Quantum entanglement is a key source in QIS(Quantum Information Science) and plays a key role in many applications of QIS such as one-way quantum computation, quantum key distribution, quantum dense cording, and quantum teleportation. Therefore, a generation method of quantum entanglement is a hot issue in QIS. As important as generation is measurement of entanglement. QST(Quantum State Tomography)is a most direct method of measuring a given state, and can be adopted to measure entanglement. The method, however, is inefficient as it generally requires a large number of measurements. When one needs to know only a partial information about the state such as the degree of entanglement or the purity, one would like to have a more efficient method than full QST that yields the desired partial information. In this thesis we propose efficient schemes to measure the degree of entanglement.
The thesis is structured as follows. At first, an introduction is given in Sec.1. Sec.2 is devoted to a review of definitions and physical meanings of several basic concepts of QIS such as the Bloch vector, purity and entanglement. In Sec.3 two measurement schemes of entanglement proposed in the past are discussed and a new scheme which measures entanglement by means of joint probability is proposed. In Sec.4 purity measurement schemes proposed in the past are reviewed and an efficient purity measurement scheme, by which the entanglement of pure bipartite systems can be determined, is introduced. Finally in Sec.5 the conclusion of this thesis is given.
현대의 정보 시스템 및 디지털 기기의 기반은 bit이다. 즉, yes/no 또는 0/1로 표현되는 최소 정보 단위인 bit들을 연산 처리하고 저장 및 전송하는 것이 모든 디지털 기기들이 하는 전부이다. 그것을 무엇에 어떻게 이용하느냐에 따라서 전화기, 컴퓨터 등이 되는 것인데, 이러한 bit 기반 정보 시스템을 quantum bit(qubit)기반으로 바꾸어 연구하는 것이 바로 양자 정보 과학(Quantum Information Science)이다.
양자 얽힘은 양자 정보 과학 분야에서 핵심 요소로 빈번히 이용되어지는 만큼 그 생성 방법이 중요하다. 하지만, 양자 얽힘 생성만큼이나 중요한 것이 생성된 양자 얽힘의 정도 측정이다. 왜냐하면, 실험적으로 생성된 양자 상태가 어느 정도의 양자 얽힘을 가지고 있는지 측정 전에는 명확히 알 수가 없기 때문이다. 이에 본 논문에서는 순수 이체계 상태에 대한 양자 얽힘 정도 측정 방법을 제안하였는데, 이 방법은 기존의 방법들보다 실험 설정이 간단하고 필요한 실험 설정 개수가 적다는데 그 의의가 있다.
본 논문은 다음과 같이 구성되어 있다. 제 2 장에서는 앞으로의 설명을 위한 기본적 개념들과 몇가지의 양자 얽힘 정도가 정리및 설명되어 있고, 제 3 장에서는 전체계에 대한 동시 측정 확률로 부터 양자 얽힘을 계산하는 실험 방법을 소개하였는데, 비교 분석을 위해서 기존의 방법들도 같이 소개하였다. 제 4 장에서는 부분계에 대한 순수도 측정만으로 전체계의 양자 얽힘이 측정 가능하다는 것을 설명하였고, 기존의 순수도 측정 방법을 소개하였으며, 마지막으로 효율적인 순수도 측정 방법을 제안하였다.
