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광자 기반 양자연산 원문보기

정보와 통신 : 한국통신학회지 = Information & communications magazine, v.31 no.9, 2014년, pp.58 - 64  

최상경 (한국표준과학연구원)

초록
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한국표준과학연구원 (Korea Institute of Standards & Science, KRISS)에서 수년간 수행한 연구를 중심으로 단일광자 기반 양자연산에 대해서 알아본다. 자발매개하향변환에 의한 광자쌍 발생에서 생성된 얽힘으루부터 복잡한 얽힘구조를 만들고 이용해서 양자연산까지 실행하는 과정을 살펴본다.

AI 본문요약
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제안 방법

  • KRISS에서 수행한 선형광학 방식의 양자연산을 구현하려는 연구내용을 살펴보았다.
  • 둘째 방법은 편광큐비트를 갖춘 광자가 비편광분할기 (nonpolarizing beamsplitter, NPBS)의 작용을 받는 것이다.
  • 본론에서는 SPDC 광자쌍 발생에 의한 얽힘 생성부터 선형광학 방식의 양자연산까지의 과정을 설명한다: 참고문헌 [4]를 인용해서 SPDC 광자쌍 발생에 의한 얽힘 생성을 설명하고, 참고 문헌 [6]을 인용해서 광큐비트 간의 얽힘으로부터 양자연산까지 실행하는 과정을 설명한다.
  • 우리는 SPDC로부터 발생한 두 광자의 선편광 (linear polarization)이 같은 방향인 위상정합 조건에서 실험한다.
  • 첫째 방법은 편광큐비트를 갖춘 광자가 편광분할기 (polarizing beamsplitter, PBS)의 작용을 받는 것이다.
  • 편광큐비트를 갖춘 각 광자에 경로큐비트를 추가하는데, 한 광자에 PBS 인코딩 방식을 적용하고, 다른 광자에 반 파장판 (half-wave plate, HWP)를 사용한NPBS 인코딩 방식을 가한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
양자정보란? 양자정보란 양자비트 또는 큐비트 (qubit)로 인코딩 (encoding)한 정보를 말한다. 디지털 비트는 “0”과 “1”로 명명된 두 가지 상태만 가능하지만, 큐비트는 디락표기 (Dirac notation)으로 나타낸 |0> 상태와 |1> 상태 뿐만 아니라 그 두 양자상태 간의 중첩도 가능하다.
디지털 비트와 달리 큐비트가 가지는 장점은? 양자정보란 양자비트 또는 큐비트 (qubit)로 인코딩 (encoding)한 정보를 말한다. 디지털 비트는 “0”과 “1”로 명명된 두 가지 상태만 가능하지만, 큐비트는 디락표기 (Dirac notation)으로 나타낸 |0> 상태와 |1> 상태 뿐만 아니라 그 두 양자상태 간의 중첩도 가능하다. 여기서, 디지털의 경우든 양자의 경우든, “0”과 “1”은 서로 구별되는 라벨로 쓰여 진 것이고, |0>과 |1>은 서로 구별되는 양자상태를 가리킨다.
양자연산을 구현하는 플랫폼 중 제일 구현이 용이한 것은? 양자연산을 구현하는 플랫폼은 큐비트 구현 및 큐비트 간의 양자상호작용이 가능한 물리계의 종류만큼 다양하다: 빛, 원자, 이온, 핵스핀 액체, 양자점, 초전도 고리 등 여러 가지가 제안되었다. 이 중에서 중첩이 가능한 빛의 성질에 큐비트를 표기하는 선형광학 (linear optics) 방식이 잠재성이 높고 기술적으로 구현이 용이하다[2]. 이 방식은 단일광자 (single photon)으로 구성된 빛펄스 (이하 ‘광자’)를 큐비트 매개체로 사용하고, 광자의 성질에 인코딩한 광큐비트 (photonic qubit)가 양자정보의 단위이다.
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참고문헌 (8)

  1. C. H. Bennett and D. P. DiVincenzo, Nature 404, 247 (2000). 

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  2. P. Kok, W. J. Munro, K. Nemoto, T. C. Ralph, J. P. Dowling, G. J. Milburn, Rev. Mod. Phys. 79, 135 (2007). 

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  3. R. Raussendorf and H. J. Briegel, Phys. Rev. Lett. 86, 5188 (2001). 

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  4. 최상경, 박희수, "물리학과 첨단기술"2010년 10월호 pp. 11-15. 

  5. H. S. Park, J. Cho, J. Y. Lee, D.-H. Lee, and S.-K. Choi, Opt. Express 15, 17960 (2007). 

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  6. S. M. Lee, H. S. Park, J. Cho, Y. Kang, J. Y. Lee, H. Kim, D.-H. Lee, and S.-K. Choi, Opt. Express 20, 6915 (2012). 

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  7. R. Boyd, Nonlinear Optics, 2nd ed., (Academic Press, San Diego, 2003). 

  8. M. S. Tame and M. S. Kim, Phys. Rev. A 82, 030305 (2010). 

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