KR102401465B1 - 장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 방법 및 시스템 - Google Patents

장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 방법 및 시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 방법은, 알칼리 원자 혹은 알칼리 원자의 앙상블(ensemble)을 매질로서 내부에 포함하는 제1 양자광원으로부터, 양자 상태의 광자(photon)를 생성하는 단계와, 상기 제1 양자광원과 같은 매질을 내부에 포함하는, 상기 제1 양자광원과 공간적으로 분리된 제2 양자광원으로부터, 양자 상태의 광자를 더 생성하는 단계, 및 상기 제1 및 제2 양자광원에 의해 생성된 광자들을 커플링한 광자 쌍을, 양자통신을 위한 연속파 결맞음 광자(CWCP)로서 발진시키는 단계를 포함한다.

Description

장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR GENERATING INDEPENDENT COHERENT PHOTONS FREQUENCY-STABILIZED TO TRANSITION OF ATOMS FOR LONG-DISTANCE QUANTUM COMMUNICATION}
본 발명은 양자통신을 위한 알칼리 원자(예, 루비듐)의 초미세 전이선에 주파수 안정화된 두 독립적인 결맞음 광자의 양자 간섭을 구현하기 위한 연속파 결맞음 광자 발진 기술에 관한 것이다.
서로 독립적인 레이저 광원에서 방출된 광자들의 Hong-Ou-Mandel(HOM) 양자 간섭 현상을 측정하기 위해서는, 간섭에 수반되는 광자들이 편광, 주파수, 공간모드 등의 모든 가능한 자유도에서 서로 구별성이 없어야 한다. 이는 HOM 간섭에 기여하는 두 광자들이 마치 하나의 광원에서 생성된 것과 동일한 조건이 되어야 한다는 것을 의미한다.
서로 독립적인 광자들의 HOM 간섭현상을 원리적으로 확인하기 위한 가장 간단한 방법은 하나의 레이저에서 방출된 빛을 두 경로로 나누고, 한쪽 경로를 진행하는 빛의 위상을 무작위하게 변화시켜 간섭에 기여하는 두 빛의 위상이 서로 상관성이 없도록 만든다. 이러한 방법은 두 빛의 일정한 위상관계에 의한 1차 간섭무늬가 측정시간동안 나타나지 않도록 하고, HOM 간섭에 영향을 주는 모든 자유도는 동일하게 할 수 있기 때문이다.
HOM 간섭에 기여하는 두 광자의 광원이 서로 멀리 떨어져 있는 경우에는 HOM 간섭무늬를 관측할 수 있는, 빔분할기에 도달하는 두 광자의 상대적인 시간차 범위에 해당하는 상호 결맞음 시간이 두 광원의 주파수폭에 의해 결정되기 때문에 두 광원의 주파수폭 또는 이에 대응하는 파장대역폭을 거의 동일하게 유지하는 것이 필수적으로 요구된다.
서로 독립적인 두 레이저 광원을 이용하여 HOM 간섭무늬를 측정하기 위해서는, 아주 좁은 주파수 선폭을 갖는 두 대의 파장가변 레이저의 중심 파장을 일치시키는 것이다. 이러한 경우는 두 레이저의 주파수가 측정시간동안 안정적으로 유지되는 것이 필요하므로 이는 레이저 시스템의 성능에 의해서 결정되기 때문에 절대적인 신뢰성을 확보할 수는 없다.
서로 독립적인 레이저 펄스를 이용하여 높은 선명도의 HOM 간섭무늬를 측정하기 위해서 좁은 투과 파장대역폭을 갖는 필터를 이용한 사례가 있다. 이 기술은 좁은 투과 파장대역폭을 구현하는데 있어서 기술적인 한계가 있다.
서로 독립적인 두 레이저 광원을 이용하여 HOM 간섭무늬를 측정하기 위해서, 두 레이저 간의 상대적인 주파수 변화를 제어하기 위해서 시안화수소(HCN) 기체의 스펙트럼 흡수선을 이용하여 분리된 두 레이저의 주파수를 일정하게 유지하는 방법이 이용되었다.
단일광자 수준의 낮은 세기의 레이저 광원을 이용하여 다중광자 양자 간섭 현상을 측정하는 것은 양자정보통신의 구현을 위한 핵심 기술에 해당한다.
그 중에서도 서로 독립적으로 동작하는 레이저에서 방출된 광자를 이용하여 HOM 간섭을 측정하는 것은 광자기반 양자통신 기술에서 양자중계기를 이용하지 않고도 장거리 양자통신을 가능하게 하는 기술을 제공해준다.
가장 대표적인 실시 예로는 단일광자 검출기를 통한 해킹의 문제를 근본적으로 차단하는 양자통신 기술인 측정 장치에 독립적인 양자키 분배 (Measurement-device-independent quantum key distribution, MDI-QKD) 기술이 있다.
MDI-QKD 기술의 구현을 위해서는 서로 독립적인 두 레이저 광원을 이용하여 높은 선명도의 HOM 간섭무늬를 측정하는 것이 필수적으로 요구되고, 간섭무늬의 선명도는 두 레이저의 주파수가 장시간동안 안정적으로 유지되는 것을 필요로 한다.
하지만, 파장가변 레이저를 이용하여 파장을 일치시키고 장시간 동안 유지하는 방법이나 좁은 파장대역폭의 필터를 이용하는 방법은 기술적으로 한계가 있다.
따라서 서로 독립적으로 동작하는 레이저의 주파수를 거리와 장소에 상관없이 장시간동안 안정적으로 유지하는 것은 MDI-QKD와 같은 새로운 양자통신 기술의 실질적인 구현을 위해서 필수적으로 요구되는 중요한 핵심 기술이다.
본 발명의 실시예는 공간적으로 분리된 복수의 양자광원을 통해 원자(예, 루비듐)의 전이선에 안정화된 연속파 결맞음 광자(continuous-wave coherent photon, CWCP)를 독립적으로 생성하여 장거리 양자통신에 활용될 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예는 복수의 양자광원 각각에 연결된 일정 길이의 광섬유 케이블을 통해 입사되는 광자들의 쌍을 검출해 HOM 간섭 측정이 가능(즉, HOM 간섭무늬의 가시도가 일정 비율 이상)한지 검증하여, 양자중계기를 사용하지 않는 장거리 양자통신에 활용될 수 있는 연속파 결맞음 광자(CWCP)를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예는 복수의 양자광원 간 분리된 거리와, 복수의 양자광원에 연결된 광섬유 케이블의 길이에 따른 광 지연 경로에 관계없이 HOM 간섭무늬의 가시도가 일정 비율 이상임을 검증하여, 다양한 환경에서 주파수 안정화를 통해 양자통신에 활용될 수 있는 연속파 결맞음 광자(CWCP)를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 방법은, 알칼리 원자 혹은 알칼리 원자의 앙상블(Ensemble)을 매질로서 내부에 포함하는 제1 양자광원으로부터, 양자 상태의 광자(Photon)를 생성하는 단계와, 상기 제1 양자광원과 같은 매질을 내부에 포함하는, 상기 제1 양자광원과 공간적으로 분리된 제2 양자광원으로부터, 양자 상태의 광자를 더 생성하는 단계, 및 상기 제1 및 제2 양자광원에 의해 생성된 광자들을 커플링한 광자 쌍을, 양자통신을 위한 연속파 결맞음 광자(CWCP)로서 발진시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템은, 알칼리 원자 혹은 알칼리 원자의 앙상블을 매질로서 내부에 포함하는 제1 양자광원으로부터, 양자 상태의 광자를 생성하고, 상기 제1 양자광원과 같은 매질을 내부에 포함하는, 상기 제1 양자광원과 공간적으로 분리된 제2 양자광원으로부터, 양자 상태의 광자를 더 생성하는 생성부, 및 상기 제1 및 제2 양자광원에 의해 생성된 광자들을 커플링한 광자 쌍을, 양자통신을 위한 연속파 결맞음 광자(CWCP, Continuous-Wave Coherent Photon)로서 발진시키는 발진부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 공간적으로 분리되어 독립적으로 동작하는 복수의 양자광원에서 방출되는 양자 상태의 광자들을 각각 주파수 안정화시켜 발진하고, 복수의 양자광원 각각에 연결된 일정 길이의 광섬유 케이블을 통해 입사되는 광자들의 쌍을 검출해 HOM 간섭 측정이 가능한지 검증함으로써, 양자중계기를 사용하지 않는 장거리 양자통신에 활용될 수 있는 연속파 결맞음 광자(continuous-wave coherent photon, CWCP)를 안정적으로 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 원자의 미세한 전이선을 사용하여 서로 독립적으로 동작하는 복수의 양자광원에서의 주파수를 안정화함으로써, 원자의 전이선에 해당하는 정밀도로 주파수의 안정성을 확보할 수 있고, 복수의 양자광원 간 분리된 거리에 관계없이 주파수의 안정화된 연속파 결맞음 광자(CWCP)를 안정적으로 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템에서, 제1 양자광원, 제2 양자광원, 및 측정모듈의 상세구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템에서, 제1 및 제2 양자광원에서 상이한 변조 분광법에 따라 분광하여 얻어진 분광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템에서, 제1 및 제2 양자광원에서 주파수 제어를 통해 얻어진 주파수 안정화된 밀도 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템에서, 독립적인 두 연속파 결맞음 광자(CWCPs)의 HOM 간섭 무늬의 일례를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템에서, 주파수 안정화를 위해 주파수 잠금하는 지점에 따라 측정되는 HOM 간섭무늬를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템에서, 독립적인 두 연속파 결맞음 광자(CWCPs)의 광 경로 차로 인한 시간 지연을 가지는 HOM 간섭 무늬의 일례를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템(이하, 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템')(100)은, 생성부(110), 발진부(120), 제1 양자광원(150) 및 제2 양자광원(160)을 포함하여 구성할 수 있다. 실시예에 따라, 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템(100)은 주파수 제어부(141), 편광 제어부(142), 및 공간모드 제어부(143)를 각각 추가하여 구성할 수 있다. 또한, 실시예에 따라, 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템(100)은 간섭 측정부(130) 및 측정모듈(170)을 포함하여 구성할 수 있다.
