WO2024063173A1 - 양자 통신 시스템에서 정보를 전송하기 위한 방법 및 이를 위한 장치 - Google Patents

양자 통신 시스템에서 정보를 전송하기 위한 방법 및 이를 위한 장치 Download PDF

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WO2024063173A1
WO2024063173A1 PCT/KR2022/014101 KR2022014101W WO2024063173A1 WO 2024063173 A1 WO2024063173 A1 WO 2024063173A1 KR 2022014101 W KR2022014101 W KR 2022014101W WO 2024063173 A1 WO2024063173 A1 WO 2024063173A1
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WO
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information
qubit
receiving end
classical
transmitting
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Application number
PCT/KR2022/014101
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English (en)
French (fr)
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이호재
이상림
김자영
안병규
Original Assignee
엘지전자 주식회사
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/70—Photonic quantum communication
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W12/00—Security arrangements; Authentication; Protecting privacy or anonymity
    • H04W12/06—Authentication
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W74/00—Wireless channel access
    • H04W74/08—Non-scheduled access, e.g. ALOHA

Definitions

  • This specification relates to a quantum communication system, and more specifically, to a method and device for transmitting information in a quantum communication system.
  • Wireless communication systems are being widely deployed to provide various types of communication services such as voice and data.
  • a wireless communication system is a multiple access system that can support communication with multiple users by sharing available system resources (bandwidth, transmission power, etc.).
  • multiple access systems include Code Division Multiple Access (CDMA) systems, Frequency Division Multiple Access (FDMA) systems, Time Division Multiple Access (TDMA) systems, Space Division Multiple Access (SDMA), and Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) systems.
  • CDMA Code Division Multiple Access
  • FDMA Frequency Division Multiple Access
  • TDMA Time Division Multiple Access
  • SDMA Space Division Multiple Access
  • OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access
  • SC-FDMA Single Carrier Frequency Division Multiple Access
  • IDMA Interleave Division Multiple Access
  • quantum communication a next-generation communication technology that can overcome the limitations of existing information and communication, such as security and high-speed computation, by applying quantum mechanical characteristics to the information and communication field.
  • existing communication which is based on binary bit information
  • quantum communication provides a means of generating, transmitting, processing, and storing information in the form of a superposition of 0 and 1.
  • wavelength or amplitude is used to transmit information between the transmitting end and the receiving end, but unlike this, in quantum communication, photons, the smallest unit of light, are used to transmit information between the transmitting end and the receiving end.
  • the purpose of this specification is to provide a method and device for transmitting information in a quantum communication system.
  • this specification provides a mapping table between the quantization state of a quantized qubit and classical bit information through quantization of the quantum state that a qubit can have for information transmission through a single qubit composed of a two-dimensional Hilbert space.
  • the purpose is to provide a method for predefining and a device for this.
  • the purpose of this specification is to provide a method and device for setting an appropriate mapping table when transmitting and receiving information based on a mapping table between the quantization state of quantized qubits and classical bit information between transmitting and receiving ends.
  • This specification provides a method and device for transmitting information in a quantum communication system.
  • this specification provides a method for a transmitting end to transmit information in a quantum communication system, comprising: receiving a signal for synchronization with the receiving end from a receiving end; Receiving system information from the receiving end; Performing a random access procedure for initial connection between the receiving end and the receiving end; Receiving setting information from the receiving end, wherein the setting information includes information on the number of quantized qubit states obtained by quantizing the state of a qubit for transmission of classical information.
  • the state of the qubit may be determined based on a first qubit basis and a second qubit basis.
  • the present specification may be characterized in that the first qubit basis is multiplied by a real value, and the second qubit basis is multiplied by an imaginary value.
  • the present specification provides that the pair of (i) a real value multiplied by the first qubit basis and (ii) an imaginary value multiplied by the second qubit basis is on the surface of a sphere in three-dimensional space. It may be characterized as being defined to be located.
  • mapping relationship may be characterized as a mapping relationship between (i) pairs of the real value and the imaginary value and (ii) bit values that the classical information may have.
  • the number of quantized qubit states is N
  • the N may be a non-negative integer.
  • present specification may further include the step of exchanging information about the N with the receiving end.
  • the step of modulating the classical information based on a qubit for transmission of the classical information may be characterized in that it is performed based on the information about N.
  • the step of exchanging information about the receiving end and the N is,
  • It may be characterized by including the step of transmitting information about the N to the receiving end.
  • the step of exchanging information about the receiving end and the N is,
  • It may include receiving the setting information, and the information about N may be included in the setting information.
  • a transmitter that performs authentication in a quantum communication system includes a transmitter for transmitting a wireless signal; A receiver for receiving wireless signals; at least one processor; and at least one computer memory operably connectable to the at least one processor and storing instructions that, when executed by the at least one processor, perform operations, the operations comprising: , receiving a signal for synchronization with the receiving end; Receiving system information from the receiving end; performing a random access procedure for initial connection between the receiving end and the receiving end; Receiving setting information from the receiving end, wherein the setting information includes information on the number of quantized qubit states obtained by quantizing the state of a qubit for transmission of classical information.
  • this specification provides a method for a receiving end to receive information in a quantum communication system, including the steps of transmitting a signal for synchronization with the transmitting end to a transmitting end; Transmitting system information to the transmitting end; performing a random access procedure for initial connection between the transmitting end and the receiving end; Transmitting setting information to the transmitting end, wherein the setting information includes information on the number of quantized qubit states obtained by quantizing the state of a qubit for transmission of classical information.
  • the mapping relationship is characterized in that it includes mapping relationships between (i) bit values that the classical information may have and (ii) the quantized qubit states.
  • a receiving end that performs authentication in a quantum communication system includes a transmitter for transmitting a wireless signal; A receiver for receiving wireless signals; at least one processor; and at least one computer memory operably connectable to the at least one processor and storing instructions that, when executed by the at least one processor, perform operations, the operations comprising: , transmitting a signal for synchronization with the transmitting end; Transmitting system information to the transmitting end; performing a random access procedure for initial connection between the transmitting end and the receiving end; Transmitting setting information to the transmitting end, wherein the setting information includes information on the number of quantized qubit states obtained by quantizing the state of a qubit for transmission of classical information.
  • the mapping relationship is characterized in that it includes mapping relationships between (i) bit values that the classical information may have and (ii) the quantized qubit states.
  • the present specification provides that, in a non-transitory computer readable medium (CRM) storing one or more instructions, one or more instructions executable by one or more processors include: synchronization with the receiving end, receiving a signal for; Receiving system information from the receiving end; performing a random access procedure for initial connection between the receiving end and the receiving end; Receiving setting information from the receiving end, wherein the setting information includes information on the number of quantized qubit states obtained by quantizing the state of a qubit for transmission of classical information.
  • CCM computer readable medium
  • the present specification relates to a device including one or more memories and one or more processors functionally connected to the one or more memories, wherein the one or more processors enable the device to synchronize with the receiving end from a receiving end.
  • Controls to receive setting information from the receiving end, and the setting information includes information on the number of quantized qubit states obtained by quantizing the state of the qubit for transmission of classical information.
  • the classical information is controlled to be modulated based on the qubit, wherein the classical information is modulated based on a predefined mapping relationship based on (i) the classical information and (ii) the state of the qubit, and the mapping The relationship includes mapping relationships between (i) the bit values that the classical information can have and (ii) the quantized qubit states; and controlling to transmit the qubit based on the modulated classical information to the receiving end.
  • This specification has the effect of transmitting information in a quantum communication system.
  • this specification has the effect of enabling transmission of more than classical 1-bit information through a single qubit composed of a two-dimensional Hilbert space.
  • this specification has the effect of transferring N qubit states or log2(N) bits using a single qubit through N-QSM.
  • Figure 1 is a diagram showing an example of a communication system applicable to this specification.
  • Figure 2 is a diagram showing an example of a wireless device applicable to this specification.
  • Figure 3 is a diagram showing a method of processing a transmission signal applicable to this specification.
  • Figure 4 is a diagram showing another example of a wireless device applicable to this specification.
  • Figure 5 is a diagram showing an example of a portable device applicable to this specification.
  • Figure 6 is a diagram showing physical channels applicable to this specification and a signal transmission method using them.
  • Figure 7 is a diagram showing the structure of a wireless frame applicable to this specification.
  • Figure 8 is a diagram showing a slot structure applicable to this specification.
  • Figure 9 is a diagram showing an example of a communication structure that can be provided in a 6G system applicable to this specification.
  • Figure 10 is a diagram showing an example of a quantum network configuration.
  • Figure 11 is a diagram showing examples of quantum communication system configurations according to types of information.
  • Figure 12 is a diagram showing an example of a qubit state on a Bloch sphere.
  • Figure 13 is a diagram showing an example of uniform quantization methods.
  • Figure 14 is a diagram showing an example of the constellations of 2-QSM schematized on the surface of a Bloch sphere.
  • Figure 15 is a diagram showing an example of the constellations of 4-QSM schematized on the surface of a Bloch sphere.
  • Figure 16 is a diagram showing an example of the constellations of 8-QSM schematized on the surface of a Bloch sphere.
  • Figure 17 is a diagram showing an example of the constellations of 16-QSM schematized on the surface of a Bloch sphere.
  • Figure 18 is a diagram showing an example of the constellations of 64-QSM schematized on the surface of a Bloch sphere.
  • Figure 19 is a diagram showing an example of the constellations of 4-QSM schematized on the surface of a Bloch sphere.
  • Figure 20 is a diagram showing an example of the constellations of 8-QSM schematized on the surface of a Bloch sphere.
  • Figure 21 is a diagram showing an example of the constellations of 16-QSM schematized on the surface of a Bloch sphere.
  • Figure 22 is a diagram showing an example of the constellations of 16-QSM schematized on the surface of a Bloch sphere.
  • Figure 23 is a diagram showing an example of the entire transmitter and receiver structure of the QSM system.
  • Figure 24 is a diagram showing an example of the configuration of a quantum state modulator.
  • Figure 25 is a diagram showing an example of a Faraday rotator configuration.
  • Figure 26 is a diagram showing an example of the configuration of a quantum state decoder at the receiving end.
  • Figures 27 and 28 are diagrams showing an example of a quantum cloning method.
  • Figure 29 is a diagram showing an example of the configuration of a quantum state decoder at the receiving end.
  • Figure 30 is a diagram showing another example of the configuration of a quantum state decoder at the receiving end.
  • Figure 31 is a diagram showing an example of the configuration of a quantum state estimator of a quantum decoder.
  • Figure 32 is a diagram showing another example of the configuration of a quantum state estimator of a quantum decoder.
  • Figure 33 is a diagram showing another example of the configuration of a quantum state estimator of a quantum decoder.
  • Figure 34 is a diagram showing another example of the configuration of a quantum state estimator of a quantum decoder.
  • Figure 35 is a flowchart showing an example of how the information transmission method proposed in this specification is performed at the transmitting end.
  • Figure 36 is a flowchart showing an example of how the information transmission method proposed in this specification is performed at the receiving end.
  • the base station is meant as a terminal node of the network that directly communicates with the mobile station. Certain operations described herein as being performed by the base station may, in some cases, be performed by an upper node of the base station.
  • 'base station' is a term such as fixed station, Node B, eNB (eNode B), gNB (gNode B), ng-eNB, advanced base station (ABS), or access point. It can be replaced by .
  • a terminal may include a user equipment (UE), a mobile station (MS), a subscriber station (SS), a mobile subscriber station (MSS), It can be replaced with terms such as mobile terminal or advanced mobile station (AMS).
  • UE user equipment
  • MS mobile station
  • SS subscriber station
  • MSS mobile subscriber station
  • AMS advanced mobile station
  • the transmitting end refers to a fixed and/or mobile node that provides a data service or a voice service
  • the receiving end refers to a fixed and/or mobile node that receives a data service or a voice service. Therefore, in the case of uplink, the mobile station can be the transmitting end and the base station can be the receiving end. Likewise, in the case of downlink, the mobile station can be the receiving end and the base station can be the transmitting end.
  • Embodiments of the present specification include wireless access systems such as the IEEE 802.xx system, 3GPP (3rd Generation Partnership Project) system, 3GPP LTE (Long Term Evolution) system, 3GPP 5G (5th generation) NR (New Radio) system, and 3GPP2 system. It may be supported by at least one standard document disclosed in one of the standard documents, and in particular, the embodiments herein are supported by the 3GPP TS (technical specification) 38.211, 3GPP TS 38.212, 3GPP TS 38.213, 3GPP TS 38.321 and 3GPP TS 38.331 documents. It can be.
  • 3GPP TS technical specification
  • embodiments of the present specification can be applied to other wireless access systems and are not limited to the above-described system. As an example, it may be applicable to systems applied after the 3GPP 5G NR system and is not limited to a specific system.
  • CDMA code division multiple access
  • FDMA frequency division multiple access
  • TDMA time division multiple access
  • OFDMA orthogonal frequency division multiple access
  • SC-FDMA single carrier frequency division multiple access
  • LTE is 3GPP TS 36.xxx Release 8 and later.
  • LTE technology after 3GPP TS 36.xxx Release 10 may be referred to as LTE-A
  • LTE technology after 3GPP TS 36.xxx Release 13 may be referred to as LTE-A pro.
  • 3GPP NR may refer to technology after TS 38.xxx Release 15.
  • 3GPP 6G may refer to technology after TS Release 17 and/or Release 18. “xxx” refers to the standard document detail number.
  • LTE/NR/6G can be collectively referred to as a 3GPP system.
  • the communication system 100 applied herein includes a wireless device, a base station, and a network.
  • a wireless device refers to a device that performs communication using wireless access technology (e.g., 5G NR, LTE) and may be referred to as a communication/wireless/5G device.
  • wireless devices include robots (100a), vehicles (100b-1, 100b-2), extended reality (XR) devices (100c), hand-held devices (100d), and home appliances (100d).
  • appliance) (100e), IoT (Internet of Thing) device (100f), and AI (artificial intelligence) device/server (100g).
  • vehicles may include vehicles equipped with wireless communication functions, autonomous vehicles, vehicles capable of inter-vehicle communication, etc.
  • the vehicles 100b-1 and 100b-2 may include an unmanned aerial vehicle (UAV) (eg, a drone).
  • UAV unmanned aerial vehicle
  • the XR device 100c includes augmented reality (AR)/virtual reality (VR)/mixed reality (MR) devices, including a head-mounted device (HMD), a head-up display (HUD) installed in a vehicle, a television, It can be implemented in the form of smartphones, computers, wearable devices, home appliances, digital signage, vehicles, robots, etc.
  • the mobile device 100d may include a smartphone, smart pad, wearable device (eg, smart watch, smart glasses), computer (eg, laptop, etc.), etc.
  • Home appliances 100e may include a TV, refrigerator, washing machine, etc.
  • IoT device 100f may include sensors, smart meters, etc.
  • the base station 120 and the network 130 may also be implemented as wireless devices, and a specific wireless device 120a may operate as a base station/network node for other wireless devices.
  • Wireless devices 100a to 100f may be connected to the network 130 through the base station 120.
  • AI technology may be applied to the wireless devices 100a to 100f, and the wireless devices 100a to 100f may be connected to the AI server 100g through the network 130.
  • the network 130 may be configured using a 3G network, 4G (eg, LTE) network, or 5G (eg, NR) network.
  • Wireless devices 100a to 100f may communicate with each other through the base station 120/network 130, but communicate directly (e.g., sidelink communication) without going through the base station 120/network 130. You may.
  • vehicles 100b-1 and 100b-2 may communicate directly (eg, vehicle to vehicle (V2V)/vehicle to everything (V2X) communication).
  • the IoT device 100f eg, sensor
  • the IoT device 100f may communicate directly with other IoT devices (eg, sensor) or other wireless devices 100a to 100f.
  • Wireless communication/connection may be established between the wireless devices (100a to 100f)/base station (120) and the base station (120)/base station (120).
  • wireless communication/connection includes various methods such as uplink/downlink communication (150a), sidelink communication (150b) (or D2D communication), and inter-base station communication (150c) (e.g., relay, integrated access backhaul (IAB)).
  • IAB integrated access backhaul
  • This can be achieved through wireless access technology (e.g. 5G NR).
  • wireless communication/connection 150a, 150b, 150c
  • a wireless device and a base station/wireless device, and a base station and a base station can transmit/receive wireless signals to each other.
  • wireless communication/connection 150a, 150b, and 150c may transmit/receive signals through various physical channels.
  • various configuration information setting processes for transmitting/receiving wireless signals various signal processing processes (e.g., channel encoding/decoding, modulation/demodulation, resource mapping/demapping, etc.) , at least some of the resource allocation process, etc. may be performed.
  • Figure 2 is a diagram showing an example of a wireless device that can be applied to this specification.
  • the first wireless device 200a and the second wireless device 200b can transmit and receive wireless signals through various wireless access technologies (eg, LTE, NR).
  • ⁇ first wireless device 200a, second wireless device 200b ⁇ refers to ⁇ wireless device 100x, base station 120 ⁇ and/or ⁇ wireless device 100x, wireless device 100x) in FIG. ⁇ can be responded to.
  • the first wireless device 200a includes one or more processors 202a and one or more memories 204a, and may further include one or more transceivers 206a and/or one or more antennas 208a.
  • Processor 202a controls memory 204a and/or transceiver 206a and may be configured to implement the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods and/or operational flowcharts disclosed herein.
  • the processor 202a may process information in the memory 204a to generate first information/signal and then transmit a wireless signal including the first information/signal through the transceiver 206a.
  • the processor 202a may receive a wireless signal including the second information/signal through the transceiver 206a and then store information obtained from signal processing of the second information/signal in the memory 204a.
  • the memory 204a may be connected to the processor 202a and may store various information related to the operation of the processor 202a.
  • memory 204a may perform some or all of the processes controlled by processor 202a or instructions for performing the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods and/or operational flowcharts disclosed herein.
  • Software code containing them can be stored.
  • the processor 202a and the memory 204a may be part of a communication modem/circuit/chip designed to implement wireless communication technology (eg, LTE, NR).
  • Transceiver 206a may be coupled to processor 202a and may transmit and/or receive wireless signals via one or more antennas 208a.
  • Transceiver 206a may include a transmitter and/or receiver.
  • the transceiver 206a may be used interchangeably with a radio frequency (RF) unit.
  • RF radio frequency
  • a wireless device may mean a communication modem/circuit/chip.
  • the second wireless device 200b includes one or more processors 202b, one or more memories 204b, and may further include one or more transceivers 206b and/or one or more antennas 208b.
  • Processor 202b controls memory 204b and/or transceiver 206b and may be configured to implement the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods and/or operational flowcharts disclosed herein.
  • the processor 202b may process information in the memory 204b to generate third information/signal and then transmit a wireless signal including the third information/signal through the transceiver 206b.
  • the processor 202b may receive a wireless signal including the fourth information/signal through the transceiver 206b and then store information obtained from signal processing of the fourth information/signal in the memory 204b.
  • the memory 204b may be connected to the processor 202b and may store various information related to the operation of the processor 202b. For example, memory 204b may perform some or all of the processes controlled by processor 202b or instructions for performing the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods, and/or operational flowcharts disclosed herein. Software code containing them can be stored.
  • the processor 202b and the memory 204b may be part of a communication modem/circuit/chip designed to implement wireless communication technology (eg, LTE, NR).
  • Transceiver 206b may be coupled to processor 202b and may transmit and/or receive wireless signals via one or more antennas 208b.
  • the transceiver 206b may include a transmitter and/or a receiver.
  • the transceiver 206b may be used interchangeably with an RF unit.
  • a wireless device may mean a communication modem/circuit/chip.
  • one or more protocol layers may be implemented by one or more processors 202a and 202b.
  • one or more processors 202a and 202b may operate on one or more layers (e.g., physical (PHY), media access control (MAC), radio link control (RLC), packet data convergence protocol (PDCP), and radio resource (RRC). control) and functional layers such as SDAP (service data adaptation protocol) can be implemented.
  • layers e.g., physical (PHY), media access control (MAC), radio link control (RLC), packet data convergence protocol (PDCP), and radio resource (RRC). control
  • SDAP service data adaptation protocol
  • One or more processors 202a, 202b may generate one or more protocol data units (PDUs) and/or one or more service data units (SDUs) according to the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods, and/or operational flowcharts disclosed herein. can be created.
  • One or more processors 202a and 202b may generate messages, control information, data or information according to the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods and/or operational flowcharts disclosed herein.
  • One or more processors 202a, 202b generate signals (e.g., baseband signals) containing PDUs, SDUs, messages, control information, data, or information according to the functions, procedures, proposals, and/or methods disclosed herein.
  • transceivers 206a, 206b can be provided to one or more transceivers (206a, 206b).
  • One or more processors 202a, 202b may receive signals (e.g., baseband signals) from one or more transceivers 206a, 206b, and the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods, and/or operational flowcharts disclosed herein.
  • PDU, SDU, message, control information, data or information can be obtained.
  • One or more processors 202a, 202b may be referred to as a controller, microcontroller, microprocessor, or microcomputer.
  • One or more processors 202a and 202b may be implemented by hardware, firmware, software, or a combination thereof.
  • ASICs application specific integrated circuits
  • DSPs digital signal processors
  • DSPDs digital signal processing devices
  • PLDs programmable logic devices
  • FPGAs field programmable gate arrays
  • firmware or software may be implemented using firmware or software, and the firmware or software may be implemented to include modules, procedures, functions, etc.
  • Firmware or software configured to perform the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods and/or operational flowcharts disclosed herein may be included in one or more processors 202a and 202b or stored in one or more memories 204a and 204b. It may be driven by the above processors 202a and 202b.
  • the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods and/or operational flowcharts disclosed herein may be implemented using firmware or software in the form of codes, instructions and/or sets of instructions.
  • One or more memories 204a and 204b may be connected to one or more processors 202a and 202b and may store various types of data, signals, messages, information, programs, codes, instructions and/or commands.
  • One or more memories 204a, 204b may include read only memory (ROM), random access memory (RAM), erasable programmable read only memory (EPROM), flash memory, hard drives, registers, cache memory, computer readable storage media, and/or It may be composed of a combination of these.
  • One or more memories 204a and 204b may be located internal to and/or external to one or more processors 202a and 202b. Additionally, one or more memories 204a and 204b may be connected to one or more processors 202a and 202b through various technologies, such as wired or wireless connections.
  • One or more transceivers may transmit user data, control information, wireless signals/channels, etc. mentioned in the methods and/or operation flowcharts of this specification to one or more other devices.
  • One or more transceivers 206a, 206b may receive user data, control information, wireless signals/channels, etc. referred to in the descriptions, functions, procedures, suggestions, methods and/or operational flowcharts disclosed herein, etc. from one or more other devices. there is.
  • one or more transceivers 206a and 206b may be connected to one or more processors 202a and 202b and may transmit and receive wireless signals.
  • one or more processors 202a, 202b may control one or more transceivers 206a, 206b to transmit user data, control information, or wireless signals to one or more other devices. Additionally, one or more processors 202a and 202b may control one or more transceivers 206a and 206b to receive user data, control information, or wireless signals from one or more other devices. In addition, one or more transceivers (206a, 206b) may be connected to one or more antennas (208a, 208b), and one or more transceivers (206a, 206b) may be connected to the description and functions disclosed herein through one or more antennas (208a, 208b).
  • one or more antennas may be a plurality of physical antennas or a plurality of logical antennas (eg, antenna ports).
  • One or more transceivers (206a, 206b) process the received user data, control information, wireless signals/channels, etc. using one or more processors (202a, 202b), and convert the received wireless signals/channels, etc. from the RF band signal. It can be converted to a baseband signal.
  • One or more transceivers (206a, 206b) may convert user data, control information, wireless signals/channels, etc. processed using one or more processors (202a, 202b) from a baseband signal to an RF band signal.
  • one or more transceivers 206a, 206b may include (analog) oscillators and/or filters.
  • Figure 3 is a diagram illustrating a method of processing a transmission signal applied to this specification.
  • the transmission signal may be processed by a signal processing circuit.
  • the signal processing circuit 300 may include a scrambler 310, a modulator 320, a layer mapper 330, a precoder 340, a resource mapper 350, and a signal generator 360.
  • the operation/function of FIG. 3 may be performed in the processors 202a and 202b and/or transceivers 206a and 206b of FIG. 2.
  • the hardware elements of FIG. 3 may be implemented in the processors 202a and 202b and/or transceivers 206a and 206b of FIG. 2.
  • blocks 310 to 350 may be implemented in the processors 202a and 202b of FIG. 2
  • block 360 may be implemented in the transceivers 206a and 206b of FIG. 2, but are not limited to the above-described embodiment.
  • the codeword can be converted into a wireless signal through the signal processing circuit 300 of FIG. 3.
  • a codeword is an encoded bit sequence of an information block.
  • the information block may include a transport block (eg, UL-SCH transport block, DL-SCH transport block).
  • Wireless signals may be transmitted through various physical channels (eg, PUSCH, PDSCH) in FIG. 6.
  • the codeword may be converted into a scrambled bit sequence by the scrambler 310.
  • the scramble sequence used for scrambling is generated based on an initialization value, and the initialization value may include ID information of the wireless device.
  • the scrambled bit sequence may be modulated into a modulation symbol sequence by the modulator 320.
  • Modulation methods may include pi/2-binary phase shift keying (pi/2-BPSK), m-phase shift keying (m-PSK), and m-quadrature amplitude modulation (m-QAM).
  • the complex modulation symbol sequence may be mapped to one or more transport layers by the layer mapper 330.
  • the modulation symbols of each transport layer may be mapped to corresponding antenna port(s) by the precoder 340 (precoding).
  • the output z of the precoder 340 can be obtained by multiplying the output y of the layer mapper 330 by the N*M precoding matrix W.
  • N is the number of antenna ports and M is the number of transport layers.
  • the precoder 340 may perform precoding after performing transform precoding (eg, discrete Fourier transform (DFT) transform) on complex modulation symbols. Additionally, the precoder 340 may perform precoding without performing transform precoding.
  • transform precoding eg, discrete Fourier transform (DFT) transform
  • the resource mapper 350 can map the modulation symbols of each antenna port to time-frequency resources.
  • a time-frequency resource may include a plurality of symbols (eg, CP-OFDMA symbol, DFT-s-OFDMA symbol) in the time domain and a plurality of subcarriers in the frequency domain.
  • the signal generator 360 generates a wireless signal from the mapped modulation symbols, and the generated wireless signal can be transmitted to another device through each antenna.
  • the signal generator 360 may include an inverse fast fourier transform (IFFT) module, a cyclic prefix (CP) inserter, a digital-to-analog converter (DAC), a frequency uplink converter, etc. .
  • IFFT inverse fast fourier transform
  • CP cyclic prefix
  • DAC digital-to-analog converter
  • the signal processing process for a received signal in a wireless device may be configured as the reverse of the signal processing processes 310 to 360 of FIG. 3.
  • a wireless device eg, 200a and 200b in FIG. 2
  • the received wireless signal can be converted into a baseband signal through a signal restorer.
  • the signal restorer may include a frequency downlink converter, an analog-to-digital converter (ADC), a CP remover, and a fast fourier transform (FFT) module. Thereafter, the baseband signal can be restored to a codeword through a resource de-mapper process, postcoding process, demodulation process, and de-scramble process.
  • ADC analog-to-digital converter
  • FFT fast fourier transform
  • a signal processing circuit for a received signal may include a signal restorer, resource de-mapper, postcoder, demodulator, de-scrambler, and decoder.
  • Figure 4 is a diagram showing another example of a wireless device applied to this specification.
