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양자 통신을 이용한 네트워크 구축에 관한 이론과 실제를 소개한다. 현재까지 개발된 양자 네트워크의 기술적인 부분을 집중적으로 소개하며, 발전해 나갈 앞으로의 전망을 다룬다. 특히 양자 순간이동을 이용하는 얽힘 공유, 양자 키분배, 양자 정화와 같은 기초 기술들을 소개하고, 양자 인터넷에서 핵심적으로 필요하게 될 양자 중계기, 양자오류보정, 양자 라우팅 기술에 대해 소개한다. 양자 인터넷을 구축하기 위한 네트워크 공학자들과 양자 과학자들 사이의 이해를 돕는 가교 역할을 할 만한 책이다.

1장. 개괄
1.1 소개
1.2 양자 정보
1.2.1 원리
1.2.2 불완전한 양자계
1.2.3 양자 컴퓨터
1.2.4 분산 양자 정보의 응용
1.3 양자 중계기
1.3.1 물리적 통신 기술
1.3.2 다중홉 벨 짝: 양자 통신 세션
1.4 네트워크 아키텍처
1.4.1 분산 양자 정보의 의미
1.4.2 식별자
1.4.3 경로
1.4.4 자원 관리 규칙
1.4.5 양자 인터넷
1.5 결론


1부. 기초


2장. 양자역학 배경지식
2.1 소개
2.2 슈뢰딩거 방정식
2.3 큐비트
2.3.1 큐비트란 무엇인가?
2.3.2 양자 레지스터와 확률 가중치
2.3.3 간섭
2.3.4 얽힘
2.3.5 결잃음
2.3.6 순수 상태, 섞인 상태, 밀도 행렬
2.3.7 충실도
2.3.8 측정
2.3.9 부분 대각합
2.4 큐비트 다루기
2.4.1 양자 게이트란 무엇인가?
2.4.2 단일 큐비트 게이트와 블로흐 구면
2.4.3 광역위상 대 상대위상
2.4.4.2 큐비트 게이트
2.4.5 양자 회로
2.5 벨 짝
2.5.1 벨 기저
2.5.2 벨 기저의 측정
2.5.3 벨 부등식과 비국소성
2.5.4 벨 부등식 위반의 실험적 증명
2.6 복제불가 정리
2.7 결론


3장. 네트워크 배경지식
3.1 개념
3.1.1 다중홉 통신: 그래프로서의 네트워크
3.1.2 자원
3.1.3 프로토콜
3.1.4 명명법과 주소지정
3.1.5 보안
3.2 네트워크 규모를 키울 때의 문제
3.2.1 이질성
3.2.2 규모
3.2.3 유효기간이 지난 정보
3.2.4 기관의 수요
3.2.5 노드의 이상행동
3.3 설계 패턴
3.3.1 위계구조
3.3.2 계층화
3.3.3 얇은 허리
3.3.4 다중화 자원
3.3.5 똑똑한 네트워크와 멍청한 네트워크
3.3.6 분산된 관리와 자율성
3.3.7 상태 기계
3.3.8 약한 정합성과 연성 실패
3.3.9 분산 라우팅 프로토콜
3.3.10 오버레이, 가상화, 재귀
3.4 인터넷
3.5 결론


4장. 양자원격전송
4.1 기본적인 양자원격전송 연산
4.2 양자원격전송의 실험적 증명
4.3 양자원격전송을 위한 상태 기계
4.4 양자원격전송 게이트
4.5 결론


2부. 응용


5장. 양자 키 분배
5.1 QKD와 암호화의 목적
5.2 BB84: 단일 광자 QKD
5.3 E91: 얽힘 기반 프로토콜
5.4 QKD의 활용
5.4.1 캠퍼스 간 가상 사설망
5.4.2 전송 계층 보안
5.4.3 QKD에 의존하는 네트워크의 탄력성
5.5 사용 중인 QKD 네트워크
5.6 고전 제어 프로토콜
5.7 결론


6장. 분산 디지털 계산과 통신
6.1 유용한 분산 양자 상태
6.1.1 안정자 표현
6.1.2 GHZ 상태와 W 상태
6.1.3 그래프 상태
6.2 동전 던지기
6.2.1 가장 간단한 다자간 분산 양자 프로토콜
6.2.2 QKD 기반 프로토콜
6.2.3 실질적인, 최적의 강한 양자 동전 던지기
6.3 대표 선출
6.3.1 두 번째로 간단한 다자간 분산 양자 프로토콜
6.3.2 타니의 양자 프로토콜
6.4 양자 비밀 공유
6.4.1 준고전적 다자간 비밀 생성
6.4.2 기본 양자 비밀 공유 프로토콜
6.4.3 확인 가능한 양자 비밀 공유와 보안성 있는 다자간 양자 계산
6.5 비잔틴 동의
6.5.1 문제 원형
6.5.2 벤오르와 하시딤의 양자 비잔틴 동의 문제
6.6 클라이언트-서버와 비밀 계산
6.7 결론


