부산대, 고품질 양자얽힘 광원 개발...양자정보 구현 가능성 높여

국내 연구진이 양자정보과학 기술 구현에 필수인 양자얽힘 광원을 개발했다.

한국연구재단(이사장 노정혜)은 문한섭 부산대 교수팀이 원자 매질을 이용해 안정성과 품질이 높은 양자얽힘 광원을 개발했다고 17일 밝혔다.

양자얽힘 광원에 사용된 루비듐 원자 증기 셀

양자정보과학은 양자통신, 양자컴퓨팅, 양자계측 등을 포함하는 연구 분야다. 각 영역은 모두 양자얽힘 현상을 이용하는데, 양자얽힘은 두 양자계가 아무리 멀리 떨어져 있어도 상호 상관관계를 갖는 특별한 현상이다. 고품질 양자얽힘 광원을 만들어야 양자정보과학 구현이 가능하다.

그동안은 양자얽힘 광원을 '비선형 결정'을 이용해 만들었다. 비선형 결정은 다양한 외부 영향에 관계없이 변형·분극·자기화 등 응답을 나타내는 결정이다. 이 결정으로 광자쌍과 이들 사이에 양자 얽힘을 구현하는데, 이 경우 광자 발생 스펙트럼이 넓다는 문제가 있다. 광자 저장과 제어가 어렵다. 이 때문에 원자 매질에서 방출하는 광자를 이용해 스펙트럼을 좁히려는 시도가 있었지만, 장치가 복잡하고 안정성도 낮았다.

연구팀은 순수한 원자 증기 매질을 담은 '원자 증기 셀'에서 생성되는 광자 특성을 제어해 고효율 양자얽힘 광원을 개발했다. 투명한 12㎜ 길이 유리관에 원자 매질을 담았다.

이 방법을 이용하면 기존 비선형 결정으로 생성한 양자광원보다 스펙트럼 폭을 1000분의 1 이하로 줄이면서 장치를 간단하게 구현할 수 있다.

문한섭 교수는 “순수 우리 기술로 고효율 양자얽힘 광원을 개발하고 이를 측정했다”며 “다양한 양자정보과학 수현 연구를 진행할 것”이라고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com