  • the wireless device 400 corresponds to the wireless devices 200a and 200b of FIG. 2 and includes various elements, components, units/units, and/or modules. ) can be composed of.
  • the wireless device 400 may include a communication unit 410, a control unit 420, a memory unit 430, and an additional element 440.
  • the communication unit may include communication circuitry 412 and transceiver(s) 414.
  • communication circuitry 412 may include one or more processors 202a and 202b and/or one or more memories 204a and 204b of FIG. 2 .
  • transceiver(s) 414 may include one or more transceivers 206a, 206b and/or one or more antennas 208a, 208b of FIG. 2.
  • the control unit 420 is electrically connected to the communication unit 410, the memory unit 430, and the additional element 440 and controls overall operations of the wireless device.
  • the control unit 420 may control the electrical/mechanical operation of the wireless device based on the program/code/command/information stored in the memory unit 430.
  • the control unit 420 transmits the information stored in the memory unit 430 to the outside (e.g., another communication device) through the communication unit 410 through a wireless/wired interface, or to the outside (e.g., to another communication device) through the communication unit 410.
  • Information received through a wireless/wired interface from another communication device can be stored in the memory unit 430.
  • the additional element 440 may be configured in various ways depending on the type of wireless device.
  • the additional element 440 may include at least one of a power unit/battery, an input/output unit, a driving unit, and a computing unit.
  • the wireless device 400 may include a robot (FIG. 1, 100a), a vehicle (FIG. 1, 100b-1, 100b-2), an XR device (FIG. 1, 100c), and a portable device (FIG. 1, 100d).
  • FIG. 1, 100e home appliances
  • IoT devices Figure 1, 100f
  • digital broadcasting terminals hologram devices
  • public safety devices MTC devices
  • medical devices fintech devices (or financial devices)
  • security devices climate/ It can be implemented in the form of an environmental device, AI server/device (FIG. 1, 140), base station (FIG. 1, 120), network node, etc.
  • Wireless devices can be mobile or used in fixed locations depending on the usage/service.
  • various elements, components, units/parts, and/or modules within the wireless device 400 may be entirely interconnected through a wired interface, or at least some of them may be wirelessly connected through the communication unit 410.
  • the control unit 420 and the communication unit 410 are connected by wire, and the control unit 420 and the first unit (e.g., 430, 440) are connected wirelessly through the communication unit 410.
  • each element, component, unit/part, and/or module within the wireless device 400 may further include one or more elements.
  • the control unit 420 may be comprised of one or more processor sets.
  • control unit 420 may be comprised of a communication control processor, an application processor, an electronic control unit (ECU), a graphics processing processor, and a memory control processor.
  • memory unit 430 may be comprised of RAM, dynamic RAM (DRAM), ROM, flash memory, volatile memory, non-volatile memory, and/or a combination thereof. It can be configured.
  • Figure 5 is a diagram showing an example of a portable device applied to this specification.
  • FIG. 5 illustrates a portable device to which this specification applies.
  • Portable devices may include smartphones, smart pads, wearable devices (e.g., smart watches, smart glasses), and portable computers (e.g., laptops, etc.).
  • a mobile device may be referred to as a mobile station (MS), user terminal (UT), mobile subscriber station (MSS), subscriber station (SS), advanced mobile station (AMS), or wireless terminal (WT).
  • MS mobile station
  • UT user terminal
  • MSS mobile subscriber station
  • SS subscriber station
  • AMS advanced mobile station
  • WT wireless terminal
  • the portable device 500 includes an antenna unit 508, a communication unit 510, a control unit 520, a memory unit 530, a power supply unit 540a, an interface unit 540b, and an input/output unit 540c. ) may include.
  • the antenna unit 508 may be configured as part of the communication unit 510.
  • Blocks 510 to 530/540a to 540c correspond to blocks 410 to 430/440 in FIG. 4, respectively.
  • the communication unit 510 can transmit and receive signals (eg, data, control signals, etc.) with other wireless devices and base stations.
  • the control unit 520 can control the components of the portable device 500 to perform various operations.
  • the control unit 520 may include an application processor (AP).
  • the memory unit 530 may store data/parameters/programs/codes/commands necessary for driving the portable device 500. Additionally, the memory unit 530 can store input/output data/information, etc.
  • the power supply unit 540a supplies power to the portable device 500 and may include a wired/wireless charging circuit, a battery, etc.
  • the interface unit 540b may support connection between the mobile device 500 and other external devices.
  • the interface unit 540b may include various ports (eg, audio input/output ports, video input/output ports) for connection to external devices.
  • the input/output unit 540c may input or output video information/signals, audio information/signals, data, and/or information input from the user.
  • the input/output unit 540c may include a camera, a microphone, a user input unit, a display unit 540d, a speaker, and/or a haptic module.
  • the input/output unit 540c acquires information/signals (e.g., touch, text, voice, image, video) input from the user, and the obtained information/signals are stored in the memory unit 530. It can be saved.
  • the communication unit 510 can convert the information/signal stored in the memory into a wireless signal and transmit the converted wireless signal directly to another wireless device or to a base station. Additionally, the communication unit 510 may receive a wireless signal from another wireless device or a base station and then restore the received wireless signal to the original information/signal.
  • the restored information/signal may be stored in the memory unit 530 and then output in various forms (eg, text, voice, image, video, haptic) through the input/output unit 540c.
  • a terminal can receive information from a base station through downlink (DL) and transmit information to the base station through uplink (UL).
  • Information transmitted and received between the base station and the terminal includes general data information and various control information, and various physical channels exist depending on the type/purpose of the information they transmit and receive.
  • Figure 6 is a diagram showing physical channels applied to this specification and a signal transmission method using them.
  • a terminal that is turned on again from a power-off state or newly entered a cell performs an initial cell search task such as synchronizing with the base station in step S611.
  • the terminal receives the primary synchronization channel (P-SCH) and secondary synchronization channel (S-SCH) from the base station to synchronize with the base station and obtain information such as cell ID. .
  • the terminal can obtain intra-cell broadcast information by receiving a physical broadcast channel (PBCH) signal from the base station. Meanwhile, the terminal can check the downlink channel status by receiving a downlink reference signal (DL RS) in the initial cell search stage.
  • PBCH physical broadcast channel
  • DL RS downlink reference signal
  • the UE receives a physical downlink control channel (PDCCH) and a physical downlink shared channel (PDSCH) according to the physical downlink control channel information in step S612 and further You can obtain specific system information.
  • PDCCH physical downlink control channel
  • PDSCH physical downlink shared channel
  • the terminal may perform a random access procedure such as steps S613 to S616 to complete access to the base station.
  • the terminal transmits a preamble through a physical random access channel (PRACH) (S613), and RAR (RAR) for the preamble through the physical downlink control channel and the corresponding physical downlink shared channel.
  • PRACH physical random access channel
  • RAR RAR
  • a random access response can be received (S614).
  • the terminal transmits a physical uplink shared channel (PUSCH) using scheduling information in the RAR (S615), and a contention resolution procedure such as reception of a physical downlink control channel signal and a corresponding physical downlink shared channel signal. ) can be performed (S616).
  • PUSCH physical uplink shared channel
  • S615 scheduling information in the RAR
  • a contention resolution procedure such as reception of a physical downlink control channel signal and a corresponding physical downlink shared channel signal.
  • the terminal that has performed the above-described procedure can then receive a physical downlink control channel signal and/or a physical downlink shared channel signal (S617) and a physical uplink shared channel (physical uplink shared channel) as a general uplink/downlink signal transmission procedure.
  • a physical downlink control channel signal and/or a physical downlink shared channel signal S617
  • a physical uplink shared channel physical uplink shared channel
  • Transmission of a channel (PUSCH) signal and/or a physical uplink control channel (PUCCH) signal may be performed (S618).
  • UCI uplink control information
  • UCI includes HARQ-ACK/NACK (hybrid automatic repeat and request acknowledgment/negative-ACK), SR (scheduling request), CQI (channel quality indication), PMI (precoding matrix indication), RI (rank indication), and BI (beam indication). ) information, etc.
  • HARQ-ACK/NACK hybrid automatic repeat and request acknowledgment/negative-ACK
  • SR scheduling request
  • CQI channel quality indication
  • PMI precoding matrix indication
  • RI rank indication
  • BI beam indication
  • Figure 7 is a diagram showing the structure of a wireless frame applicable to this specification.
  • Uplink and downlink transmission based on the NR system may be based on the frame shown in FIG. 7.
  • one wireless frame has a length of 10ms and can be defined as two 5ms half-frames (HF).
  • One half-frame can be defined as five 1ms subframes (SF).
  • One subframe is divided into one or more slots, and the number of slots in a subframe may depend on subcarrier spacing (SCS).
  • SCS subcarrier spacing
  • each slot may include 12 or 14 OFDM(A) symbols depending on the cyclic prefix (CP).
  • CP cyclic prefix
  • each slot When normal CP is used, each slot may include 14 symbols.
  • extended CP extended CP
  • each slot may include 12 symbols.
  • the symbol may include an OFDM symbol (or CP-OFDM symbol) and an SC-FDMA symbol (or DFT-s-OFDM symbol).
  • Table 1 shows the number of symbols per slot according to SCS, the number of slots per frame, and the number of slots per subframe when a general CP is used
  • Table 2 shows the number of symbols per slot according to SCS when an extended CSP is used. Indicates the number of symbols, the number of slots per frame, and the number of slots per subframe.
  • Nslotsymb represents the number of symbols in a slot
  • Nframe, ⁇ slot represents the number of slots in a frame
  • Nsubframe, ⁇ slot may represent the number of slots in a subframe.
  • OFDM(A) numerology eg, SCS, CP length, etc.
  • OFDM(A) numerology eg, SCS, CP length, etc.
  • the (absolute time) interval of a time resource e.g., SF, slot, or TTI
  • a time unit (TU) for convenience, referred to as a time unit (TU)
  • NR can support multiple numerologies (or subcarrier spacing (SCS)) to support various 5G services. For example, if SCS is 15kHz, it supports wide area in traditional cellular bands, and if SCS is 30kHz/60kHz, it supports dense-urban, lower latency. And it supports a wider carrier bandwidth, and when the SCS is 60kHz or higher, it can support a bandwidth greater than 24.25GHz to overcome phase noise.
  • SCS subcarrier spacing
  • the NR frequency band is defined as two types (FR1, FR2) of frequency range.
  • FR1 and FR2 can be configured as shown in the table below. Additionally, FR2 may mean millimeter wave (mmW).
  • mmW millimeter wave
  • the above-described numerology may be set differently in a communication system to which this specification is applicable.
  • a terahertz wave (THz) band may be used as a higher frequency band than the above-described FR2.
  • THz terahertz wave
  • the SCS can be set larger than the NR system, and the number of slots can also be set differently, and is not limited to the above-described embodiment.
  • Figure 8 is a diagram showing a slot structure applicable to this specification.
  • One slot includes multiple symbols in the time domain. For example, in the case of normal CP, one slot includes 7 symbols, but in the case of extended CP, one slot may include 6 symbols.
  • a carrier includes a plurality of subcarriers in the frequency domain.
  • RB Resource Block
  • BWP Bandwidth Part
  • P Physical Broadband Physical Broadband Physical Broadband Physical Broadband Physical Broadband Physical Broadband Physical Broadband Physical Broadband Physical Broadband Physical Broadband Physical Broadband Physical Broadband Physical Broadband Physical Broadband Physical Broadband Physical Broadband Physical Broadband Physical Broadband Physical Broadband Physical Broadband Physical Broadband Physical Broadband Physical Broadband Physical Broadband Physical Broadband Physical Broadband Physical Broadband Physical Broadband Physical Broadband Physical Broadband Physical Broadband Physical Broadband Physical Broadband Physical Broadband, etc.
  • numerology e.g., SCS, CP length, etc.
  • a carrier wave may contain up to N (e.g., 5) BWPs. Data communication is performed through an activated BWP, and only one BWP can be activated for one terminal. Each element in the resource grid is referred to as a Resource Element (RE), and one complex symbol can be mapped.
  • RE Resource Element
  • 6G (wireless communications) systems require (i) very high data rates per device, (ii) very large number of connected devices, (iii) global connectivity, (iv) very low latency, (v) battery- The goal is to reduce the energy consumption of battery-free IoT devices, (vi) ultra-reliable connectivity, and (vii) connected intelligence with machine learning capabilities.
  • the vision of the 6G system can be four aspects such as “intelligent connectivity”, “deep connectivity”, “holographic connectivity”, and “ubiquitous connectivity”, and the 6G system can satisfy the requirements as shown in Table 4 below. In other words, Table 4 is a table showing the requirements of the 6G system.
  • the 6G system includes enhanced mobile broadband (eMBB), ultra-reliable low latency communications (URLLC), massive machine type communications (mMTC), AI integrated communication, and tactile communication.
  • eMBB enhanced mobile broadband
  • URLLC ultra-reliable low latency communications
  • mMTC massive machine type communications
  • AI integrated communication and tactile communication.
  • tactile internet high throughput, high network capacity, high energy efficiency, low backhaul and access network congestion, and improved data security. It can have key factors such as enhanced data security.
  • Figure 9 is a diagram showing an example of a communication structure that can be provided in a 6G system applicable to this specification.
  • the 6G system is expected to have simultaneous wireless communication connectivity 50 times higher than that of the 5G wireless communication system.
  • URLLC a key feature of 5G, is expected to become an even more mainstream technology in 6G communications by providing end-to-end delays of less than 1ms.
  • the 6G system will have much better volume spectrum efficiency, unlike the frequently used area spectrum efficiency.
  • 6G systems can provide very long battery life and advanced battery technologies for energy harvesting, so mobile devices in 6G systems may not need to be separately charged. Additionally, new network characteristics in 6G may include:
  • 6G is expected to be integrated with satellites to serve the global mobile constellation. Integration of terrestrial, satellite and aerial networks into one wireless communications system could be critical for 6G.
  • 6G wireless networks will deliver power to charge the batteries of devices such as smartphones and sensors. Therefore, wireless information and energy transfer (WIET) will be integrated.
  • WIET wireless information and energy transfer
  • Small cell networks The idea of small cell networks was introduced to improve received signal quality resulting in improved throughput, energy efficiency and spectral efficiency in cellular systems. As a result, small cell networks are an essential feature for 5G and Beyond 5G (5GB) communications systems. Therefore, the 6G communication system also adopts the characteristics of a small cell network.
  • Ultra-dense heterogeneous networks will be another important characteristic of the 6G communication system. Multi-tier networks comprised of heterogeneous networks improve overall QoS and reduce costs.
  • Backhaul connections are characterized by high-capacity backhaul networks to support high-capacity traffic.
  • High-speed fiber and free-space optics (FSO) systems may be possible solutions to this problem.
  • High-precision localization (or location-based services) through communication is one of the functions of the 6G wireless communication system. Therefore, radar systems will be integrated with 6G networks.
  • Softwarization and virtualization are two important features that are fundamental to the design process in 5GB networks to ensure flexibility, reconfigurability, and programmability. Additionally, billions of devices may be shared on a shared physical infrastructure.
  • Quantum communication is a next-generation communication technology that can overcome the limitations of existing information and communication, such as security and high-speed computation, by applying quantum mechanical characteristics to the information and communication field.
  • Quantum communication provides a means of generating, transmitting, processing, and storing information that cannot be expressed or is difficult to express in the form of 0 and 1 according to the binary bit information used in existing communication technology.
  • wavelength or amplitude is used to transmit information between the transmitting end and the receiving end, but unlike this, in quantum communication, photons, the smallest unit of light, are used to transmit information between the transmitting end and the receiving end.
  • quantum communication in the case of quantum communication, quantum uncertainty, quantum irreversibility, and unclonability can be used for the polarization or phase difference of photons (light), so quantum communication has the characteristic of enabling communication with complete security. Additionally, quantum communication may enable ultra-fast communication using quantum entanglement under certain conditions.
  • Quantum communication is a fundamental technology that constitutes a quantum network or quantum internet, and is used to transfer qubit information between quantum nodes.
  • the purpose of a quantum network can be divided into two categories as follows.
  • Quantum networks for computation Networked quantum computing or distributed quantum computing works by connecting multiple quantum processors by transmitting them through a quantum network.
  • Quantum networks for communication In the realm of quantum communication, it seeks to transmit qubits over long distances from one quantum processor to another.
  • Figure 10 is a diagram showing an example of a quantum network configuration.
  • 1010 and 1020 represent end nodes, respectively, and can operate as a transmitter/receiver depending on the direction in which information is transmitted.
  • the quantum channel (Quantum Channel) 1030 can be configured as wired or wireless, and directly transfers single/multiple photons formed at the transmitter or entanglement resources between nodes. In the shared state, qubit information is transmitted through quantum teleportation.
  • FIG 11 is a diagram showing examples of quantum communication system configurations according to types of information.
  • Quantum communication systems can be divided into Quantum Communication for Classical Bit (QC4Cbit) [(a) in Figure 11] and Quantum Communication for Quantum Bit (QC4Qbit) [(b) in Figure 11] depending on the type of information to be transmitted.
  • Q4Cbit Quantum Communication for Classical Bit
  • QC4Qbit Quantum Communication for Quantum Bit
  • the classical bit information to be transmitted is qubits in a quantum encoder, with or without applying reliability improvement technology such as a channel encoder. It is converted to a Qubit Basis (or Computation Basis).
  • the classical bit information 0 or 1 is the qubit basis. or is converted to
  • the qubit basis is logical information about the quantum state and can be formed by a physical quantum basis. For example, as a promise to the quantum basis, the transmitting and receiving end uses horizontal polarization and vertical polarization as the qubit basis, respectively. class You can respond to .
  • the qubit basis generated at the transmitting end is delivered to the receiving end through a quantum channel, and the quantum decoder at the receiving end decodes the quantum basis by performing measurements using the previously promised quantum basis.
  • the quantum basis measured at the receiving end again corresponds to classical bit information, and the receiving end obtains the desired information with or without applying reliability improvement technology such as a channel decoder.
  • QC4Qbit is the qubit state generated by the quantum processor at the transmitting end. This means that the is transmitted to the receiving end through a quantum channel, and the receiving end uses the received quantum state according to the purpose.
  • the transmitted qubit state is a superposition state of qubit basis, and is generally It can be expressed as follows.
  • the qubit basis is class and and is the probability amplitude, and Is has a relationship that satisfies
  • the qubit status received by the receiving end When used in a quantum processor, the qubit state without measurements Can be used depending on the purpose.
  • the qubit state can be expressed on a Bloch Sphere consisting of a linear combination of two qubit basis (or computation basis).
  • the qubit state can be expressed on the surface of the Bloch sphere.
  • Any qubit state is a linear combination of two qubit basis, and the coefficient of each basis is and Since is a complex number, the Degree of Freedom (DoF) is 4. At this time, and Is The conditions are always satisfied. If it is a Pure State Case, the value of DoF is reduced to 3.
  • classical bit information 0 or 1 is the qubit basis. or Since it is converted to , one classical digital bit corresponds to one qubit. Therefore, in order to transmit multiple classical bits of information, multiple qubits must be transmitted through a quantum channel.
  • it can be configured as a 'Qudit' composed of a d-dimensional Hilbert Space, allowing d pieces of digital information to correspond to one qubit, but the d-dimensional Hilbert space is an orthogonal operation basis. Since it is composed of, it is a method of converting d digital information by using additional resources.
  • the qubit state is quantized based on a pre-arranged method, and each quantized qubit state corresponds to one digital information, and multiple qubits are converted into one qubit.
  • this specification proposes a method for decoding the target digital information by estimating the quantum state.
  • QSM Quantum State Modulation
  • a random quantum state is a quantum state in a quantized state based on rules agreed upon in advance between the transmitter and receiver. It can be expressed as At this time, The pair is a pre-arranged quantized constellation set. This is the constellation included in .
  • the transmitting end modulates the classical bit information that the transmitting end wants to transmit into a quantized qubit constellation in a quantum state modulator, with or without applying reliability improvement technology such as a channel encoder.
  • the classical bit information is selected and modulated from the QSM constellation set previously agreed upon between the transmitting and receiving ends.
  • the modulated quantum-circuited qubit constellation is delivered to the receiving end through a quantum channel, and the quantum state demodulator at the receiving end performs measurement through quantum state estimation to determine the probability amplitude ( Probability Amplitude) Get a pair. measured
  • the pair is again decoded based on the pre-arranged QSM constellation set, and classical bit information is obtained with or without applying reliability enhancement techniques such as a channel decoder.
  • Quantized Constellation Set The complete set of quantum state constellations used in QSM is called the Quantized Constellation Set. It is said. At this time, the quantized constellation set The ith quantized constellation qubit contained in It can be expressed as Quantized constellation set of QSM described herein assumes uniform quantization for the spherical surface expressed as a Bloch Sphere in a two-dimensional Hilbert Space.
  • Figure 13 is a diagram showing an example of uniform quantization methods.
  • the uniform quantization method can be performed through optimal quantization of the Surface of the Unit Sphere based on algorithms such as Spherical Fibonacci Lattice, Centroidal Voronoi Tessellation (CVT), Cube Split Codebook, and Lloyd Max Quantizer. there is.
  • the uniform quantization method may be performed through optimal quantization of the surface of the unit sphere based on mathematical approaches such as the Sphere Packing Problem, Tammes Problem, and Thomson Problem.
  • Quantized Constellation Set of QSM proposed in this specification includes quantized qubit constellations obtained by applying optimal quantization to the surface of the unit sphere to the Bloch Sphere.
  • the quantized constellation set S of QSM is obtained through derivation of the optimal quantization point for the surface of the unit sphere, and can be organized as a general problem as shown in Equation 1 below.
  • Equation 2 is the set of all coordinates on the surface of a unit sphere in a three-dimensional Cartesian coordinate system, is the coordinate expressed in the Cartesian coordinate system am. Therefore, the above problem is a problem of maximizing the minimum distance between N coordinates on the surface of a unit sphere.
  • the constellation for QSM can be defined as follows.
  • the point of the ith constellation is When you say, In the spherical coordinate system, Expressed as a pair.
  • the quantized qubit state represented by the i-th constellation point is It can be expressed as, where am.
  • Quantized Constellation Set size of When speaking, quantum state modulation may be referred to as N-QSM.
  • Quantized Constellation Set size of In this case, the constellation can be defined as follows.
  • each of the N constellation points has an optimal Euclidean distance derived from a general problem. It's a pair.
  • the number N of quantized qubit states is It is promised to be limited to and can be defined by the number of bits B.
  • the constellation can be defined by the computation basis in the same way as the existing QDC system, and the constellation set can be defined as follows.
  • each of the two constellation points is an optimal Euclidean distance derived by a general problem. It's a pair.
  • the 2-QSM mapping table obtained based on optimal quantization can be defined/set as shown in Table 5 below.
  • Figure 14 is a diagram showing an example of the constellations of 2-QSM schematized on the surface of a Bloch sphere.
  • the Bloch sphere surface can be quantized into two regions.
  • each of the four constellation points has an optimal Euclidean distance derived from a general problem. It's a pair.
  • the 4-QSM mapping table obtained based on optimal quantization can be defined/set as shown in Table 6 below.
  • Figure 15 is a diagram showing an example of the constellations of 4-QSM schematized on the surface of a Bloch sphere.
  • the Bloch sphere surface can be quantized into four regions.
  • each of the eight constellation points has an optimal Euclidean distance derived from a general problem. It's a pair.
  • the 8-QSM mapping table obtained based on optimal quantization can be defined/set as shown in Table 7 below.
  • Figure 16 is a diagram showing an example of the constellations of 8-QSM schematized on the surface of a Bloch sphere.
  • the Bloch sphere surface can be quantized into 8 regions.
  • each of the 16 constellation points has an optimal Euclidean distance derived from a general problem. It's a pair.
  • the 16-QSM mapping table obtained based on optimal quantization can be defined/set as shown in Table 8 below.
  • Table 8 below xi, yi, and zi are the Cartesian coordinates of the mathematically obtained optimal constellation point. When converted to a spherical coordinate system and converted to probability amplitude, the above It can be expressed as 2-QSM, 4-QSM, and 8-QSM.
  • Figure 17 is a diagram showing an example of the constellations of 16-QSM schematized on the surface of a Bloch sphere.
  • the Bloch sphere surface can be quantized into 16 regions.
  • each of the 64 constellation points has an optimal Euclidean distance derived from a general problem. It's a pair.
  • the 64-QSM mapping table obtained based on optimal quantization can be defined/set as shown in Table 9 below.
  • xi, yi, and zi are the Cartesian coordinates of the optimal constellation point obtained mathematically, and when converted to a spherical coordinate system and converted to probability amplitude, the above It can be expressed as 2-QSM, 4-QSM, and 8-QSM.
  • Figure 18 is a diagram showing an example of the constellations of 64-QSM schematized on the surface of a Bloch sphere. Referring to Figure 18, in the case of 64-QSM, the Bloch sphere surface can be quantized into 64 regions.
  • the optimal constellation can be obtained for all N, and an N-QSM mapping table can be defined in advance between the transmitting and receiving ends.
  • the predefined N-QSM mapping table is agreed upon between the transmitting and receiving ends.
  • the N value for modulation is set at the transmitting end or the receiving end, and a step of exchanging information about the value of N can be performed between the transmitting and receiving ends.
  • the transmitting end may transmit information about the value of group N to the receiving end.
  • the receiving end may transmit information about the value of N to the transmitting end.
  • the transmitting end maps the information bit to a quantized qubit constellation based on the set N value, and transmits the qubit generated based on the mapped constellation to the receiving end.
  • the receiving end measures the qubit state through quantum state measurement and decodes the information bit by demapping the constellation based on the set N value.
  • the transmitting end when the transmitting end is a terminal and the receiving end is a base station, information about the value of N may be exchanged between the transmitting end and the receiving end after a connection is established between the transmitting end and the receiving end.
  • the connection may be a radio resource control (RRC) connection.
  • RRC radio resource control
  • information about the value of N may be transmitted by being included in system information transmitted from the base station to the terminal.
  • information about the value of N can be transmitted from the base station to the terminal through RRC signaling.
  • the transmitting end may receive a signal for synchronization with the receiving end from the receiving end.
  • the signal for synchronization may be a primary synchronization signal (PSS) and/or a secondary synchronization signal (SSS).
  • the transmitting end can receive system information from the receiving end.
  • the system information may be information included in a master information block (MIB).
  • MIB master information block
  • the transmitting end may perform a random access procedure for initial connection with the receiving end.
  • an RRC connection between the transmitting end and the receiving end may be formed based on the random access procedure.
  • the transmitting end may receive setting information from the receiving end, and the setting information may include a value for N.
  • the above description can be applied even when the transmitting end is a base station and the receiving end is a terminal.
  • the Quantized Constellation Set S of QSM proposed in this specification is a quantized qubit constellation obtained by applying optimal quantization to the surface of the Unit Sphere to the Bloch Sphere. Includes Quantized Qubit Constellations.
  • the general problem for setting the optimized Euclidean distance between constellations can be defined the same as in Equation 1 above.
  • the transmitting and receiving end must store a large number of significant constant values of the obtained QSM constellation, so the memory of the transmitting and receiving end is used to store the QSM table for the appointment between the transmitting and receiving end.
  • the burden may increase. Therefore, this method proposes a QSM constellation design method using an intuitive simple algorithm.
  • the QSM constellation design method proposed by this method cannot guarantee an optimized Euclidean distance, but can minimize the amount of information for storing constellations.
  • optimal mapping can be defined/set as follows.
  • the constellation in this method considers a gray code that maximizes the Hamming Distance, such as QPSK or 4QAM, and determines the phase for any circle among the sphere surfaces. It can be obtained only by division.
