나노기술 및 정책 정보

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교토(京都)대학 대학원 공학연구과, 히로시마(広島)대학의 공동 연구그룹이 광자의 ‘양자 얽힘’ 상태를 기존에 비해 현저하게 높은 효율로 검증하는 방법을 개발했으며, 이를 위해 구축된 6개의 광자 간의 양자 게이트를 포함하는 광자 회로를 이용함. 전자 및 광자 등의 양자는 일반적인 물체와는 다른 행동을 취함. 양자의 개별 행동이나 상관(양자 얽힘)을 제어함으로써 비약적인 계산 능력을 실현하는 양자 컴퓨터, 도청 불가능한 암호를 실현하는 양자 암호, 기존의 측정 기술의 한계를 넘는 양자 감지 등 ‘양자 기술’에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 그 중에서도 광자는 장거리 전송이 가능하고, 실온에서도 양자 상태가 보존되기 때문에 주목받고 있는 담체임. 연구진은 ‘양자 얽힘’ 상태 검증에 필요한 측정 횟수를 현저하게 감소시킨, 보다 직접적인 검증 방법을 실험적으로 입증함. 일반적으로 2개의 광자 사이의 얽힘을 검증하는 데 이용되는 ‘벨의 측정 방법’을 일반화 한 광양자 회로(양자 푸리에 변환 회로)를 이용하는 방법을 발안, 실현하는 데 성공함. 양자 푸리에 변환 회로 동작을 실현하기 위해 다수의 광간섭계를 빛의 파장의 100분의 1정도로 안정화해야 했는데, 특별한 간섭계를 이용함으로써 매우 안정적인 광양자 회로로서의 동작을 실현함. 본 연구 방법은 광자의 ‘양자 얽힘’ 상태가 대규모화 되어도 높은 효율을 유지할 수 있다는 점에서, 광양자 컴퓨터, 양자 암호의 장거리화, 광양자 센싱 등에 혁신을 가져올 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 ‘Optica’ (“Direct and efficient verification of entanglement between two multimode–multiphoton systems”) 지에 게재됨.