김윤호 포스텍 물리학과 교수와 홍강희 통합과정, 임향택 스위스 취리히 공대 박사연구팀이 결어긋남 현상으로 부터 양자얽힘을 손실 없이 분배하는 방법을 실험을 통해 구현하는 데 성공했다.
양자얽힘 감소 및 사라짐을 막을 뿐만 아니라 효율적으로 분배까지 가능한 방법을 찾아낸 것은 이번이 처음이다. 기존 양자얽힘 보호방법 한계를 뛰어넘은 기술로 평가된다.
이번 연구 성과를 최근 네이처 자매지인 ‘사이언티픽리포트(Scientific Reports)’를 통해 발표했다.
양자통신, 양자컴퓨터와 같은 양자정보기술은 아직 초기단계지만 정보사회 패러다임을 바꿀 수 있는 신기술이다. 양자정보기술을 다양한 영역에 응용하기 위해서는 양자얽힘 현상유지가 중요하다.
하지만 양자 상태는 주변 환경과 끊임없이 상호작용 하고 있어, 먼 거리에 있는 두 곳 끼리 양자얽힘을 전송하는 과정에서 결맞음 특성이 보호되지 못하고 결어긋남 현상으로 양자얽힘이 일부 소실되는 문제가 발생한다. 따라서 양자얽힘을 결어긋남 현상으로부터 보호하는 것은 양자 기술을 구현함에 있어 오랜 난제로 남아 있었다.
김 교수 연구팀은 초기 큐비트(Qubit 양자정보의 단위) 상태를 결어긋남 현상을 겪지 않는 다른 큐비트 상태로 변환하면 결어긋남 현상을 효과적으로 우회할 수 있다는 사실에 주목했다. 특히 결어긋남 현상에 직접 대항하지 않고, 결어긋남 현상이 특정한 큐비트에만 작용한다는 점을 이용했다.
큐비트 정보를 결어긋남을 겪지 않는 다른 큐비트에 인코딩했다가, 결어긋남을 피한 후에 다시 원래 큐비트로 인코딩을 변환함으로서 손실 없이 양자얽힘을 분배할 수 있음을 실험을 통해 입증했다.
김윤호 교수는 “원거리 양자 통신을 실제 구현할 때 양자얽힘을 분배하는 방안으로 사용될 수 있을 것”이라며 “양자정보기술 개발의 걸림돌로 알려진 결어긋남 현상으로부터 양자얽힘을 보호하고, 손실 없이 효과적으로 분배하는 새로운 방법을 발견했다”고 말했다.
한편 이번 연구는 한국연구재단 중견연구자 지원 사업(도약과제)의 지원을 받아 수행됐다.
포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com