  • the 4-QSM mapping table obtained based on optimal quantization can be defined/set as shown in Table 10 below.
  • Figure 19 is a diagram showing an example of the constellations of 4-QSM schematized on the surface of a Bloch sphere.
  • the Bloch sphere surface can be quantized into four regions.
  • the optimal mapping in terms of gray mapping for the constellation can be defined as follows.
  • the divided phases can be arranged as shown in Equations 5 and 6 below.
  • the 8-QSM mapping table obtained based on optimal quantization can be defined/set as shown in Table 11 below.
  • Figure 20 is a diagram showing an example of the constellations of 8-QSM schematized on the surface of a Bloch sphere.
  • the Bloch sphere surface can be quantized into 8 regions.
  • the optimal mapping in terms of gray mapping for the constellation can be defined as follows.
  • the divided phases can be arranged as shown in Equations 7 and 8 below.
  • the 8-QSM mapping table obtained based on optimal quantization can be defined/set as shown in Table 12 below.
  • Figure 21 is a diagram showing an example of the constellations of 16-QSM schematized on the surface of a Bloch sphere.
  • the Bloch sphere surface can be quantized into 16 regions.
  • the 16-QSM mapping table obtained by quantization can be expressed as Table 13 below. here, ego, represents.
  • Figure 22 is a diagram showing an example of the constellations of 8-QSM schematized on the surface of a Bloch sphere.
  • the Bloch sphere surface can be quantized into 16 regions.
  • a 64-QSM table can be configured in the same way as above.
  • the optimal constellation can be obtained for all N, and an N-QSM mapping table can be defined in advance between the transmitting and receiving ends.
  • the predefined N-QSM mapping table is promised between the transmitting and receiving ends.
  • an N value for modulation is set at the transmitting end or the receiving end, and a step of exchanging information about the value of N between the transmitting and receiving ends may be performed.
  • the transmitting end may transmit information about the value of group N to the receiving end.
  • the receiving end may transmit information about the value of N to the transmitting end.
  • the transmitting end maps the information bit to a quantized qubit constellation based on the set N value, and transmits the qubit generated based on the mapped constellation to the receiving end.
  • the receiving end measures the qubit state through quantum state measurement and decodes the information bit by demapping the constellation based on the set N value.
  • N is exemplified in the form of 2 to the B power (here, B is a non-negative integer), but even in the case where N is an arbitrary integer other than 2 to the B power, the Euclidean distance of the Bloch sphere ( It can be designed with a constellation arrangement that optimizes the Euclidean Distance.
  • N-QSM is not a form of modulation that can be converted to integer bits, but information can be transmitted from the perspective of expressing the state of the information to be transmitted. In this case, the transmitting and receiving end must promise in advance a mapping table of the information state of the integer N-QSM.
  • the transmitting end when the transmitting end is a terminal and the receiving end is a base station, information about the value of N can be exchanged between the transmitting end and the receiving end after a connection is established between the transmitting end and the receiving end.
  • the connection may be a radio resource control (RRC) connection.
  • RRC radio resource control
  • information about the value of N may be transmitted by being included in system information transmitted from the base station to the terminal.
  • information about the value of N can be transmitted from the base station to the terminal through RRC signaling.
  • the transmitting end may receive a signal for synchronization with the receiving end from the receiving end.
  • the signal for synchronization may be a primary synchronization signal (PSS) and/or a secondary synchronization signal (SSS).
  • the transmitting end can receive system information from the receiving end.
  • the system information may be information included in a master information block (MIB).
  • MIB master information block
  • the transmitting end may perform a random access procedure for initial connection with the receiving end.
  • an RRC connection between the transmitting end and the receiving end may be formed based on the random access procedure.
  • the transmitting end may receive setting information from the receiving end, and the setting information may include a value for N.
  • the above description can be applied even when the transmitting end is a base station and the receiving end is a terminal.
  • QSM based on the Simple Algorithm Approach described above, is a method of allocating unequal decoding error rates and assigns different Euclidean distances when the bit difference between constellations is 1 and when it is greater than 1. Therefore, a method in which different decoding methods are used for cases where the bit difference between constellations is large and small may be a more advantageous modulation method.
  • QSM based on Optimal Euclidean Distance is a method of assigning a uniform decoding error rate and maximizing the minimum value of the Euclidean distance between all pairs of random constellations, regardless of the bit difference between constellations. Therefore, the decoding method based on the Euclidean distance between constellations may be a more advantageous modulation method.
  • the method based on the Optimal Euclidean Distance is The Euclidean distance is 1.633.
  • the distance between close constellations is 1.4142 and the distance between distant constellations is 2.
  • gray code mapping was applied, so the distance is 1.4142 from a 1-bit error perspective, and the distance is 2 from a 2-bit error perspective. Therefore, from a symbol error perspective, the optimal Euclidean distance-based method is always more advantageous than the simple algorithm approach-based method.
  • the simple algorithm approach-based method has a trade-off in that it has a loss in terms of 1 bit error and a gain in terms of 2 bit errors.
  • differences in decoding performance between the two methods may occur. It is similarly applicable when N increases in the same way.
  • This method proposes a method for configuring and designing the transmitter of a QSM system.
  • Figure 23 is a diagram showing an example of the entire transmitter and receiver structure of the QSM system.
  • the transmitting end 2310 applies or does not apply reliability improvement technology such as a channel encoder to the classical bit information to be transmitted, and transmits the quantum state.
  • the modulator (Quantum State Modulator) 2311 modulates it into a quantized qubit constellation.
  • the classical bit information is converted into a quantized qubit constellation based on the N-QSM method promised between the transmitting and receiving end through the optimal Euclidean distance-based quantum state constellation design method described above.
  • the classical bit information may be converted into a quantized qubit constellation based on the N-QSM method promised between the transmitting and receiving end through the quantum state constellation design method based on the simple algorithm approach described above.
  • the quantum state modulator 2311 includes a symbol mapper 2313 and a quantum state generator 2315.
  • the symbol mapper 2313 is a logical device that maps classical bit stream information to a quantized qubit constellation based on the optimal Euclidean distance-based N-QSM method.
  • the symbol mapper 2313 may map classical bit stream information to a quantized qubit constellation based on an N-QSM method based on a simple algorithm approach.
  • the quantum state generator 2315 is a physical device that generates the quantized qubit constellation mapped in the symbol mapper 2313 into a quantum state.
  • the quantum state generator 2315 includes a single photon generator and a quantum state controller.
  • the single photon generator is a device that uses an initial qubit to generate a logical pure state or a physical qubit state corresponding to the desired qubit state. For example, by defining the horizontal polarization state of a photon as and the vertical polarization state as , a qubit state can be physically created. Alternatively, the qubit state can be physically created by defining the up spin of the electron as , down spin, etc.
  • the quantum state controller is a device that converts the initial qubit state generated by the single photon generator into the qubit state determined by the ball mapper 2313.
  • it can be configured as a device that controls the phase difference of the qubit state in a two-level quantum system through the phase shift gate of the quantum circuit.
  • an X, Y, Z Rotation Operator Gate with a rotation matrix applied to the Pauli X, Y, Z gate.
  • Figure 24 is a diagram showing an example of the configuration of a quantum state modulator.
  • the quantum state modulator 2400 may be configured to include a symbol mapper 2410 and a quantum state generator 2420 from a polarization perspective.
  • the symbol mapper 2410 is a logical device that maps classical bit stream information to a quantized qubit constellation based on the optimal Euclidean distance-based N-QSM method.
  • the symbol mapper 2410 may map classical bit stream information to a quantized qubit constellation based on an N-QSM method based on a simple algorithm approach.
  • the quantum state generator 2420 is a physical device that generates the quantized qubit constellation mapped in the symbol mapper 2410 into a quantum state.
  • the quantum state generator 2420 includes a single photon generator 2421, a quantum state controller, a Faraday rotator 2423, and a phase retarder 2425. do.
  • the single photon generator 2421 is an initial qubit for generating the desired qubit state, and is a device that configures the logical pure state or into the physical polarization of a single photon. am. Here, represents the horizontal linear polarization state, and represents the vertical linear polarization state.
  • the single photon generator 2421 generates a light source through a CW-Laser, passes the physical state corresponding to the initial qubit, i.e., or only, through a polarizer, and then uses an attenuator to produce a single photon level. ) can be implemented by reducing the amount of photons.
  • the quantum state controller is a device that converts the initial qubit state (for example, ) generated by the single photon generator 2421 into the quantum state determined by the symbol mapper 2410. For example, when the initial qubit state is the polarization n for a single photon, the qubit state information input from the symbol mapper 2410 and is the phase with the Faraday rotator 2423 to generate the quantized qubit constellation. It is reflected through the delay period (2425).
  • Figure 25 is a diagram showing an example of a Faraday rotator configuration.
  • the Faraday rotator is a device that rotates the axis direction of polarized light based on the Faraday Effect, and allows input polarization to pass through a device made of a ferroelectric crystal.
  • the polarization direction is rotated.
  • the degree to which polarization rotates is determined depending on the Verdet Constant V, which is the device characteristic value of the ferroelectric crystal, the flux density B of the applied magnetic field, and the length d of the device.
  • the Faraday rotator 2423 generates a single photon polarization corresponding to the initial qubit state. cast Rotate it as much as remind A rotation of a degree means a rotation about Longitude on the Bloch Sphere.
  • the phase retarder 2425 is a wave plate created based on a birefringent material and is used to convert linear polarization into circular polarization. Birefringent materials are based on the difference in phase velocity between the reference fast axis and slow axis. When the fast axis is the x-axis, birefringent materials produce vertical polarization corresponding to the y-axis (horizontal polarization) rather than the By using the characteristic of the Vertical Polarization component passing more slowly, the degree of circular polarization can be created.
  • Phase retarder 2425 polarizes a single photon corresponding to the initial qubit state.
  • the initial qubit state generated by the single photon generator 2421 is According to the relation, the desired quantized qubit constellation is can be converted to At this time, the generated quantized qubit constellation is transmitted to the receiving end through a quantum channel.
  • the receiving end 2330 of a system using QSM receives a quantized qubit constellation through a quantum channel 2320. After receiving, the receiving end 2330 performs measurement through quantum state estimation for the quantized qubit constellation in the quantum state decoder 2331 of the receiving end 2330. ) by performing Probability Amplitude Get a pair.
  • the measured The pair is decoded based on the N-QSM method promised between the transmitter and receiver through the optimal Euclidean distance-based quantum state constellation design method described above, and reliability improvement technology such as a channel decoder is applied, or Without applying, classical bit information is obtained at the receiving end (2330).
  • the classical bit information may be obtained after being decoded based on the N-QSM method promised between the transmitting and receiving end through the quantum state constellation design method based on the simple algorithm approach described above.
  • Figure 26 is a diagram showing an example of the configuration of a quantum state decoder at the receiving end.
  • the quantum state decoder (Quantum State Demodulator) 2600 includes a Quantum State Estimator (2610) and a Symbol Demapper (2613). Additionally, the quantum state estimator 2610 includes a beam splitter 2611 and a quantum state measurement unit 2613.
  • the quantum state estimator 2610 determines the quantum state received at the receiving end (here, the state in which the quantized qubit constellation has passed through the quantum channel). means.) by measuring the probability amplitude (Probability Amplitude) It is a physical device that acquires a pair.
  • Probability Amplitude Since is a phenomenon that occurs due to superposition, which is a quantum characteristic, for a pre-arranged computational basis, it is difficult to estimate accurately with a single measurement of a single qubit.
  • the probability amplitude represents the qubit state on the Bloch Sphere.
  • the information obtained by the receiving end is expressed differently depending on the computation basis being measured, and the probability amplitude Measurement of and represents the qubit state of the Bloch sphere. Paired measurements give identical results. Therefore, the transmitting end repeatedly transmits the same qubit state, and the receiving end transmits the probability amplitude through repeated measurements of the same qubit state. Estimate .
  • the transmitting end performs a single transmission for a single qubit state
  • the receiving end performs repeated measurements through quantum cloning for the single qubit state to obtain the probability amplitude. Estimate .
  • the quantum cloning cannot perform perfect cloning according to the no-cloning theorem, and as a result, incomplete clones may be generated and quantum state estimation performance may be deteriorated.
  • the quantum state estimator When the transmitting end transmits a single qubit state and the receiving end performs quantum cloning, the quantum state estimator includes a single photon generator (SPG), a quantum cloning machine, and a quantum state measurement unit. do.
  • the single photon generator generates a received qubit (Original Qubit) ) is a device for creating the initial state of a clone.
  • Quantum cloning machine is Original Qubit clone for and the Original Qubit is also the same as the Clones. converted to state. here, The state is not the same, but has similarities.
  • Figures 27 and 28 are diagrams showing an example of a quantum cloning method.
  • Figure 27 is a diagram showing the quantum gate structure of a 1:2 Universal Quantum Cloning Machine (UQCM).
  • UQCM Universal Quantum Cloning Machine
  • Figure 28 is a diagram showing the quantum gate structure of a 1:M Universal Quantum Cloning Machine (UQCM) by generalizing the same method as in Figure 27.
  • UQCM Universal Quantum Cloning Machine
  • the quantum state measurement unit is a device that measures multiple qubits similarly copied in a quantum cloning machine based on various calculations.
  • the quantum state measurement unit collects the measured results using various calculation bases and statistically calculates the probability amplitude Alternatively, determine the pair representing the quantum state on the Bloch sphere.
  • the transmitting end performs repeated transmission for the same quantum state
  • the receiving end performs more repeated measurements through quantum cloning for multiple identical qubit states, thereby generating the probability amplitude can be estimated more accurately.
  • the symbol demapper 2620 uses the optimal Euclidean distance-based quantum state constellation design method described above, and based on the N-QSM method promised between the transmitting and receiving end, the quantum state estimator 2610 It is a logical device that maps the probability amplitude information estimated from ) or the pair representing the qubit state on the Bloch sphere to classical bit stream information. Output of quantum state estimator or Based on the pair, the closest constellation index i is selected. Here, the selection of the constellation index is determined by the measurement in the quantum state estimator. or and all constellations in the N-QSM mapping table or This is done by selecting the closest constellation index i based on the Euclidean distance between them. Afterwards, the receiving end obtains the classical bit stream mapped to the selected constellation index i. Based on the obtained classical bit stream information, the target information bit is obtained with or without applying reliability improvement technology such as a channel decoder.
  • Figure 29 is a diagram showing an example of the configuration of a quantum state decoder at the receiving end.
  • the quantum state decoder (Quantum State Demodulator) 2900 includes a Quantum State Estimator (Quantum State Estimator) 2910. Additionally, the quantum state estimator 2910 includes a beam splitter 2911 and a quantum state measurement unit 2913.
  • the quantum state estimator 2610 determines the quantum state received at the receiving end (here, the state in which the quantized qubit constellation has passed through the quantum channel). means.) by measuring the probability amplitude (Probability Amplitude) It is a physical device that acquires a pair.
  • Probability Amplitude Since is a phenomenon that occurs due to superposition, which is a quantum characteristic, for a pre-arranged computational basis, it is difficult to estimate accurately with a single measurement of a single qubit.
  • the transmitting end repeatedly transmits the same qubit state, and the receiving end repeatedly measures the same qubit state to determine the probability amplitude. Estimate .
  • the quantum state estimator 2910 of the receiving end consists of a beam splitter 2911 and a quantum state measuring unit 2913.
  • the beam splitter 2611 is a device that probabilistically splits received qubits.
  • the quantum state measurement unit 2613 is a device that measures qubits branched from the beam splitter 2611 using various calculation bases. The quantum state measurement unit 2613 collects the results measured based on various calculations and statistically calculates the probability amplitude. or representing the qubit state on the Bloch sphere. Decide on a pair.
  • Figure 30 is a diagram showing another example of the configuration of a quantum state decoder at the receiving end.
  • Figure 30 shows that the transmitting end performs a single transmission for a single qubit state, and the receiving end performs a probability amplitude based on repeated measurements through quantum cloning for the single qubit state. This concerns the case of estimating .
  • the quantum state estimator 3010 uses a single photon generator (SPG) 3011 and a quantum cloning machine ( 3013), and a quantum state measurement unit 3015.
  • the single photon generator generates a received qubit (Original Qubit) ) is a device for creating the initial state of a clone.
  • probability amplitude information estimated from the quantum state estimator is provided to the channel decoder without determining the classical bit stream through a symbol demapper. or representing the qubit state on the Bloch sphere. Enter the Soft Value of the pair. Probability amplitude information estimated from quantum state estimator or representing the quantum state on the Bloch sphere.
  • channel decoding is performed by calculating the Log-likelihood Ratio (LLR) according to the configuration of the channel decoder.
  • the quantum state measurement unit may be configured according to the state of the qubit being measured. More specifically, for the measurement of quantum states, the computational basis class When measuring with a single photon detector, (or ), which is the squared value of the probability amplitude class It is possible to measure and The value itself cannot be determined. From the Bloch sphere's perspective, class With a measurement of and Since we can calculate the ratio of can be measured, but and The phase difference between cannot be measured. Therefore, the quantum state measurement unit is class A device that measures and It consists of a device that measures the phase difference.
  • Figure 31 is a diagram showing an example of the configuration of a quantum state estimator of a quantum decoder.
  • the quantum state estimator 3110 is a quantum state calculator 3117 through a quantum phase estimator 3113 and a single photon detector (SPD) 3115 that counts the operation basis. )at and can be calculated.
  • SPD single photon detector
  • Calculated in quantum state calculator 3117 and represents the qubit state in terms of the Bloch sphere. It can be converted to the Soft Value of the pair.
  • SPD can be replaced by a general photo detector (PD). In this case, rather than counting photons, the intensity of photons is measured. It can be replaced by a method of measuring .
  • Figure 32 is a diagram showing another example of the configuration of a quantum state estimator of a quantum decoder.
  • Figure 32 relates to a case where the qubit to be measured uses an arithmetic basis based on polarization.
  • the power measured by passing through It can be expressed as
  • polarization filter 0 is a horizontal polarizer
  • polarization filter 1 is a vertical polarizer
  • polarization filter 2 is a +45 linear polarizer
  • polarization filter 3 is a Quater-waveplate (QWP) and +45 It consists of a linear polarizer. 4 Powers obtained through this polarizing filter configuration Can be obtained as a Stokes parameter using Equation 9 below in a polarization calculator.
  • Figure 33 is a diagram showing another example of the configuration of a quantum state estimator of a quantum decoder.
  • a beam splitter (33111) and a half -waveplate (HWP) (3313), Quater-waveplate (QWP) (3314), and Polarization Beam Splitter (PBS) (3315), and as a result, six computational bases can be measured.
  • HWP half -waveplate
  • QWP Quater-waveplate
  • PBS Polarization Beam Splitter
  • the measurement of polarization on the Bloch sphere is represented by the measurement of the Stokes parameter, which represents the qubit state in terms of the Bloch sphere.
  • the pair can be calculated with the following equation:
  • Figure 34 is a diagram showing another example of the configuration of a quantum state estimator of a quantum decoder.
  • Figure 34 is a diagram showing a case where multiple clones through quantum cloning are in an entangled state.
  • the quantum decoder 3400 is in an M-qubit state in which M clones are directly produced. It includes a Positive Operator Valued Measurement (POVM) (3410) and a quantum state calculator (3420) that measure.
  • M-qubit POVM (3410) is not a measurement of individual clones, but of a state where M clones are entangled. It is a measurement performed at once.
  • the qubit state can be estimated by performing a POVM measurement corresponding to at once.
  • the Stokes parameter for a single qubit measurement POVM operaters for measurements of If is defined, for two-qubit measurement by The qubit state is estimated by performing a POVM measurement corresponding to at once.
  • the density matrix for the 2-qubit state can be reconstructed by counting measurements through each operator, and the probability for the qubit state is calculated based on the density matrix for the 2-qubit state. amplitude information This can be obtained. At this time, if the number of entangled qubits increases, The qubit state can be estimated by performing a POVM measurement corresponding to .
  • the quantum state proposed in this specification is applicable to all quantum states that can be expressed as probability amplitudes based on the superposition characteristics of quantum.
  • the quantum superposition state includes all quantum states in which two states stochastically coexist before measurement from the perspective of a two-level computational basis.
  • the quantum state is defined by configuring a two-level operation basis based on time, phase, polarization, etc.
  • the N-QSM method from the defined Bloch perspective can be applied.
  • the quantum state can be applied to all particle units with quantum properties, such as photons and electrons, which are the minimum units of physical quantities.
  • N-QSM allows a single qubit to be used to convey N qubit states, or log2(N) bits.
  • Figure 35 is a flowchart showing an example of how the information transmission method proposed in this specification is performed at the transmitting end.
  • the transmitting end receives a signal for synchronization with the receiving end from the receiving end (S3510).
  • the transmitting end receives system information from the receiving end (S3520).
  • the transmitting end performs a random access procedure for initial connection with the receiving end (S3530).
  • the transmitting end receives setting information from the receiving end (S3540),
  • the setting information includes information about the number of quantized qubit states obtained by quantizing the state of the qubit for transmission of classical information.
  • the transmitting end modulates the classical information based on the qubit (S3550).
  • the classical information is modulated based on a predefined mapping relationship based on (i) the classical information and (ii) the state of the qubit, and the mapping relationship is (i) the bits that the classical information may have. values and (ii) mapping relationships between the quantized qubit states.
  • the transmitting end transmits the qubit based on the modulated classical information to the receiving end (S3560).
  • the transmitting end includes a transmitter for transmitting a wireless signal; A receiver for receiving wireless signals; at least one processor; and at least one computer memory operably connectable to the at least one processor and storing instructions that, when executed by the at least one processor, perform operations.
  • the operations include the steps described in FIG. 35 above.
  • FIG. 35 may be stored in a non-transitory computer readable medium (CRM) that stores one or more instructions.
  • CRM computer readable medium
  • the non-transitory computer-readable medium stores one or more instructions executable by one or more processors, and the one or more instructions cause the transmitting end to perform the operation described in FIG. 35.
  • a device including one or more memories and one or more processors functionally connected to the one or more memories, wherein the one or more processors control the device to perform the operations described in FIG. 35 .
  • Figure 36 is a flowchart showing an example of how the information transmission method proposed in this specification is performed at the receiving end.
  • the receiving end In order for the receiving end to receive information in a quantum communication system, the receiving end transmits a signal for synchronization with the transmitting end to the transmitting end (S3610).
  • the receiving end transmits system information to the transmitting end (S3620).
  • the receiving end performs a random access procedure for initial connection to the transmitting end and the transmitting end to the receiving end (S3630).
  • the receiving end transmits setting information to the transmitting end (S3640).
  • the setting information includes information about the number of quantized qubit states obtained by quantizing the state of the qubit for transmission of classical information.
  • the transmitting end receives the qubit generated by modulating the classical information based on a predefined mapping relationship based on (i) the classical information and (ii) the state of the qubit.
  • the mapping relationship includes mapping relationships between (i) bit values that the classical information may have and (ii) the quantized qubit states.
  • the receiving end includes a transmitter for transmitting a wireless signal; A receiver for receiving wireless signals; at least one processor; and at least one computer memory operably connectable to the at least one processor and storing instructions that, when executed by the at least one processor, perform operations.
  • the operations include the steps described in FIG. 36 above.
  • FIG. 36 may be stored in a non-transitory computer readable medium (CRM) that stores one or more instructions.
  • CRM computer readable medium
  • the non-transitory computer-readable medium stores one or more instructions executable by one or more processors, and the one or more instructions cause the receiving end to perform the operation described in FIG. 2 ⁇ 36.
  • a device including one or more memories and one or more processors functionally connected to the one or more memories, the one or more processors control the device to perform the operations described in FIG. 36.
  • Embodiments according to the present invention may be implemented by various means, for example, hardware, firmware, software, or a combination thereof.
  • an embodiment of the present invention includes one or more application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), programmable logic devices (PLDs), and FPGAs ( It can be implemented by field programmable gate arrays, processors, controllers, microcontrollers, microprocessors, etc.
  • ASICs application specific integrated circuits
  • DSPs digital signal processors
  • DSPDs digital signal processing devices
  • PLDs programmable logic devices
  • FPGAs field programmable gate arrays, processors, controllers, microcontrollers, microprocessors, etc.
  • an embodiment of the present invention may be implemented in the form of a module, procedure, function, etc. that performs the functions or operations described above.
  • Software code can be stored in memory and run by a processor.
  • the memory is located inside or outside the processor and can exchange data with the processor through various known means.
  • the present invention has been described focusing on examples of application to 3GPP LTE/LTE-A and 5G systems, but it can be applied to various wireless communication systems in addition to 3GPP LTE/LTE-A and 5G systems.

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Abstract

본 명세서는 양자 통신 시스템에서 정보를 전송하기 위한 방법을 제공한다. 보다 구체적으로, 상기 방법은, 수신단으로부터, 상기 수신단과의 동기화를 위한 신호를 수신하는 단계; 상기 수신단으로부터, 시스템 정보(System information)를 수신하는 단계; 상기 수신단과, 상기 수신단과의 초기 접속을 위한 임의 접속 절차(Random access procedure)를 수행하는 단계; 상기 수신단으로부터, 설정 정보를 수신하는 단계, 상기 설정 정보는 고전 정보의 전송을 위한 큐비트(Qubit)의 상태를 양자화(Quantization)한 양자화된 큐비트 상태(Quantized qubit state)들의 개수에 대한 정보를 포함하고; 상기 고전 정보를 상기 큐비트에 기초하여 변조하는 단계, 상기 고전 정보는 (i) 상기 고전 정보 및 (ii) 상기 큐비트의 상태에 기초하여 사전 정의된 맵핑 관계에 기초하여 변조되고, 상기 맵핑 관계는 (i) 상기 고전 정보가 가질 수 있는 비트 값들과 (ii) 상기 양자화된 큐비트 상태들 간의 맵핑 관계들을 포함하고; 및 상기 수신단으로, 상기 변조된 고전 정보에 기초한 상기 큐비트를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

양자 통신 시스템에서 정보를 전송하기 위한 방법 및 이를 위한 장치
본 명세서는 양자 통신 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 양자 통신 시스템에서 정보를 전송하기 위한 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.
무선 통신 시스템이 음성이나 데이터 등과 같은 다양한 종류의 통신 서비스를 제공하기 위해 광범위하게 전개되고 있다. 일반적으로 무선통신 시스템은 가용한 시스템 자원(대역폭, 전송 파워 등)을 공유하여 다중 사용자와의 통신을 지원할 수 있는 다중 접속(multiple access) 시스템이다. 다중 접속 시스템의 예들로는 CDMA(Code Division Multiple Access) 시스템, FDMA(Frequency Division Multiple Access) 시스템, TDMA(Time Division Multiple Access) 시스템, SDMA(Space Division Multiple Access), OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 시스템, SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 시스템, IDMA (Interleave Division Multiple Access) 시스템 등이 있다. 또한, 양자역학적 특성을 정보통신 분야에 적용하여 보안, 초고속 연산 등 기존 정보통신의 한계를 극복할 수 있는 차세대 통신 기술인 양자 통신에 대한 연구가 지속되고 있다. 양자 통신은 기존 통신이 2진 비트 정보를 기반으로 하는 것과 달리 0과 1의 superposition 형태로 정보를 생성, 전송, 처리, 저장하는 수단을 제공한다. 기존 통신 기술들에서는 파장이나 진폭 등이 송신단-수신단 간의 정보 전송에 이용되었으나, 이와 달리, 양자 통신에서는 빛의 최소 단위인 광자(photon)가 송신단-수신단 간의 정보 전송을 위해 이용된다.
