초록 ▼

□ 연구개요
본 연구의 최종 연구목표는 (i) 양자 계측을 위한 최적의 자원 상태 및 측정 방식을 제안하고 (ii) 자원 상태의 비고전적 성질들과 계측 양자이득(quantum advantage for metrology) 사이의 관계를 규명하는 것이다. 이를 위하여 다음과 같은 구체적 목표의 연구를 수행한다. (1) 공간적으로 분리되어 있는 장소에 존재하는 변수들의 위상 평균 양자 계측을 위한 최적의 가우시안 입력(자원) 상태 및 측정 방식을 조사하여 광손실(photon loss)의 정도에 따른 최적의 방법을 찾아내고 이를 체계

□ 연구개요
본 연구의 최종 연구목표는 (i) 양자 계측을 위한 최적의 자원 상태 및 측정 방식을 제안하고 (ii) 자원 상태의 비고전적 성질들과 계측 양자이득(quantum advantage for metrology) 사이의 관계를 규명하는 것이다. 이를 위하여 다음과 같은 구체적 목표의 연구를 수행한다. (1) 공간적으로 분리되어 있는 장소에 존재하는 변수들의 위상 평균 양자 계측을 위한 최적의 가우시안 입력(자원) 상태 및 측정 방식을 조사하여 광손실(photon loss)의 정도에 따른 최적의 방법을 찾아내고 이를 체계화한다. (2) 연구의 범위를 비(非)가우시안 자원 상태들로 확대하여 성질이 다른 변수들의 다변수 계측에서 가우시안 자원 상태을 이용했을 경우에 얻어낼 수 있는 최적의 효율을 넘어서는 양자 계측 방법을 제안한다. (3) 양자자원이론에 근거하여 정량화 가능한 빛의 비고전적 성질들과 양자 계측의 양자이득 사이의 관계를 규명하고, 이를 통해 다양한 비고전적 성질들의 통합적 이해에 다가선다.

□ 연구 목표대비 연구결과
제시한 최종 목표에 따라 세부 목표를 100% 달성하였다. 가우시안 분포 양자 계측에 있어서 최적의 측정 방법(호모다인 측정)과 입력 상태(가우시안 상태)를 찾아내고 광손실에 따른 분석을 제공하였다 변위 작용의 진폭 및 조임 작용의 크기 추정에 있어서, 비가우시안 상태(광자 수 상태)와 비가우시안 측정(광자 수 측정)을 사용하였을 때 최적의 가우시안 상태를 사용하였을 때 보다 높은 효율을 얻을 수 있음을 보였다. 특별한 구조의 네트워크뿐 아니라, 대부분의 양자 네트워크가 하이젠베르크 스케일링을 달성할 수 있다는 사실을 최초로 증명하였다. 가우시안 상태를 이용한 양자 상태의 압축 토모그래피 방법을 발전시켜 제한된 자원으로 양자 상태를 효율적으로 측정하는 방법을 개발하고 검증하였다. 흔히 양자 자원으로 고려되는 비고전적 성질들을 넘어서 임의성(randomness)으로 양자 자원의 범위를 확대하고 유용성을 밝혔다 빛의 비고전적 성질을 이용하여 양자컴퓨팅의 자원 효율성 제고하였다. 양자 채널의 구조에 대한 이해를 넓히고, 양자 단층촬영과 양자 계측을 효율적으로 수행하기 위한 이론적인 토대를 제공하였다. 이러한 연구 결과들은 Physical Review Letters 5편, Optica 1편, PRX Quantum 2편, Quantum 1편을 포함한 20편 이상의 논문들로 발표되었다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
- 양자 오류의 효율적인 정정, 제어 및 완화는 양자정보기술의 성패를 위해 관건적인 중요성을 가지는 기술이다. 특히 일정 수준의 잡음을 피할 수 없는 이른바 NISQ(Noisy Intermediate Scale Quantum) 시대에 양자정보 분야에서 고전 기술을 대체할만한 충분히 의미있는 결과들이 산출될 수 있는지를 결정할 것이다.
- 본 연구과제를 통해 도출될 성과는 이러한 필요를 매우 시의적절하게 채우는 것들이다. 이는 양자계측, 양자컴퓨터, 양자통신, 양자 시뮬레이션 등 양자정보기술 전반에 광범위한 응용성을 가지며, (1) 학계에서의 후속 연구 및 (2) 산업체에서의 본격적 응용 기술 개발에 폭넓게 활용될 것이다.
- 본 연구과제를 통해 양자 오류 제어 및 관련 분야에서 높은 수준의 연구 결과들이 산출될 것으로 기대한다. 양자 오류를 완화하고 적절하게 제어하는 지식과 기술을 제공하는 이러한 연구 결과는 향후 양자정보기술 시대에 양자계측과 양자컴퓨팅 등의 다양한 응용 기술을 위한 중요한 원천기술이 될 수 있을 것이다.
- 산출된 연구 결과와 연구과제 수행 과정을 통해 양성된 전문 인력은 양자정보 과학 및 기술 분야의 발전에 큰 기여를 할 것이다. 특히, (1) 국내 양자정보과학의 학문적 수준을 제고하고, (2) 양자정보기술의 정확성, 신뢰성, 응용성을 높여 경제, 산업 측면에서의 가치를 높이고 수요를 증가시킬 것이다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• ▶ 최종 연구목표 ... 4
• ▶ 연차별 목표 ... 4
• ▶ 연구내용의 개념적 묘사 및 도해 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• ▶ 수행 과정 중에 적용했던 기존 연구와의 차별적 접근 ... 5
• ▶ 주요 연구 성과 ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 15
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 15
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 3) 목표 달성 수준 ... 16
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 16
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 17
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 17
• 6. 자체점검표 ... 18
• 7. 참고문헌 ... 18
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 20
• 붙임2 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 30
• 끝페이지 ... 45