"양자상태 빛 증폭시켜 손실없이 공간이동"

"양자통신·양자컴퓨터 구현 앞당길 것"

[뉴스토마토 이한승기자] 미래창조과학부는 국내 연구진이 국제 공동연구를 통해 양자상태의 빛을 증폭시켜 손실 없이 공간이동시키는 데 성공했다고 13일 밝혔다.

 

양자상태의 빛에 정보를 실어보낼 경우 속도가 빠른데다 정보의 손실이 없어 양자통신과 양자암호, 양자컴퓨터 등 구현에 기여할 것으로 기대된다.

 

양자(Quantum) 상태는 사람이 경험하는 거시세계에서는 불가능한 일로 하나의 입자가 거리상 떨어진 두 장소에 동시에 존재하는 등 고전물리학으로는 설명이 불가능한 물리계의 상태를 말한다.

 

정현석 서울대 물리천문학부 교수(사진) 연구팀이 초기 아이디어를 제안하고, 마사히데 사사키 박사가 이끄는 일본국립정보통신기술 연구소(NICT)와 함께 국제공동연구에 성공한 이번 연구결과는 네이처 포토닉스(Nature Photonics) 5월12일자 온라인판에 게재됐다.

 

양자상태의 빛은 0과 1 두가지 상태만을 이용하는 기존 방식과 달리 여러 양자상태의 중첩을 이용해 고용량의 정보를 담을 수 있기 때문에 수십억년이 걸려도 풀 수 없는 문제를 20분 만에 풀 수 있는 양자컴퓨터나 해킹이 불가능한 안전한 통신에 응용될 수 있다.

 

양자상태의 공간이동의 경우 원래의 양자상태가 손상돼 신뢰도가 낮은데다 전송 중에 주변 물질과의 상호작용으로 양자특성이 파괴되거나 신호 강도가 약해지고 신호가 강한 양자상태는 보내는 것이 불가능해 실용화의 한계로 지적돼 왔다.

 

정현석 연구팀은 양자상태 빛의 손실을 막는데서 나아가 이를 증폭시키면서 이동시키는 방법을 고안해 실험적으로 구현했다.

 

얽혀 있는 두 양자 상태의 빛을 한 쪽은 세기가 강하고 다른 한 쪽은 약하게 조작한 후에 빛의 세기가 강한 부분을 신호증폭에 사용하고, 약한 부분을 장거리 전송채널로 사용하는 새로운 방법으로 신호증폭과 공간이동을 동시에 구현해낼 수 있었다는 설명이다.

 

연구팀은 실제로 중첩상태의 양자 빛을 적절한 비율로 나누어 주는 빛살 가르개를 이용해 비대칭적으로 얽혀 있는 양자상태들의 빛을 만들어내고, 송신자가 보낸 약한 신호의 양자 빛이 수신자 측에서 크기만 증폭된 형태로 재생되는 것을 최종 확인했다.

 

정 교수는 "별개의 방법으로 여겨졌던 양자 신호증폭과 양자 공간이동이 동시에 가능하게 됨에 따라 안정적인 장거리 양자 통신과 빛을 이용한 양자컴퓨터 구현이 앞당겨질 것"이라고 밝혔다.

 

◇양자신호를 증폭하며 공간 이동하는 방법의 개념도(자료제공=미래창조과학부)

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