양자컴퓨팅 구현 한걸음 더…고효율 '양자얽힘 광원' 국내기술로 개발

입력 2019.04.17 18:56

국내 연구진이 양자통신, 양자컴퓨팅 등 미래 기술로 주목받는 양자정보과학의 핵심 기술을 개발했다.

한국연구재단은 문한섭 부산대학교 교수(물리학과) 연구팀이 원자 매질을 이용해 높은 안정성과 고품질의 ‘양자얽힘 광원’ 개발에 성공했다고 17일 밝혔다.

문한섭 교수. / 한국연구재단 제공
양자얽힘은 두 양자계 사이에 존재하는 비고전적인 특별한 상관관계로, 두 양자계가 공간적으로 아무리 멀리 떨어져 있어도 강한 상관관계를 갖는 현상을 말한다. 양자얽힘을 통해 고전적인 정보와 양자역학적 정보를 보낼 수 있는데, 이를 양자전송이라고 한다.

양자통신, 양자컴퓨팅 등은 모두 양자얽힘 현상을 이용한다. 그만큼 고품질의 양자얽힘 광원을 구현하는 것은 양자정보과학의 핵심 기술이라 할 수 있다.

기존 양자얽힘 광원 개발의 대표적인 기술은 변형력, 전기장, 자기장과 같은 외부 영향에 비례하지 않게 변형되는 비선형 결정을 이용했다. 하지만, 이 방법으로 생성한 양자얽힘 광원은 비선형 결정 특성 때문에 광자 스펙트럼이 넓어 광자를 저장하고 제어하는 데 어려움이 있었다.

문 교수 연구팀은 빛이 진행할 수 있는 무반사 코팅 창이 있는 고진공 상태의 원자 증기 셀에서 생성되는 광자 특성을 제어함으로써 고효율 양자얽힘 광원을 개발했다. 또 이 양자 광원 특성을 양자 간섭과 양자 상태 단층 측정을 통해 확인하는 데 성공했다.

연구팀이 개발한 양자얽힘 광원에 사용된 루비듐(87Rb) 원자 증기 셀. 길이 12㎜, 반지름 25㎜인 유리 속에 순수한 루비듐 원자 기체가 채워져 있다. / 한국연구재단 제공
특히 12㎜ 투명 유리관에 담긴 따뜻한 원자 매질을 이용하는 비교적 간단한 방법으로 높은 안정성과 고품질의 양자얽힘 광원을 개발했다는 점에서 의의가 있다.

문 교수는 "이번 연구는 순수 국내 기술로 원자 매질에서 생성된 광자쌍을 제어해 고효율 양자얽힘 광원을 개발하고 이를 측정한 것"이라며 "고품질의 양자얽힘 광원을 활용해 양자컴퓨팅, 양자네트워크, 양자통신 등 양자정보과학을 구현하기 위한 연구를 진행할 예정이다"라고 말했다.


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