부산대 연구진, 성능 개선된 양자통신용 광원 개발

2019.04.17 20:40
문한섭 부산대 교수팀이 고효율 양자얽힘 광원을 개발하는 데 사용한 루비듐(87Rb) 원자가 든 원자 증기 셀이다. 길이 12mm, 반지름 25mm인 유리 속에 순수한 루비듐 원자 기체가 채워져 있다. 한국연구재단 제공
문한섭 부산대 교수팀이 고효율 양자얽힘 광원을 개발하는 데 사용한 루비듐(87Rb) 원자가 든 원자 증기 셀이다. 길이 12mm, 반지름 25mm인 유리 속에 순수한 루비듐 원자 기체가 채워져 있다. 한국연구재단 제공

국내 연구진이 안정성이 높고 성능이 한층 개선된 양자통신에 사용되는 광원을 개발했다. 


문한섭 부산대 물리학과 교수팀이 원자 매질을 이용해 안정성이 높고 품질 또한 우수한 양자얽힘 광원을 개발했다고 17일 밝혔다. 

 

양자란 더 이상 나눌 수 없는 최소 에너지 단위다. 양자얽힘은 양자역학에서 두 양자계가 공간적으로 아무리 멀리 떨어져 있어도 강한 상관관계를 갖는 현상을 말한다. 양자통신이나 양자컴퓨터, 양자계측은 모두 양자얽힘 현상을 이용한 것이다. 이때 핵심기술이 바로 고품질의 양자얽힘 광원을 구현하는 것이다.

 

기존에는 비선형 결정을 이용해 양자얽힘을 구현했다. 비선형 결정은 변형력이나 전기장, 자기장 같은 외부 영향과 비례하지 않는 변형, 분극, 자기화를 나타내는 결정이다. 하지만 비선형 결정으로 생성된 양자얽힘 광원은 광자 스펙트럼이 넓어 광자를 저장하고 제어하는 데 어려움이 있다는 한계가 있었다. 

 

문 교수팀은 원자 증기 셀에서 이런 광자 특성을 제어해 효율이 높은 양자얽힘 광원을 개발했다. 원자 증기 셀은 빛이 진행할 수 있도록 무반사 코팅 창이 달린 고진공 상태의 공간이다. 이곳에 원자를 넣고 밀봉하면 순수한 원자가 증기 상태로 머무른다. 또 이 양자 광원의 특성을 양자간섭과 양자상태 단층 측정을 통해 확인하는 것도 성공했다.  
 
문 교수는 “국내 순수 기술로 원자 매질에서 생성된 광자쌍을 제어해 고효율 양자얽힘 광원을 개발하고 이를 측정한 것”이라며 "이번 연구 결과를 활용해 양자컴퓨팅, 양자네트워크, 양자통신 등 양자정보과학을 구현하기 위한 연구를 진행할 예정”이라고 밝혔다. 

 

이번 연구는 국제학술지 ‘피지컬 리뷰레터스' 9일자에 발표했다.

 

연구팀의 모습. 가장 왼쪽이 문한섭 교수다. 한국연구재단 제공
연구팀의 모습. 가장 왼쪽이 문한섭 교수다. 한국연구재단 제공

 

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