본 명세서는 양자 통신 시스템에서 정보를 전송하기 위한 방법 및 이를 위한 장치를 제공함에 목적이 있다.
또한, 본 명세서는, 2차원 힐버트 공간으로 구성된 단일 큐비트를 통한 정보 전송을 위해 큐비트가 가질 수 있는 양자 상태의 양자화를 통해, 양자화된 큐비트의 양자화 상태와 고전 비트 정보와의 맵핑 테이블을 사전 정의하기 위한 방법 및 이를 위한 장치를 제공함에 목적이 있다.
또한, 본 명세서는, 송수신단 간의 양자화된 큐비트의 양자화 상태와 고전 비트 정보와의 맵핑 테이블에 기초한 정보 송수신 시, 적절한 맵핑 테이블을 설정하기 위한 방법 및 이를 위한 장치를 제공함에 목적이 있다.
본 명세서에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서는 양자 통신 시스템에서 정보를 전송하기 위한 방법 및 이를 위한 장치를 제공한다.
보다 구체적으로, 본 명세서는, 양자 통신 시스템에서 송신단이 정보를 전송하기 위한 방법은, 수신단으로부터, 상기 수신단과의 동기화를 위한 신호를 수신하는 단계; 상기 수신단으로부터, 시스템 정보(System information)를 수신하는 단계; 상기 수신단과, 상기 수신단과의 초기 접속을 위한 임의 접속 절차(Random access procedure)를 수행하는 단계; 상기 수신단으로부터, 설정 정보를 수신하는 단계, 상기 설정 정보는 고전 정보의 전송을 위한 큐비트(Qubit)의 상태를 양자화(Quantization)한 양자화된 큐비트 상태(Quantized qubit state)들의 개수에 대한 정보를 포함하고; 상기 고전 정보를 상기 큐비트에 기초하여 변조하는 단계, 상기 고전 정보는 (i) 상기 고전 정보 및 (ii) 상기 큐비트의 상태에 기초하여 사전 정의된 맵핑 관계에 기초하여 변조되고, 상기 맵핑 관계는 (i) 상기 고전 정보가 가질 수 있는 비트 값들과 (ii) 상기 양자화된 큐비트 상태들 간의 맵핑 관계들을 포함하고; 및 상기 수신단으로, 상기 변조된 고전 정보에 기초한 상기 큐비트를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 명세서는, 상기 큐비트의 상태는 제 1 큐비트 기저(basis)와 제 2 큐비트 기저에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 명세서는, 상기 제 1 큐비트 기저에는 실수 값이 곱해지고, 상기 제 2 큐비트 기저에는 허수 값이 곱해지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 명세서는, (i) 상기 제 1 큐비트 기저에 곱해지는 실수 값 및 (ii) 상기 제 2 큐비트 기저에 곱해지는 허수 값의 쌍은 3차원 공간 상의 구(sphere)의 표면 상에 위치하도록 정의되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 명세서는, 상기 맵핑 관계는 (i) 상기 실수 값 및 상기 허수 값의 쌍(pair)들과 (ii) 상기 고전 정보가 가질 수 있는 비트 값들 간의 맵핑 관계인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 명세서는, 상기 양자화된 큐비트 상태들의 개수는 N개이고,
상기 N은 음이 아닌 정수인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 명세서는, 상기 수신단과 상기 N에 대한 정보를 교환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 명세서는, 상기 고전 정보를 상기 고전 정보의 전송을 위한 큐비트에 기초하여 변조하는 단계는, 상기 N에 대한 정보에 기초하여 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 명세서는, 상기 수신단과 상기 N에 대한 정보를 교환하는 단계는,
상기 수신단으로, 상기 N에 대한 정보를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 명세서는, 상기 수신단과 상기 N에 대한 정보를 교환하는 단계는,
상기 설정 정보를 수신하는 단계를 포함하고, 상기 N에 대한 정보는 상기 설정 정보에 포함되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 명세서는, 양자 통신 시스템에서 인증을 수행하는 하는 송신단은, 무선 신호를 전송하기 위한 전송기(transmitter); 무선 신호를 수신하기 위한 수신기(receiver); 적어도 하나의 프로세서; 및 상기 적어도 하나의 프로세서에 동작 가능하게 접속 가능하고, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 동작들을 수행하는 지시(instruction)들을 저장하는 적어도 하나의 컴퓨터 메모리를 포함하며, 상기 동작들은, 수신단으로부터, 상기 수신단과의 동기화를 위한 신호를 수신하는 단계; 상기 수신단으로부터, 시스템 정보(System information)를 수신하는 단계; 상기 수신단과, 상기 수신단과의 초기 접속을 위한 임의 접속 절차(Random access procedure)를 수행하는 단계; 상기 수신단으로부터, 설정 정보를 수신하는 단계, 상기 설정 정보는 고전 정보의 전송을 위한 큐비트(Qubit)의 상태를 양자화(Quantization)한 양자화된 큐비트 상태(Quantized qubit state)들의 개수에 대한 정보를 포함하고; 상기 고전 정보를 상기 큐비트에 기초하여 변조하는 단계, 상기 고전 정보는 (i) 상기 고전 정보 및 (ii) 상기 큐비트의 상태에 기초하여 사전 정의된 맵핑 관계에 기초하여 변조되고, 상기 맵핑 관계는 (i) 상기 고전 정보가 가질 수 있는 비트 값들과 (ii) 상기 양자화된 큐비트 상태들 간의 맵핑 관계들을 포함하고; 및 상기 수신단으로, 상기 변조된 고전 정보에 기초한 상기 큐비트를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 명세서는, 양자 통신 시스템에서 수신단이 정보를 수신하기 위한 방법은, 송신단으로, 상기 송신단과의 동기화를 위한 신호를 전송하는 단계; 상기 송신단으로, 시스템 정보(System information)를 전송하는 단계; 상기 송신단과, 상기 송신단의 상기 수신단으로의 초기 접속을 위한 임의 접속 절차(Random access procedure)를 수행하는 단계; 상기 송신단으로, 설정 정보를 전송하는 단계, 상기 설정 정보는 고전 정보의 전송을 위한 큐비트(Qubit)의 상태를 양자화(Quantization)한 양자화된 큐비트 상태(Quantized qubit state)들의 개수에 대한 정보를 포함하고; 및 상기 송신단으로부터, 상기 고전 정보가, (i) 상기 고전 정보 및 (ii) 상기 큐비트의 상태에 기초하여 사전 정의된 맵핑 관계에 기초하여 변조되어 생성된 상기 큐비트를 수신하는 단계를 포함하되, 상기 맵핑 관계는 (i) 상기 고전 정보가 가질 수 있는 비트 값들과 (ii) 상기 양자화된 큐비트 상태들 간의 맵핑 관계들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 명세서는, 양자 통신 시스템에서 인증을 수행하는 수신단은, 무선 신호를 전송하기 위한 전송기(transmitter); 무선 신호를 수신하기 위한 수신기(receiver); 적어도 하나의 프로세서; 및 상기 적어도 하나의 프로세서에 동작 가능하게 접속 가능하고, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 동작들을 수행하는 지시(instruction)들을 저장하는 적어도 하나의 컴퓨터 메모리를 포함하며, 상기 동작들은, 송신단으로부터, 상기 송신단과의 동기화를 위한 신호를 전송하는 단계; 상기 송신단으로, 시스템 정보(System information)를 전송하는 단계; 상기 송신단과, 상기 송신단의 상기 수신단으로의 초기 접속을 위한 임의 접속 절차(Random access procedure)를 수행하는 단계; 상기 송신단으로, 설정 정보를 전송하는 단계, 상기 설정 정보는 고전 정보의 전송을 위한 큐비트(Qubit)의 상태를 양자화(Quantization)한 양자화된 큐비트 상태(Quantized qubit state)들의 개수에 대한 정보를 포함하고; 및 상기 송신단으로부터, 상기 고전 정보가, (i) 상기 고전 정보 및 (ii) 상기 큐비트의 상태에 기초하여 사전 정의된 맵핑 관계에 기초하여 변조되어 생성된 상기 큐비트를 수신하는 단계를 포함하되, 상기 맵핑 관계는 (i) 상기 고전 정보가 가질 수 있는 비트 값들과 (ii) 상기 양자화된 큐비트 상태들 간의 맵핑 관계들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 명세서는, 하나 이상의 명령어들을 저장하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(computer readable medium, CRM)에 있어서, 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행 가능한 하나 이상의 명령어들은: 수신단으로부터, 상기 수신단과의 동기화를 위한 신호를 수신하는 단계; 상기 수신단으로부터, 시스템 정보(System information)를 수신하는 단계; 상기 수신단과, 상기 수신단과의 초기 접속을 위한 임의 접속 절차(Random access procedure)를 수행하는 단계; 상기 수신단으로부터, 설정 정보를 수신하는 단계, 상기 설정 정보는 고전 정보의 전송을 위한 큐비트(Qubit)의 상태를 양자화(Quantization)한 양자화된 큐비트 상태(Quantized qubit state)들의 개수에 대한 정보를 포함하고; 상기 고전 정보를 상기 큐비트에 기초하여 변조하는 단계, 상기 고전 정보는 (i) 상기 고전 정보 및 (ii) 상기 큐비트의 상태에 기초하여 사전 정의된 맵핑 관계에 기초하여 변조되고, 상기 맵핑 관계는 (i) 상기 고전 정보가 가질 수 있는 비트 값들과 (ii) 상기 양자화된 큐비트 상태들 간의 맵핑 관계들을 포함하고; 및 상기 수신단으로, 상기 변조된 고전 정보에 기초한 상기 큐비트를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 명세서는, 하나 이상의 메모리들 및 상기 하나 이상의 메모리들과 기능적으로 연결되어 있는 하나 이상의 프로세서들을 포함하는 장치에 있어서, 상기 하나 이상의 프로세서들은 상기 장치가, 수신단으로부터, 상기 수신단과의 동기화를 위한 신호를 수신하도록 제어하고, 상기 수신단으로부터, 시스템 정보(System information)를 수신하도록 제어하고, 상기 수신단과, 상기 수신단과의 초기 접속을 위한 임의 접속 절차(Random access procedure)를 수행하도록 제어하고, 상기 수신단으로부터, 설정 정보를 수신하도록 제어하고, 상기 설정 정보는 고전 정보의 전송을 위한 큐비트(Qubit)의 상태를 양자화(Quantization)한 양자화된 큐비트 상태(Quantized qubit state)들의 개수에 대한 정보를 포함하고; 상기 고전 정보를 상기 큐비트에 기초하여 변조하도록 제어하되, 상기 고전 정보는 (i) 상기 고전 정보 및 (ii) 상기 큐비트의 상태에 기초하여 사전 정의된 맵핑 관계에 기초하여 변조되고, 상기 맵핑 관계는 (i) 상기 고전 정보가 가질 수 있는 비트 값들과 (ii) 상기 양자화된 큐비트 상태들 간의 맵핑 관계들을 포함하고; 및 상기 수신단으로, 상기 변조된 고전 정보에 기초한 상기 큐비트를 전송도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서는 양자 통신 시스템에서 정보를 전송할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 명세서는, 2차원 힐버트 공간으로 구성된 단일 큐비트를 통해서 고전 1비트 정보 이상의 전송이 가능할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 명세서는, N-QSM을 통해 단일 큐비트를 사용해서 N개의 큐비트 상태 또는 log2(N) 비트를 전달할 수 있는 효과가 있다.
본 명세서에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 명세서에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 명세서에 대한 실시 예들을 제공할 수 있다. 다만, 본 명세서의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시 예로 구성될 수 있다. 각 도면에서의 참조 번호(reference numerals)들은 구조적 구성요소(structural elements)를 의미할 수 있다.
도 1은 본 명세서에 적용 가능한 통신 시스템 예시를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 명세서에 적용 가능한 무선 기기의 예시를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 명세서에 적용 가능한 전송 신호를 처리하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 명세서에 적용 가능한 무선 기기의 다른 예시를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 명세서에 적용 가능한 휴대 기기의 예시를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 명세서에 적용 가능한 물리 채널들 및 이들을 이용한 신호 전송 방법을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 명세서에 적용 가능한 무선 프레임의 구조를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 명세서에 적용 가능한 슬롯 구조를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 명세서에 적용 가능한 6G 시스템에서 제공 가능한 통신 구조의 일례를 나타낸 도면이다.
도 10은 양자 네트워크 구성의 일 예를 나타낸 도이다.
도 11은 정보의 종류에 따른 양자 통신 시스템 구성의 예시들을 나타낸 도이다.
도 12는 블로흐 구 상에서의 큐비트 상태의 일 예를 나타낸 도이다.
도 13은 균일 양자화 방법들의 일 예를 나타낸 도이다.
도 14는 2-QSM의 성상도들을 블로흐 구 표면 상에서 도식화한 일 예를 나타낸 도이다.
도 15는 4-QSM의 성상도들을 블로흐 구 표면 상에서 도식화한 일 예를 나타낸 도이다.
도 16은 8-QSM의 성상도들을 블로흐 구 표면 상에서 도식화한 일 예를 나타낸 도이다.
도 17은 16-QSM의 성상도들을 블로흐 구 표면 상에서 도식화한 일 예를 나타낸 도이다.
도 18은 64-QSM의 성상도들을 블로흐 구 표면 상에서 도식화한 일 예를 나타낸 도이다.
도 19는 4-QSM의 성상도들을 블로흐 구 표면 상에서 도식화한 일 예를 나타낸 도이다.
도 20은 8-QSM의 성상도들을 블로흐 구 표면 상에서 도식화한 일 예를 나타낸 도이다.
도 21은 16-QSM의 성상도들을 블로흐 구 표면 상에서 도식화한 일 예를 나타낸 도이다.
도 22는 16-QSM의 성상도들을 블로흐 구 표면 상에서 도식화한 일 예를 나타낸 도이다.
도 23은 QSM 시스템의 전체 송수신단 구조도의 일 예를 나타낸 도이다.
도 24는 양자 상태 변조기의 구성의 일 예를 나타낸 도이다.
도 25는 패러데이 회전기 구성의 일 예를 나타낸 도이다.
도 26은 수신단의 양자 상태 복호기 구성의 일 예를 나타낸 도이다.
도 27 및 도 28은 양자 클로닝 방식의 일 예를 나타낸 도이다.
도 29는 수신단의 양자 상태 복호기 구성의 일 예를 나타낸 도이다.
도 30은 수신단의 양자 상태 복호기 구성의 또 다른 일 예를 나타낸 도이다.
도 31은 양자 복호기의 양자 상태 추정기 구성의 일 예를 나타낸 도이다.
도 32는 양자 복호기의 양자 상태 추정기 구성의 또 다른 일 예를 나타낸 도이다.
도 33은 양자 복호기의 양자 상태 추정기 구성의 또 다른 일 예를 나타낸 도이다.
도 34는 양자 복호기의 양자 상태 추정기 구성의 또 다른 일 예를 나타낸 도이다.
도 35는 본 명세서에서 제안하는 정보 전송 방법이 송신단에서 수행되는 일례를 나타낸 순서도이다.
도 36은 본 명세서에서 제안하는 정보 전송 방법이 수신단에서 수행되는 일례를 나타낸 순서도이다.
이하의 실시 예들은 본 명세서의 구성요소들과 특징들을 소정 형태로 결합한 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려될 수 있다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 명세서의 실시 예를 구성할 수도 있다. 본 명세서의 실시 예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시 예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시 예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시 예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다.
도면에 대한 설명에서, 본 명세서의 요지를 흐릴 수 있는 절차 또는 단계 등은 기술하지 않았으며, 당업자의 수준에서 이해할 수 있을 정도의 절차 또는 단계는 또한 기술하지 아니하였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(comprising 또는 including)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, "일(a 또는 an)", "하나(one)", "그(the)" 및 유사 관련어는 본 명세서를 기술하는 문맥에 있어서(특히, 이하의 청구항의 문맥에서) 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
본 명세서의 실시예들은 기지국과 이동국 간의 데이터 송수신 관계를 중심으로 설명되었다. 여기서, 기지국은 이동국과 직접적으로 통신을 수행하는 네트워크의 종단 노드(terminal node)로서의 의미가 있다. 본 명세서에서 기지국에 의해 수행되는 것으로 설명된 특정 동작은 경우에 따라서는 기지국의 상위 노드(upper node)에 의해 수행될 수도 있다.
즉, 기지국을 포함하는 다수의 네트워크 노드들(network nodes)로 이루어지는 네트워크에서 이동국과의 통신을 위해 수행되는 다양한 동작들은 기지국 또는 기지국 이외의 다른 네트워크 노드들에 의해 수행될 수 있다. 이때, '기지국'은 고정국(fixed station), Node B, eNB(eNode B), gNB(gNode B), ng-eNB, 발전된 기지국(advanced base station, ABS) 또는 억세스 포인트(access point) 등의 용어에 의해 대체될 수 있다.
또한, 본 명세서의 실시 예들에서 단말(terminal)은 사용자 기기(user equipment, UE), 이동국(mobile station, MS), 가입자국(subscriber station, SS), 이동 가입자 단말(mobile subscriber station, MSS), 이동 단말(mobile terminal) 또는 발전된 이동 단말(advanced mobile station, AMS) 등의 용어로 대체될 수 있다.
또한, 송신단은 데이터 서비스 또는 음성 서비스를 제공하는 고정 및/또는 이동 노드를 말하고, 수신단은 데이터 서비스 또는 음성 서비스를 수신하는 고정 및/또는 이동 노드를 의미한다. 따라서, 상향링크의 경우, 이동국이 송신단이 되고, 기지국이 수신단이 될 수 있다. 마찬가지로, 하향링크의 경우, 이동국이 수신단이 되고, 기지국이 송신단이 될 수 있다.
본 명세서의 실시 예들은 무선 접속 시스템들인 IEEE 802.xx 시스템, 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 시스템, 3GPP LTE(Long Term Evolution) 시스템, 3GPP 5G(5th generation) NR(New Radio) 시스템 및 3GPP2 시스템 중 적어도 하나에 개시된 표준 문서들에 의해 뒷받침될 수 있으며, 특히, 본 명세서의 실시 예들은 3GPP TS(technical specification) 38.211, 3GPP TS 38.212, 3GPP TS 38.213, 3GPP TS 38.321 및 3GPP TS 38.331 문서들에 의해 뒷받침 될 수 있다.
또한, 본 명세서의 실시 예들은 다른 무선 접속 시스템에도 적용될 수 있으며, 상술한 시스템으로 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 3GPP 5G NR 시스템 이후에 적용되는 시스템에 대해서도 적용 가능할 수 있으며, 특정 시스템에 한정되지 않는다.
즉, 본 명세서의 실시 예들 중 설명하지 않은 자명한 단계들 또는 부분들은 상기 문서들을 참조하여 설명될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 개시하고 있는 모든 용어들은 상기 표준 문서에 의해 설명될 수 있다.
이하, 본 명세서에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 명세서의 예시적인 실시 형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 명세서의 기술 구성이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.
또한, 본 명세서의 실시 예들에서 사용되는 특정 용어들은 본 명세서의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 명세서의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.
이하의 기술은 CDMA(code division multiple access), FDMA(frequency division multiple access), TDMA(time division multiple access), OFDMA(orthogonal frequency division multiple access), SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 등과 같은 다양한 무선 접속 시스템에 적용될 수 있다.
하기에서는 이하 설명을 명확하게 하기 위해, 3GPP 통신 시스템(e.g.(예, LTE, NR 등)을 기반으로 설명하지만 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. LTE는 3GPP TS 36.xxx Release 8 이후의 기술을 의미할 수 있다. 세부적으로, 3GPP TS 36.xxx Release 10 이후의 LTE 기술은 LTE-A로 지칭되고, 3GPP TS 36.xxx Release 13 이후의 LTE 기술은 LTE-A pro로 지칭될 수 있다. 3GPP NR은 TS 38.xxx Release 15 이후의 기술을 의미할 수 있다. 3GPP 6G는 TS Release 17 및/또는 Release 18 이후의 기술을 의미할 수 있다. "xxx"는 표준 문서 세부 번호를 의미한다. LTE/NR/6G는 3GPP 시스템으로 통칭될 수 있다.
본 명세서에 사용된 배경기술, 용어, 약어 등에 관해서는 본 발명 이전에 공개된 표준 문서에 기재된 사항을 참조할 수 있다. 일 예로, 36.xxx 및 38.xxx 표준 문서를 참조할 수 있다.
본 명세서에 적용 가능한 통신 시스템
이로 제한되는 것은 아니지만, 본 명세서에 개시된 다양한 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들은 기기들 간에 무선 통신/연결(예, 5G)을 필요로 하는 다양한 분야에 적용될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 보다 구체적으로 예시한다. 이하의 도면/설명에서 동일한 도면 부호는 다르게 기술하지 않는 한, 동일하거나 대응되는 하드웨어 블록, 소프트웨어 블록 또는 기능 블록을 예시할 수 있다.
도 1은 본 명세서에 적용되는 통신 시스템 예시를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 명세서에 적용되는 통신 시스템(100)은 무선 기기, 기지국 및 네트워크를 포함한다. 여기서, 무선 기기는 무선 접속 기술(예, 5G NR, LTE)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(home appliance)(100e), IoT(Internet of Thing) 기기(100f), AI(artificial intelligence) 기기/서버(100g)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, 차량(100b-1, 100b-2)은 UAV(unmanned aerial vehicle)(예, 드론)를 포함할 수 있다. XR 기기(100c)는 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 기기(100d)는 스마트폰, 스마트패드, 웨어러블 기기(예, 스마트워치, 스마트글래스), 컴퓨터(예, 노트북 등) 등을 포함할 수 있다. 가전(100e)은 TV, 냉장고, 세탁기 등을 포함할 수 있다. IoT 기기(100f)는 센서, 스마트 미터 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기지국(120), 네트워크(130)는 무선 기기로도 구현될 수 있으며, 특정 무선 기기(120a)는 다른 무선 기기에게 기지국/네트워크 노드로 동작할 수도 있다.
무선 기기(100a~100f)는 기지국(120)을 통해 네트워크(130)와 연결될 수 있다. 무선 기기(100a~100f)에는 AI 기술이 적용될 수 있으며, 무선 기기(100a~100f)는 네트워크(130)를 통해 AI 서버(100g)와 연결될 수 있다. 네트워크(130)는 3G 네트워크, 4G(예, LTE) 네트워크 또는 5G(예, NR) 네트워크 등을 이용하여 구성될 수 있다. 무선 기기(100a~100f)는 기지국(120)/네트워크(130)를 통해 서로 통신할 수도 있지만, 기지국(120)/네트워크(130)를 통하지 않고 직접 통신(예, 사이드링크 통신(sidelink communication))할 수도 있다. 예를 들어, 차량들(100b-1, 100b-2)은 직접 통신(예, V2V(vehicle to vehicle)/V2X(vehicle to everything) communication)을 할 수 있다. 또한, IoT 기기(100f)(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(120), 기지국(120)/기지국(120) 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)(예, 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.
본 명세서에 적용 가능한 통신 시스템
도 2는 본 명세서에 적용될 수 있는 무선 기기의 예시를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 제1 무선 기기(200a)와 제2 무선 기기(200b)는 다양한 무선 접속 기술(예, LTE, NR)을 통해 무선 신호를 송수신할 수 있다. 여기서, {제1 무선 기기(200a), 제2 무선 기기(200b)}은 도 1의 {무선 기기(100x), 기지국(120)} 및/또는 {무선 기기(100x), 무선 기기(100x)}에 대응할 수 있다.
제1 무선 기기(200a)는 하나 이상의 프로세서(202a) 및 하나 이상의 메모리(204a)를 포함하며, 추가적으로 하나 이상의 송수신기(206a) 및/또는 하나 이상의 안테나(208a)을 더 포함할 수 있다. 프로세서(202a)는 메모리(204a) 및/또는 송수신기(206a)를 제어하며, 본 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들을 구현하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(202a)는 메모리(204a) 내의 정보를 처리하여 제1 정보/신호를 생성한 뒤, 송수신기(206a)을 통해 제1 정보/신호를 포함하는 무선 신호를 전송할 수 있다. 또한, 프로세서(202a)는 송수신기(206a)를 통해 제2 정보/신호를 포함하는 무선 신호를 수신한 뒤, 제2 정보/신호의 신호 처리로부터 얻은 정보를 메모리(204a)에 저장할 수 있다. 메모리(204a)는 프로세서(202a)와 연결될 수 있고, 프로세서(202a)의 동작과 관련한 다양한 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리(204a)는 프로세서(202a)에 의해 제어되는 프로세스들 중 일부 또는 전부를 수행하거나, 본 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들을 수행하기 위한 명령들을 포함하는 소프트웨어 코드를 저장할 수 있다. 여기서, 프로세서(202a)와 메모리(204a)는 무선 통신 기술(예, LTE, NR)을 구현하도록 설계된 통신 모뎀/회로/칩의 일부일 수 있다. 송수신기(206a)는 프로세서(202a)와 연결될 수 있고, 하나 이상의 안테나(208a)를 통해 무선 신호를 송신 및/또는 수신할 수 있다. 송수신기(206a)는 송신기 및/또는 수신기를 포함할 수 있다. 송수신기(206a)는 RF(radio frequency) 유닛과 혼용될 수 있다. 본 명세서에서 무선 기기는 통신 모뎀/회로/칩을 의미할 수도 있다.
제2 무선 기기(200b)는 하나 이상의 프로세서(202b), 하나 이상의 메모리(204b)를 포함하며, 추가적으로 하나 이상의 송수신기(206b) 및/또는 하나 이상의 안테나(208b)를 더 포함할 수 있다. 프로세서(202b)는 메모리(204b) 및/또는 송수신기(206b)를 제어하며, 본 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들을 구현하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(202b)는 메모리(204b) 내의 정보를 처리하여 제3 정보/신호를 생성한 뒤, 송수신기(206b)를 통해 제3 정보/신호를 포함하는 무선 신호를 전송할 수 있다. 또한, 프로세서(202b)는 송수신기(206b)를 통해 제4 정보/신호를 포함하는 무선 신호를 수신한 뒤, 제4 정보/신호의 신호 처리로부터 얻은 정보를 메모리(204b)에 저장할 수 있다. 메모리(204b)는 프로세서(202b)와 연결될 수 있고, 프로세서(202b)의 동작과 관련한 다양한 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리(204b)는 프로세서(202b)에 의해 제어되는 프로세스들 중 일부 또는 전부를 수행하거나, 본 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들을 수행하기 위한 명령들을 포함하는 소프트웨어 코드를 저장할 수 있다. 여기서, 프로세서(202b)와 메모리(204b)는 무선 통신 기술(예, LTE, NR)을 구현하도록 설계된 통신 모뎀/회로/칩의 일부일 수 있다. 송수신기(206b)는 프로세서(202b)와 연결될 수 있고, 하나 이상의 안테나(208b)를 통해 무선 신호를 송신 및/또는 수신할 수 있다. 송수신기(206b)는 송신기 및/또는 수신기를 포함할 수 있다 송수신기(206b)는 RF 유닛과 혼용될 수 있다. 본 명세서에서 무선 기기는 통신 모뎀/회로/칩을 의미할 수도 있다.
