 두 개의 광자들에 대해 빔 스플리터에 의한 분기 결과에 기반하여 상기 제1 상태인지 여부를 판단하되, 상기 빔 스플리터에서 분기된 펄스는 제1 편광 빔 스플리터에 의해 편광 상태에 따른 지연 시간이 적용되고;
   상기 두 개의 광자들에 대해 상기 지연 시간에 의해 유발되는 검출 시간 차에 기반하여 상기 제2 상태인지 여부를 판단하되, 상기 제1 편광 빔 스플리터에 의해 분기된 펄스는 반파장판, 제2 편광 빔 스플리터 및 편광 정렬 모듈에 의해 간섭이 이루어지고; 및
   상기 두 개의 광자들에 대해 상기 간섭의 결과에 기반하여 상기 제3 상태인지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 상태는 상기 분기 결과에 따라 서로 다른 출력 포트에서 두 번의 검출이 일어나는 상태인 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 제2 상태는 상기 검출 시간 차에 의해 동일한 출력 포트에서 상기 지연 시간에 해당하는 시간 차를 가지고 두 번의 검출이 일어나는 상태인 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 제3 상태는 상기 간섭의 결과에 따라 동일 출력 포트의 서로 다른 검출기에서 동시 검출이 일어나는 상태인 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 빔 스플리터에서 분기된 펄스는 상기 제1 편광 빔 스플리터 및 지연 선에 의해 상기 편광 상태에 따른 상기 지연 시간이 적용되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 장치는 상기 제1 상태, 상기 제2 상태 또는 상기 제3 상태 중 어느 하나의 상태에 기반하여 상기 적어도 하나의 다른 장치와 통신을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 다른 장치는 단말 또는 기지국을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 장치는 상기 두 개의 광자들 모두 상기 기지국으로 수신하거나, 또는
   상기 장치는 상기 두 개의 광자들 모두 상기 단말로부터 수신하거나, 또는
   상기 장치는 상기 두 개의 광자 중 하나의 광자를 상기 기지국으로부터 수신하고 나머지 하나의 광자를 상기 단말로부터 수신하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 양자 암호 통신 시스템에서, 단말에 의해 수행되는, 제1 상태, 제2 상태 또는 제3 상태를 포함하는 벨 상태를 판단하는 방법에 있어서,
   기지국과 이니셜 액세스 동작을 수행하고;
   상기 기지국으로부터 두 개의 광자들을 수신하고;
   상기 두 개의 광자들에 대해 빔 스플리터에 의한 분기 결과에 기반하여 상기 제1 상태인지 여부를 판단하되, 상기 빔 스플리터에서 분기된 펄스는 제1 편광 빔 스플리터에 의해 편광 상태에 따른 지연 시간이 적용되고;
   상기 두 개의 광자들에 대해 상기 지연 시간에 의해 유발되는 검출 시간 차에 기반하여 상기 제2 상태인지 여부를 판단하되, 상기 제1 편광 빔 스플리터에 의해 분기된 펄스는 반파장판, 제2 편광 빔 스플리터 및 편광 정렬 모듈에 의해 간섭이 이루어지고; 및
   상기 두 개의 광자들에 대해 상기 간섭의 결과에 기반하여 상기 제3 상태인지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 단말은,
    트랜시버;
    적어도 하나의 메모리; 및
    상기 적어도 하나의 메모리 및 상기 트랜시버와 동작 가능하게 결합된 적어도 하나의 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는,
    기지국과 이니셜 액세스 동작을 수행하도록 구성되고;
    상기 기지국으로부터 두 개의 광자들을 수신하도록 상기 트랜시버를 제어하게 구성되고;
    상기 두 개의 광자들에 대해 빔 스플리터에 의한 분기 결과에 기반하여 제1 상태인지 여부를 판단하도록 구성되되, 상기 빔 스플리터에서 분기된 펄스는 제1 편광 빔 스플리터에 의해 편광 상태에 따른 지연 시간이 적용되고;
    상기 두 개의 광자들에 대해 상기 지연 시간에 의해 유발되는 검출 시간 차에 기반하여 제2 상태인지 여부를 판단하도록 구성되되, 상기 제1 편광 빔 스플리터에 의해 분기된 펄스는 반파장판, 제2 편광 빔 스플리터 및 편광 정렬 모듈에 의해 간섭이 이루어지고; 및
    상기 두 개의 광자들에 대해 상기 간섭의 결과에 기반하여 제3 상태인지 여부를 판단하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 단말.
