광 펄스와 광자 기반 양자컴퓨팅의 관계

 

100ps 펄스는 **양자컴퓨팅(Quantum Computing)**과도 깊은 기술적 연관을 가지고 있으며, 특히 광자 기반 양자컴퓨팅(Photonic Quantum Computing) 및 초전도 큐비트 시스템, 양자 인터커넥트에서 핵심 역할을 수행합니다. 아래에 그 관계를 과학적이고 체계적으로 정리합니다.

 

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🔷 1. 광 펄스와 광자 기반 양자컴퓨팅의 관계

✅ (1) 광자 큐비트 구현

• 양자 정보는 광자의 편광, 위상, 시간 모드(Time-bin), 경로(Path) 등을 이용해 큐비트로 인코딩됨
• 100ps 펄스는 시간모드 큐비트(Time-bin qubit) 구현에 최적
  • 시간 분해 가능한 단일광자 펄스쌍 생성
  • 간섭 기반 게이트(비가역적 큐비트 변환)에 사용

✅ (2) 광자 기반 논리게이트 구현

• MZI, PBS, 위상 시프터, 비선형 소자 등을 통한 CNOT, Hadamard 등의 광 논리게이트
• 이때 펄스 간 간섭을 위해 정밀한 시간 분해력이 필요 → 100ps 펄스 적합

✅ (3) 측정 기반 양자컴퓨팅

• 단일광자 검출 기반 프로젝션 연산 시 100ps 펄스는 **Time-Correlated Single Photon Counting (TCSPC)**을 통해 고정밀 큐비트 판독 가능

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🔷 2. 초전도 큐비트 시스템과 100ps 펄스

✅ (1) 마이크로파 제어 펄스 생성

• 초전도 큐비트는 GHz 대역 마이크로파 펄스를 통해 제어됨
• 100ps 수준의 펄스 폭 조절로 π,π/2\pi, \pi/2 게이트 실행Gate duration∼10−100 ps⇒고속 제어에 필수\text{Gate duration} \sim 10 - 100\,\text{ps} \Rightarrow \text{고속 제어에 필수}

✅ (2) 양자 제어 및 디콰런트 억제

• 짧은 펄스는 **디코히런스 시간(T₂)**보다 짧아야 고충실도 구현 가능
• 100ps 제어펄스는 고속 Rabi 진동, Landau-Zener 제어 등에 사용

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🔷 3. 양자 네트워크 및 인터커넥트

✅ (1) 양자 메모리 ↔ 양자 프로세서 연결

• 시간 동기화된 100ps 펄스를 통해 광 기반 양자 메모리와 프로세서 간 큐비트 전송 가능

✅ (2) 양자 중계기 및 인터페이스

• 100ps 펄스를 이용해 다중 채널 간 분할(Time-bin multiplexing)
• Bell 상태 판별 및 간섭을 위한 펄스 정렬, 위상 정합 수행

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📌 요약 정리

적용 분야 100ps 펄스의 역할 기술적 의의

광자 큐비트	시간모드 큐비트 인코딩	간섭 기반 게이트, 단일광자 측정
광 논리게이트	정밀 펄스 동기화	경로/위상 제어
초전도 큐비트	제어 마이크로파 펄스	Rabi gate, π/2 gate
양자네트워크	인터커넥트, 동기화	Time-bin entanglement, Bell 측정
측정 시스템	TCSPC 기반 판독	고정밀 큐비트 readout

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