생성부(110)는 알칼리 원자 혹은 알칼리 원자의 앙상블(ensemble)을 매질로서 내부에 포함하는 제1 양자광원(150)으로부터, 양자 상태의 광자(photon)를 생성한다.
일례로, 제1 양자광원(150)에는, 정해진 공진 주파수에 따라, 레이저 광을 방출하는 외부 공진기형 다이오드 레이저(External-Cavity Diode Laser, ECDL)가 구비되고, 생성부(110)는 상기 외부 공진기형 다이오드 레이저(ECDL)에 의해 방출되는 레이저 광을, 상기 매질에 통과시키고, 상기 매질을 통과한 레이저 광을, 선정된 변조 분광법(Modulation spectroscopy)에 따라 분광하여, 상기 양자 상태의 광자를 생성할 수 있다.
여기서, 변조 분광법은 포화 흡수 분광법(saturated absorption spectroscopy, SAS), 편광 분광법(polarization spectroscopy, PS) 및 흡수 분광법 중 적어도 하나로 선정될 수 있다.
또한, 생성부(110)는 제1 양자광원과 같은 매질을 내부에 포함하는, 제1 양자광원(150)과 공간적으로 분리된 제2 양자광원(160)으로부터, 양자 상태의 광자를 더 생성한다.
일례로, 생성부(110)는 제2 양자광원(160)에 구비된 외부 공진기형 다이오드 레이저(ECDL)에 의해 방출되는 레이저 광을, 제2 양자광원(160) 내 상기 매질에 통과시키고, 상기 매질을 통과한 레이저 광을, 제1 양자광원(150)과 상이한 변조 분광법에 따라 분광하여, 상기 양자 상태의 광자를 더 생성할 수 있다.
다른 일례로, 생성부(110)는 제1 양자광원(150)과 제2 양자광원(160)에서 동일한 조건에서 양자 상태의 광자를 독립적으로 생성하기 위해, 제1 양자광원(150)과 제2 양자광원(160)에 동일한 변조 분광법을 적용하여 분광할 수도 있다.
이와 같이, 생성부(110)는 공간적으로 분리된 둘 이상의 양자광원(150, 160)을, 동일한 조건에서 서로 독립적으로 동작하도록 제어하여, 양자통신을 위한 HOM 간섭 측정이 가능한 양자 상태의 광자들의 쌍(연속파 결맞음 광자(CWCPs))을 생성할 수 있다.
한편, 공간적으로 분리된 양자광원(150, 160)으로부터 장시간 안정적으로 양자 상태의 광자를 생성하기 위해서는, 양자광원(150, 160)이 서로 독립적으로 동작함에 따라 변동되는 주파수를 일치시켜 주파수를 안정화할 필요가 있다. 이를 위해, 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템(100)은 주파수 제어부(141)를 더 포함하여 구성할 수 있다.
주파수 제어부(141)는 제1 양자광원(150)과 제2 양자광원(160) 각각에서, 상기 매질을 통과한 레이저 광을 선정된 변조 분광법에 따라 분광하여 얻어진 분광 스펙트럼으로부터 확인되는 공진 주파수를, 상기 외부 공진기형 다이오드 레이저(ECDL)로 피드백 하고, 상기 피드백된 공진 주파수가 상기 정해진 공진 주파수와 상이하면, 상기 외부 공진기형 다이오드 레이저(ECDL)에서의 레이저 광을 방출하는 공진 주파수를 제어한다. 이때, 주파수 제어의 기준이 되는 공진 주파수는 제1 양자광원(150)과 제2 양자광원(160)에서 동일하게 정해질 수 있다.
이때, 주파수 제어부(141)는 제1 양자광원(150)과 제2 양자광원(160)에서 적용되는 변조 분광법이 서로 상이한 경우, 적용된 변조 분광법에 따라 주파수 안정화시킬 수 있다.
예를 들면, 도 3을 참조하면, 제1 양자광원(150, 310)에서 포화 흡수 분광법(SAS)에 따라 레이저 광을 분광 제어하고, 제2 양자광원(160, 320)에서 편광 분광법(PS)에 따라 레이저 광을 분광 제어하고 있을 경우, 주파수 제어부(141)는 제1 양자광원(150, 310)에서는 주파수 변조에 의해 얻어진 에러-신호(error-signal) 잠금을 통해 주파수를 안정화(Frequency stabilization)시키고, 제2 양자광원(160, 320)에서는 편광 분광법(PS)의 오프셋 잠금을 이용하여 원자의 고정밀 스펙트럼으로 개별적으로 주파수 안정화시킬 수 있다.
이와 같이, 주파수 제어부(141)는 공간적으로 분리되어 독립적으로 동작하는 각 양자광원(150, 160)에서 변동되는 주파수를 안정화시킴으로써, 각 양자광원(150, 160) 간 분리된 거리에 관계없이, 장시간 안정적으로 양자통신에 활용 가능한 성능을 가지는 양자 상태의 광자들의 쌍이 생성되도록 할 수 있다.
발진부(120)는 제1 및 제2 양자광원(150, 160)에 의해 생성된 광자들을 커플링한 광자 쌍을, 양자통신을 위한 연속파 결맞음 광자(CWCP)로서 발진시킨다.
한편, 제1 및 제2 양자광원(150, 160)에서 생성된 광자들의 광자 쌍이 양자통신에 활용 가능하려면, 상기 광자 쌍이 HOM 간섭무늬의 측정이 가능할 만큼 구별되지 않아야 하므로, 제1 및 제2 양자광원(150, 160)에서 광자들의 쌍을 발진 시, 편광 상태가 동일해지도록 제어할 필요가 있다. 이를 위해, 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템(100)은 편광 제어부(142)를 더 포함하여 구성할 수 있다.