이하, 무선 기기(200a, 200b)의 하드웨어 요소에 대해 보다 구체적으로 설명한다. 이로 제한되는 것은 아니지만, 하나 이상의 프로토콜 계층이 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)는 하나 이상의 계층(예, PHY(physical), MAC(media access control), RLC(radio link control), PDCP(packet data convergence protocol), RRC(radio resource control), SDAP(service data adaptation protocol)와 같은 기능적 계층)을 구현할 수 있다. 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)는 본 명세서에 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(202a, 202b)는 본 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들에 따라 메시지, 제어정보, 데이터 또는 정보를 생성할 수 있다. 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)는 본 명세서에 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(206a, 206b)에게 제공할 수 있다. 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)는 하나 이상의 송수신기(206a, 206b)로부터 신호(예, 베이스밴드 신호)를 수신할 수 있고, 본 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들에 따라 PDU, SDU, 메시지, 제어정보, 데이터 또는 정보를 획득할 수 있다.
하나 이상의 프로세서(202a, 202b)는 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 또는 마이크로 컴퓨터로 지칭될 수 있다. 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)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(202a, 202b)에 포함될 수 있다. 본 명세서에 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 명세서에 개시된 설명, 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도들은 수행하도록 설정된 펌웨어 또는 소프트웨어는 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)에 포함되거나, 하나 이상의 메모리(204a, 204b)에 저장되어 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)에 의해 구동될 수 있다. 본 명세서에 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(204a, 204b)는 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)와 연결될 수 있고, 다양한 형태의 데이터, 신호, 메시지, 정보, 프로그램, 코드, 지시 및/또는 명령을 저장할 수 있다. 하나 이상의 메모리(204a, 204b)는 ROM(read only memory), RAM(random access memory), EPROM(erasable programmable read only memory), 플래시 메모리, 하드 드라이브, 레지스터, 캐쉬 메모리, 컴퓨터 판독 저장 매체 및/또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다. 하나 이상의 메모리(204a, 204b)는 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)의 내부 및/또는 외부에 위치할 수 있다. 또한, 하나 이상의 메모리(204a, 204b)는 유선 또는 무선 연결과 같은 다양한 기술을 통해 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)와 연결될 수 있다.
하나 이상의 송수신기(206a, 206b)는 하나 이상의 다른 장치에게 본 명세서의 방법들 및/또는 동작 순서도 등에서 언급되는 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 전송할 수 있다. 하나 이상의 송수신기(206a, 206b)는 하나 이상의 다른 장치로부터 본 명세서에 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(206a, 206b)는 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)와 연결될 수 있고, 무선 신호를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)는 하나 이상의 송수신기(206a, 206b)가 하나 이상의 다른 장치에게 사용자 데이터, 제어 정보 또는 무선 신호를 전송하도록 제어할 수 있다. 또한, 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)는 하나 이상의 송수신기(206a, 206b)가 하나 이상의 다른 장치로부터 사용자 데이터, 제어 정보 또는 무선 신호를 수신하도록 제어할 수 있다. 또한, 하나 이상의 송수신기(206a, 206b)는 하나 이상의 안테나(208a, 208b)와 연결될 수 있고, 하나 이상의 송수신기(206a, 206b)는 하나 이상의 안테나(208a, 208b)를 통해 본 명세서에 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 명세서에서, 하나 이상의 안테나는 복수의 물리 안테나이거나, 복수의 논리 안테나(예, 안테나 포트)일 수 있다. 하나 이상의 송수신기(206a, 206b)는 수신된 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)를 이용하여 처리하기 위해, 수신된 무선 신호/채널 등을 RF 밴드 신호에서 베이스밴드 신호로 변환(Convert)할 수 있다. 하나 이상의 송수신기(206a, 206b)는 하나 이상의 프로세서(202a, 202b)를 이용하여 처리된 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 베이스밴드 신호에서 RF 밴드 신호로 변환할 수 있다. 이를 위하여, 하나 이상의 송수신기(206a, 206b)는 (아날로그) 오실레이터 및/또는 필터를 포함할 수 있다.
도 3은 본 명세서에 적용되는 전송 신호를 처리하는 방법을 도시한 도면이다. 일 예로, 전송 신호는 신호 처리 회로에 의해 처리될 수 있다. 이때, 신호 처리 회로(300)는 스크램블러(310), 변조기(320), 레이어 매퍼(330), 프리코더(340), 자원 매퍼(350), 신호 생성기(360)를 포함할 수 있다. 이때, 일 예로, 도 3의 동작/기능은 도 2의 프로세서(202a, 202b) 및/또는 송수신기(206a, 206b)에서 수행될 수 있다. 또한, 일 예로, 도 3의 하드웨어 요소는 도 2의 프로세서(202a, 202b) 및/또는 송수신기(206a, 206b)에서 구현될 수 있다. 일 예로, 블록 310~350은 도 2의 프로세서(202a, 202b)에서 구현되고, 블록 360은 도 2의 송수신기(206a, 206b)에서 구현될 수 있으며, 상술한 실시 예로 한정되지 않는다.
코드워드는 도 3의 신호 처리 회로(300)를 거쳐 무선 신호로 변환될 수 있다. 여기서, 코드워드는 정보블록의 부호화된 비트 시퀀스이다. 정보블록은 전송블록(예, UL-SCH 전송블록, DL-SCH 전송블록)을 포함할 수 있다. 무선 신호는 도 6의 다양한 물리 채널(예, PUSCH, PDSCH)을 통해 전송될 수 있다. 구체적으로, 코드워드는 스크램블러(310)에 의해 스크램블된 비트 시퀀스로 변환될 수 있다. 스크램블에 사용되는 스크램블 시퀀스는 초기화 값에 기반하여 생성되며, 초기화 값은 무선 기기의 ID 정보 등이 포함될 수 있다. 스크램블된 비트 시퀀스는 변조기(320)에 의해 변조 심볼 시퀀스로 변조될 수 있다. 변조 방식은 pi/2-BPSK(pi/2-binary phase shift keying), m-PSK(m-phase shift keying), m-QAM(m-quadrature amplitude modulation) 등을 포함할 수 있다.
복소 변조 심볼 시퀀스는 레이어 매퍼(330)에 의해 하나 이상의 전송 레이어로 매핑될 수 있다. 각 전송 레이어의 변조 심볼들은 프리코더(340)에 의해 해당 안테나 포트(들)로 매핑될 수 있다(프리코딩). 프리코더(340)의 출력 z는 레이어 매퍼(330)의 출력 y를 N*M의 프리코딩 행렬 W와 곱해 얻을 수 있다. 여기서, N은 안테나 포트의 개수, M은 전송 레이어의 개수이다. 여기서, 프리코더(340)는 복소 변조 심볼들에 대한 트랜스폼(transform) 프리코딩(예, DFT(discrete fourier transform) 변환)을 수행한 이후에 프리코딩을 수행할 수 있다. 또한, 프리코더(340)는 트랜스폼 프리코딩을 수행하지 않고 프리코딩을 수행할 수 있다.
자원 매퍼(350)는 각 안테나 포트의 변조 심볼들을 시간-주파수 자원에 매핑할 수 있다. 시간-주파수 자원은 시간 도메인에서 복수의 심볼(예, CP-OFDMA 심볼, DFT-s-OFDMA 심볼)을 포함하고, 주파수 도메인에서 복수의 부반송파를 포함할 수 있다. 신호 생성기(360)는 매핑된 변조 심볼들로부터 무선 신호를 생성하며, 생성된 무선 신호는 각 안테나를 통해 다른 기기로 전송될 수 있다. 이를 위해, 신호 생성기(360)는 IFFT(inverse fast fourier transform) 모듈 및 CP(cyclic prefix) 삽입기, DAC(digital-to-analog converter), 주파수 상향 변환기(frequency uplink converter) 등을 포함할 수 있다.
무선 기기에서 수신 신호를 위한 신호 처리 과정은 도 3의 신호 처리 과정(310~360)의 역으로 구성될 수 있다. 일 예로, 무선 기기(예, 도 2의 200a, 200b)는 안테나 포트/송수신기를 통해 외부로부터 무선 신호를 수신할 수 있다. 수신된 무선 신호는 신호 복원기를 통해 베이스밴드 신호로 변환될 수 있다. 이를 위해, 신호 복원기는 주파수 하향 변환기(frequency downlink converter), ADC(analog-to-digital converter), CP 제거기, FFT(fast fourier transform) 모듈을 포함할 수 있다. 이후, 베이스밴드 신호는 자원 디-매퍼 과정, 포스트코딩(postcoding) 과정, 복조 과정 및 디-스크램블 과정을 거쳐 코드워드로 복원될 수 있다. 코드워드는 복호(decoding)를 거쳐 원래의 정보블록으로 복원될 수 있다. 따라서, 수신 신호를 위한 신호 처리 회로(미도시)는 신호 복원기, 자원 디-매퍼, 포스트코더, 복조기, 디-스크램블러 및 복호기를 포함할 수 있다.
본 명세서에 적용 가능한 무선 기기 구조
도 4는 본 명세서에 적용되는 무선 기기의 다른 예시를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 무선 기기(400)는 도 2의 무선 기기(200a, 200b)에 대응하며, 다양한 요소(element), 성분(component), 유닛/부(unit), 및/또는 모듈(module)로 구성될 수 있다. 예를 들어, 무선 기기(400)는 통신부(410), 제어부(420), 메모리부(430) 및 추가 요소(440)를 포함할 수 있다. 통신부는 통신 회로(412) 및 송수신기(들)(414)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 통신 회로(412)는 도 2의 하나 이상의 프로세서(202a, 202b) 및/또는 하나 이상의 메모리(204a, 204b)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 송수신기(들)(414)는 도 2의 하나 이상의 송수신기(206a, 206b) 및/또는 하나 이상의 안테나(208a, 208b)을 포함할 수 있다. 제어부(420)는 통신부(410), 메모리부(430) 및 추가 요소(440)와 전기적으로 연결되며 무선 기기의 제반 동작을 제어한다. 예를 들어, 제어부(420)는 메모리부(430)에 저장된 프로그램/코드/명령/정보에 기반하여 무선 기기의 전기적/기계적 동작을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(420)는 메모리부(430)에 저장된 정보를 통신부(410)을 통해 외부(예, 다른 통신 기기)로 무선/유선 인터페이스를 통해 전송하거나, 통신부(410)를 통해 외부(예, 다른 통신 기기)로부터 무선/유선 인터페이스를 통해 수신된 정보를 메모리부(430)에 저장할 수 있다.
추가 요소(440)는 무선 기기의 종류에 따라 다양하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 추가 요소(440)는 파워 유닛/배터리, 입출력부(input/output unit), 구동부 및 컴퓨팅부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이로 제한되는 것은 아니지만, 무선 기기(400)는 로봇(도 1, 100a), 차량(도 1, 100b-1, 100b-2), XR 기기(도 1, 100c), 휴대 기기(도 1, 100d), 가전(도 1, 100e), IoT 기기(도 1, 100f), 디지털 방송용 단말, 홀로그램 장치, 공공 안전 장치, MTC 장치, 의료 장치, 핀테크 장치(또는 금융 장치), 보안 장치, 기후/환경 장치, AI 서버/기기(도 1, 140), 기지국(도 1, 120), 네트워크 노드 등의 형태로 구현될 수 있다. 무선 기기는 사용-예/서비스에 따라 이동 가능하거나 고정된 장소에서 사용될 수 있다.
도 4에서 무선 기기(400) 내의 다양한 요소, 성분, 유닛/부, 및/또는 모듈은 전체가 유선 인터페이스를 통해 상호 연결되거나, 적어도 일부가 통신부(410)를 통해 무선으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 무선 기기(400) 내에서 제어부(420)와 통신부(410)는 유선으로 연결되며, 제어부(420)와 제1 유닛(예, 430, 440)은 통신부(410)를 통해 무선으로 연결될 수 있다. 또한, 무선 기기(400) 내의 각 요소, 성분, 유닛/부, 및/또는 모듈은 하나 이상의 요소를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어부(420)는 하나 이상의 프로세서 집합으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어부(420)는 통신 제어 프로세서, 어플리케이션 프로세서(application processor), ECU(electronic control unit), 그래픽 처리 프로세서, 메모리 제어 프로세서 등의 집합으로 구성될 수 있다. 다른 예로, 메모리부(430)는 RAM, DRAM(dynamic RAM), ROM, 플래시 메모리(flash memory), 휘발성 메모리(volatile memory), 비-휘발성 메모리(non-volatile memory) 및/또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다.
본 명세서가 적용 가능한 휴대 기기
도 5는 본 명세서에 적용되는 휴대 기기의 예시를 도시한 도면이다.
도 5는 본 명세서에 적용되는 휴대 기기를 예시한다. 휴대 기기는 스마트폰, 스마트패드, 웨어러블 기기(예, 스마트 워치, 스마트 글래스), 휴대용 컴퓨터(예, 노트북 등)을 포함할 수 있다. 휴대 기기는 MS(mobile station), UT(user terminal), MSS(mobile subscriber station), SS(subscriber station), AMS(advanced mobile station) 또는 WT(wireless terminal)로 지칭될 수 있다.
도 5를 참조하면, 휴대 기기(500)는 안테나부(508), 통신부(510), 제어부(520), 메모리부(530), 전원공급부(540a), 인터페이스부(540b) 및 입출력부(540c)를 포함할 수 있다. 안테나부(508)는 통신부(510)의 일부로 구성될 수 있다. 블록 510~530/540a~540c는 각각 도 4의 블록 410~430/440에 대응한다.
통신부(510)는 다른 무선 기기, 기지국들과 신호(예, 데이터, 제어 신호 등)를 송수신할 수 있다. 제어부(520)는 휴대 기기(500)의 구성 요소들을 제어하여 다양한 동작을 수행할 수 있다. 제어부(520)는 AP(application processor)를 포함할 수 있다. 메모리부(530)는 휴대 기기(500)의 구동에 필요한 데이터/파라미터/프로그램/코드/명령을 저장할 수 있다. 또한, 메모리부(530)는 입/출력되는 데이터/정보 등을 저장할 수 있다. 전원공급부(540a)는 휴대 기기(500)에게 전원을 공급하며, 유/무선 충전 회로, 배터리 등을 포함할 수 있다. 인터페이스부(540b)는 휴대 기기(500)와 다른 외부 기기의 연결을 지원할 수 있다. 인터페이스부(540b)는 외부 기기와의 연결을 위한 다양한 포트(예, 오디오 입/출력 포트, 비디오 입/출력 포트)를 포함할 수 있다. 입출력부(540c)는 영상 정보/신호, 오디오 정보/신호, 데이터, 및/또는 사용자로부터 입력되는 정보를 입력 받거나 출력할 수 있다. 입출력부(540c)는 카메라, 마이크로폰, 사용자 입력부, 디스플레이부(540d), 스피커 및/또는 햅틱 모듈 등을 포함할 수 있다.
일 예로, 데이터 통신의 경우, 입출력부(540c)는 사용자로부터 입력된 정보/신호(예, 터치, 문자, 음성, 이미지, 비디오)를 획득하며, 획득된 정보/신호는 메모리부(530)에 저장될 수 있다. 통신부(510)는 메모리에 저장된 정보/신호를 무선 신호로 변환하고, 변환된 무선 신호를 다른 무선 기기에게 직접 전송하거나 기지국에게 전송할 수 있다. 또한, 통신부(510)는 다른 무선 기기 또는 기지국으로부터 무선 신호를 수신한 뒤, 수신된 무선 신호를 원래의 정보/신호로 복원할 수 있다. 복원된 정보/신호는 메모리부(530)에 저장된 뒤, 입출력부(540c)를 통해 다양한 형태(예, 문자, 음성, 이미지, 비디오, 햅틱)로 출력될 수 있다.
물리 채널들 및 일반적인 신호 전송
무선 접속 시스템에서 단말은 하향링크(downlink, DL)를 통해 기지국으로부터 정보를 수신하고, 상향링크(uplink, UL)를 통해 기지국으로 정보를 전송할 수 있다. 기지국과 단말이 송수신하는 정보는 일반 데이터 정보 및 다양한 제어 정보를 포함하고, 이들이 송수신 하는 정보의 종류/용도에 따라 다양한 물리 채널이 존재한다.
도 6은 본 명세서에 적용되는 물리 채널들 및 이들을 이용한 신호 전송 방법을 도시한 도면이다.
전원이 꺼진 상태에서 다시 전원이 켜지거나, 새로이 셀에 진입한 단말은 S611 단계에서 기지국과 동기를 맞추는 등의 초기 셀 탐색(initial cell search) 작업을 수행한다. 이를 위해 단말은 기지국으로부터 주 동기 채널(primary synchronization channel, P-SCH) 및 부 동기 채널(secondary synchronization channel, S-SCH)을 수신하여 기지국과 동기를 맞추고, 셀 ID 등의 정보를 획득할 수 있다.
그 후, 단말은 기지국으로부터 물리 방송 채널(physical broadcast channel, PBCH) 신호를 수신하여 셀 내 방송 정보를 획득할 수 있다. 한편, 단말은 초기 셀 탐색 단계에서 하향링크 참조 신호 (DL RS: Downlink Reference Signal)를 수신하여 하향링크 채널 상태를 확인할 수 있다. 초기 셀 탐색을 마친 단말은 S612 단계에서 물리 하향링크 제어 채널(physical downlink control channel, PDCCH) 및 물리 하향링크 제어 채널 정보에 따른 물리 하향링크 공유 채널(physical downlink control channel, PDSCH)을 수신하여 조금 더 구체적인 시스템 정보를 획득할 수 있다.
이후, 단말은 기지국에 접속을 완료하기 위해 이후 단계 S613 내지 단계 S616과 같은 임의 접속 과정(random access procedure)을 수행할 수 있다. 이를 위해 단말은 물리 임의 접속 채널(physical random access channel, PRACH)을 통해 프리앰블 (preamble)을 전송하고(S613), 물리 하향링크 제어 채널 및 이에 대응하는 물리 하향링크 공유 채널을 통해 프리앰블에 대한 RAR(random access response)를 수신할 수 있다(S614). 단말은 RAR 내의 스케줄링 정보를 이용하여 PUSCH(physical uplink shared channel)을 전송하고(S615), 물리 하향링크 제어채널 신호 및 이에 대응하는 물리 하향링크 공유 채널 신호의 수신과 같은 충돌 해결 절차(contention resolution procedure)를 수행할 수 있다(S616).
상술한 바와 같은 절차를 수행한 단말은 이후 일반적인 상/하향링크 신호 전송 절차로서 물리 하향링크 제어 채널 신호 및/또는 물리 하향링크 공유 채널 신호의 수신(S617) 및 물리 상향링크 공유 채널(physical uplink shared channel, PUSCH) 신호 및/또는 물리 상향링크 제어 채널(physical uplink control channel, PUCCH) 신호의 전송(S618)을 수행할 수 있다.
단말이 기지국으로 전송하는 제어정보를 통칭하여 상향링크 제어정보(uplink control information, UCI)라고 지칭한다. UCI는 HARQ-ACK/NACK(hybrid automatic repeat and request acknowledgement/negative-ACK), SR(scheduling request), CQI(channel quality indication), PMI(precoding matrix indication), RI(rank indication), BI(beam indication) 정보 등을 포함한다. 이때, UCI는 일반적으로 PUCCH를 통해 주기적으로 전송되지만, 실시 예에 따라(예, 제어정보와 트래픽 데이터가 동시에 전송되어야 할 경우) PUSCH를 통해 전송될 수 있다. 또한, 네트워크의 요청/지시에 의해 단말은 PUSCH를 통해 UCI를 비주기적으로 전송할 수 있다.
도 7은 본 명세서에 적용 가능한 무선 프레임의 구조를 도시한 도면이다.
NR 시스템에 기초한 상향링크 및 하향링크 전송은 도 7과 같은 프레임에 기초할 수 있다. 이때, 하나의 무선 프레임은 10ms의 길이를 가지며, 2개의 5ms 하프-프레임(half-frame, HF)으로 정의될 수 있다. 하나의 하프-프레임은 5개의 1ms 서브프레임(subframe, SF)으로 정의될 수 있다. 하나의 서브프레임은 하나 이상의 슬롯으로 분할되며, 서브프레임 내 슬롯 개수는 SCS(subcarrier spacing)에 의존할 수 있다. 이때, 각 슬롯은 CP(cyclic prefix)에 따라 12개 또는 14개의 OFDM(A) 심볼들을 포함할 수 있다. 일반 CP(normal CP)가 사용되는 경우, 각 슬롯은 14개의 심볼들을 포함할 수 있다. 확장 CP(extended CP)가 사용되는 경우, 각 슬롯은 12개의 심볼들을 포함할 수 있다. 여기서, 심볼은 OFDM 심볼(또는, CP-OFDM 심볼), SC-FDMA 심볼(또는, DFT-s-OFDM 심볼)을 포함할 수 있다.
표 1은 일반 CP가 사용되는 경우, SCS에 따른 슬롯 별 심볼의 개수, 프레임 별 슬롯의 개수 및 서브프레임 별 슬롯의 개수를 나타내고, 표 2는 확장된 CSP가 사용되는 경우, SCS에 따른 슬롯 별 심볼의 개수, 프레임 별 슬롯의 개수 및 서브프레임 별 슬롯의 개수를 나타낸다.
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000001
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000002
상기 표 1 및 표 2에서, Nslotsymb 는 슬롯 내 심볼의 개수를 나타내고, Nframe,μslot는 프레임 내 슬롯의 개수를 나타내고, Nsubframe,μslot는 서브프레임 내 슬롯의 개수를 나타낼 수 있다.
또한, 본 명세서가 적용 가능한 시스템에서, 하나의 단말에게 병합되는 복수의 셀들간에 OFDM(A) 뉴모놀로지(numerology)(예, SCS, CP 길이 등)가 상이하게 설정될 수 있다. 이에 따라, 동일한 개수의 심볼로 구성된 시간 자원(예, SF, 슬롯 또는 TTI)(편의상, TU(time unit)로 통칭)의 (절대 시간) 구간이 병합된 셀들 간에 상이하게 설정될 수 있다.
NR은 다양한 5G 서비스들을 지원하기 위한 다수의 numerology(또는 SCS(subcarrier spacing))를 지원할 수 있다. 예를 들어, SCS가 15kHz인 경우, 전통적인 셀룰러 밴드들에서의 넓은 영역(wide area)를 지원하며, SCS가 30kHz/60kHz인 경우, 밀집한-도시(dense-urban), 더 낮은 지연(lower latency) 및 더 넓은 캐리어 대역폭(wider carrier bandwidth)를 지원하며, SCS가 60kHz 또는 그보다 높은 경우, 위상 잡음(phase noise)를 극복하기 위해 24.25GHz보다 큰 대역폭을 지원할 수 있다.
NR 주파수 밴드(frequency band)는 2가지 type(FR1, FR2)의 주파수 범위(frequency range)로 정의된다. FR1, FR2는 아래 표와 같이 구성될 수 있다. 또한, FR2는 밀리미터 웨이브(millimeter wave, mmW)를 의미할 수 있다.
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000003
또한, 일 예로, 본 명세서가 적용 가능한 통신 시스템에서 상술한 뉴모놀로지(numerology)가 다르게 설정될 수 있다. 일 예로, 상술한 FR2보다 높은 주파수 대역으로 테라헤르츠 웨이브(Terahertz wave, THz) 대역이 사용될 수 있다. THz 대역에서 SCS는 NR 시스템보다 더 크게 설정될 수 있으며, 슬롯 수도 상이하게 설정될 수 있으며, 상술한 실시 예로 한정되지 않는다.
도 8은 본 명세서에 적용 가능한 슬롯 구조를 도시한 도면이다.
하나의 슬롯은 시간 도메인에서 복수의 심볼을 포함한다. 예를 들어, 보통 CP의 경우 하나의 슬롯이 7개의 심볼을 포함하나, 확장 CP의 경우 하나의 슬롯이 6개의 심볼을 포함할 수 있다. 반송파(carrier)는 주파수 도메인에서 복수의 부반송파(subcarrier)를 포함한다. RB(Resource Block)는 주파수 도메인에서 복수(예, 12)의 연속한 부반송파로 정의될 수 있다.
또한, BWP(Bandwidth Part)는 주파수 도메인에서 복수의 연속한 (P)RB로 정의되며, 하나의 뉴모놀로지(numerology)(예, SCS, CP 길이 등)에 대응될 수 있다.
반송파는 최대 N개(예, 5개)의 BWP를 포함할 수 있다. 데이터 통신은 활성화된 BWP를 통해서 수행되며, 하나의 단말한테는 하나의 BWP만 활성화될 수 있다. 자원 그리드에서 각각의 요소는 자원요소(Resource Element, RE)로 지칭되며, 하나의 복소 심볼이 매핑될 수 있다.
6G 통신 시스템
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 connectivity"와 같은 4가지 측면일 수 있으며, 6G 시스템은 하기 표 4와 같은 요구 사항을 만족시킬 수 있다. 즉, 표 4는 6G 시스템의 요구 사항을 나타낸 표이다.
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000004
이때, 6G 시스템은 향상된 모바일 브로드밴드(enhanced mobile broadband, eMBB), 초-저지연 통신(ultra-reliable low latency communications, URLLC), mMTC (massive machine type communications), AI 통합 통신(AI integrated communication), 촉각 인터넷(tactile internet), 높은 스루풋(high throughput), 높은 네트워크 능력(high network capacity), 높은 에너지 효율(high energy efficiency), 낮은 백홀 및 접근 네트워크 혼잡(low backhaul and access network congestion) 및 향상된 데이터 보안(enhanced data security)과 같은 핵심 요소(key factor)들을 가질 수 있다.
도 9는 본 명세서에 적용 가능한 6G 시스템에서 제공 가능한 통신 구조의 일례를 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 6G 시스템은 5G 무선통신 시스템보다 50배 더 높은 동시 무선통신 연결성을 가질 것으로 예상된다. 5G의 핵심 요소(key feature)인 URLLC는 6G 통신에서 1ms보다 적은 단-대-단(end-to-end) 지연을 제공함으로써 보다 더 주요한 기술이 될 것으로 예상된다. 이때, 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 수 있다. 또한, 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 중요할 수 있다.
- 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 3-dimemtion 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 커뮤니케이션
양자 통신이란 양자역학적 특성을 정보통신 분야에 적용하여 보안, 초고속 연산 등 기존 정보통신의 한계를 극복할 수 있는 차세대 통신 기술이다. 양자 통신은 기존 통신 기술에서 이용되는 2진 비트 정보에 따른 0과 1의 형태로 표현할 수 없거나, 표현하기 곤란한 형태의 정보를 생성, 전송, 처리, 저장하는 수단을 제공한다. 기존 통신 기술들에서는 파장이나 진폭 등이 송신단-수신단 간의 정보 전송에 이용되었으나, 이와 달리, 양자 통신에서는 빛의 최소 단위인 광자(photon)가 송신단-수신단 간의 정보 전송을 위해 이용된다. 특히, 양자 통신의 경우, 광자(빛)의 편광이나 위상차에 대해 양자 불확정성과 양자 비가역성, 복제 불가능성이 사용될 수 있으므로, 양자 통신은 완벽한 보안이 보장되는 통신이 가능하다는 특성을 가진다. 또한, 양자 통신은 특정한 조건에서 양자 얽힘을 이용해 초고속 통신이 가능할 수도 있다
유선 또는 무선 통신 환경을 통한 양자 통신 시스템은, 양자 특성에 기반하여, 송신단은, 송신단이 전송하고자 하는 정보의 안정성을 유지한 채로, 양자 채널을 통해 수신단에 해당 정보를 전달할 수 있다. 양자 통신은 양자 네트워크(Quantum Network), 또는 양자 인터넷(Quantum Internet)을 구성하는 기반 기술로서, 양자 노드(Quantum Node)간에 큐비트(Qubit) 정보를 전달하는데 활용된다. 양자 네트워크의 목적은 아래와 같이 두 가지로 구분될 수 있다.
