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속도 빠르고 안전한 양자 인터넷 구현에 필요한 양자회로 개발

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속도 빠르고 안전한 양자 인터넷 구현에 필요한 양자회로 개발

2020.10.29 20:57
ETRI 연구팀, 질화규소 양자 게이트 구현 연산 신뢰도 81%
한국전자통신연구원(ETRI) 양자광학연구실 연구진이 개발한 광집적회로. ETRI 제공
한국전자통신연구원(ETRI) 양자광학연구실 연구진이 개발한 광집적회로. ETRI 제공

양자 인터넷은 양자 중첩과 양자 얽힘 같은 양자역학 현상을 이용해 정보를 전달하는 기술이다. 정보량이 증가해도 통신 속도가 떨어지지 않고 보안성이 높아 차세대 정보통신 기술로 꼽힌다.

 

한국전자통신연구원(ETRI) 양자광학연구실 연구진이 광자를 이용해 상온에서 양자 인터넷을 구현하는 데 필요한 양자 회로를 개발했다고 29일 밝혔다. 이온 포획, 초전도체 방식처럼 영하 272.9도의 극저온과 자기장과 전류의 영향이 없는 환경을 갖출 필요가 없어 상용화에 유리한 방식이다. 

 

현재 가정에서 쓰는 컴퓨터는 정보를 처리할 때 0과 1중 한 값을 가지는 비트를 논리 기호로 연결해 만든 전자 회로를 이용한다. 반면 양자 인터넷에서 정보를 처리할 때는 0 또는 1중 어떤 값을 가질지 모르는 큐비트와 기본적인 논리 회로인 ‘CNOT 양자 회로’가 필요하다. 

 

CNOT 양자 회로를 구현하려면 먼저 큐비트 역할을 하는 광자 쌍을 만들어야 한다. 연구진은 앞서 펌프 광자와 매질을 비선형적으로 간섭하게 만드는 기술을 이용해 레이저 총이 빛을 쏘듯 광자 쌍을 만드는 양자광원 소자를 개발해 지난해 11월 국제학술지 ‘저널 오브 라이트웨이브 테크놀로지’에 공개했다. 단일 광자가 1번 만들어질 때 양자 얽힘 상태인 광자 쌍이 700번 만들 수 있어 성능 면에서 세계 최고 수준이다.

 

연구진은 빛으로 정보를 전달할 때 손실이 적은 실리콘과 질화규소(Si3N4)를 이용해 빛이 지나가는 길인 광도파로를 이용해 CNOT 양자 회로를 구성했다. 양자광원 소자에서 만들어 낸 광자 쌍을 이 회로에 입력하면 광자의 양자 상태를 쉽게 제어할 수 있다.

 

연구진이 개발한 양자 회로로 연산을 해보니 결과의 신뢰도가 최대 81%로 나타났다. 이 연구 결과는 12월 열리는 유럽 광학 및 광통신 분야 학술대회인 ECOC 2020에서 발표할 예정이다.

 

연구를 이끈 주정진 한국전자통신연구원 양자광학연구실장은 “국내 반도체 산업의 강점을 활용해 양자 인터넷 구현에 필요한 핵심 기술을 개발하고 산업화하고 싶다”고 밝혔다. 연구진은 양자광원 소자의 광자 쌍 생성 비율을 높이고 광도파로의 전파 손실율을 낮추며 연산 결과의 신뢰도를 99% 이상으로 높이는 연구를 진행할 예정이다.

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