초록 ▼

● 연구개발 목표 및 내용
■ 최종 목표
□ 최종 연구 목표: 위성 양자암호키분배 시스템 구현에 필수적인 얽힘광자쌍 생성률 향상 기술, 회절 한계 극복을 위한 광학계 설계 기술, 장거리 운용에 적합한 단일광자 검출기 구동 기술과 신호처리 기술 등의 요소 기반 기술을 연구 개발하여 확보
○ 1MHz급의 얽힘 광자쌍 생성 속도를 달성하기 위한 광원 설계 기술과 포집 기술 확보
○ 빔 발산 손실을 개선하기 위한 10 μrad 이하의 발산을 갖는 광학부 설계 기술 확보
○ 100 kHz 이하의 검출률과 가변 거리

● 연구개발 목표 및 내용
■ 최종 목표
□ 최종 연구 목표: 위성 양자암호키분배 시스템 구현에 필수적인 얽힘광자쌍 생성률 향상 기술, 회절 한계 극복을 위한 광학계 설계 기술, 장거리 운용에 적합한 단일광자 검출기 구동 기술과 신호처리 기술 등의 요소 기반 기술을 연구 개발하여 확보
○ 1MHz급의 얽힘 광자쌍 생성 속도를 달성하기 위한 광원 설계 기술과 포집 기술 확보
○ 빔 발산 손실을 개선하기 위한 10 μrad 이하의 발산을 갖는 광학부 설계 기술 확보
○ 100 kHz 이하의 검출률과 가변 거리의 환경에 적합한 단일광자 검출기 구동 기술 확보
○ 100 bps 이하 키생성률과 500km 이상 가변 거리의 환경에 적합한 신호처리 최적화 기술 확보
○ SCOPUS/KPI 등재 논문 및 국제, 국내 학술회의 논문 포함 3편 이상, SCI/SCIE 논문 1편 이상 저술
■ 전체 내용
[1년차] 위성 양자암호키분배용 free running 단일광자 검출기 시작품 제작 및 광원 모델링 기술 확보
- Free running 단일광자 검출기 시작품 보드 설계, 제작, 기본 구동 시험
- 얽힘 광자쌍 생성 속도 향상과 관련된 비선형 결정의 종류, 결정 길이, 결정 온도, 결정의 각도, 광학계 Rayleigh 길이, 빔 단면적 등 모델링
- 자유공간 방사 광의 포집 관련 광학계 모델링
[2년차] 위성 양자암호키분배 광학부 설계 기술, 검출기 구동 기술 확보 및 광원 table-top 시스템구성
- 높은 발산 값을 나타내는 회절과 수차에 대한 분석 연구
- 광섬유 커플링 모드와 M2 값과의 관계 모델링 및 분석 연구
- 공간 필터와 빔 확장기가 발산에 미치는 영향에 대한 분석 연구
- 10 μrad 이하의 발산을 갖는 광학부 설계 기술 확보
- 장거리에 적합한 단일 광자 검출기 구동 및 검출 신호 동기화 기술 확보
[3년차] 위성 양자암호키분배 신호처리 최적화 기술 광원 설계 기술 확보 - 낮은 광자 검출 속도 및 장거리에 따른 시간 지연 등 장거리 환경에 적합한 QKD 신호처리 최적화기술 확보
- 오류 추정용 공개 정보의 양과 QBER 정확도 관계 연구
- 오류 정정 알고리즘 최적화 연구- 얽힘 광자쌍 생성 속도 향상과 포집 관련 최적화 시험
- 1MHz급의 광자쌍 생성 속도 달성을 위한 광원 설계 및 포집 기술 확보

● 연구개발성과
□ Free running 단일광자 검출기 시험 모듈 설계 및 제작 기술 확보, 기본 성능 검증으로 기초 연구 기반을 확보
□ 얽힘광자쌍 광원 광학계와 방사 빔 포집 광학계의 설계 변수를 분석하여 실제 얽힘광자쌍 광원 구현 및 검증 등의 후속 연구개발을 위한 기반 마련
□ 단일광자검출기의 잡음 및 광자쌍 동시검출 관련 모델을 수립하여 얽힘광자쌍광원 성능 분석을 위한 기반 기술을 확보하였고, 제시된 모델을 위성양자암호키분배 성능 시뮬레이터 개발에 활용하여 관련 내용을 한국광학회 동계학술발표회에 발표함

● 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
□ Free running 단일광자검출기 시제품 제작의 기반 기술을 위성 양자암호키분배 환경에 적합한 단일광자검출기 운용 조건의 최적화 연구 수행 및 위성용 상용 단일광자검출기 개발의 기반 기술로 활용
□ 얽힘광자쌍 광원의 비선형 결정 광학 변수 및 포집 광학계 모델 최적화 연구 결과를 활용하여 광원의 얽힘광자쌍 생성 속도를 향상할 수 있는 구현 기술 확보
□ 단일광자검출기의 잡음 및 광자쌍 동시검출 모델을 얽힘광자쌍 광원 기반의 양자암호키분배 또는 양자 LiDAR, 양자 이미징 등의 시스템 성능을 예측하는 모델 구축에 활용

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요약문 ... 2
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구의 필요성 ... 4
• 2) 연구 범위 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 1) 1차년도 수행 내용 ... 5
• 2) 1차년도 수행 내용 상세 ... 5
• 3) 2차년도 수행 내용 ... 10
• 4) 2차년도 수행 내용 상세 ... 11
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 11
• 1) 연구수행 결과 ... 11
• 2) 목표 달성 수준 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 12
• 5. 연구개발성과 및 활용 계획 ... 13
• 1) 연구성과 ... 13
• 2) 연구성과 활용계획 ... 13
• 6. 참고문헌 ... 13
• 끝페이지 ... 13