일례로, 편광 제어부(142)는 제1 및 제2 양자광원(150, 160)의 각각에 구비된 1/2λ-위상지연판(H) 및 1/4λ-위상지연판(Q)을 통해, 제1 및 제2 양자광원(150, 160)에 의해 생성된 광자들의 편광 상태가 동일(coherence)하도록 편광 제어를 실시함으로써, 상기 광자 쌍을 커플링한다.
이에 따라, 발진부(120)는 제1 및 제2 양자광원(150, 160)에서 생성된 광자들의 광자 쌍을, 편광 상태가 구별되지 않도록 한 상태에서 연속파 결맞음 광자(CWCP)로서 발진할 수 있고, 이를 통해, 후술하는 간섭 측정부(130)에서 제1 및 제2 양자광원(150, 160)으로부터의 독립적인 연속파 결맞음 광자(CWCP)를 이용해 HOM 간섭무늬를 효과적으로 측정(관측)할 수 있게 한다.
실시예에 따라, 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템(100)은 간섭 측정부(130) 및 측정모듈(170)을 더 포함하여 구성할 수 있다.
간섭 측정부(130)는, 제1 및 제2 양자광원(150, 160)과 광케이블로 연결된 측정모듈(170)을 통해, 상기 연속파 결맞음 광자(CWCP)에 관한 HOM 간섭 측정을 수행하는 역할을 한다. 여기서, 간섭 측정부(130)는 분할부(131), 검출부(132), 및 분석부(133)를 포함하여 구성할 수 있다. 측정모듈(170)은 빔분할기(BS), 복수의 단일 광자 검출기(SPD) 및 시간-상관 단일 광자 계수기(TCSPC)를 포함하여 구성할 수 있다.
분할부(131)는 제1 양자광원(150)과 연결된 광섬유 케이블을 통해 빔분할기(BS)로 입사하는 제1 광자를, 상기 빔분할기(BS)에 의해 분할하는 동시에, 제2 양자광원(160)과 연결된 광섬유 케이블을 통해 상기 빔분할기(BS)로 입사하는 제2 광자를, 상기 빔분할기(BS)에 의해 분할한다.
예를 들어, 비편광 빔분할기(BS)는 50:50 비편광 빔분할기로 구성된 경우, 분할부(131)는 제1 광자를 반반씩 분할하고, 제2 광자를 반반씩 분할할 수 있다.
검출부(132)는 상기 제1 광자로부터 분할된 분할광자와 상기 제2 광자로부터 분할된 분할광자를 하나로 중첩해 생성한 단일광자를, 상기 복수의 단일 광자 검출기(SPD) 각각에 의해 검출한다.
예를 들어, 복수의 단일 광자 검출기(SPD)가 단일 광자 검출기(SPD1)와 단일 광자 검출기(SPD2)로 구성된 경우, 검출부(132)는 단일 광자 검출기(SPD1)에 의해, 상기 제1 광자로부터 분할된 분할광자와 상기 제2 광자로부터 분할된 분할광자를 하나로 중첩해 생성한 제1 단일광자를 검출하고, 단일 광자 검출기(SPD2)에 의해, 상기 제1 광자로부터 분할된 다른 분할광자와 상기 제2 광자로부터 분할된 다른 분할광자를 하나로 중첩해 생성한 제2 단일광자를 검출할 수 있다. 이에 따라, 단일 광자 검출기(SPD1)와 단일 광자 검출기(SPD2) 모두 제1 광자와 제2 광자를 반반씩 체크할 수 있게 된다.
분석부(133)는 상기 검출에 따라, 상기 복수의 단일 광자 검출기(SPD) 각각에서 출력되는 신호를, 시간-상관 단일 광자 계수기(TCSPC)를 통해 분석함으로써, 상기 연속파 결맞음 광자(CWCP)에 관한 HOM 간섭 측정을 수행한다.
일례로, 분석부(133)는 상기 시간-상관 단일 광자 계수기(TCSPC)를 통해, 상기 복수의 단일 광자 검출기(SPD) 중 어느 하나의 단일 광자 검출기(SPD)에서 출력되는 신호를, 정해진 시간 단위로 교대로 분석하여, 시간과 상관관계를 가지는 단일광자를 이용한 HOM 간섭 측정을 수행할 수 있다.
예를 들어, 도 3을 참조하면, 분석부(133)는 시간-상관 단일 광자 계수기(TCSPC)를 통해 일정 시간 동안 단일 광자 검출기(SPD1)에서 출력되는 신호를 분석해 단일 광자 검출기(SPD1)에 의해 검출된 제1 단일광자를 카운트하고, 일정 시간 경과 후에 단일 광자 검출기(SPD2)에서 출력되는 신호를 분석해 단일 광자 검출기(SPD2)에 의해 검출된 제2 단일광자를 카운트하고, 이를 이용해 HOM 간섭무늬를 측정하여, 도 6과 같이 측정된 HOM 간섭무늬를 가시화할 수 있다.
여기서 HOM 간섭무늬의 가시도가 일정 비율 이상이면, 분석부(133)는 제1 양자광원(310) 및 제2 양자광원(320)에서 생성된 연속파 결맞음 광자(CWCPs)를 사용해 HOM 간섭의 측정이 가능한 것으로 판단하고, 이로써 연속파 결맞음 광자(CWCPs)를 양자통신에 활용 가능한 성능을 가진 것으로 검증할 수 있다.
실시예에 따라, 간섭 측정부(130)는 상기 광섬유 케이블의 길이를 n배(상기 n은 2 이상의 자연수) 증가시켜 조정한 이후, 각각의 단일 광자 검출기(SPD)에서 출력되는 신호를 이용하여, 상기 연속파 결맞음 광자(CWCP)에 관한 HOM 간섭 측정이 가능한지 확인하고, 상기 HOM 간섭 측정이 가능한 경우, 상기 광섬유 케이블의 길이에 상응하는 장거리의 양자통신 구현 가능에 대한 결과값을 출력할 수 있다.
예를 들어, 후술하는 도 8에서와 같이, 광섬유 케이블의 길이를 각각 0 m, 200m, 400m, 600m로 하여, 제1 양자광원(150)과 제2 양자광원(160)으로부터의 독립적인 두 연속파 결맞음 광자(CWCP)에 대한 HOM 간섭 무늬를 측정한 결과를 참조하면, 광 경로 길이 차이로 인한 빔분할기(BS)의 입력시간 지연은 개별 CWCP의 결맞음 길이 보다 훨씬 길지만 HOM 간섭은 여전히 나타나며 가시도에도 변화가 없음을 알 수 있다.
다시 말해, 본 발명에서 제안하는 독립적인 두 양자광원(150, 160)으로부터의 연속파 결맞음 광자(CWCPs)에 시간 분해 측정 기술을 적용하면 각각의 양자광원(150, 160)에서 빔분할기(BS)까지의 광 경로 길이 차이에 제한없이, 즉, 광섬유 케이블의 길이에 무관하게 HOM 간섭무늬의 측정이 가능하므로, 서로 독립적인 양자광원(150, 160)에서 발생되는 연속파 결맞음 광자(CWCP)를 양자중계기를 사용하지 않는 장거리 양자통신에 충분히 활용할 수 있게 된다.
한편, 제1 및 제2 양자광원(150, 160)에서 생성된 광자들의 광자 쌍이 양자통신에 활용 가능하려면, 상술한 주파수와 편광 상태 외에, 공간 모드의 특성도 HOM 간섭무늬의 측정이 가능할 만큼 구별되지 않도록 할 필요가 있다. 이를 위해, 실시예에 따라, 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템(100)은 제1 양자광원(150)과 제2 양자광원(160)에서의 공간 모드가 동일해지도록 제어하는 공간모드 제어부(143)를 더 포함한다.
공간모드 제어부(143)는 제1 양자광원(150)과 연결된 광섬유 케이블과, 제2 양자광원(160)과 연결된 광섬유 케이블의 종류와 길이를 동일하게 구현함으로써, 양자간섭 측정에 영향을 주는 요인 중 하나인 공간모드가, 상기 제1 및 제2 양자광원(150, 160)에 있어서 동일해지도록 제어한다.