1) 연산을 위한 양자 네트워크(Quantum networks for computation): 네트워크로 연결된 양자 컴퓨팅 또는 분산 양자 컴퓨팅은 양자 네트워크를 통해 여러 양자 프로세서 사이에 큐비트를 전송하여 연결하여 작동함.
2) 통신을 위한 양자 네트워크(Quantum networks for communication): 양자 통신의 영역에서, 하나의 양자 프로세서에서 다른 양자 프로세서로 장거리로 큐비트를 전송하고자 함.
도 10은 양자 네트워크 구성의 일 예를 나타낸 도이다.
도 10을 참조하면, 1010 및 1020 은 각각 종단 노드를 나타내며, 정보가 전송되는 방향에 따라 송신단/수신단으로 동작할 수 있다. 도 10에서, 양자 채널(Quantum Channel)(1030)은 유선 또는 무선으로 구성될 수 있으며, 송신단에서 형성한 단일/다중 광자(Single/Multiple Photon)의 직접적인 전달 또는 얽힘 자원(Entanglement Resource)을 노드 간에 나눠가진 상태에서 양자 순간 이동(Quantum Teleportation)을 통해 큐비트(Qubit) 정보의 전달이 수행된다.
도 11은 정보의 종류에 따른 양자 통신 시스템 구성의 예시들을 나타낸 도이다. 양자 통신 시스템은 전달하려는 정보의 종류에 따라 Quantum Communication for Classical Bit (QC4Cbit)[도 11의 (a)] 과 Quantum Communication for Quantum Bit (QC4Qbit)[도 11의 (b)]으로 구분될 수 있다.
QC4Cbit[도 11의 (a)]에서는 전달하고자 하는 고전 비트(Classical Bit) 정보가, 채널 인코더(Channel Encoder) 등과 같은 신뢰도 향상 기술을 적용하거나 또는 적용하지 않고, 양자 인코더(Quantum Encoder)에서 큐비트 기저(Qubit Basis) (또는 연산 기저[Computation Basis])로 변환된다. 이 때, 고전 비트 정보 0 또는 1은 큐비트 기저
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000005
또는
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000006
으로 변환된다. 상기 큐비트 기저는 양자 상태에 대한 논리적인 정보로써, 물리적인 양자 기저에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 송수신단은 양자 기저에 대한 약속으로서, 수평 편광(Horizontal Polarization)과 수직 편광(Vertical Polarization)을 각각 큐비트 기저
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000007
과
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000008
에 대응하도록 할 수 있다. 송신단에서 생성한 큐비트 기저는 양자 채널을 통해 수신단에게 전달되며, 수신단의 양자 디코더(Quantum Decoder)는 사전에 약속한 양자 기저를 통해 측정을 수행함으로써 양자 기저를 복호한다. 수신단에서 측정된 양자 기저는 다시 고전 비트 정보에 대응되고, 수신단은 채널 디코더 등과 같은 신뢰도 향상 기술을 적용하거나 또는 적용하지 않고, 목적하는 정보를 획득한다.
QC4Qbit은[도 11의 (b)] 송신단의 양자 프로세서(Quantum Processor)에서 생성된 큐비트 상태(Qubit State)
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000009
가 양자 채널을 통해 수신단에 전달되고, 수신단은 수신된 양자 상태를 목적에 따라 사용하는 방식을 의미한다. 이 때, 전달되는 큐비트 상태
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000010
은 큐비트 기저(Qubit Basis)들의 중첩상태이며, 일반적으로
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000011
과 같이 표현될 수 있다. 이 때, 큐비트 기저는
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000012
과
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000013
이며,
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000014
와
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000015
는 확률 진폭(Probability Amplitude)이고,
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000016
와
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000017
는
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000018
을 만족하는 관계를 가진다. QC4Qbit의 경우, 수신단이 수신한 큐비트 상태
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000019
가 양자 프로세서에서 사용될 때, 측정 없이 큐비트 상태
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000020
를 목적에 따라 사용할 수 있다.
큐비트 상태는 두 개의 큐비트 기저(Qubit Basis) (또는 연산 기저(Computation Basis))의 선형 조합(Linear Combination)으로 구성된 블로흐 구(Bloch Sphere)상에서 표현될 수 있다.
도 12를 참조하면,
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000021
의 조건을 만족하면, 블로흐 구의 표면 상에서 큐비트 상태가 표현될 수 있음을 알 수 있다. 임의의 큐비트 상태는 두 개의 큐비트 기저에 대한 선형 조합이고, 각 기저의 계수(Coefficient)
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000022
와
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000023
는 복수수(Complex Number)이므로, Degree of Freedom(DoF)는 4이다. 이 때,
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000024
와
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000025
는
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000026
의 조건을 항상 만족한다. 만약 Pure State Case라면 DoF의 값은 3으로 감소한다. 큐비트 상태에 대한 블로흐 구 Representation은
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000027
이며, 이 때, 글로벌 위상(Global Phase)
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000028
는 불필요하므로 제거하면,
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000029
가 되어
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000030
는 실수가 된다. 따라서,
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000031
의 조건을 항상 만족하는 Pure State의 DoF=2가 된다. 블로흐 구 상에서는 각도
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000032
및
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000033
에 의해 DoF=2가 형성된다.
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000034
의 조건을 만족하지 않는 상황의 경우, 즉, Mixed State Case에서는 블로흐 구 내부의 임의의 지점(point)일 수 있으며, 중심으로부터 떨어진 거리 r이 DoF에 추가되어 DoF의 값은 3이 된다.
용어 정의
본 명세서에서 설명의 편의를 위해 사용되는 기호/약어/용어는 아래와 같다.
- QC4Cbit: Quantum Communication for Classical Bit
- QC4Qbit: Quantum Communication for Quantum Bit
- Qbit: Quantum Bit
- Cbit: Classical Bit
- QSM: Quantum State Modulation
이하에서, 본 명세서에서 제안하는 큐비트 상태 양자화(Quantization)에 기초한 양자화 정보 전송 방법에 대해서 설명한다.
고전 비트(Classical Bit) 정보를 양자통신으로 전달하는 QC4Cbit 시스템의 경우, 고전 비트 정보 0 또는 1이 큐비트 기저
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000035
또는
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000036
으로 변환되기 때문에, 하나의 고전 디지털 비트(Classical Digital Bit)가 하나의 큐비트에 대응된다. 따라서, 다수의 고전 비트 정보를 전달하기 위해서는 다수의 큐비트가 양자 채널을 통해 전달되어야 한다. 또는, d-차원의(d-dimensional) 힐버트 공간(Hilbert Space)으로 구성된 'Qudit'으로 구성하여, d개의 디지털 정보를 하나의 큐비트에 대응할 수 있으나, d-차원의 힐버트 공간은 직교 연산 기저로 구성되므로, 추가적인 자원을 더 사용하여 d개의 Digital 정보를 변환하는 방식이다.
기존의 QC4Cbit에서, 데이터는 하나의 디지털 비트에 대응되는 연산 기저여서 1 비트 정보를 전달할 수 있었고, 기존의 QC4Qbit에서, 데이터는 큐비트 상태 그 자체 이므로, 고전 비트로 환산할 수 없는 큐비트 정보를 전달 할 수 있었다.
본 명세서는, 큐비트 상태를 사전에 약속된 방법에 기초하여 양자화(Quantization)하고, 각 양자화된 큐비트 상태(Quantized Qubit State)가 하나의 디지털 정보 대응되는 방법에 기초하여, 하나의 큐비트로 다수개의 디지털 정보를 전달하는 방식을 제안한다.
또한, 수신단에서 큐비트 상태를 연산 기저(Computation Basis)로 측정(Measurement)하면 큐비트의 중첩상태가 붕괴(Collapse)되면서 하나의 연산 기저(Computation Basis) 상태가 되어 일반적인 측정 방법을 통해서는 하나의 큐비트로 다수개의 디지털 정보를 전달할 수 없는 문제를 해결하기 위해, 본 명세서는, 양자 상태를 추정(Estimation)하여, 목적하는 디지털 정보를 복호하기 위한 방법을 제안한다.
본 명세서는 2개의 연산 기저(Computation Basis)를 사용하는 2-상태 양자 시스템(Two-state Quantum System)에서 양자 상태의 확률 진폭(Probability Amplitude)을 기반으로 변조(Modulation)를 수행하는 방법을 제안하며, 설명의 편의를 위해, 이하에서는 2-상태 양자 시스템(Two-state Quantum System)에서 양자 상태의 확률 진폭(Probability Amplitude)을 기반으로 변조(Modulation)를 수행하는 방법을 Quantum State Modulation (QSM)로 간략히 호칭한다.
임의의 양자 상태는 송수신단 사이에 사전에 약속된 규칙에 기초하여 양자화된(Quantized) 상태의 양자 상태이며,
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000037
으로 표현될 수 있다. 이 때,
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000038
쌍은 사전에 약속된 양자화된 성상도 세트(Quantized Constellation Set)
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000039
에 포함된 성상도이다.
QSM 시스템에서, 송신단은 송신단이 전달하고자 하는 고전 비트 정보를, 채널 인코더 등과 같은 신뢰도 향상 기술을 적용하거나 또는 적용하지 않고, 양자 상태 변조기에서 양자화된 큐비트 성상도로 변조한다. 이 때, 고전 비트 정보는 송수신단 간에 사전에 약속된 QSM 성상도 세트에서 선택되어 변조된다. 변조된 양자회된 큐비트 성상도는 양자 채널을 통해 수신단에게 전달되며, 수신단의 양자 상태 복호기(Quantum State Demodulator)는 양자 상태 추정(Quantum State Estimation)을 통해 측정(Measurement)을 수행함으로써 확률 진폭(Probability Amplitude)
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000040
쌍을 획득한다. 측정된
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000041
쌍은 다시 사전에 약속된 QSM 성상도 세트를 기초로 복호되어, 채널 디코더 등과 같은 신뢰도 향상 기술을 적용하거나 또는 적용하지 않고, 고전 비트 정보가 획득된다.
앞서 설명한 송신단에서의 QSM 성상도 세트에 기초한 고전 비트 정보의 변조 과정, 변조된 양자회된 큐비트 성상도의 양자 채널 상으로의 전송 과정 등을 아래에서 상세히 설명한다.
양자 상태 성상도 설계 방법(Quantum State Constellation Design)
QSM에서 사용되는 양자 상태 성상도의 전체 세트를 양자화된 성상도 세트(Quantized Constellation Set)
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000042
라고 한다. 이 때, 양자화된 성상도 세트
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000043
에 포함된 i 번째 양자화된 성상도 큐비트
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000044
으로 표현될 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 QSM의 양자화된 성상도 세트
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000045
는 2차원 힐버트 공간(Two-dimensional Hilbert Space)에서 블로흐 구(Bloch Sphere)로 표현되는 구면에 대한 균일 양자화(Uniform Quantization)를 가정한다.
도 13은 균일 양자화 방법들의 일 예를 나타낸 도이다.
도 13의 (a)를 참조하면, 균일 양자화 방법은 Spherical Fibonacci Lattice, Centroidal Voronoi Tessellation (CVT), Cube Split Codebook, Lloyd Max Quantizer 등의 알고리즘 기반으로 Unit Sphere의 Surface에 대한 최적 Quantization을 통해 수행될 수 있다.
또한, 도 13의 (b)를 참조하면, 균일 양자화 방법은 Sphere Packing Problem, Tammes Problem, Thomson Problem 등 Mathematical Approach 기반으로 Unit Sphere의 Surface에 대한 최적 Quantization을 통해 수행될 수도 있다.
최적의 유클리드 거리 기반 QSM 성상도(Optimal Euclidean Distance based QSM Constellation)
본 명세서에서 제안하는 QSM의 양자화된 성상도 세트(Quantized Constellation Set)
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000046
는 단위 구(Unit Sphere)의 표면에 대한 최적 양자화를 블로흐 구(Bloch Sphere)에 적용하여 얻어진 양자화된 큐비트 성상도(Quantized Qubit Constellation)들을 포함한다.
QSM의 양자화된 성상도 세트 S는 단위 구의 표면에 대한 최적 양자화 포인트(Quantization Point)의 도출을 통해 얻어지며, 아래의 수학식 1과 같이 일반적인 문제(General Problem)로 정리될 수 있다.
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000047
위 수학식에서,
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000048
은 3차원 직교좌표계로 이루어진 단위 구의 표면 상의 모든 좌표들의 세트이고,
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000049
는 직교좌표계로 표현되는 좌표
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000050
이다. 따라서, 상기 문제는 단위 구의 표면 상의 N개의 좌표들 사이의 최소 거리(Minimum Distance)를 최대화(Maximize)하는 문제이다. 상기 문제는 3차원 구에 대해서 수학적으로 도출될 수 있으며, N=4, ..., 130까지 정의될 수 있다. 또한, 상기 일반적인 문제를 구면 좌표계(Spherical Coordinate)에서 다시 표현하면, 아래의 수학식 2와 같이 정리될 수 있다.
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000051
위의 문제가 수학적으로 도출되었다고 가정할 때, QSM에 대한 성상도는 아래와 같이 정의 될 수 있다.
양자 상태를 표현하는 블로흐 구(Bloch Sphere)의 표면의 한 지점을 성상도로 나타내기 위해, i번째 성상도의 지점을
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000052
라고 할 때,
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000053
는 구면 좌표계(Spherical Coordinate)에서
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000054
쌍으로 표현된다. 이 때, i 번째 성상도 지점이 나타내는 양자화된 큐비트 상태(Quantized Qubit State)는
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000055
으로 나타낼 수 있고, 여기서
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000056
이다.
본 명세서에서, 양자화된 성상도 세트(Quantized Constellation Set)
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000057
의 크기
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000058
이라고 할 때, 양자 상태 변조(Quantum State Modulation)는 N-QSM으로 호칭될 수 있다.
[N-QSM]
양자화된 성상도 세트(Quantized Constellation Set)
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000059
의 크기
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000060
인 경우, 성상도는 아래와 같이 정의될 수 있다.
성상도 세트(Set of Constellation):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000061
i번째 성상도(ith Constellation):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000062
여기서,
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000063
는 블로흐 구의 표면에 대한 최적 양자화를 통해 얻어진 i번째 양자화된 큐비트 성상도를 나타낸다.
성상도의 개수(# of Constellation):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000064
비트 매핑 시퀀스의 길이(Length of Bit Mapping Sequence):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000065
조건(Condition):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000066
여기서, 상기 N개의 성상도 지점(Constellation Point)들 각각은 일반적인 문제(General Problem)에 의해 도출된 최적의 유클리드 거리(Optimal Euclidean Distance)
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000067
쌍이다.
또한, 양자화된 큐비트의 상태(Quantized Qubit State)의 수 N은 변조(Modulation) 관점에서
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000068
으로 한정되어 약속되어, 비트 수 B에 의해 정의될 수 있다.
[2-QSM (Optimal Optimal Euclidean Case)]
N-QSM에서, N=2 (B=1)일 때는 기존 QDC 시스템과 동일하게 연산 기저(Computation Basis)에 의해 성상도가 정의될 수 있으며, 성상도 세트는 아래와 같이 정의될 수 있다.
성상도 세트(Set of Constellation):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000069
i번째 성상도(ith Constellation):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000070
여기서,
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000071
는 블로흐 구의 표면에 대한 최적 양자화를 통해 얻어진 i번째 양자화된 큐비트 성상도를 나타낸다.
성상도의 개수(# of Constellation):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000072
= 2
여기서, 상기 2개의 성상도 지점(Constellation Point)들 각각은 일반적인 문제(General Problem)에 의해 도출된 최적의 유클리드 거리(Optimal Euclidean Distance)
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000073
쌍이다.
비트 매핑 시퀀스의 길이(Length of Bit Mapping Sequence):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000074
=1
조건(Condition):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000075
비트 시퀀스 세트(Set of Bit Sequence) = {0, 1}
비트 맵핑(Bit Mapping):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000076
최적 양자화에 기초하여 획득되는 2-QSM 맵핑 테이블(Mapping Table)은 아래의 표 5와 같이 정의/설정 될 수 있다.
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000077
도 14는 2-QSM의 성상도들을 블로흐 구 표면 상에서 도식화한 일 예를 나타낸 도이다. 도 14를 참조하면, 2-QSM의 경우, 블로흐 구 표면은 2개의 영역으로 양자화될 수 있다.
[4-QSM (Optimal Euclidean Distance Case)]
N-QSM에서, N=4일 때 성상도 간의 최적 유클리드 거리가 설정될 수 있도록 맵핑하는 방법은 아래와 같이 정의될 수 있다.
성상도 세트(Set of Constellation):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000078
i번째 성상도(ith Constellation):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000079
여기서,
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000080
는 블로흐 구의 표면에 대한 최적 양자화를 통해 얻어진 i번째 양자화된 큐비트 성상도를 나타낸다.
성상도의 개수(# of Constellation):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000081
=4
여기서, 상기 4개의 성상도 지점(Constellation Point)들 각각은 일반적인 문제(General Problem)에 의해 도출된 최적의 유클리드 거리(Optimal Euclidean Distance)
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000082
쌍이다.
비트 매핑 시퀀스의 길이(Length of Bit Mapping Sequence):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000083
=2
조건(Condition):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000084
비트 시퀀스 세트(Set of Bit Sequence) = {00, 01, 10, 11}
비트 맵핑(Bit Mapping):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000085
최적 양자화에 기초하여 획득되는 4-QSM 맵핑 테이블(Mapping Table)은 아래의 표 6과 같이 정의/설정될 수 있다.
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000086
도 15는 4-QSM의 성상도들을 블로흐 구 표면 상에서 도식화한 일 예를 나타낸 도이다. 도 15를 참조하면, 4-QSM의 경우, 블로흐 구 표면은 4개의 영역으로 양자화될 수 있다.
[8-QSM (Optimal Euclidean Distance Case)]
N-QSM에서, N=8일 때 성상도 간의 최적 유클리드 거리가 설정될 수 있도록 맵핑하는 방법은 아래와 같이 정의될 수 있다.
성상도 세트(Set of Constellation):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000087
i번째 성상도(ith Constellation):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000088
여기서,
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000089
는 블로흐 구의 표면에 대한 최적 양자화를 통해 얻어진 i번째 양자화된 큐비트 성상도를 나타낸다.
성상도의 개수(# of Constellation):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000090
= 8
여기서, 상기 8개의 성상도 지점(Constellation Point)들 각각은 일반적인 문제(General Problem)에 의해 도출된 최적의 유클리드 거리(Optimal Euclidean Distance)
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000091
쌍이다.
비트 매핑 시퀀스의 길이(Length of Bit Mapping Sequence):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000092
=3
조건(Condition):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000093
비트 시퀀스 세트(Set of Bit Sequence) = {000, ... , 111}
비트 맵핑(Bit Mapping):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000094
최적 양자화에 기초하여 획득되는 8-QSM 맵핑 테이블(Mapping Table)은 아래의 표 7과 같이 정의/설정될 수 있다.
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000095
도 16은 8-QSM의 성상도들을 블로흐 구 표면 상에서 도식화한 일 예를 나타낸 도이다. 도 16을 참조하면, 8-QSM의 경우, 블로흐 구 표면은 8개의 영역으로 양자화될 수 있다.
[16-QSM (Optimal Euclidean Distance Case)]
N-QSM에서, N=16일 때 성상도 간의 최적 유클리드 거리가 설정될 수 있도록 맵핑하는 방법은 아래와 같이 정의될 수 있다.
성상도 세트(Set of Constellation):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000096
i번째 성상도(ith Constellation):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000097
여기서,
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000098
는 블로흐 구의 표면에 대한 최적 양자화를 통해 얻어진 i번째 양자화된 큐비트 성상도를 나타낸다.
성상도의 개수(# of Constellation):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000099
= 16
여기서, 상기 16개의 성상도 지점(Constellation Point)들 각각은 일반적인 문제(General Problem)에 의해 도출된 최적의 유클리드 거리(Optimal Euclidean Distance)
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000100
쌍이다.
비트 매핑 시퀀스의 길이(Length of Bit Mapping Sequence):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000101
= 4
조건(Condition):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000102
비트 시퀀스 세트(Set of Bit Sequence) = {000, ... , 1111}
비트 맵핑(Bit Mapping):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000103
최적 양자화에 기초하여 획득되는 16-QSM 맵핑 테이블(Mapping Table)은 아래의 표 8과 같이 정의/설정될 수 있다. 아래의 표 8에서, xi, yi, zi는 수학적으로 얻어진 최적 성상도 지검(constellation point)의 직교좌표계 좌표로써, 구면 좌표계(Spherical Coordinate)로 변환하고, 확률 진폭(Probability Amplitude)으로 변환하면, 위의 2-QSM, 4-QSM, 8-QSM와 같이 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000104
도 17은 16-QSM의 성상도들을 블로흐 구 표면 상에서 도식화한 일 예를 나타낸 도이다. 도 17을 참조하면, 16-QSM의 경우, 블로흐 구 표면은 16개의 영역으로 양자화될 수 있다.
[64-QSM (Optimal Euclidean Distance Case)]
N-QSM에서, N=64일 때 성상도 간의 최적 유클리드 거리가 설정될 수 있도록 맵핑하는 방법은 아래와 같이 정의될 수 있다.
성상도 세트(Set of Constellation):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000105
i번째 성상도(ith Constellation):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000106
여기서,
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000107
는 블로흐 구의 표면에 대한 최적 양자화를 통해 얻어진 i번째 양자화된 큐비트 성상도를 나타낸다.
성상도의 개수(# of Constellation):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000108
= 64
여기서, 상기 64개의 성상도 지점(Constellation Point)들 각각은 일반적인 문제(General Problem)에 의해 도출된 최적의 유클리드 거리(Optimal Euclidean Distance)
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000109
쌍이다.
비트 매핑 시퀀스의 길이(Length of Bit Mapping Sequence):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000110
= 6
조건(Condition):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000111
비트 시퀀스 세트(Set of Bit Sequence) = {000, ... , 111111}
비트 맵핑(Bit Mapping):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000112
최적 양자화에 기초하여 획득되는 64-QSM 맵핑 테이블(Mapping Table)은 아래의 표 9과 같이 정의/설정될 수 있다. 아래의 표 9에서, xi, yi, zi는 수학적으로 얻어진 최적 성상도 지검(constellation point)의 직교좌표계 좌표로써, 구면 좌표계(Spherical Coordinate)로 변환하고, 확률 진폭(Probability Amplitude)으로 변환하면, 위의 2-QSM, 4-QSM, 8-QSM와 같이 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000113
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000114
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000115
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000116
도 18은 64-QSM의 성상도들을 블로흐 구 표면 상에서 도식화한 일 예를 나타낸 도이다. 도 18을 참조하면, 64-QSM의 경우, 블로흐 구 표면은 64개의 영역으로 양자화될 수 있다.
위에서 설명한 방법과 같은 방법을 통해서, 모든 N에 대해서 최적의 성상도를 획득하고, N-QSM 맵핑 테이블(Mapping Table)이 송수신단 간에 사전에 정의될 수 있다. 상기 사전에 정의된 N-QSM 맵핑 테이블(Mapping Table)은 송수신단 사이에서 약속된다. 상기 사전에 정의된 N-QSM 맵핑 테이블(Mapping Table)은 송신단 또는 수신단에서 변조(Modulation)를 위한 N값이 설정되고, 송수신단 간에 상기 N의 값에 대한 정보를 교환하는 단계가 수행될 수 있다. 보다 구체적으로, 송신단이 수신단으로 기 N의 값에 대한 정보를 전송할 수 있다. 또는, 수신단이 송신단으로 상기 N의 값에 대한 정보를 전송할 수 있다.
이후, 송신단은 설정된 N 값을 기반으로 정보 비트(Information Bit)를 양자화된 큐비트 성상도(Quantized Qubit Constellation)에 맵핑하고, 맵핑된 성상도에 기초하여 생성된 큐비트를 수신단으로 전송한다.
다음, 수신단은 양자 상태 측정(Quantum State Measurement)을 통해 큐비트 상태(Qubit State)를 측정하고, 설정된 N값을 기반으로 성상도를 디맵핑(Demapping)하여 정보 비트를 복호한다.
추가적으로, 송신단이 단말이고, 수신단이 기지국인 경우, 상기 N의 값에 대한 정보는 상기 송신단과 상기 수신단의 연결이 형성된 이후에 상기 송신단과 수신단 사이에서 교환될 수 있다. 여기서, 상기 연결은 RRC(radio resoure control) 연결일 수 있다. 이 때, 상기 N의 값에 대한 정보는 기지국이 단말에게 전송하는 시스템 정보에 포함되어 전송될 수 있다. 또한, 상기 N의 값에 대한 정보는 기지국이 RRC 시그널링을 통해 단말에게 전송할 수 있다. 여기서, 상기 RRC 연결을 형성하기 위해, 송신단은, 수신단으로부터, 상기 수신단과의 동기화를 위한 신호를 수신할 수 있다. 여기서 상기 동기화를 위한 신호는 PSS(primary synchronization signal) 및/또는 SSS(secondary synchronization signal)일 수 있다. 이후, 상기 송신단은 상기 수신단으로부터, 시스템 정보(System information)를 수신할 수 있다. 여기서, 상기 시스템 정보는 마스터 정보 블록(Master Information Block: MIB)에 포함된 정보일 수 있다. 이후, 상기 송신단은, 상기 수신단과, 상기 수신단과의 초기 접속을 위한 임의 접속 절차(Random access procedure)를 수행할 수 있다. 여기서, 상기 임의 접속 절차에 기초하여 상기 송신단과 상기 수신단과의 RRC 연결이 형성될 수 있다. 이후, 상기 송신단은, 상기 수신단으로부터, 설정 정보를 수신할 수 있는데, 상기 설정 정보에 상기 N에 대한 값이 포함될 수 있다. 상기 설명된 내용은 송신단이 기지국이고, 수신단이 단말인 경우에도 적용될 수 있음은 물론이다.
단순 알고리즘 기반 QSM 성상도 설계 방법(Simple Algorithm based QSM Constellation Design)
본 명세서에서 제안하는 QSM의 양자화된 성상도 세트(Quantized Constellation Set) S는 단위 구(Unit Sphere)의 표면(Surface)에 대한 최적 양자화를 블로흐 구(Bloch Sphere)에 적용하여 얻어진 양자화된 큐비트 성상도(Quantized Qubit Constellation)들을 포함한다. 본 방법에서, 성상도들 간의 최적화된 유클리드 거리가 설정되기 위한 일반적인 문제는 위의 수학식 1에서와 동일하게 정의할 수 있다. 상기 일반적인 문제에 대한 해를 수학적으로 도출하는 경우, 송수신단은 획득된 QSM 성상도의 많은 유효수의 상수값을 저장해야하므로, 송수신단 사이의 약속을 위한 QSM 테이블의 저장에 송수신단의 메모리(Memory) 부담이 가중될 수 있다. 따라서, 본 방법에서는 직관적인 단순한 알고리즘(Simple Algorithm)을 통한 QSM 성상도 설계 방법을 제안한다. 본 방법이 제안하는 QSM 성상도 설계 방법은 최적화된 유클리드 거리를 보장할 수는 없으나, 성상도들을 저장하기 위한 정보의 양을 최소화할 수 있다.
[4-QSM (Optimal Gray Mapping Case)]
N=4일 때 성상도에 대한 그레이 맵핑(Gray Mapping) 관점에서, 최적 Mapping은 아래와 같이 정의/설정될 수 있다. 특히, 본 방법에서의 성상도는 QPSK 또는 4QAM과 같이 해밍 거리(Hamming Distance)를 최대로 하는 그레이 코드를 고려한 것으로, 구 표면(Sphere Surface) 중에서 임의의 원(Circle)에 대한 위상(Phase)의 분할만으로 획득될 수 있다.