7장. 기준계로서의 얽힘 상태
7.1 큐비트에 대한 환경의 영향
7.1.1 세차운동
7.1.2 양자 광간섭
7.2 .분산된 시계 동기화
7.2.1 추앙의 알고리듬
7.2.2 조자의 시계 동기화
7.2.3 후속작업
7.3 초장거리 광간섭계
7.4 결론


3부. 양자 중계기의 연결


8장. 물리적 얽힘과 링크 계층 프로토콜
8.1 빛을 이용한 얽힘 생성
8.1.1 빛의 양자 상태
8.1.2 방출
8.1.3 전송
8.1.4 검출
8.2 메모리와 송수신기 큐비트
8.2.1 게이트 잡음
8.2.2 단일 큐비트 결잃음
8.2.3.2 큐비트 결잃음
8.3 링크 구조
8.4 상태 기계와 프로토콜 상호작용
8.5 분산된 소프트웨어에서 밀도 행렬 관리하기
8.5.1 링크 수준의 메모리 추적
8.5.2 상위 계층의 동기화
8.6 사례
8.7 결론


9장. 양자정화
9.1 측정 다시보기
9.2 기초 양자정화
9.2.1 비트 반전 오류
9.2.2 일반화: 위상 반전 오류와 다른 벨 짝을 포함하기
9.2.3 다단계 양자정화와 오류 재분배
9.2.4 다단계 양자정화의 자원 소모
9.3 양자정화의 스케줄링
9.4 상태 기계와 프로토콜 상호작용
9.5 더 복잡한 양자정화 프로토콜들
9.6 실험적 검증
9.7 결론


10장. 양자정화와 얽힘교환 기반의 중계기
10.1 하드웨어 아키텍처
10.2 여기서 저기로 보내기
10.2.1 홉별 양자원격전송
10.2.2 기본 얽힘교환
10.2.3 다중홉 교환
10.3 중첩 양자정화 세션 아키텍처
10.3.1 다항함수적 자원 증가의 증명
10.3.2 피해야 할 문제
10.4 상태 기계와 프로토콜 상호작용
10.5 모두 종합하기
10.5.1 중계기 링크 시뮬레이션
10.5.2 욕심쟁이 알고리듬
10.5.3 전체 거리에 따른 묶음 알고리듬 성능
10.5.4 묶음 찾기
10.5.5 얽힘교환 문턱값의 변화
10.6 시뮬레이터 설계 고려사항
10.7 결론


11장. 양자 오류 보정 기반 양자 중계기
11.1 양자 오류 보정
11.1.1 스틴 부호
11.1.2 표면 부호
11.1.3 초기 통신법 제안
11.2 CSS 양자 중계기
11.2.1 프로토콜
11.2.2 작동시간
11.2.3 자원과 성능
11.3 표면 부호 양자 중계기
11.3.1 프로토콜
11.3.2 작동시간
11.3.3 자원과 성능
11.4 결론


12장. 키 제한의 처리
12.1 준 비동기성
12.11 양자정화 대체 연산
12.12 QEC 기반 연산
12.13 다양한 시간간격
12.2 비기억성
12.3 요약: 양자 통신 접근법들의 비교
12.4 결론


4부. 양자 중계기의 네트워크


13장. 자원 관리와 다중화
13.1 시뮬레이션된 네트워크와 사용량
13.1.1 네트워크 토폴로지와 시뮬레이터
13.1.2 사용량 부하
13.1.3 링크 최종 충실도의 조절
13.2 시뮬레이션 결과
13.2.1 회로 교환, 처리량의 상한과 하한
13.2.2 그 밖의 다중화 규칙
13.3 결론


14장. 라우팅
14.1 소개
14.2 어려움: 양자 네트워크와 고전 네트워크의 차이점
14.3 문제와 해법
14.4 시뮬레이션과 그 결과
14.4.1 행동에 관한 질문
14.4.2 하드웨어 시뮬레이션과 링크 비용
14.4.3 시뮬레이션된 경로 후보
14.4.4 행동 질문에 대한 답
14.4.5 문제의 해결
14.5 결론


15장. 재귀적 양자 네트워크 아키텍처
15.1 네트워크 아키텍처 다시보기
15.2 재귀적 양자 요청
15.2.1 재귀적 네트워크에서 처리하기
15.2.2 상태 명명법
15.2.3 양자 요청 정의하기
15.3 양자 네트워크에서 재귀성 구현하기
15.3.1 만족스러운 양자 요청
15.3.2 경로, 그리고 랑데뷰 지점
15.4 예제
15.5 결론


16장. 결론
16.1 앞으로의 개발
16.1.1 하드웨어
16.1.2 QRNA의 실현
16.2 미해결 문제
16.3 깊게 읽어볼 참고문헌
16.3.1 양자 중계기와 QKD
16.3.2 광학과 일반 양자물리학
16.3.3 양자 컴퓨팅
16.4 넓게 읽어볼 참고문헌
16.4.1 정보 이론
16.4.2 밀집 부호화
16.4.3 양자 네트워크 부호화
16.4.4 얽힘 침투
16.5 맺음말