예를 들어, 도 3을 참조하면, 공간모드 제어부(143)는 독립적으로 동작하는 제1 양자광원(150, 310)과 제2 양자광원(160, 320)에서 생성된 광자들의 쌍이 발진될 때 사용하는 케이블(340)을 광 섬유로 된 케이블로 구현하는 것으로, 제1 양자광원(310)과 제2 양자광원(320)에서의 공간 모드를 동일한 조건으로 할 수 있다. 이에 따라, 동일한 조건에서 간섭 측정이 가능해지도록 할 수 있다.
상술한 주파수 제어부(141)와, 편광 제어부(142), 및 공간모드 제어부(143)는, 공간적으로 분리되어 독립적으로 동작하는 제1 및 제2 양자광원(150, 160)에서 동일한 조건에서 HOM 간섭 측정이 가능해지도록 제어하는 조건 제어부(140)의 역할을 수행한다
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템에서, 제1 양자광원, 제2 양자광원, 및 측정모듈의 상세구성을 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 제1 양자광원(150)과 제2 양자광원(160)은, 동일한 알칼리 원자(예, '루비듐')을 매질로 사용하여 선정된 변조 분광법에 따라 양자 상태의 광자를 독립적으로 생성하는 공간적으로 분리된 복수의 광원이다.
제1 양자광원(150)과 제2 양자광원(160)은, 제1 양자광원(150)과 공간적으로 분리되는 것 외에는 동일하게 구성될 수 있다.
즉, 제1 양자광원(150)은 매질로 사용되는 알칼리 원자(예, '루비듐') 혹은 알칼리 원자 앙상블(151), 외부 공진기형 다이오드 레이저(ECDL)(152), 1/2λ-위상지연판(H)(153), 및 1/4λ-위상지연판(Q)(154)을 포함하여 구성할 수 있다.
제2 양자광원(160)은, 매질로 사용되는 알칼리 원자 혹은 알칼리 원자 앙상블(161), 외부 공진기형 다이오드 레이저(ECDL)(162), 1/2λ-위상지연판(H)(163), 및 1/4λ-위상지연판(Q)(164)을 포함하여 구성할 수 있다.
측정모듈(170)은 제1 및 제2 양자광원(150, 160)과 광케이블(180)로 연결되어, 제1 및 제2 양자광원(150, 160)에서 생성되는 광자들의 쌍을 이용한 HOM 간섭 측정을 수행하는데 이용된다.
일례로, 측정모듈(170)은 빔분할기(BS)(171), 단일 광자 검출기(SPD)(172), 및 시간-상관 단일 광자 계수기(TCSPC)(173)를 포함하여 구성할 수 있다.
빔분할기(BS)(171)는 제1 양자광원(150)으로부터 입사되는 제1 광자와 제2 양자광원(160)으로부터 입사되는 제2 광자를 수신하고, 수신된 제1 광자와 제2 광자를 각각 분할하고, 분할된 분할광자들을 중첩해 새로운 단일광자를 생성한다.
예를 들어, 빔분할기(BS)(171)는 50:50 비편광 빔분할기로 구현될 경우, 수신된 제1 광자와 제2 광자를 반반씩 분할하여, 제1 광자에서 분할된 절반의 분할광자와 제2 광자에서 분할된 절반의 분할광자를 중첩시켜 제1 단일광자를 생성하고, 제1 광자에서 분할된 다른 절반의 분할광자와 제2 광자에서 분할된 다른 절반의 분할광자를 중첩시켜 제2 단일광자를 생성할 수 있다.
단일 광자 검출기(SPD)(172)는, 빔분할기(BS)(171)에 의해 생성되는 단일광자를 검출한 신호를 출력한다.
일례로, 단일 광자 검출기(SPD)(172)는 2개의 단일 광자 검출기(SPD1, SPD2)로 구현될 경우, 단일 광자 검출기(SPD1)는 상기 제1 단일광자를 검출한 신호를 출력하고, 상기 제2 단일광자를 검출한 신호를 출력할 수 있다.
상기 제1 단일광자와 제2 단일광자에는, 제1 및 제2 양자광원(150, 160)에서 생성되어 온 제1 광자와 제2 광자가 절반씩 포함되어 있으므로, 빔분할기(BS)(171)에 의해 생성된 상기 제1 단일광자와 제2 단일광자를 단일 광자 검출기(SPD1)와 단일 광자 검출기(SPD2)에서 각각 검출하는 것에 의해, 제1 광자와 제2 광자를 반반씩 체크할 수 있게 된다.
시간-상관 단일 광자 계수기(TCSPC)(173)는 단일 광자 검출기(SPD)(172)로부터 출력된 상기 단일광자를 검출한 신호를 분석하여 HOM 간섭무늬를 측정한다.
일례로, 시간-상관 단일 광자 계수기(TCSPC)(173)는 단일 광자 검출기(SPD1)에서 출력되는 신호를 분석하여 상기 제1 단일광자를 카운트하는 동안, 단일 광자 검출기(SPD2)에서의 신호 출력을 중지할 수 있다.
또한, 시간-상관 단일 광자 계수기(TCSPC)(173)는 단일 광자 검출기(SPD2)에서 출력되는 신호를 분석하여 상기 제2 단일광자를 카운트하는 동안, 단일 광자 검출기(SPD1)에서의 신호 출력을 중지할 수 있다.
즉, 시간-상관 단일 광자 계수기(TCSPC)(173)는 단일 광자 검출기(SPD1)와 단일 광자 검출기(SPD2)에서 출력되는 신호를 시간차를 두고 교대로 분석하여, 시간과 상관관계를 가지는 단일광자를 이용한 HOM 간섭 측정을 수행할 수 있다.
이처럼, 시간-상관 단일 광자 계수기(TCSPC)(173)는 독립적인 두 양자광원(150, 160)으로부터의 연속파 결맞음 광자(CWCPs)에 시간 분해 측정 기술을 적용하여 HOM 간섭무늬의 측정을 수행하므로, 각각의 양자광원(150, 160)에서 빔분할기(BS)까지의 광 경로 길이 차이에 제한없이, 즉, 광섬유 케이블의 길이에 무관하게 일정 비율 이상의 가시도를 가지는 HOM 간섭무늬를 측정할 수 있다.
이를 통해, 시간-상관 단일 광자 계수기(TCSPC)(173)는 서로 독립적인 양자광원(150, 160)에서 발생되는 연속파 결맞음 광자(CWCP)에 대해, 양자중계기를 사용하지 않는 장거리 양자통신에 충분히 활용 가능한 성능을 가진 것으로 검증할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 공간적으로 분리되어 독립적으로 동작하는 복수의 양자광원에서 방출되는 양자 상태의 광자들을 각각 주파수 안정화시켜 발진하고, 복수의 양자광원 각각에 연결된 일정 길이의 광섬유 케이블을 통해 입사되는 광자들의 쌍을 검출해 HOM 간섭 측정이 가능한지 검증함으로써, 양자중계기를 사용하지 않는 장거리 양자통신에 활용될 수 있는 연속파 결맞음 광자(continuous-wave coherent photon, CWCP)를 안정적으로 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 원자의 미세한 전이선을 사용하여 서로 독립적으로 동작하는 복수의 양자광원에서의 주파수를 안정화함으로써, 원자의 전이선에 해당하는 정밀도로 주파수의 안정성을 확보할 수 있고, 복수의 양자광원 간 분리된 거리에 관계없이 주파수의 안정화된 연속파 결맞음 광자(CWCP)를 안정적으로 제공할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템(이하, 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템')(300)은, 제1 양자광원(310), 제2 양자광원(320), 측정모듈(330) 및 광섬유 케이블(340)을 포함하여 구성할 수 있다.
제1 양자광원(310)과 제2 양자광원(320)은, 공간적으로 분리되어 독립적으로 동작한다.
