[뉴스핌=임하늘 기자] 국내 연구진이 양자상태의 빛을 증폭시켜 손실 없이 공간이동시키는 데 성공했다. 양자상태의 빛에 정보를 실어 보낼 경우 속도가 빠른데다 정보의 손실이 없어 양자통신·양자암호·양자컴퓨터 등의 구현에 기여할 것으로 기대된다.
 
정현석 서울대 교수 연구팀은 마사히데 사사키 박사가 이끄는 일본국립정보통신기술 연구소(NICT)와 함께 양자 공간 이동 및 양자 증폭을 동시에 구현했다고 13일 밝혔다.

양자상태의 빛은 0과 1 두가지 상태만을 이용하는 기존 방식과 달리 여러 양자상태의 중첩을 이용해 고용량의 정보를 담을 수 있다. 이러한 특징으로 수십억 년이 걸려도 풀 수 없는 문제를 20분 만에 풀 수 있는 양자컴퓨터나 해킹이 불가능한 안전한 통신에 응용될 수 있다.
 
양자상태의 공간이동은 100km 이상까지 보고된 바 있지만 전송 후 원래의 양자상태가 손상되어 신뢰도가 낮았다. 전송 중에 주변 물질과의 상호작용으로 양자특성이 파괴되거나 신호의 강도가 약해지는 것이 문제였다.

특히 양자 빛의 세기가 강할수록 손실이 더 커져 신호가 강한 양자상태는 보내는 것이 불가능해 실용화의 한계로 지적됐다.

정 연구팀의 이번 연구는 양자상태 빛의 손실을 막을뿐만 아니라 이를 증폭시켜 이동시키는 방법을 고안해 실험적으로 구현했다.

양자 공간이동은 서로 떨어진 공간에 있지만 서로 얽혀있는 두 양자상태를 이용해 한쪽의 양자상태를 파괴시키고 공간적으로 떨어진 다른 쪽에 양자상태를 재구성하는 방식을 이용한다. 

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

이번 연구결과는 네이처 포토닉스(Nature Photonics) 5월12일자 온라인판에 게재됐다.

정 교수의 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구자지원사업의 지원으로 수행됐다.
 
정 교수는 “별개의 방법으로 여겨졌던 양자 신호증폭과 양자 공간이동이 동시에 가능하게 됨에 따라 안정적인 장거리 양자 통신과 빛을 이용한 양자컴퓨터 구현이 앞당겨질 것”이라고 말했다.



[뉴스핌 Newspim] 임하늘 기자 (bily@newspim.com)