성상도 세트(Set of Constellation):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000117
i번째 성상도(ith Constellation):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000118
여기서,
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000119
는 블로흐 구의 표면에 대한 최적 양자화를 통해 얻어진 i번째 양자화된 큐비트 성상도를 나타낸다.
성상도의 개수(# of Constellation):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000120
=4
비트 매핑 시퀀스의 길이(Length of Bit Mapping Sequence):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000121
=2
조건(Condition):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000122
비트 시퀀스 세트(Set of Bit Sequence) = {00, 01, 10, 11}
비트 맵핑(Bit Mapping):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000123
최적 양자화에 기초하여 획득되는 4-QSM 맵핑 테이블(Mapping Table)은 아래의 표 10과 같이 정의/설정될 수 있다.
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000124
도 19는 4-QSM의 성상도들을 블로흐 구 표면 상에서 도식화한 일 예를 나타낸 도이다. 도 19를 참조하면, 4-QSM의 경우, 블로흐 구 표면은 4개의 영역으로 양자화될 수 있다.
또한, N= 8, 16, 64에 대한 해밍 거리(Hamming Distance)를 최대로 하는 그레이 코드(Gray Code)를 고려한 성상도는 경사각 위상(Inclination Phase)
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000125
와 방위각 위상(Azimuth Phase)
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000126
의 분할만으로 획득될 수 있다.
방위각 위상(Azimuth Phase)의 분할은 아래의 수학식 3에 따른다.
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000127
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000128
N=8일 때 성상도에 대한 그레이 맵핑(Gray Mapping) 관점에서 최적의 맵핑은 아래와 같이 정의될 수 있다. 여기서, 그레이 맵핑을 고려하여, 아래의 수학식 5 및 6과 같이 분할된 위상을 배치할 수 있다.
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000129
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000130
성상도 세트(Set of Constellation):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000131
i번째 성상도(ith Constellation):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000132
여기서,
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000133
는 블로흐 구의 표면에 대한 최적 양자화를 통해 얻어진 i번째 양자화된 큐비트 성상도를 나타낸다.
성상도의 개수(# of Constellation):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000134
= 8
비트 매핑 시퀀스의 길이(Length of Bit Mapping Sequence):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000135
=3
조건(Condition):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000136
비트 시퀀스 세트(Set of Bit Sequence) = {000, ... , 111}
비트 맵핑(Bit Mapping):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000137
최적 양자화에 기초하여 획득되는 8-QSM 맵핑 테이블(Mapping Table)은 아래의 표 11과 같이 정의/설정될 수 있다.
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000138
도 20은 8-QSM의 성상도들을 블로흐 구 표면 상에서 도식화한 일 예를 나타낸 도이다. 도 20을 참조하면, 8-QSM의 경우, 블로흐 구 표면은 8개의 영역으로 양자화될 수 있다.
[16-QSM]
N=16일 때 성상도에 대한 그레이 맵핑(Gray Mapping) 관점에서 최적의 맵핑은 아래와 같이 정의될 수 있다. 여기서, 그레이 맵핑을 고려하여, 아래의 수학식 7 및 8과 같이 분할된 위상을 배치할 수 있다.
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000139
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000140
성상도 세트(Set of Constellation):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000141
i번째 성상도(ith Constellation):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000142
여기서,
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000143
는 블로흐 구의 표면에 대한 최적 양자화를 통해 얻어진 i번째 양자화된 큐비트 성상도를 나타낸다.
성상도의 개수(# of Constellation):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000144
= 16
비트 매핑 시퀀스의 길이(Length of Bit Mapping Sequence):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000145
= 4
조건(Condition):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000146
비트 시퀀스 세트(Set of Bit Sequence) = {0000, ... , 1111}
비트 맵핑(Bit Mapping):
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000147
최적 양자화에 기초하여 획득되는 8-QSM 맵핑 테이블(Mapping Table)은 아래의 표 12와 같이 정의/설정될 수 있다.
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000148
도 21은 16-QSM의 성상도들을 블로흐 구 표면 상에서 도식화한 일 예를 나타낸 도이다. 도 21을 참조하면, 16-QSM의 경우, 블로흐 구 표면은 16개의 영역으로 양자화될 수 있다.
또는, 그레이 맵핑 효과와 유클리드 거리 최대화를 동시에 달성하기 위해,
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000149
으로 구성한 양자화에 의해 얻어진 16-QSM 맵핑 테이블은 아래의 표 13과 같이 나타낼 수 있다. 여기서,
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000150
이고,
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000151
을 나타낸다.
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000152
도 22는 8-QSM의 성상도들을 블로흐 구 표면 상에서 도식화한 일 예를 나타낸 도이다. 도 22를 참조하면, 16-QSM의 경우, 블로흐 구 표면은 16개의 영역으로 양자화될 수 있다.
위와 같은 방법으로 64-QSM 테이블이 구성될 수 있다.
위에서 설명한 방법과 같은 방법을 통해서, 모든 N에 대해서 최적의 성상도를 획득하고, N-QSM 맵핑 테이블(Mapping Table)이 송수신단 간에 사전에 정의될 수 있다. 상기 사전에 정의된 N-QSM 맵핑 테이블(Mapping Table)은 송수신단 사이에서 약속된다. 상기 사전에 정의된 N-QSM 맵핑 테이블(Mapping Table)은 송신단 또는 수신단에서 변조(Modulation)를 위한 N값이 설정되고, 송수신단 간에 상기 N의 값에 대한 정보를 교환하는 단계가 수행될 수 있다. 보다 구체적으로, 송신단이 수신단으로 기 N의 값에 대한 정보를 전송할 수 있다. 또는, 수신단이 송신단으로 상기 N의 값에 대한 정보를 전송할 수 있다.
이후, 송신단은 설정된 N 값을 기반으로 정보 비트(Information Bit)를 양자화된 큐비트 성상도(Quantized Qubit Constellation)에 맵핑하고, 맵핑된 성상도에 기초하여 생성된 큐비트를 수신단으로 전송한다.
다음, 수신단은 양자 상태 측정(Quantum State Measurement)을 통해 큐비트 상태(Qubit State)를 측정하고, 설정된 N값을 기반으로 성상도를 디맵핑(Demapping)하여 정보 비트를 복호한다.
상기의 설명에서 N은 2의 B승 (여기서, B는 음이 아닌 정수)형태에 대해서 예시하고 있으나, N이 2의 B승이 아닌 임의의 정수인 경우에 대해서도 블로흐 구(Bloch sphere)의 유클리드 거리(Euclidean Distance)를 최적화 하는 형태의 성상도(Constellation) 배치로 설계할 수 있다. 이 경우, N-QSM은 정수 비트(Bit)로 변환 가능한 변조(Modulation) 형태는 아니지만, 송신하고자 하는 정보(Information)의 상태(State)를 표현하는 관점에서 정보의 전달이 수행될 수 있다. 이 경우, 송수신단은 정수 N-QSM의 정보 상태(Information State)의 맵핑 테이블(Mapping Table)을 사전에 약속해야 한다.
추가적으로, 송신단이 단말이고, 수신단이 기지국인 경우, 상기 N의 값에 대한 정보는 상기 송신단과 상기 수신단의 연결이 형성된 이후에 상기 송신단과 수신단 사이에서 교환될 수 있다. 여기서, 상기 연결은 RRC(radio resoure control) 연결일 수 있다. 이 때, 상기 N의 값에 대한 정보는 기지국이 단말에게 전송하는 시스템 정보에 포함되어 전송될 수 있다. 또한, 상기 N의 값에 대한 정보는 기지국이 RRC 시그널링을 통해 단말에게 전송할 수 있다. 여기서, 상기 RRC 연결을 형성하기 위해, 송신단은, 수신단으로부터, 상기 수신단과의 동기화를 위한 신호를 수신할 수 있다. 여기서 상기 동기화를 위한 신호는 PSS(primary synchronization signal) 및/또는 SSS(secondary synchronization signal)일 수 있다. 이후, 상기 송신단은 상기 수신단으로부터, 시스템 정보(System information)를 수신할 수 있다. 여기서, 상기 시스템 정보는 마스터 정보 블록(Master Information Block: MIB)에 포함된 정보일 수 있다. 이후, 상기 송신단은, 상기 수신단과, 상기 수신단과의 초기 접속을 위한 임의 접속 절차(Random access procedure)를 수행할 수 있다. 여기서, 상기 임의 접속 절차에 기초하여 상기 송신단과 상기 수신단과의 RRC 연결이 형성될 수 있다. 이후, 상기 송신단은, 상기 수신단으로부터, 설정 정보를 수신할 수 있는데, 상기 설정 정보에 상기 N에 대한 값이 포함될 수 있다. 상기 설명된 내용은 송신단이 기지국이고, 수신단이 단말인 경우에도 적용될 수 있음은 물론이다.
앞서 설명한 단순 알고리즘 접근(Simple Algorithm Approach) 기반의 QSM은 비균등 복호 오류율을 할당하는 방법으로, 성상도 간의 비트 차이가 1일 때와 1보다 클 때의 유클리드 거리를 다르게 할당하는 방식이다. 따라서, 성상도 간의 비트 차이가 큰 경우와 작은 경우 각각에 대해서 서로 다른 복호 방식이 사용되는 방법에서는 더 유리한 변조 방식일 수 있다. 반면, 최적의 유클리드 거리(Optimal Euclidean Distance) 기반의 QSM은 균등한 복호 오류율을 할당하는 방법으로 성상도 간의 Bit 차이와 상관없이 모든 임의의 성상도 쌍 사이의 유클리드 거리의 최소값을 최대화 하는 방식이다. 따라서, 성상도 간의 유클리드 거리를 기반으로 복호하는 방법에서는 더 유리한 변조 방식일 수 있다.
예를 들어, M=4일 때 최적의 유클리드 거리(Optimal Euclidean Distance) 기반의 방식과 단순 알고리즘 접근(Simple Algorithm Approach) 기반의 방식을 비교할 때, 최적의 유클리드 거리 기반의 방식은 모든 성상도 사이의 유클리드 거리가 1.633이다. 반면, 단순 알고리즘 접근 기반의 방식은 가까운 성상도 간의 1.4142이고 먼 성상도 간의 거리는 2이다. 이 때, 단순 알고리즘 접근 기반의 방식의 경우, 그레이 코드 맵핑이 적용되었으므로, 1 비트 에러 관점에서는 거리가 1.4142이고, 2 비트 에러 관점에서는 거리가 2가 된다. 따라서, 심볼 에러(Symbol Error) 관점에서는 최적의 유클리드 거리 기반의 방식이 단순 알고리즘 접근 기반의 방식보다 항상 유리하다. 반면, 비트 에러 관점에서는, 최적의 유클리드 거리 기반의 방식과 비교할 때, 단순 알고리즘 접근 기반의 방식은 1 비트 에러 관점에서는 손해를 가지고, 2 비트 에러 관점에서는 이득을 가지는 Trade-off를 가진다. 상기 Trade-off는 복호 관점에서 어떻게 다루어지는지에 따라 두 방식 사이의 복호 성능 차이가 발생할 수 있다. 같은 방식으로 N이 증가할 때에도 유사하게 적용 가능하다.
양자 상태 변조기 설계(Quantum State Modulator Design)
본 방법은 QSM 시스템의 송신단 구성 및 설계 방법을 제안한다.
도 23은 QSM 시스템의 전체 송수신단 구조도의 일 예를 나타낸 도이다.
도 23을 참조하면, QSM을 사용하는 시스템에서 송신단(2310)은 전달하고자 하는 고전 비트(Classical Bit) 정보를, 채널 인코더(Channel Encoder) 등과 같은 신뢰도 향상 기술을 적용하거나 또는 적용하지 않고, 양자 상태 변조기(Quantum State Modulator)(2311)에서 양자화된 큐비트 성상도로 변조한다. 이 때, 고전 비트 정보는 앞서 설명한 최적의 유클리드 거리 기반의 양자 상태 성상도 설계 방식을 통해, 송수신단 사이에 약속된 N-QSM 방식에 기초하여 양자화된 큐비트 성상도로 변환된다. 여기서, 상기 고전 비트 정보는 앞서 설명한 단순 알고리즘 접근 기반의 방식의 양자 상태 성상도 설계 방식을 통해, 송수신단 사이에 약속된 N-QSM 방식에 기초하여 양자화된 큐비트 성상도로 변환될 수도 있다.
도 23에서, 양자 상태 변조기(2311)는 심볼 맵퍼(Symbol Mapper)(2313)와 양자 상태 생성기(Quantum State Generator)(2315)을 포함한다.
심볼 맵퍼(2313)는 고전 비트 스트림 정보를 최적의 유클리드 거리 기반의 N-QSM 방식에 기초하여 양자화된 큐비트 성상도 에 맵핑하는 논리적 장치이다. 여기서, 심볼 맵퍼(2313)는 고전 비트 스트림 정보를 단순 알고리즘 접근 기반의 N-QSM 방식에 기초하여 양자화된 큐비트 성상도 에 맵핑할 수도 있다.
양자 상태 생성기(2315)는 심볼 맵퍼(2313)에서 맵핑된 양자화된 큐비트 성상도를 양자 상태로 생성하는 물리적 장치이다. 양자 상태 생성기(2315)는 단일 광자 생성기(Single Photon Generator)와 양자 상태 제어기(Quantum State Controller)를 포함한다.
상기 단일 광자 생성기는 목적하는 큐비트 상태(Qubit State)를 생성하기 위해, 초기 큐비트(Initial Qubit)을 사용하여 논리적인 Pure State 또는 에 해당하는 물리적인 큐비트 상태를 생성하는 장치이다. 예를 들어, 광자(Photon)의 수평 편광(Horizontal Polarization) 상태를 , 수직 편광(Vertical Polarization) 상태를 로 정의하여, 물리적으로 큐비트 상태를 생성할 수 있다. 또는, 전자(electron)의 Up spin을 , Down spin을 등으로 정의하여 물리적으로 큐비트 상태를 생성할 수 있다.
상기 양자 상태 제어기는 단일 광자 생성기에서 생성된 초기 큐비트 상태를 볼 맵퍼(2313)에서 결정된 큐비트 상태로 변환하는 장치이다. 예를 들어, 2-레벨 양자 시스템(Two-level Quantum System)에서 이준위 원자가 흡수 유도방출되는 현상인 라비 진동(Rabu Oscilllation)을 통해 큐비트의 상태의 확률 진폭(Probability Amplitude)을 제어하는 장치로 구현될 수 있다. 또한, 양자 회로(Quantum Circuit)의 위상 쉬프트 게이트(Phase Shift Gate)를 통해 2-레벨 양자 시스템에서 큐비트 상태의 위상 차이를 제어하는 장치로 구성할 수 있다. 또는, 블로흐 구(Bloch Sphere)상에서 3차원 회전(3D Rotation)을 수행하기 위해, Pauli X, Y, Z 게이트에 회전 행렬(Rotation Matrix)이 적용된 X, Y, Z 회전 오퍼레이터 게이트(Rotation Operator Gate)들을 통해 목적하는 큐비트 상태를 제어하는 장치를 구성할 수 있다.
도 24는 양자 상태 변조기의 구성의 일 예를 나타낸 도이다.
도 24를 참조하면, 양기 양자 상태 변조기(2400)는 편광(Polarization)관점에서, 심볼 맵퍼(2410) 및 양자 상태 생성기(2420)을 포함하여 구성될 수 있다.
심볼 맵퍼(2410)는 고전 비트 스트림 정보를 최적의 유클리드 거리 기반의 N-QSM 방식에 기초하여 양자화된 큐비트 성상도 에 맵핑하는 논리적 장치이다. 여기서, 심볼 맵퍼(2410)는 고전 비트 스트림 정보를 단순 알고리즘 접근 기반의 N-QSM 방식에 기초하여 양자화된 큐비트 성상도 에 맵핑할 수도 있다.
양자 상태 생성기(2420)는 심볼 맵퍼(2410)에서 맵핑된 양자화된 큐비트 성상도를 양자 상태로 생성하는 물리적 장치이다. 양자 상태 생성기(2420)는 단일 광자 생성기(Single Photon Generator)(2421)와 양자 상태 제어기(Quantum State Controller), 페러데이 회전기(Faraday Rotator)(2423) 및 위상 지연기(Phase Retarder)(2425)를 포함한다.
단일 광자 생성기(2421)는 목적하는 큐비트 상태를 생성하기 위한 초기 큐비트(Initial Qubit)로, 논리적인 Pure State 또는 을 물리적으로 단일 광자(Single Photon)에 대한 편광(Polarization) 또는 로 구성하는 장치이다. 여기서, 는 수평 선형 편광(Horizontal Linear Polarization) 상태를 나타내고, 는 수직 선형 편광(Vertical Linear Polarization) 상태를 나타낸다.
단일 광자 생성기(2421)는 CW-Laser를 통해 광원을 생성하고, 편광판(Polarizer)으로 초기 큐비트에 해당하는 물리적 상태, 즉 또는 만을 통과시킨 후, 감쇄기(Attenuator)로 단일 광자 수준(Single Photon Level)까지 광자의 양을 줄이는 방법 등으로 구현될 수 있다.
양자 상태 제어기는 단일 광자 생성기(2421)에서 생성된 초기 큐비트 상태 (예를 들어, )를 심볼 맵퍼(2410)에서 결정된 양자 상태로 변환하는 장치이다. 예를 들어, 초기 큐비트 상태가 단일 광자에 대한 편광n 라고 할 때, 양자화된 큐비트 성상도를 생성하기 위해 심볼 맵퍼(2410)에서 입력된 큐비트 상태 정보 와 는 패러데이 회전기(2423)와 위상 지연기(2425)를 통해 반영된다.
도 25는 패러데이 회전기 구성의 일 예를 나타낸 도이다.
도 25를 참조하면, 패러데이 회전기는 패러데이 효과(Faraday Effect)를 기반으로 편광의 축 방향을 회전(Rotation)시키는 장치로서, 강유전체 결정(Ferromagenetic Crystal)으로 구성된 소자에 입력 편광(Input Polarization)을 통과시킬 때, 자기장(Magnetic Field)이 소자에 가하여짐으로써 편광 방향이 회전된다. 이 때, 상기 강유전체 결정의 소자 특성값인 베르데 상수(Verdet Constant) V와 가해지는 자기장의 자속 밀도(Flux Density) B, 및 소자의 길이 d에 따라 편광이 회전하는 정도 가 결정된다.
다시 도 24로 돌아와서, 패러데이 회전기(2423)는 초기 큐비트 상태에 해당하는 단일 광자 편광
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000153
를
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000154
만큼 회전 시킨다. 상기
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000155
만큼의 회전은 블로흐 구(Bloch Sphere)상에서 Longitude(경도)에 대한 회전을 의미한다.
위상 지연기(2425)는 복굴절 물질(Birefringent Material)을 기반으로 생성된 파동 플레이트(Wave Plate)로써, 선형 편광을 원형 편광(Circulat Polarization)으로 변환하기 위해 사용된다. 복굴절 물질은 기준 Fast 축과 Slow 축 사이의 위상 속도(Phase Velocity) 차이를 기반으로 Fast 축이 x축이라고 할 때, x축에 해당하는 수평 편광(Horizontal Polarization)보다 y축에 해당하는 수직 편광(Vertical Polarization) 성분이 더 늦게 통과하는 특성을 이용하여, 원형 편광의 정도를 생성할 수 있다.
위상 지연기(2425)는 초기 큐비트 상태에 해당하는 단일 광자 편광
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000156
를
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000157
만큼 회전 시킨 패러테이 회전기(2423)의 출력을 입력 받아, 블로흐 구 상에서 Latitude(위도)를
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000158
만큼 회전시킨다. 따라서, 단일 광자 생성기(2421)에서 생성된 초기 큐비트 상태는
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000159
의 관계식에 따라, 목적하는 양자화 큐비트 성상도인
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000160
으로 변환될 수 있다. 이 때, 생성된 양자화된 큐비트 성상도(Quantized Qubit Constellation)
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000161
은 양자 채널을 통해 수신단으로 전달된다.
양자 상태 복호기 설계(Quantum State Demodulator Design)
이하에서, QSM 시스템의 수신단 구성 및 설계 방법을 제안한다.
다시 도 23을 참조하면, QSM을 사용하는 시스템의 수신단(2330)은 양자 채널(Quantum Channel)(2320)을 통해 양자화된 큐비트 성상도(Quantized Qubit Constellation)
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000162
을 수신하고, 이후, 수신단(2330)은 수신단(2330)의 양자 상태 복호기(Quantum State Demodulator)(2331)에서의 양자화된 큐비트 성상도에 대한 양자 상태 추정(Quantum State Estimation)을 통해 측정(Measurement)을 수행함으로써 확률 진폭(Probability Amplitude)
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000163
쌍을 획득한다.
이 때, 측정된
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000164
쌍은 앞서 설명한 최적의 유클리드 거리 기반의 양자 상태 성상도 설계 방식을 통해, 송수신단 사이에 약속된 N-QSM 방식을 기반으로 복호되고, 채널 디코더(Channel Decoder) 등과 같은 신뢰도 향상 기술을 적용하거나 또는 적용하지 않고, 고전 비트(Classical Bit) 정보가 수신단(2330)에서 획득된다. 여기서, 상기 고전 비트 정보는 앞서 설명한 단순 알고리즘 접근 기반의 방식의 양자 상태 성상도 설계 방식을 통해, 송수신단 사이에 약속된 N-QSM 방식을 기반으로 복호된 후 획득될 수도 있다.
(Hard Decision Case)
이하에서, Hard Decision에 기반한 수신단의 양자 상태 복호기 구성에 대해 설명한다.
도 26은 수신단의 양자 상태 복호기 구성의 일 예를 나타낸 도이다.
도 26에서, 양자 상태 복호기(Quantum State Demodulator)(2600)는 양자 상태 추정기(Quantum State Estimator)(2610)와 심볼 디맵퍼(Symbol Demapper)(2613)를 포함한다. 또한, 양자 상태 추정기(2610)는 빔 스플리터(2611)과 양자 상태 측정부(2613)를 포함한다.
먼저, 양자 상태 추정기(2610)는 수신단에서 수신된 양자 상태(여기서는 양자화된 큐비트 성상도가 양자채널을 통과한 상태
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000165
를 의미함.)를 측정하여 확률 진폭(Probability Amplitude)
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000166
쌍을 획득하는 물리적인 장치이다.
여기서, 확률 진폭(Probability Amplitude)
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000167
는 사전에 약속된 연산 기저(Computational Basis)에 대해서 양자 특성인 중첩에 의해 나타나는 현상이므로, 단일 큐비트(Qubit)에 대한 단일 측정으로는 정확하게 추정하기 어렵다.
확률 진폭
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000168
는 블로흐 구(Bloch Sphere) 상의 큐비트 상태(Qubit State를) 나타내는
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000169
쌍과 1:1 대응된다. 따라서, 측정하는 연산 기저(Computation Basis)에 따라 수신단이 획득하는 정보가 다르게 표현될 뿐, 확률 진폭
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000170
의 측정과 블로흐 구 상의 큐비트 상태(Qubit State)를 나타내는
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000171
쌍의 측정은 동일한 결과를 나타낸다. 따라서, 송신단은 동일한 큐비트 상태를 반복하여 전송하고, 수신단은 동일한 큐비트 상태에 대한 반복 측정을 통해 확률 진폭
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000172
를 추정한다.
또는, 송신단은 단일 큐비트 상태에 대한 단일 전송을 수행하고, 수신단은 단일 큐비트 상태에 대해서 양자 클로닝(Quantum Cloning)을 통한 반복 측정으로 확률 진폭
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000173
를 추정한다. 이 때, 상기 양자 클로닝은 No-cloning Theorem에 의해 Perfect Cloning을 수행할 수는 없고, 이에 따라 불완전한 Clone들이 생성될 수 있고, 양자상태 추정 성능의 감쇠를 초래할 수 있다. 반면, 송신단의 반복 전송을 요구하지 않아, 큐비트 전송에 대한 물리 자원(Physical Resource) 사용량이 감소될 수 있는 장점이 있다.
송신단이 단일 큐비트 상태를 단일 전송하고, 수신단이 양자 클로닝을 수행하는 경우, 양자 상태 추정기는 단일 광자 생성기(Single Photon Generator: SPG)와 양자 클로닝 머신(Quantum Cloning Machine), 및 양자 상태 측정부를 포함한다. 상기 단일 광자 생성기는 수신된 큐비트(Original Qubit
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000174
)에 대한 클론(Clone)의 초기상태를 생성하기 위한 장치이다.
양자 클로닝 머신은 Original Qubit
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000175
에 대한 클론
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000176
들을 생성하며, Original Qubit 또한 Clone 들과 동일한
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000177
상태로 변환된다. 여기서,
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000178
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000179
의 상태로 동일하지는 않으나 유사성을 가진다.
도 27 및 도 28은 양자 클로닝 방식의 일 예를 나타낸 도이다.
보다 구체적으로, 도 27은 1:2 Universal Quantum Cloning Machine (UQCM)의 양자 게이트 구조를 나타낸 도이다.
도 28은, 도 27과 같은 방식을 일반화하여, 1:M Universal Quantum Cloning Machine (UQCM)의 양자 게이트 구조를 나타낸 도이다.
양자 상태 측정부는 양자 클로닝 머신에서 유사 복사된 다수 개의 큐비트들을 다양한 연산 기저로 측정하는 장치이다. 양자 상태 측정부는 다양한 연산 기저를 사용하여 측정한 결과들을 취합해서 통계적으로 확률 진폭
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000180
또는 블로흐 구 상의 양자 상태를 나타내는 쌍을 결정한다.
또는, 상기 두 가지 방법을 조합하여, 송신단이 동일한 양자 상태에 대한 반복 전송을 수행하고, 수신단은 다수의 동일한 큐비트 상태에 대해서 양자 클로닝을 통한 더 많은 반복 측정을 수행하여, 확률 진폭
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000181
를 더 정확하게 추정할 수 있다.
다시 도 26을 참조하면, 심볼 디맵퍼(2620)는 앞서 설명한 최적의 유클리드 거리 기반의 양자 상태 성상도 설계 방식을 통해, 송수신단 사이에 약속된 N-QSM 방식에 기반하여, 양자 상태 추정기(2610)에서 추정된 확률 진폭 정보 또는 블로흐 구 상의 큐비트 상태를 나타내는 쌍을 고전 비트 스트림 정보에 맵핑 하는 논리적 장치이다. 양자 상태 추정기의 출력
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000182
또는
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000183
쌍을 기반으로 가장 가까운 성상도 인덱스(Constellation Index) i를 선택한다. 여기서, 성상도 인덱스의 선택은 양자 상태 추정기에서 측정된
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000184
또는
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000185
와 N-QSM 맵핑 테이블의 모든 Constellation
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000186
또는
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000187
사이의 유클리드 거리를 기반으로 가장 가까운 성상도 인덱스 i 선택하는 방식으로 수행된다. 이후, 수신단은 선택된 성상도 인덱스 i 맵핑된 고전 비트 스트림을 획득한다. 상기 획득된 고전 비트 스트림 정보를 기반으로, 채널 디코더 등과 같은 신뢰도 향상 기술을 적용하거나 또는 적용하지 않고, 목적으로 하는 정보 비트가 획득된다.
(Soft Decision Case)
이하에서, Soft Decision에 기반한 수신단의 양자 상태 복호기 구성에 대해 설명한다.
도 29는 수신단의 양자 상태 복호기 구성의 일 예를 나타낸 도이다.