즉, 제1 양자광원(310)과 제2 양자광원(320)은, 알칼리 원자(예, 루비듐(Rb)) 혹은 알칼리 원자 앙상블을 매질로서 사용하고, 두 개의 외부 공진기형 다이오드 레이저(ECDL1, ECDL2)에 의해 정해진 공진 주파수에 따라 방출되는 레이저 광을 상기 매질에 통과시키고, 상기 매질을 통과한 레이저 광을, 선정된 변조 분광법(Modulation spectroscopy)에 따라 분광하여, 양자 상태의 광자를 각각 생성할 수 있다.
일례로, 도 3에 도시된 것처럼, 제1 양자광원(310)은 포화 흡수 분광법(SAS)에 따라 레이저 광을 분광하고, 제1 양자광원(310)으로부터 일정 거리 분리된 제2 양자광원(320)은 편광 분광법(PS)에 따라 레이저 광을 분광하여, 제1 양자광원(310)과 제2 양자광원(320)에서 서로 상이한 변조 분광법에 따라 독립적으로 광자 생성이 수행되도록 할 수 있다.
한편, 실시예에 따라, 제1 양자광원(310)과 제2 양자광원(320)은, 동일한 변조 분광법에 따라 광자 생성을 수행할 수도 있고, 제1 양자광원(310)과 제2 양자광원(320) 간 분리되는 거리는 특별히 제한되지 않는다.
본 명세서에서 제1 양자광원(310)과 제2 양자광원(320)이 공간적으로 분리되어 독립적으로 동작한다는 것은, 광자 생성을 독립적으로 수행한다는 의미 외에도, 제1 양자광원(310)과 제2 양자광원(320)에서 서로 다른 변조 분광법에 따라 광자를 생성할 경우 제1 양자광원(310)과 제2 양자광원(320)에서 각기 다른 방식으로 주파수 안정화를 독립적으로 수행한다는 의미도 포함할 수 있다.
한편, 공간적으로 분리된 제1 양자광원(310)과 제2 양자광원(320)을 통해 두 개의 연속파 결맞음 광자(CWCPs)을 이용하여 HOM 간섭무늬를 측정할 수 있으려면, 제1 양자광원(310)과 제2 양자광원(320)에서 주파수(스펙트럼), 공간 모드, 및 편광 상태가 동일하도록 제어할 필요가 있다.
먼저, 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템(300)은, 제1 양자광원(310)과 제2 양자광원(320)으로부터 광자가 입사될 때 사용하는 케이블(340)을 광 섬유로 된 케이블로 구현하는 것으로, 제1 양자광원(310)과 제2 양자광원(320)에서의 공간 모드를 동일한 조건으로 할 수 있다.
또한, 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템(300)은, 제1 양자광원(310)과 제2 양자광원(320)에서 생성된 광자의 쌍을 발진 시, 1/2λ-위상지연판(H) 및 1/4λ-위상지연판(Q)을 통해 편광 제어하여, 제1 양자광원(310)과 제2 양자광원(320)에서의 편광 상태를 동일한 조건으로 할 수 있다.
또한, 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템(300)은, 제1 양자광원(310)과 제2 양자광원(320)에서 사용하는 변조 분광법에 따라 주파수 제어하여, 제1 양자광원(310)과 제2 양자광원(320)에서의 주파수(스펙트럼)를 동일한 조건으로 할 수 있다.
예를 들면, 도 3에 도시된 것처럼, 제1 양자광원(310)에서 포화 흡수 분광법(SAS)에 따라 레이저 광을 분광 제어하고, 제2 양자광원(320)에서 편광 분광법(PS)에 따라 레이저 광을 분광 제어하고 있을 경우, 제1 양자광원(310)에서는 주파수 변조에 의해 얻어진 에러-신호(error-signal) 잠금을 통해 주파수를 안정화(Frequency stabilization)시키지만, 제2 양자광원(320)에서는 편광 분광법(PS)의 오프셋 잠금을 이용하여 원자의 고정밀 스펙트럼으로 개별적으로 주파수 안정화시킬 수 있다.
이에 따라, 제1 양자광원(310)과 제2 양자광원(320)에서의 주파수(스펙트럼), 공간 모드, 및 편광 상태가 동일해진 상태에서, 제1 양자광원(310)과 제2 양자광원(320)으로부터 발진되는 광자의 쌍을 이용해 HOM 간섭무늬의 측정을 수행할 수 있게 된다.
측정모듈(330)은, 공간적으로 분리되어 독립적으로 동작하는 제1 양자광원(310) 및 제2 양자광원(320)으로부터 광섬유 케이블(340)을 통해 입사되는 광자들의 쌍, 즉, 두 개의 연속파 결맞음 광자(CWCPs)을 이용하여 HOM 간섭무늬를 측정하고, 측정된 HOM 간섭무늬의 가시도에 따라, 두 개의 연속파 결맞음 광자(CWCPs)의 성능을 검증한다.
도 3에 도시된 것처럼, 측정모듈(330)은, 편광판(P), 비편광 빔분할기(BS), 복수의 단일 광자 검출기(SPD1, SPD2), 및 시간-상관 단일 광자 계수기(TCSPC)를 포함하여 구성할 수 있다.
편광판(P)은, 일정 길이의 광섬유 케이블(340)을 통해 제1 양자광원(310)으로부터 입사되는 제1 광자 및 제2 양자광원(320)으로부터 입사되는 제2 광자를 수신한다.
비편광 빔분할기(BS)는 수신된 제1 광자와 제2 광자를 각각 분할하고, 분할된 분할광자들을 중첩해 새로운 단일광자를 생성한다. 단일 광자 검출기(SPD1, SPD2)는 상기 단일광자를 검출한 신호를 각각 출력한다.
예를 들어, 비편광 빔분할기(BS)는 50:50 비편광 빔분할기로 구현될 경우, 수신된 제1 광자와 제2 광자를 반반씩 분할하여, 제1 광자에서 분할된 절반의 분할광자와 제2 광자에서 분할된 절반의 분할광자를 중첩시켜, 새로운 단일광자를 생성할 수 있고, 이에 따라, 단일 광자 검출기(SPD1)와 단일 광자 검출기(SPD2)는 제1 광자와 제2 광자를 반반씩 체크할 수 있게 된다.
시간-상관 단일 광자 계수기(TCSPC)는, 단일 광자 검출기(SPD1)와 단일 광자 검출기(SPD2)에서 출력되는 신호를 교대로 분석하여, 시간과 상관관계를 가지는 단일광자를 이용한 HOM 간섭 측정을 수행한다.
도 3에 도시된 것처럼, 시간-상관 단일 광자 계수기(TCSPC)는, 일정 시간 동안 단일 광자 검출기(SPD1)에서 출력되는 신호를 분석하여, 단일 광자 검출기(SPD1)에 의해 검출된 단일광자를 카운트하고, 일정 시간 경과 후에 단일 광자 검출기(SPD2)에서 출력되는 신호를 분석하여, 단일 광자 검출기(SPD2)에 의해 검출된 단일광자를 카운트하고, 이를 이용해 HOM 간섭무늬를 측정하여, 도 6과 같이 HOM 간섭무늬를 가시화할 수 있다.
여기서 측정된 HOM 간섭무늬의 가시도가 일정 비율 이상이면, 측정모듈(330)은 제1 양자광원(310) 및 제2 양자광원(320)에서 생성된 연속파 결맞음 광자(CWCPs)에 대해, 양자중계기를 사용하지 않는 장거리 양자통신에 활용 가능한 것으로서 성능을 검증할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템에서, 제1 및 제2 양자광원에서 상이한 변조 분광법에 따라 분광하여 얻어진 분광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 4의 (a)에는, 도 3의 제1 양자광원(310)의 ECDL1에서 포화 흡수 분광법(SAS)에 따라 레이저 광을 분광 제어해서 얻어지는 SAS 스펙트럼에서 주파수 안정화시키는 일례가 도시되어 있다.
도 4의 (b)에는, 도 3의 제2 양자광원(320)의 ECDL2에서 편광 분광법(PS)에 따라 레이저 광을 분광 제어해 얻어지는 PS 스펙트럼에서 주파수 안정화시키는 일례가 도시되어 있다.
