세계 최초 양자 순간이동...통신 큐비트 고체 메모리 전송 성공

한때 공상과학의 영역으로만 여겨지던 양자 순간이동이 차세대 인터넷 구축의 핵심 기술로 급부상하고 있다.

21일(현지시각) 과학 기술 전문매체 인터레스팅 엔지니어링에 따르면 최근 난징대학 연구진이 통신 큐비트를 고체 양자 메모리로 순간이동시키는 데 성공하며, 확장 가능한 양자 인터넷 구축의 중요한 이정표를 세웠다.


양자 순간이동은 전선이나 전파 없이 입자나 신호의 양자 상태를 한 곳에서 다른 곳으로 즉시 전송하는 기술이다.

이는 양자 얽힘이라는 현상을 이용한다. 양자 얽힘은 두 입자가 아무리 멀리 떨어져 있어도 마치 연결되어 있는 것처럼 한 입자의 상태가 다른 입자에게 즉시 영향을 미치는 현상이다.
이번 연구의 가장 큰 특징은 통신 호환 장비를 사용해 이 업적을 달성한 최초의 사례라는 점이다. 이는 양자 네트워크를 현재의 통신 인프라에 통합할 수 있는 길을 열어주며, 미래 양자 인터넷의 상용화 가능성을 한층 높였다.


인터레스팅 엔지니어링에 따르면 수석 저자인 샤오송 마(Xiao-Song Ma) 교수가 이끄는 연구팀은 광자로부터 에르븀 이온 앙상블 기반의 고체 메모리로 양자 정보를 성공적으로 전송했다. 특히 주목할 점은, 이전의 순간이동 시도들이 주파수 변환에 의존했던 것과 달리, 이번 실험은 전적으로 통신 대역에서 진행되었다는 것이다. 이는 기존의 광섬유 통신에 사용되는 대역과 동일하여, 오늘날의 통신 인프라와의 완벽한 호환성을 보장한다.

마 교수는 "양자 순간이동은 양자 상태를 드러내지 않고 전송할 수 있는 능력 때문에 양자 통신에서 항상 매혹적인 프로토콜이다"라고 강조하며, "상태 전송 거리를 더욱 확장하기 위해서는 양자 순간이동 시스템에 양자 메모리를 통합하는 것이 매우 중요하다"고 덧붙였다. 양자 네트워크에서 메모리 장치는 얽힘을 분산하고 먼 거리에 걸쳐 안정적인 통신을 보장하는 데 필수적인 요소이다.


마 교수팀은 이번 실험을 위해 5개의 상호 연결된 시스템을 구축했다. 여기에는 입력 상태 준비, 통합 광자 칩에 생성된 얽힌 광자 소스(EPR 소스), 벨 상태 측정 모듈, 에르븀 기반 양자 메모리가 포함되었다. 또한 파브리-페로(Fabry-Pérot) 공동과 파운드-드레버-홀(Pound-Drever-Hall-PDH) 기법을 사용하여 주파수 분포 및 미세 조정 설정을 채택, 정확한 신호 정렬을 구현했다.

마 교수는 "이번 연구는 통신 광자에서 에르븀 이온 기반 고체 양자 메모리로의 양자 순간이동을 최초로 입증했다"며, "전체 시스템은 기존 광섬유 네트워크와 완벽하게 호환되는 구성 요소를 사용한다"고 다시 한번 강조했다. 이러한 호환성은 이전 시스템들이 신호를 다른 주파수로 변환해야 했던 제약을 없애며 실제 배포 가능성을 크게 높였다.


마 교수는 "빛의 양자 상태를 생성, 저장, 처리하기 위한 이 통신 호환 플랫폼은 대규모 양자 네트워크에 대한 매우 유망한 접근 방식을 확립한다"고 덧붙였다.

연구팀은 이제 고체 메모리 시스템을 개선하여 저장 기간을 연장하고 데이터 보존의 효율성을 높이는 것을 다음 목표로 삼고 있다. 이러한 노력은 실용적인 양자 네트워킹을 위한 필수적인 단계이다.

이번 획기적인 발전으로 기능적인 양자 인터넷으로 가는 길이 더욱 명확해졌으며, 기존 광섬유 인프라로의 전환 또한 더욱 쉬워졌다. 미래 초고속, 초보안 통신의 시대가 한 발짝 더 가까워지고 있다.


이태준 글로벌이코노믹 기자 tjlee@g-enews.com