도 29에서, 양자 상태 복호기(Quantum State Demodulator)(2900)는 양자 상태 추정기(Quantum State Estimator)(2910)을 포함한다. 또한, 양자 상태 추정기(2910)는 빔 스플리터(2911)과 양자 상태 측정부(2913)를 포함한다.
먼저, 양자 상태 추정기(2610)는 수신단에서 수신된 양자 상태(여기서는 양자화된 큐비트 성상도가 양자채널을 통과한 상태
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000188
를 의미함.)를 측정하여 확률 진폭(Probability Amplitude)
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000189
쌍을 획득하는 물리적인 장치이다.
여기서, 확률 진폭(Probability Amplitude)
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000190
는 사전에 약속된 연산 기저(Computational Basis)에 대해서 양자 특성인 중첩에 의해 나타나는 현상이므로, 단일 큐비트(Qubit)에 대한 단일 측정으로는 정확하게 추정하기 어렵다.
확률 진폭
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000191
는 블로흐 구(Bloch Sphere) 상의 큐비트 상태(Qubit State를) 나타내는 쌍과 1:1 대응된다. 따라서, 측정하는 연산 기저(Computation Basis)에 따라 수신단이 획득하는 정보가 다르게 표현될 뿐, 확률 진폭
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000192
의 측정과 블로흐 구 상의 큐비트 상태(Qubit State)를 나타내는
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000193
쌍의 측정은 동일한 결과를 나타낸다. 따라서, 상기 Hard decision case와 동일하게,송신단은 동일한 큐비트 상태를 반복하여 전송하고, 수신단은 동일한 큐비트 상태에 대한 반복 측정을 통해 확률 진폭
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000194
를 추정한다.
송신단이 동일한 큐비트 상태에 대한 반복 전송을 수행하는 경우, 수신단의 양자 상태 추정기(2910)는 빔 스플리터(2911)과 양자 상태 측정부(2913)로 구성된다. 빔 스플리터(2611)는 수신된 큐비트들을 확률적으로 분기하는 장치이다. 양자 상태 측정부(2613)는 빔 스플리터(2611)에서 분기된 큐비트들을 다양한 연산 기저를 사용하여 측정하는 장치이다. 양자 상태 측정부(2613)는 다양한 연산 기저로 측정한 결과들을 모아서 통계적으로 확률 진폭
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000195
또는 블로흐 구 상의 큐비트 상태를 나타내는
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000196
쌍을 결정한다.
도 30은 수신단의 양자 상태 복호기 구성의 또 다른 일 예를 나타낸 도이다. 도 30은 송신단이 단일 큐비트 상태에 대한 단일 전송을 수행하고, 수신단은 단일 큐비트 상태에 대해서 양자 클로닝 통한 반복 측정을 기반으로 확률 진폭
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000197
를 추정하는 경우에 관한 것이다.
송신단이 단일 큐비트 상태를 단일 전송하고, 수신단이 양자 클로닝을 수행하는 경우, 양자 상태 추정기(3010)는 단일 광자 생성기(Single Photon Generator: SPG)(3011)와 양자 클로닝 머신(Quantum Cloning Machine)(3013), 및 양자 상태 측정부(3015)를 포함한다. 상기 단일 광자 생성기는 수신된 큐비트(Original Qubit
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000198
)에 대한 클론(Clone)의 초기상태를 생성하기 위한 장치이다.
Soft Decision Case의 경우, Hard Decision Case와 달리 심볼 디맵퍼를 통한 고전 비트 스트림의 결정 없이 채널 디코더에 양자 상태 추정기로 부터 추정한 확률 진폭 정보 정보
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000199
또는 블로흐 구 상의 큐비트 상태를 나타내는
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000200
쌍의 Soft Value를 입력한다. 양자 상태 추정기로 부터 추정한 확률 진폭 정보
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000201
또는 블로흐 구 상의 양자 상태를 나타내는
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000202
쌍의 Soft Value에 대해서, 채널 디코더의 구성에 따라 Log-likelihood Ratio (LLR)를 계산하여, 채널 디코딩이 수행된다.
상기 양자 복호기의 양자 상태 추정기에서 양자 상태 측정부는 측정되는 쿠비트의 상태에 따라 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 양자 상태의 측정을 위해서 연산 기저
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000203
과
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000204
을 단일 광자 검출기(Single Photon Detector)로 측정하는 경우,
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000205
(또는
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000206
)에 대해서 확률 진폭의 제곱값인
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000207
과
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000208
을 측정하는 것은 가능하나,
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000209
와
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000210
값 자체를 알아낼 수는 없다. 블로흐 구의 관점에서 볼 때,
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000211
과
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000212
의 측정으로
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000213
와
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000214
의 비율을 계산할 수 있으므로
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000215
를 측정할 수 있으나,
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000216
와
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000217
의 위상 차이인
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000218
를 측정할 수 없다. 따라서, 양자 상태 측정부는
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000219
과
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000220
을 측정하는 장치와
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000221
와
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000222
의 위상 차이를 측정하는 장치로 구성된다.
도 31은 양자 복호기의 양자 상태 추정기 구성의 일 예를 나타낸 도이다.
도 31을 참조하면, 양자 상태 추정기(3110)는 양자 위상 추정기(3113)와 연산 기저를 카운팅하는 단일 광자 검출기(Single Photon Detector: SPD)(3115)를 통해양자 상태 계산기(Quantum State Calculator)(3117)에서
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000223
와
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000224
를 계산할 수 있다.
양자 상태 계산기(3117)에서 계산된
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000225
와
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000226
는 블로흐 구의 관점에서 큐비트 상태를 나타내는
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000227
쌍의 Soft Value로 변환될 수 있다. 송신단이 다수개의 동일한 큐비트(Identical Qubit)을 반복 전송하는 시스템에서는 SPD가 일반적인 광자 검출기(Photo Detector: PD)로 대체될 수 있고, 이 경우, 광자를 카운팅하는 방식이 아니라 광자들의 강도(Intensity)를 측정하는 방식으로 대체될 수 있다.
도 32는 양자 복호기의 양자 상태 추정기 구성의 또 다른 일 예를 나타낸 도이다. 도 32는 측정하려는 큐비트가 편광을 기반으로 하는 연산 기저가 사용된 것인 경우에 관한 것이다.
송신단의 반복 전송 또는 양자 클로닝 등을 통한 복수의 큐비트에 대한 Parallelism 수행 후, 수신단의 양자 상태 측정부(3200)에 입력되면, 4개의 편광 필터(Polarization Filter)(3211)를 및 광자 검출기(3213)을 통과하여 측정된 Power는 각각
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000228
으로 표현될 수 있다.
여기서, 편광 필터 0은 수평 편광자(Horizontal Polizer), 편광 필터 1은 수직 편광자(Vertical Polizer), 편광 필터 2는 +45 선형 편광자(Linear Polarizer), 편광 필터 3은 Quater-waveplate (QWP) 와 + 45 선형 편광자(Linear Polarizer)로 구성되어 있다. 이와 같은 편광 필터 구성을 통해 획득된 4개의 Power
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000229
는 편광 계산기(Polarization Calculator)에서 아래의 수학식 9에 의해 스토크스 파라미터(Stokes Parameter)로 획득될 수 있다.
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000230
도 33은 양자 복호기의 양자 상태 추정기 구성의 또 다른 일 예를 나타낸 도이다.
도 33을 참조하면, 송신단의 반복 전송 또는 양자 클로닝 등을 통한 복수의 큐비트에 대한 Parallelism 수행 후, 수신단의 양자 상태 측정부(3300)에 입력되면, 빔 스플리터(Beam Splitter)(33111)와 Half-waveplate (HWP)(3313)와 Quater-waveplate(QWP)(3314), Polarization Beam Splitter (PBS)(3315)를 통과하여, 그 결과, 6개의 연산 기저
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000231
가 측정될 수 있다. 여기서,
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000232
는 대각 기저(Diagonal Basis)로 +45 선형 편광(Linear Polarization)이고,
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000233
는 반-대각 기저(Anti-diagonal Basis)로 -45 선형 편광이며,
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000234
은 좌 순환 편광(Left Circular Polarization),
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000235
은 우 순환 편광(Right Circular Polarization)을 의미한다. 상기 구성으로 획득한 6개의 연산 기저의 카운팅 (또는 Power)
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000236
은 편광 계산기(3319)에서 아래의 수학식 10에 의해 스토크스 파라미터로 획득될 수 있다.
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000237
상기에서, 블로흐 구 상에서 편광의 측정은 스토크스 파라미터의 측정으로 대변되고, 블로흐 구 관점에서 큐비트 상태를 나타내는
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000238
쌍은 다음 수학식으로 계산될 수 있다.
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000239
도 34는 양자 복호기의 양자 상태 추정기 구성의 또 다른 일 예를 나타낸 도이다. 도 34는 양자 클로닝을 통한 다수의 클론들이 얽힘 상태에 있는 경우에 관한 도이다. 도 34를 참조하면, 양자 복호기(3400)는 M개의 클론들이 직접 생산(Direct Product)된 상태인 M-큐비트 상태(M-qubit State)
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000240
을 측정하는 Positive Operator Valued Measurement (POVM)(3410) 및 양자 상태 계산기(3420)을 포함한다.M-qubit POVM(3410)은 개별 클론들에 대한 측정이 아니라, M개의 클론들이 얽힘 되어있는 상태에 대해서 한번에 수행되는 측정이다. 따라서, 하나의 큐비트 측정을 위해 L개의 연산 기저를 통한 측정이 필요함을 가정할 때,
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000241
에 해당하는 POVM 측정을 한번에 수행함으로써 큐비트 상태가 추정될 수 있다. 예를 들어, 단일 큐비트 측정에 대한 스토크스 파라미터
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000242
의 측정을 위해 POVM operaters
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000243
가 정의되는 경우, 2-큐비트(Two-qubit) 측정을 위해서는
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000244
으로
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000245
에 해당하는 POVM 측정을 한번에 수행함으로써 큐비트 상태가 추정된다.
2-큐비트 측정을 위한 POVM operators
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000246
를 통해 각 오퍼레이터(operator)를 통한 측정을 카운팅하여 2-큐비트 상태에 대한 밀도 행렬(Density Matrix)이 재구성될 수 있고, 2-큐비트 상태에 대한 밀도 행렬을 기반으로 큐비트 상태에 대한 확률 진폭 정보
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000247
이 획득될 수 있다. 이 때, 얽힘 큐비트(Entangled Qubit)의 수가 증가 하면
Figure PCTKR2022014101-appb-img-000248
에 해당하는 POVM 측저을 수행함으로써 큐비트 상태가 추정될 수 있다.
본 명세서에서 제안하는 양자 상태는 양자의 중첩 특성을 기반으로 확률 진폭으로 표현 가능한 모든 양자 상태에 적용 가능함은 자명하다. 이 때, 양자의 중첩 상태는 2 레벨 연산 기저(level computational basis) 관점에서 측정 전 두 가지 상태가 확률적으로 공존하는 모든 양자 상태를 포함한다. 예를 들어, 시간, 위상, 편광 등의 각각을 기반으로 2 레벨 연산 기저를 구성하여 양자 상태가 정의되면, 정의된 블로흐 관점의 N-QSM 방식이 적용 가능함은 자명하다. 상기 양자 상태는 물리량의 최소단위에 해당하는 광자, 전자 등 양자 특성을 가지는 모든 입자 단위에 적용 가능함은 자명하다.
효과
앞서 설명한 본 명세서 제안 방법들에 따르면, 2차원 힐버트 공간으로 구성된 단일 큐비트를 통해서 고전 1비트 정보 이상의 전송이 가능할 수 있는 효과가 있다.
보다 구체적으로, N-QSM을 통해 단일 큐비트를 사용해서 N개의 큐비트 상태 또는 log2(N) 비트를 전달할 수 있다.
도 35는 본 명세서에서 제안하는 정보 전송 방법이 송신단에서 수행되는 일례를 나타낸 순서도이다.
보다 구체적으로, 양자 통신 시스템에서 상기 송신단이 정보를 전송하기 위해, 상기 송신단은, 수신단으로부터, 상기 수신단과의 동기화를 위한 신호를 수신한다(S3510).
다음, 상기 송신단은, 상기 수신단으로부터, 시스템 정보(System information)를 수신한다(S3520).
다음, 상기 송신단은, 상기 수신단과, 상기 수신단과의 초기 접속을 위한 임의 접속 절차(Random access procedure)를 수행한다(S3530).
다음, 상기 송신단은, 상기 수신단으로부터, 설정 정보를 수신한다(S3540),
여기서, 상기 설정 정보는 고전 정보의 전송을 위한 큐비트(Qubit)의 상태를 양자화(Quantization)한 양자화된 큐비트 상태(Quantized qubit state)들의 개수에 대한 정보를 포함한다.
다음, 상기 송신단은, 상기 고전 정보를 상기 큐비트에 기초하여 변조한다(S3550). 여기서, 상기 고전 정보는 (i) 상기 고전 정보 및 (ii) 상기 큐비트의 상태에 기초하여 사전 정의된 맵핑 관계에 기초하여 변조되고, 상기 맵핑 관계는 (i) 상기 고전 정보가 가질 수 있는 비트 값들과 (ii) 상기 양자화된 큐비트 상태들 간의 맵핑 관계들을 포함한다.
이후, 상기 송신단은, 상기 수신단으로, 상기 변조된 고전 정보에 기초한 상기 큐비트를 전송한다(S3560).
또한, 상기 송신단은, 무선 신호를 전송하기 위한 전송기(transmitter); 무선 신호를 수신하기 위한 수신기(receiver); 적어도 하나의 프로세서; 및 상기 적어도 하나의 프로세서에 동작 가능하게 접속 가능하고, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 동작들을 수행하는 지시(instruction)들을 저장하는 적어도 하나의 컴퓨터 메모리를 포함한다. 이 때 상기 동작들은 상기 도 35에서 설명한 단계들을 포함한다.
또한, 도 35에서 설명된 동작들은 하나 이상의 명령어들을 저장하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(computer readable medium, CRM)에 저장될 수 있다. 상기 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체는 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행 가능한 하나 이상의 명령어들을 저장하고, 상기 하나 이상의 명령어들은 상기 송신단이 도 35에서 설명된 동작을 수행하도록 한다.
또한, 하나 이상의 메모리들 및 상기 하나 이상의 메모리들과 기능적으로 연결되어 있는 하나 이상의 프로세서들을 포함하는 장치는, 상기 하나 이상의 프로세서들이 상기 장치가 도 35에서 설명된 동작들을 수행하도록 제어한다.
도 36은 본 명세서에서 제안하는 정보 전송 방법이 수신단에서 수행되는 일례를 나타낸 순서도이다.
양자 통신 시스템에서 수신단이 정보를 수신하기 위하기 위해, 상기 수신단은, 송신단으로, 상기 송신단과의 동기화를 위한 신호를 전송한다(S3610).
다음, 상기 수신단은, 상기 송신단으로, 시스템 정보(System information)를 전송한다(S3620).
다음, 상기 수신단은, 상기 송신단과, 상기 송신단의 상기 수신단으로의 초기 접속을 위한 임의 접속 절차(Random access procedure)를 수행한다(S3630).
이후, 상기 수신단은, 상기 송신단으로, 설정 정보를 전송한다(S3640).
여기서, 상기 설정 정보는 고전 정보의 전송을 위한 큐비트(Qubit)의 상태를 양자화(Quantization)한 양자화된 큐비트 상태(Quantized qubit state)들의 개수에 대한 정보를 포함한다.
이후, 상기 송신단은, 상기 송신단으로부터, 상기 고전 정보가, (i) 상기 고전 정보 및 (ii) 상기 큐비트의 상태에 기초하여 사전 정의된 맵핑 관계에 기초하여 변조되어 생성된 상기 큐비트를 수신한다(S3650). 여기서, 상기 맵핑 관계는 (i) 상기 고전 정보가 가질 수 있는 비트 값들과 (ii) 상기 양자화된 큐비트 상태들 간의 맵핑 관계들을 포함한다.
또한, 상기 수신단은, 무선 신호를 전송하기 위한 전송기(transmitter); 무선 신호를 수신하기 위한 수신기(receiver); 적어도 하나의 프로세서; 및 상기 적어도 하나의 프로세서에 동작 가능하게 접속 가능하고, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 동작들을 수행하는 지시(instruction)들을 저장하는 적어도 하나의 컴퓨터 메모리를 포함한다. 이 때 상기 동작들은 상기 도 36에서 설명한 단계들을 포함한다.
또한, 도 36에서 설명된 동작들은 하나 이상의 명령어들을 저장하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(computer readable medium, CRM)에 저장될 수 있다. 상기 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체는 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행 가능한 하나 이상의 명령어들을 저장하고, 상기 하나 이상의 명령어들은 상기 수신단이 도 2\36에서 설명된 동작을 수행하도록 한다.
또한, 하나 이상의 메모리들 및 상기 하나 이상의 메모리들과 기능적으로 연결되어 있는 하나 이상의 프로세서들을 포함하는 장치는, 상기 하나 이상의 프로세서들이 상기 장치가 도 36에서 설명된 동작들을 수행하도록 제어한다.
이상에서 설명된 실시 예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시 예를 구성하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시 예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시 예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시 예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.
본 발명에 따른 실시 예는 다양한 수단, 예를 들어, 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시 예는 하나 또는 그 이상의 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서, 콘트롤러, 마이크로 콘트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.
펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시 예는 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차, 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리는 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.
본 발명은 본 발명의 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 통상의 기술자에게 자명하다. 따라서, 상술한 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
본 발명은 3GPP LTE/LTE-A, 5G 시스템에 적용되는 예를 중심으로 설명하였으나, 3GPP LTE/LTE-A, 5G 시스템 이외에도 다양한 무선 통신 시스템에 적용하는 것이 가능하다.

Claims (15)

  1. 양자 통신 시스템에서 송신단이 정보를 전송하기 위한 방법은,
    수신단으로부터, 상기 수신단과의 동기화를 위한 신호를 수신하는 단계;
    상기 수신단으로부터, 시스템 정보(System information)를 수신하는 단계;
    상기 수신단과, 상기 수신단과의 초기 접속을 위한 임의 접속 절차(Random access procedure)를 수행하는 단계;
    상기 수신단으로부터, 설정 정보를 수신하는 단계,
    상기 설정 정보는 고전 정보의 전송을 위한 큐비트(Qubit)의 상태를 양자화(Quantization)한 양자화된 큐비트 상태(Quantized qubit state)들의 개수에 대한 정보를 포함하고;
    상기 고전 정보를 상기 큐비트에 기초하여 변조하는 단계,
    상기 고전 정보는 (i) 상기 고전 정보 및 (ii) 상기 큐비트의 상태에 기초하여 사전 정의된 맵핑 관계에 기초하여 변조되고,
    상기 맵핑 관계는 (i) 상기 고전 정보가 가질 수 있는 비트 값들과 (ii) 상기 양자화된 큐비트 상태들 간의 맵핑 관계들을 포함하고; 및
    상기 수신단으로, 상기 변조된 고전 정보에 기초한 상기 큐비트를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 큐비트의 상태는 제 1 큐비트 기저(basis)와 제 2 큐비트 기저에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 큐비트 기저에는 실수 값이 곱해지고, 상기 제 2 큐비트 기저에는 허수 값이 곱해지는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    (i) 상기 제 1 큐비트 기저에 곱해지는 실수 값 및 (ii) 상기 제 2 큐비트 기저에 곱해지는 허수 값의 쌍은 3차원 공간 상의 구(sphere)의 표면 상에 위치하도록 정의되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 맵핑 관계는 (i) 상기 실수 값 및 상기 허수 값의 쌍(pair)들과 (ii) 상기 고전 정보가 가질 수 있는 비트 값들 간의 맵핑 관계인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 양자화된 큐비트 상태들의 개수는 N개이고,
    상기 N은 음이 아닌 정수인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 수신단과 상기 N에 대한 정보를 교환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 고전 정보를 상기 고전 정보의 전송을 위한 큐비트에 기초하여 변조하는 단계는, 상기 N에 대한 정보에 기초하여 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 수신단과 상기 N에 대한 정보를 교환하는 단계는,
    상기 수신단으로, 상기 N에 대한 정보를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 수신단과 상기 N에 대한 정보를 교환하는 단계는,
    상기 설정 정보를 수신하는 단계를 포함하고,
    상기 N에 대한 정보는 상기 설정 정보에 포함되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 양자 통신 시스템에서 인증을 수행하는 하는 송신단은,
    무선 신호를 전송하기 위한 전송기(transmitter);
    무선 신호를 수신하기 위한 수신기(receiver);
    적어도 하나의 프로세서; 및
    상기 적어도 하나의 프로세서에 동작 가능하게 접속 가능하고, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 동작들을 수행하는 지시(instruction)들을 저장하는 적어도 하나의 컴퓨터 메모리를 포함하며,
    상기 동작들은,
    수신단으로부터, 상기 수신단과의 동기화를 위한 신호를 수신하는 단계;
    상기 수신단으로부터, 시스템 정보(System information)를 수신하는 단계;
    상기 수신단과, 상기 수신단과의 초기 접속을 위한 임의 접속 절차(Random access procedure)를 수행하는 단계;
    상기 수신단으로부터, 설정 정보를 수신하는 단계,
    상기 설정 정보는 고전 정보의 전송을 위한 큐비트(Qubit)의 상태를 양자화(Quantization)한 양자화된 큐비트 상태(Quantized qubit state)들의 개수에 대한 정보를 포함하고;
    상기 고전 정보를 상기 큐비트에 기초하여 변조하는 단계,
    상기 고전 정보는 (i) 상기 고전 정보 및 (ii) 상기 큐비트의 상태에 기초하여 사전 정의된 맵핑 관계에 기초하여 변조되고,
    상기 맵핑 관계는 (i) 상기 고전 정보가 가질 수 있는 비트 값들과 (ii) 상기 양자화된 큐비트 상태들 간의 맵핑 관계들을 포함하고; 및
    상기 수신단으로, 상기 변조된 고전 정보에 기초한 상기 큐비트를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 송신단.
  12. 양자 통신 시스템에서 수신단이 정보를 수신하기 위한 방법은,
    송신단으로, 상기 송신단과의 동기화를 위한 신호를 전송하는 단계;
    상기 송신단으로, 시스템 정보(System information)를 전송하는 단계;
    상기 송신단과, 상기 송신단의 상기 수신단으로의 초기 접속을 위한 임의 접속 절차(Random access procedure)를 수행하는 단계;
    상기 송신단으로, 설정 정보를 전송하는 단계,
    상기 설정 정보는 고전 정보의 전송을 위한 큐비트(Qubit)의 상태를 양자화(Quantization)한 양자화된 큐비트 상태(Quantized qubit state)들의 개수에 대한 정보를 포함하고; 및
    상기 송신단으로부터, 상기 고전 정보가, (i) 상기 고전 정보 및 (ii) 상기 큐비트의 상태에 기초하여 사전 정의된 맵핑 관계에 기초하여 변조되어 생성된 상기 큐비트를 수신하는 단계를 포함하되,
    상기 맵핑 관계는 (i) 상기 고전 정보가 가질 수 있는 비트 값들과 (ii) 상기 양자화된 큐비트 상태들 간의 맵핑 관계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 양자 통신 시스템에서 인증을 수행하는 수신단은,
    무선 신호를 전송하기 위한 전송기(transmitter);
    무선 신호를 수신하기 위한 수신기(receiver);
    적어도 하나의 프로세서; 및
    상기 적어도 하나의 프로세서에 동작 가능하게 접속 가능하고, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 동작들을 수행하는 지시(instruction)들을 저장하는 적어도 하나의 컴퓨터 메모리를 포함하며,
    상기 동작들은,
    송신단으로부터, 상기 송신단과의 동기화를 위한 신호를 전송하는 단계;
    상기 송신단으로, 시스템 정보(System information)를 전송하는 단계;
    상기 송신단과, 상기 송신단의 상기 수신단으로의 초기 접속을 위한 임의 접속 절차(Random access procedure)를 수행하는 단계;
    상기 송신단으로, 설정 정보를 전송하는 단계,
    상기 설정 정보는 고전 정보의 전송을 위한 큐비트(Qubit)의 상태를 양자화(Quantization)한 양자화된 큐비트 상태(Quantized qubit state)들의 개수에 대한 정보를 포함하고; 및
    상기 송신단으로부터, 상기 고전 정보가, (i) 상기 고전 정보 및 (ii) 상기 큐비트의 상태에 기초하여 사전 정의된 맵핑 관계에 기초하여 변조되어 생성된 상기 큐비트를 수신하는 단계를 포함하되,
    상기 맵핑 관계는 (i) 상기 고전 정보가 가질 수 있는 비트 값들과 (ii) 상기 양자화된 큐비트 상태들 간의 맵핑 관계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 수신단.
  14. 하나 이상의 명령어들을 저장하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(computer readable medium, CRM)에 있어서,
    하나 이상의 프로세서들에 의해 실행 가능한 하나 이상의 명령어들은:
    수신단으로부터, 상기 수신단과의 동기화를 위한 신호를 수신하는 단계;
    상기 수신단으로부터, 시스템 정보(System information)를 수신하는 단계;
    상기 수신단과, 상기 수신단과의 초기 접속을 위한 임의 접속 절차(Random access procedure)를 수행하는 단계;
    상기 수신단으로부터, 설정 정보를 수신하는 단계,
    상기 설정 정보는 고전 정보의 전송을 위한 큐비트(Qubit)의 상태를 양자화(Quantization)한 양자화된 큐비트 상태(Quantized qubit state)들의 개수에 대한 정보를 포함하고;
    상기 고전 정보를 상기 큐비트에 기초하여 변조하는 단계,
    상기 고전 정보는 (i) 상기 고전 정보 및 (ii) 상기 큐비트의 상태에 기초하여 사전 정의된 맵핑 관계에 기초하여 변조되고,
    상기 맵핑 관계는 (i) 상기 고전 정보가 가질 수 있는 비트 값들과 (ii) 상기 양자화된 큐비트 상태들 간의 맵핑 관계들을 포함하고; 및
    상기 수신단으로, 상기 변조된 고전 정보에 기초한 상기 큐비트를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.
  15. 하나 이상의 메모리들 및 상기 하나 이상의 메모리들과 기능적으로 연결되어 있는 하나 이상의 프로세서들을 포함하는 장치에 있어서,
    상기 하나 이상의 프로세서들은 상기 장치가,
    수신단으로부터, 상기 수신단과의 동기화를 위한 신호를 수신하도록 제어하고,
    상기 수신단으로부터, 시스템 정보(System information)를 수신하도록 제어하고,
    상기 수신단과, 상기 수신단과의 초기 접속을 위한 임의 접속 절차(Random access procedure)를 수행하도록 제어하고,
    상기 수신단으로부터, 설정 정보를 수신하도록 제어하고,
    상기 설정 정보는 고전 정보의 전송을 위한 큐비트(Qubit)의 상태를 양자화(Quantization)한 양자화된 큐비트 상태(Quantized qubit state)들의 개수에 대한 정보를 포함하고;
    상기 고전 정보를 상기 큐비트에 기초하여 변조하도록 제어하되,
    상기 고전 정보는 (i) 상기 고전 정보 및 (ii) 상기 큐비트의 상태에 기초하여 사전 정의된 맵핑 관계에 기초하여 변조되고,
    상기 맵핑 관계는 (i) 상기 고전 정보가 가질 수 있는 비트 값들과 (ii) 상기 양자화된 큐비트 상태들 간의 맵핑 관계들을 포함하고; 및
    상기 수신단으로, 상기 변조된 고전 정보에 기초한 상기 큐비트를 전송도록 제어하는 것을 특징으로 하는 장치.
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