도 4의 (a)와 (b)에서는,
Figure 112021017919699-pat00001
전이에 의한 광학적 주파수인 384,228,115 MHz(화살표 표시)에서 주파수 안정화되는 것을 나타내고 있다.
본 발명에서는, 독립적인 두 ECDLs인 CWCP 광원(제1 및 제2 양자광원)은 초미세구조의 원자 전이선을 이용한 주파수 안정화를 통한 동일한 주파수 발생 및 고주파 안정성을 갖는 광자의 이점을 지닌다.
두 CWCPs는 공간 모드를 일치시키기 위해 두 개의 단일 모드 광섬유를 통과한 후, 50:50 비편광 빔분할기(BS)에 입사한다. 두 입사하는 광자의 편광은 단일 모드 광섬유 입구에 위치한 1/2λ -위상지연판(half-wave plate, H)과 1/4λ-위상지연판(quarter-wave plate, Q)으로 제어된다. 빔분할기(BS)를 통과한 후 중첩된 두 광자는 2개의 단일 모드 광섬유와 연결된 단일 광자 검출기(single-photon detector, SPD)를 통하여 검출된다.
두 SPDs의 출력 신호는 시간-상관 단일 광자 계수기(time-correlated single-photon counter, TCSPC)에 도달하고, 시간 분해 방법(time-resolved measurement)으로 두 독립적인 CWCPs의 HOM 간섭이 측정된다.
두 독립적인 CWCPs의 HOM 간섭무늬를 효과적으로 관측하기 위해서 두 개의 독립적인 레이저에서 생성되는 광자가 구별을 할 수 없어야 한다. 이러한 구별 불가능한 두 CWCPs는, 빔분할기(BS)의 두 입력 포트에서 동일한 스펙트럼, 공간 모드 및 편광 상태를 가져야 한다. 특히, 고분해능 주파수 안정화 기술을 적용하여 두 CWCPs의 스펙트럼 특성을 안정적이고 정확하게 제어하는 것이 중요하다.
따라서 본 발명에서는 두 ECDLs 사이의 비트 신호(beat signal)를 이용하여 두 결맞음 광원 사이의 상호 스펙트럼(the mutual spectrum)을 측정하고, 두 ECDLs이 자유 실행 모드(the free-running mode)에서 작동할 때, 비트(beat) 스펙트럼의 폭은 좁은 결맞음 광원의 스펙트럼 폭에 해당하는 ~1MHz로 측정한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템에서, 제1 및 제2 양자광원에서 주파수 제어를 통해 얻어진 주파수 안정화된 밀도 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 5의 (a)는, 제1 양자광원(310)의 ECDL1에서 주파수 변조를 통한 SAS의 error-signal 잠금에 의해 주파수 안정화된 밀도 스펙트럼 일례를 도시하고 있다.
도 5의 (a)에서 실선 곡선으로 표시한 것처럼, 스펙트럼은 폭이 대략 5.2MHz의 거의 직사각형 모양을 나타내며, 변조 주파수가 1KHz 이고 변조 폭이 ~4MHz일 때 정사각형 모양을 나타낼 수 있다.
도 5의 (b)는, 제2 양자광원(320)의 ECDL2에서 PS의 오프셋 잠금을 통해 주파수 안정화된 밀도 스펙트럼 일례를 도시하고 있다.
도 5의 (b)에서 실선 곡선으로 표시한 것처럼, 스펙트럼은 폭이 대략 2.2MHz의 거의 로렌츠 형태를 나타내는 것을 확인할 수 있으며, 스펙트럼 대역폭은 PS 오프셋 잠금으로 인하여 자유 실행 모드에서 제1 양자광원(310)의 ECDL1의 경우 보다 더 넓어질 수 있다.
한편, 두 독립적인 연속파 결맞음 광자(CWCPs)가 빔분할기(BS)에 입사할 경우, 시간 지연 함수(
Figure 112021017919699-pat00002
)로서 동시 계수 확률은 수식 1과 같이 표현될 수 있다.
[수식 1]
Figure 112021017919699-pat00003
수식 1에서,
Figure 112021017919699-pat00004
는 HOM의 간섭무늬의 가시도를 나타내며, 이는 고전적인 광원인 경우, 최대 0.5로 제한될 수 있다. 또한,
Figure 112021017919699-pat00005
은 두 CWCPs 사이의 상호 결맞음 함수이고,
Figure 112021017919699-pat00006
은 두 CWCPs 사이의 주파수 차이를 나타낸다.
HOM 간섭무늬의 모양과 폭은, 도 5의 (a)와 (b)에 도시된 두 CWCPs의 스펙트럼 특성을 결합해 결정될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템에서, 독립적인 두 연속파 결맞음 광자(CWCPs)의 HOM 간섭 무늬의 일례를 도시한 도면이다.
도 6에 도시된 HOM 간섭 무늬(610)는, 도 5에 도시된 스펙트럼의 특성으로 주파수 안정화된 독립적인 두 CWCPs를 이용하여 측정된 시간-분해 HOM 간섭무늬로서,
Figure 112021017919699-pat00007
=0일 때의 이론적 곡선 피팅을 나타내고 있다.
도 6에서 가로축은 두 단일 광자 검출기 사이의 감지 시간 지연(Time delay)을 나타내며, 타임 빈(time-bin)은 0.5ns로 설정되고 있다. 200초 이상 누적된 동시 계수 비율은, 상호 결맞음 시간 보다 훨씬 긴 시간 지연을 확실히 하기 위해 '1'로 정규화될 수 있다. 이 경우, HOM 간섭무늬(610)의 가시도는 0.432 ± 0.002, 폭은 296 ± 2ns 로 추정될 수 있다.
이하에서는 PS 스펙트럼의 오프셋 조정을 통해 도 3의 제2 양자광원(320)의 ECDL2의 광 주파수를 변경하여 HOM 간섭무늬를 측정하는 과정을 설명한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템에서, 주파수 안정화를 위해 주파수 잠금하는 지점에 따라 측정되는 HOM 간섭무늬를 도시한 도면이다.
도 7의 (a)는, PS 스펙트럼과 주파수 안정화를 위해 주파수 잠금하는 3가지 지점(점선과의 교차점)(701, 702, 703)을 나타내고, 도 7의 (b), (c), (d)는, 주파수 잠금하는 지점(701, 702, 703)에 따른 다른 오프셋 주파수에 대한 두-광자 비트(beat) 무늬(HOM 간섭무늬)를 나타낸다.
일례로, 도 7의 (b)는 지점(701)에서 주파수 잠금할 때, 즉,
Figure 112021017919699-pat00008
= +3.5 MHz일 때의 두-광자 비트 무늬를 나타내고, 도 7의 (c)는 지점(702)에서 주파수 잠금할 때, 즉,
Figure 112021017919699-pat00009
= 0일 때의 두-광자 비트 무늬를 나타내고, 도 7의 (d)는 지점(703)에서 주파수 잠금할 때, 즉,
Figure 112021017919699-pat00010
= -3.5 MHz일 때의 두-광자 비트 무늬를 나타낸다.
도 7의 (b), (c) 및 (d)를 비교하면, 중심 주파수 차이가 개별 결맞음 광원의 스펙트럼 대역폭 보다 크더라도, 비트 무늬의 가시도는 저하되지 않음을 알 수 있다. 즉, 도 7에 의해서는 제1 및 제2 양자광원(310, 320) 간 분리된 거리와 관계없이 안정적으로 HOM 간섭 측정이 가능함을 알 수 있다.
