(대전=국제뉴스) 이규성 기자 = 국내 고유 기술로 양자정보과학의 핵심 기술이 확보되었다. 문한섭 교수(부산대학교) 연구팀이 원자 매질을 이용하여 높은 안정성과 고품질의 양자얽힘 광원 개발에 성공했다고 한국연구재단(이사장 노정혜)은 밝혔다.

양자정보과학은 세계적으로 주목받는 양자통신, 양자컴퓨팅, 양자계측 등을 포함하는 연구 분야로, 양자얽힘*은 양자정보과학의 심장으로 불린다. 양자통신과 양자네크워크를 비롯해 양자컴퓨팅, 양자계측은 모두 양자얽힘 현상을 이용한 것이며, 고품질의 양자얽힘 광원을 구현하는 것은 양자역학을 응용한 정보과학의 핵심 기술이다.

* 양자얽힘(Quantum entanglement) : 두 양자계 사이에 존재하는 비고전적인 특별한 상관관계로, 두 양자계가 공간적으로 아무리 멀리 떨어져 있어도 강한 상관관계를 갖는 현상. 양자얽힘을 통해 고전적인 정보와 양자역학적 정보를 보낼 수 있는데 이를 양자전송이라고 한다.

기존 양자얽힘 광원 개발의 대표적 기술은 비선형 결정*을 이용해 두 광자 사이에 양자얽힘을 구현하는 것이다. 이 방법으로 생성된 양자얽힘 광원은 비선형 결정의 특성 때문에 광자 스펙트럼이 넓어 광자를 저장하고 제어하는 데 어려움이 있었다.

* 비선형 결정 : 변형력, 전기장, 자기장 따위의 외부의 영향에 대하여 그것에 비례하지 않는 변형, 분극(分極), 자기화 따위의 응답을 나타내는 결정.

문한섭 교수 연구팀은 선행 연구를 통해 확보한 원천기술을 바탕으로 원자 증기 셀*에서 생성되는 광자 특성을 제어함으로써 고효율 양자얽힘 광원을 개발했다. 또, 이 양자 광원의 특성을 양자간섭과 양자상태 단층 측정을 통해 확인하는 데 성공했다.

* 원자 증기 셀 : 빛이 진행할 수 있는 무반사 코팅 창이 있는 고진공 상태의 공간(셀, cell)에 원자를 넣고 밀봉하여 순수한 원자가 증기 상태로 있는 매질.

연구팀은 길이 12㎜의 투명한 유리관에 담긴 따뜻한 원자 매질을 이용해 간단한 실험 장치에서 높은 안정성과 고품질의 양자얽힘 광원을 개발했다. 기존의 방법과 달리 높은 밀도의 원자 증기 셀을 이용하기 때문에 장치가 매우 간단하고 지속적으로 측정이 가능하다.

문한섭 교수는 "이 연구는 순수 국내 기술로 원자 매질에서 생성된 광자쌍을 제어하여 고효율 양자얽힘 광원을 개발하고 이를 측정한 것"이라고 연구 의의를 설명하며, "고품질의 양자얽힘 광원을 활용하여 양자컴퓨팅, 양자네트워크, 양자통신 등 양자정보과학을 구현하기 위한 연구를 진행할 예정"이라고 후속연구 계획을 밝혔다.

이 연구 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(중견연구) 지원으로 수행되었다. 물리학 분야 국제학술지 '피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)'에 4월 9일 게재되었다.