| 중국과기대, 고차원 양자상태 생성 및 측정 달성 | ||
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 최근 중국과학기술대학 궈광찬(郭光燦)/한정푸(韓正甫) 연구팀은 양자상태의 상이한 자유도 간 매핑방법을 이용해 충실도와 안정성이 뛰어난 고차원 양자암호키 분배 방안을 설계해 실험적으로 검증했다. 해당 연구성과는 "Physical Review Applied"에 게재되었다. 고차원 양자암호키 분배는 고차원 양자상태 코딩을 이용해 단일 양자상태에 1비트 이상의 고전적 정보를 탑재할 수 있기에 보안암호키 생성률을 효과적으로 향상시킨다. 또한 보다 높은 시스템 오류율을 허용할 수 있으므로 잡음방지 능력이 더 강하다. 뿐만 아니라 BB84 프로토콜 등 일반적으로 사용하는 2차원 양자상태 부호화/복호화 기술에 비해 광자 궤도각운동량 등 고차원 양자상태의 고충실도, 고속 부호화/복호화 구현의 어려움이 더 커졌다. 이런 원인으로 기존의 고차원 양자암호키 분배 기술은 아직도 원리검증 단계에 머물러 있다. 해당 기술의 실용화 발전을 제한하는 핵심문제는 고차원 양자상태 생성, 전송, 측정이다. 연구팀은 광자의 편광-궤도각운동량 불가분리 상태에 기반해 편광/궤도각운동량 2자유도 간 상태 매핑방법 및 구현 방안을 제안했다. 아울러 고차원 양자상태 고정밀도 생성 및 측정을 구현했다. 해당 방안은 광자 편광 상태를 제어함과 동시에 매핑장치를 통해 광자의 궤도각운동량 양자상태를 고정밀도로 제어할 수 있다. 이로써 고충실도 정보 탑재 및 추출을 구현한다. 기존 기술에 비해, 해당 방안의 최대 장점은 부호화/복호화 과정에 광자상태 간섭 제어가 필요 없다는 점이다. 따라서 매우 낮은 백그라운드 오류율과 뛰어난 안정성을 보유한다. 해당 방법에 기반해 달성한 고차원 QKD 시스템의 평균 오류율은 0.6%±0.06% 밖에 안 된다. 또한 상관성이 낮은 광원을 이용해 1.849비트/펄스(이론적 한계 2비트/펄스)의 고수준 선별 후 보안암호키 전송률을 달성했다. 동 시스템은 광자의 편광 상태 제어만 이용하기에 2차원 양자암호키 분배 시스템과 동일한 높은 작동효율을 달성할 수 있어 응용 전망이 밝다. 해당 연구는 고차원 양자암호키 분배와 관련한 상태 생성 및 상태 측정의 2가지 어려움 해결에 효과적인 아이디어를 제공했다. 뿐만 아니라 고차원 양자암호키 분배 기술의 실용화를 적극 추진하는 역할을 한다. 정보출처 : https://mp.weixin.qq.com/s/AHljPaDhw2gm1nl29NXj-g |
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