도 5의 (a)와 같이 포화 흡수 분광법(SAS)에 따라 변조된 경우 SAS의 error-signal 잠금에 의해 느리게 변조된 주파수로 인해, 도 7의 (b)~(d)에 도시된 간섭무늬의 이론적 적합도는 실제와 정확하게 일치하는 모양을 가지지 않을 수 있다. 이 점을 고려하여 원자 전이선을 기준으로 로컬 및 원격 주파수 안정화를 통해 두 독립적인 CWCPs를 안정적으로 준비할 수 있으며, 이는 광원의 분리된 거리와 관계없이 안정적으로 HOM 간섭을 측정하는데 유용하다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템에서, 독립적인 두 연속파 결맞음 광자(CWCPs)의 광 경로 차로 인한 시간 지연(Time delay)을 가지는 HOM 간섭 무늬의 일례를 도시한 도면이다.
도 8에서는 독립적이고 좁은 대역폭을 가진 두 CWCPs이 빔분할기(BS)의 입력 포트에서 간섭하는 두 광자 사이의 임의의 시간지연에 영향을 받는지 확인하기 위해, ECDL1의 경로에 단일 모드 광섬유 스풀(spool)(200m, 400m, 600m)을 추가하여 빔분할기(BS)까지 3개의 광 지연경로에 대한 HOM 간섭무늬를 측정한 일례를 도시한다.
도 8의 (a), (b), (c), (d)는 단일 모드 광섬유의 길이가 각각 0 m, 200 m, 400 m, 600 m일 때 독립적인 두 CWCPs 사이의 광 경로 차로 인해 시간 지연을 가지는 HOM 간섭 무늬를 나타낸다.
도 8의 (a)~(d)에 도시한 HOM 간섭 무늬는, 상술한 도 6의 HOM 간섭 무늬(610)를 측정할 때와 같은 조건에서 측정되고, 광 경로 길이 차이로 인한 빔분할기(BS)의 입력시간 지연은 개별 CWCP의 결맞음 길이 보다 훨씬 길지만 HOM 간섭은 여전히 나타나며 가시도에도 변화가 없음을 알 수 있다.
HOM 간섭을 관측하기 위해 독립적인 두 CWCPs를 이용하는 경우, 두 광자 간의 상대 위상은 무작위적이지만, 간섭을 관측하기 위해 시간 분해 측정 기술을 사용하면 각각의 양자광원에서 빔분할기(BS)까지의 광 경로 길이 차이에 제한이 없다. 이는, 상호 결맞음이 빔분할기(BS)의 두 입력 포트 중 하나에서 단일 광자의 검출에 의해 결정된 중첩 상태의 빔분할기(BS) 출력 광자의 일시적인 1차 결맞음 정도에 의해 정의되기 때문이다.
이처럼 본 발명에 의하면, 복수의 양자광원 각각에 연결된 광섬유 케이블의 길이에 무관하게 HOM 간섭무늬의 측정이 가능하므로, 서로 독립적인 양자광원에서 발생되는 연속파 결맞음 광자(CWCP)를 양자중계기를 사용하지 않는 장거리 양자통신에 충분히 활용할 수 있게 된다.
따라서 본 발명에서 제안하는 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템(100)을 통해서는, 양자광원 간 분리된 거리나 양자광원에 연결된 광섬유 케이블의 길이에 따른 광 지연 경로에 관계없이 HOM 간섭무늬의 측정이 가능하여 보다 다양한 환경에서 양자통신에 활용 가능한 연속파 결맞음 광자(CWCP)를 제공할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
본 실시예에 따른 장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 방법은, 상술한 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템(100)에 의해 수행될 수 있다.
도 9를 참조하면, 단계(910)에서, 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템(100)은 알칼리 원자 혹은 알칼리 원자의 앙상블을 매질로서 사용하는 제1 양자광원을 통해 양자 상태의 광자를 생성한다.
단계(920)에서, 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템(100)은 상기 제1 양자광원과 공간적으로 분리된 제2 양자광원을 통해, 양자 상태의 광자를 더 생성한다.
단계(930)에서, 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템(100)은 제1 및 제2 양자광원에서 동일한 조건에서 HOM 간섭 측정이 가능해지도록, 제1 및 제2 양자광원에 대해 주파수 제어, 편광 제어, 및 공간모드 제어를 실시한다.
예를 들어 도 3을 참조하면, 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템(100, 300)은 제1 양자광원(310)에서 포화 흡수 분광법(SAS)에 따라 레이저 광을 분광 제어하고, 제2 양자광원(320)에서 편광 분광법(PS)에 따라 레이저 광을 분광 제어하는 경우, 제1 양자광원(310)에서는 SAS에 의해 얻어진 에러-신호(error-signal) 잠금을 통해 주파수를 안정화하고, 제2 양자광원(320)에서는 PS의 오프셋 잠금을 이용하여 원자의 고정밀 스펙트럼으로 개별적으로 주파수 안정화할 수 있다.
이처럼 본 발명에 의하면 원자의 미세한 전이선을 사용하여 서로 독립적으로 동작하는 복수의 양자광원에서의 주파수를 안정화함으로써, 원자의 전이선에 해당하는 정밀도로 주파수의 안정성을 확보할 수 있고, 복수의 양자광원 간 분리된 거리에 관계없이 주파수의 안정화된 연속파 결맞음 광자(CWCP)를 안정적으로 제공할 수 있다.
단계(940)에서, 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템(100)은 독립적으로 주파수 안정화되는 상기 제1 및 제2 양자광원에 의해 생성된 광자 쌍을, 연속파 결맞음 광자(CWCP)로서 발진시킨다.
단계(950)에서, 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템(100)은 연속파 결맞음 광자(CWCP)를 광섬유 케이블을 이용해 일정 거리 이동시킨 후 검출하여 HOM 간섭무늬를 측정한다.
상기 단계(950)에서 측정된 HOM 간섭무늬의 가시도가 일정 비율 이상이면, 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템(100)은 제1 및 제2 양자광원의 독립적인 동작에 의해 발진되는 연속파 결맞음 광자(CWCP)를, 양자중계기를 사용하지 않는 장거리 양자통신에 활용 가능한 연속파 결맞음 광자(CWCP)로서 검증할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 공간적으로 분리되어 독립적으로 동작하는 복수의 양자광원에서 방출되는 양자 상태의 광자들을 각각 주파수 안정화시켜 발진하는 발진 시스템의 제공을 통해, HOM 간섭을 측정 가능하여 광자 기반 양자통신에 활용될 수 있는 연속파 결맞음 광자(continuous-wave coherent photon, CWCP)를 제공할 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.
