광자 기반 편집하기 (부분)

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= 양자 광학 =

== 큐비트==

광자란 일반적인 의미로, 빛으로서 최소 단위 에너지를 갖는 알갱이이다. 광자 기반 양자컴퓨팅에 사용되는 큐비트로는, 광자의 다양한 자유도를 이용한 여러가지 종류가 있다. 우선 선편광 중 한 축의 편광과 그에 수직한 다른 편광을 사용하는 방법이 있다. 선편광된 광자는 편광판이나 편광 빔분할기를 이용해 쉽게 만들 수 있고, 반파장판을 이용해 편광의 각도를 회전시킬 수 있으며, 다시 편광판과 측정기의 조합을 이용해 특정 편광을 측정할 수 있는 등, 큐비트 조작이 용이하기 때문에 광자 기반 양자컴퓨팅 및 기타 광자 관련 실험에 널리 쓰인다. 편광 방향은 일반적으로 광평면에 수평한 수평 방향 편광 $$\left| H \right\rangle$$ 와 그에 수직한 수직방향 편광 $$\left| V \right\rangle$$ 를 많이 사용한다. 이 경우 광자 큐비트 상태 $$\left| \psi \right\rangle$$ 는,

\[\left| \psi \right\rangle= \alpha\left| H \right\rangle + \beta\left| V \right\rangle\]

로 표현할 수 있다 (여기서 $$\alpha, \beta$$ 는 $$|\alpha|^{2} + |\beta|^{2}= 1$$ 인 복소수). 그 밖에 서로 다른 두 주파수를 큐비트의 두 상태로 정하고 이 두 주파수와 반응하는 원자나 결정을 사용하여 큐비트 조작을 하는 방법, 두 개의 공진기나 경로를 만들어놓고 광자가 둘 중 어느 쪽에 있는지를 큐비트의 상태로 이용하는 방법, 궤도 각운동량을 큐비트로써 이용하는 방법 등이 있다.

== 결맞음 상태 (Coherent State)==

결맞음 상태란, 소멸 연산자[[(annihilation operator)]] $$\widehat{a}$$ 의 고유 상태, 즉

\[\widehat{a}\left| \alpha \right\rangle= \alpha\left| \alpha \right\rangle\]

의 $$\left| \alpha \right\rangle$$ 으로 정의된다. 이 때 $$\alpha= |\alpha|e^{\text{iθ}}$$ 로 나타냈을 때 $$|\alpha|$$는 진폭, $$\theta$$는 위상이라고 부른다. 이는 고전역학에서의 조화 진동자에 있는 입자의 상태를 [[양자역학]]적으로 해석할 때 사용하기 위해 고안된 상태로, 위상공간에서는 그림 2와 같이 나타낼 수 있다. X와 P는 위상공간의 축을 만드는 쿼드러처이며, 진폭과 위상은 각각 불확정성을 갖고 있다.<ref name =Olivares> S. Olivares, Quantum optics in the phase space, The European Physical Journal Special Topics '''203''' (2012). doi:10.1140/epjst/e2012-01532-4.</ref> 결맞음 상태의 중요한 특징 중 하나는, 이 상태가 최소 불확정성 상태, 즉 $$\Delta X= \Delta P =1/2$$ 라는 점이다. 여기서 $$\text{ΔX}$$, $$\text{ΔP}$$ 또는 임의의 쿼드러처로의 불확정성을 줄이는 대신 다른 쿼드러처의 불확정성을 높인 조임 상태를 만들 수도 있다.

== 조임 상태 (Squeezed State) ==

결맞음 상태에서 하나의 쿼드러처로 불확정성을 줄인 상태를 조임상태라고 한다. 이 때 $$\Delta X\Delta P > 1/4$$ 가 되며, 양자광학에서는 일반적으로 두 광자의 조임 정도가 이 둘의 [[양자 얽힘]] 정도와 관련이 있기 때문에 중요하게 다루어진다.<ref name=Marek>P. Marek, M. Paternostro, &amp; M. S. Kim, Characterization of the entanglement of two squeezed states, Physical Review A '''74''', 032311 (2006)</ref>

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