11. 장치는,
    적어도 하나의 메모리; 및
    상기 적어도 하나의 메모리와 동작 가능하게 결합된 적어도 하나의 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는,
    적어도 하나의 다른 장치와 이니셜 액세스 동작을 수행하도록 구성되고;
    상기 적어도 하나의 다른 장치로부터 두 개의 광자들을 수신하도록 트랜시버를 제어하게 구성되고;
    상기 두 개의 광자들에 대해 빔 스플리터에 의한 분기 결과에 기반하여 제1 상태인지 여부를 판단하도록 구성되되, 상기 빔 스플리터에서 분기된 펄스는 제1 편광 빔 스플리터에 의해 편광 상태에 따른 지연 시간이 적용되고;
    상기 두 개의 광자들에 대해 상기 지연 시간에 의해 유발되는 검출 시간 차에 기반하여 제2 상태인지 여부를 판단하도록 구성되되, 상기 제1 편광 빔 스플리터에 의해 분기된 펄스는 반파장판, 제2 편광 빔 스플리터 및 편광 정렬 모듈에 의해 간섭이 이루어지고; 및
    상기 두 개의 광자들에 대해 상기 간섭의 결과에 기반하여 제3 상태인지 여부를 판단하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
12. 적어도 하나의 프로세서(processor)에 의해 실행되는 것에 기반하는 명령어(instruction)를 포함하는 적어도 하나의 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체(computer readable medium)에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로세서는,
    적어도 하나의 다른 장치와 이니셜 액세스 동작을 수행하도록 구성되고;
    상기 적어도 하나의 다른 장치로부터 두 개의 광자들을 수신하도록 트랜시버를 제어하게 구성되고;
    상기 두 개의 광자들에 대해 빔 스플리터에 의한 분기 결과에 기반하여 제1 상태인지 여부를 판단하도록 구성되되, 상기 빔 스플리터에서 분기된 펄스는 제1 편광 빔 스플리터에 의해 편광 상태에 따른 지연 시간이 적용되고;
    상기 두 개의 광자들에 대해 상기 지연 시간에 의해 유발되는 검출 시간 차에 기반하여 제2 상태인지 여부를 판단하도록 구성되되, 상기 제1 편광 빔 스플리터에 의해 분기된 펄스는 반파장판, 제2 편광 빔 스플리터 및 편광 정렬 모듈에 의해 간섭이 이루어지고; 및
    상기 두 개의 광자들에 대해 상기 간섭의 결과에 기반하여 제3 상태인지 여부를 판단하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기록매체.
13. 양자 암호 통신 시스템에서, 기지국에 의해 수행되는, 제1 상태, 제2 상태 또는 제3 상태를 포함하는 벨 상태를 판단하는 방법에 있어서,
    단말과 이니셜 액세스 동작을 수행하고;
    상기 단말로부터 두 개의 광자들을 수신하고;
    상기 두 개의 광자들에 대해 빔 스플리터에 의한 분기 결과에 기반하여 상기 제1 상태인지 여부를 판단하되, 상기 빔 스플리터에서 분기된 펄스는 제1 편광 빔 스플리터에 의해 편광 상태에 따른 지연 시간이 적용되고;
    상기 두 개의 광자들에 대해 상기 지연 시간에 의해 유발되는 검출 시간 차에 기반하여 상기 제2 상태인지 여부를 판단하되, 상기 제1 편광 빔 스플리터에 의해 분기된 펄스는 반파장판, 제2 편광 빔 스플리터 및 편광 정렬 모듈에 의해 간섭이 이루어지고; 및
    상기 두 개의 광자들에 대해 상기 간섭의 결과에 기반하여 상기 제3 상태인지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 기지국은,
    트랜시버;
    적어도 하나의 메모리; 및
    상기 적어도 하나의 메모리 및 상기 트랜시버와 동작 가능하게 결합된 적어도 하나의 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는,
    단말과 이니셜 액세스 동작을 수행하도록 구성되고;
    상기 단말로부터 두 개의 광자들을 수신하도록 상기 트랜시버를 제어하게 구성되고;
    상기 두 개의 광자들에 대해 빔 스플리터에 의한 분기 결과에 기반하여 제1 상태인지 여부를 판단하도록 구성되되, 상기 빔 스플리터에서 분기된 펄스는 제1 편광 빔 스플리터에 의해 편광 상태에 따른 지연 시간이 적용되고;
    상기 두 개의 광자들에 대해 상기 지연 시간에 의해 유발되는 검출 시간 차에 기반하여 제2 상태인지 여부를 판단하도록 구성되되, 상기 제1 편광 빔 스플리터에 의해 분기된 펄스는 반파장판, 제2 편광 빔 스플리터 및 편광 정렬 모듈에 의해 간섭이 이루어지고; 및
    상기 두 개의 광자들에 대해 상기 간섭의 결과에 기반하여 제3 상태인지 여부를 판단하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기지국.

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