100: 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템
110: 생성부
120: 발진부
130: 간섭 측정부
131: 분할부
132: 검출부
133: 분석부
140: 조건 제어부
141: 주파수 제어부
142: 편광 제어부
143: 공간모드 제어부
150: 제1 양자광원
160: 제2 양자광원
170: 측정모듈

Claims (16)

  1. 알칼리 원자 혹은 알칼리 원자의 앙상블(Ensemble)을 매질로서 내부에 포함하는 제1 양자광원으로부터, 양자 상태의 광자(Photon)를 생성하는 단계;
    상기 제1 양자광원과 같은 매질을 내부에 포함하는, 상기 제1 양자광원과 공간적으로 분리된 제2 양자광원으로부터, 양자 상태의 광자를 더 생성하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2 양자광원에 의해 생성된 광자들을 커플링한 광자 쌍을, 양자통신을 위한 연속파 결맞음 광자(CWCP)로서 발진시키는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 양자광원으로부터, 양자 상태의 광자를 생성하는 단계는,
    상기 제1 양자광원에 구비된 외부 공진기형 다이오드 레이저(ECDL)에 의해, 정해진 공진 주파수에 따라 방출되는 레이저 광을, 상기 매질에 통과시키는 단계; 및
    상기 매질을 통과한 레이저 광을, 포화 흡수 분광법(SAS), 편광 분광법(PS), 및 흡수 분광법 중 적어도 하나로 선정된 변조 분광법(Modulation spectroscopy)에 따라 분광하여, 상기 양자 상태의 광자를 생성하는 단계
    를 포함하는 장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 양자광원으로부터, 양자 상태의 광자를 더 생성하는 단계는,
    상기 제2 양자광원에 구비된 외부 공진기형 다이오드 레이저(ECDL)에 의해 방출되는 레이저 광을, 상기 제2 양자광원 내 상기 매질에 통과시키는 단계; 및
    상기 매질을 통과한 레이저 광을, 상기 제1 양자광원과 상이한 변조 분광법에 따라 분광하여, 상기 양자 상태의 광자를 더 생성하는 단계
    를 포함하는 장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연속파 결맞음 광자 발진 방법은,
    상기 매질을 통과한 레이저 광을 선정된 변조 분광법에 따라 분광하여 얻어진 분광 스펙트럼으로부터 확인되는 공진 주파수를, 상기 외부 공진기형 다이오드 레이저(ECDL)로 피드백 하는 단계; 및
    상기 피드백된 공진 주파수가 상기 정해진 공진 주파수와 상이하면,
    상기 외부 공진기형 다이오드 레이저(ECDL)에서의 레이저 광을 방출하는 공진 주파수를 제어하는 단계
    를 더 포함하는 장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 양자광원의 각각에는, 1/2λ-위상지연판(H) 및 1/4λ-위상지연판(Q)이 구비되고,
    상기 연속파 결맞음 광자 발진 방법은,
    상기 1/2λ-위상지연판(H) 및 1/4λ-위상지연판(Q)을 통해, 상기 제1 및 제2 양자광원에 의해 생성된 광자들의 편광 상태가 동일(coherence)하도록 편광 제어를 실시함으로써, 상기 광자 쌍을 커플링하는 단계
    를 더 포함하는 장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연속파 결맞음 광자 발진 방법은,
    상기 제1 양자광원과 연결된 광섬유 케이블을 통해 빔분할기(BS)로 입사하는 제1 광자를, 상기 빔분할기(BS)에 의해 분할하는 단계;
    상기 제2 양자광원과 연결된 광섬유 케이블을 통해 상기 빔분할기(BS)로 입사하는 제2 광자를, 상기 빔분할기(BS)에 의해 분할하는 단계;
    상기 제1 광자로부터 분할된 분할광자와 상기 제2 광자로부터 분할된 분할광자를 하나로 중첩해 생성한 단일광자를, 복수의 단일 광자 검출기(SPD) 각각에 의해 검출하는 단계; 및
    상기 검출에 따라, 상기 복수의 단일 광자 검출기(SPD) 각각에서 출력되는 신호를, 시간-상관 단일 광자 계수기(TCSPC)를 통해 분석함으로써, 상기 연속파 결맞음 광자(CWCP)에 관한 HOM 간섭 측정을 수행하는 단계
    를 더 포함하는 장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 HOM 간섭 측정을 수행하는 단계는,
    상기 시간-상관 단일 광자 계수기(TCSPC)를 통해, 상기 복수의 단일 광자 검출기(SPD) 중 어느 하나의 단일 광자 검출기(SPD)에서 출력되는 신호를, 정해진 시간 단위로 교대로 분석하여, 시간과 상관관계를 가지는 단일광자를 이용한 HOM 간섭 측정을 수행하는 단계
    를 포함하는 장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 연속파 결맞음 광자 발진 방법은,
    상기 광섬유 케이블의 길이를 n배(상기 n은 2 이상의 자연수) 증가시켜 조정한 이후, 각각의 단일 광자 검출기(SPD)에서 출력되는 신호를 이용하여, 상기 연속파 결맞음 광자(CWCP)에 관한 HOM 간섭 측정이 가능한지 확인하는 단계; 및
    상기 HOM 간섭 측정이 가능한 경우, 상기 광섬유 케이블의 길이에 상응하는 장거리의 양자통신 구현 가능에 대한 결과값을 출력하는 단계
    를 더 포함하는 장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 연속파 결맞음 광자 발진 방법은,
    상기 제1 양자광원과 연결된 광섬유 케이블과, 상기 제2 양자광원과 연결된 광섬유 케이블의 종류와 길이를 동일하게 구현함으로써, 양자간섭 측정에 영향을 주는 요인 중 하나인 공간모드가, 상기 제1 및 제2 양자광원에 있어서 동일해지도록 제어하는 단계
    를 더 포함하는 장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 방법.
  10. 제1항, 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
  11. 알칼리 원자 혹은 알칼리 원자의 앙상블을 매질로서 내부에 포함하는 제1 양자광원으로부터, 양자 상태의 광자를 생성하고, 상기 제1 양자광원과 같은 매질을 내부에 포함하는, 상기 제1 양자광원과 공간적으로 분리된 제2 양자광원으로부터, 양자 상태의 광자를 더 생성하는 생성부; 및
    상기 제1 및 제2 양자광원에 의해 생성된 광자들을 커플링한 광자 쌍을, 양자통신을 위한 연속파 결맞음 광자(CWCP)로서 발진시키는 발진부
    를 포함하고,
    상기 제1 양자광원에는, 정해진 공진 주파수에 따라, 레이저 광을 방출하는 외부 공진기형 다이오드 레이저(ECDL)가 구비되고,
    상기 생성부는,
    상기 외부 공진기형 다이오드 레이저(ECDL)에 의해 방출되는 레이저 광을, 상기 매질에 통과시키고,
    상기 매질을 통과한 레이저 광을, 포화 흡수 분광법(SAS), 편광 분광법(PS), 및 흡수 분광법 중 적어도 하나로 선정된 변조 분광법에 따라 분광하여, 상기 양자 상태의 광자를 생성하는
    장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서,
    상기 생성부는,
    상기 제2 양자광원에 구비된 외부 공진기형 다이오드 레이저(ECDL)에 의해 방출되는 레이저 광을, 상기 제2 양자광원 내 상기 매질에 통과시키고,
    상기 매질을 통과한 레이저 광을, 상기 제1 양자광원과 상이한 변조 분광법에 따라 분광하여, 상기 양자 상태의 광자를 더 생성하는
    장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템은,
    상기 매질을 통과한 레이저 광을 선정된 변조 분광법에 따라 분광하여 얻어진 분광 스펙트럼으로부터 확인되는 공진 주파수를, 상기 외부 공진기형 다이오드 레이저(ECDL)로 피드백 하고, 상기 피드백된 공진 주파수가 상기 정해진 공진 주파수와 상이하면, 상기 외부 공진기형 다이오드 레이저(ECDL)에서의 레이저 광을 방출하는 공진 주파수를 제어하는 주파수 제어부
    를 더 포함하는 장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템은,
    상기 연속파 결맞음 광자(CWCP)에 관한 HOM 간섭 측정을 수행하는 간섭 측정부
    를 더 포함하고,
    상기 간섭 측정부는,
    상기 제1 양자광원과 연결된 광섬유 케이블을 통해 빔분할기(BS)로 입사하는 제1 광자를, 상기 빔분할기(BS)에 의해 분할하고, 상기 제2 양자광원과 연결된 광섬유 케이블을 통해 상기 빔분할기(BS)로 입사하는 제2 광자를, 상기 빔분할기(BS)에 의해 분할하는 분할부;
    상기 제1 광자로부터 분할된 분할광자와 상기 제2 광자로부터 분할된 분할광자를 하나로 중첩해 생성한 단일광자를, 복수의 단일 광자 검출기(SPD) 각각에 의해 검출하는 검출부; 및
    상기 검출에 따라, 상기 복수의 단일 광자 검출기(SPD) 각각에서 출력되는 신호를, 시간-상관 단일 광자 계수기(TCSPC)를 통해 분석함으로써, 상기 연속파 결맞음 광자(CWCP)에 관한 HOM 간섭 측정을 수행하는 분석부
    를 포함하는 장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 분석부는,
    상기 시간-상관 단일 광자 계수기(TCSPC)를 통해, 상기 복수의 단일 광자 검출기(SPD) 중 어느 하나의 단일 광자 검출기(SPD)에서 출력되는 신호를, 정해진 시간 단위로 교대로 분석하여, 시간과 상관관계를 가지는 단일광자를 이용한 HOM 간섭 측정을 수행하는
    장거리 양자통신용 원자의 전이선에 안정화된 독립적인 결맞음 광원 생성 시스템.
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