양자 암호 통신 편집하기 (부분)

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= 양자 난수 발생기(Quantum Random Number Generator) =

난수성은 [[양자 키 분배]], [[비국소 상관관계]] 측정 등 양자 통신을 포함한 양자정보 이론의 다양한 분야에서 활용되는 자원이다. 결정론적인 알고리듬에 기반하여 난수를 생성하는 난수 발생기를 유사 난수 발생기는 PRNG(pseudo random number generator)라 한다. 이에 반하여 무작위한 물리적 과정에 기반하여 난수를 생성하는 순수 난수 발생기를 TRNG(true random number generator)라 한다. 양자 난수 발생기(quantum random number generator; QRNG)는 양자역학의 비결정론적 현상에 기반하여 난수를 생성한다.

[[File:Quantum random number generator 수정.png|none|thumb|400px|그림 2. 빔분할기(beam splitter)를 통과하는 단일 광자 경로 개요도. 경로 a, b를 통과한 광자는 각각 검출기 D1, D2에서 검출된다.
]]

양자 난수 발생기는 다양한 양자광학적 현상에 기반하여 고안되었다. 예컨대, 분기 경로 발생기(branching path generators), 도착 시간 발생기(time of arrival generators), 광자 수 발생기(photon counting generators), 감쇠된 펄스 발생기(attenuated pulse generators) 등이 고안된 바 있다.<ref name=Herrero>M. Herrero-Collantes, J. C. Garcia-Escartin, Quantum random number generators, Reviews of Modern Physics '''89(1)''', (2017), doi : 10.1103/RevModPhys.89.015004.</ref> 본 항목을 통하여 가장 빈번하게 활용되고 있는 난수 발생기 중 하나인, 분기 경로 발생기에 대하여 간단히 설명한다. 위 그림과 같이 광원에서 생성된 단일 광자가 빔분할기(beam splitter)에 입사되어 반사 경로 $$a$$로 진행하거나 투과 경로 $$b$$로 진행하게 되는 상황을 가정하자. 경로 $$x \in \{ a,b\}$$에 광자가 $$n \in \{ 0,1\}$$개 존재하는 상태를 $$\left| n \right\rangle_{a}$$라 표기한다. 이 때 빔분할기를 활용하면 다음과 같은 중첩 상태를 준비할 수 있다.

\[{\frac{\left| 1 \right\rangle_{a}\left| 0 \right\rangle_{b} + \left| 0 \right\rangle_{a}\left| 1 \right\rangle_{b}}{\sqrt{2}}}\]

따라서 반사 경로 $$a$$를 따라 D1검출기에서 광자가 1개 포착될 확률과 투과 경로 $$b$$를 따라 D2검출기에서 광자가 1개 검출될 확률은 모두 $$1/2$$로 동일하다. 이제 D1검출기에서 광자가 포착되는 경우 0비트, D2검출기에서 광자가 포착되는 경우 1비트를 입력한다고 하면 0과 1의 완전한 무작위의 난수를 생성할 수 있다.

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