GIST, ‘초해상 양자센싱’ 범용 이론 확립…기존 양자센싱 해상도 무한대 확장

광주과학기술원(GIST)은 함병승 전기전자컴퓨터공학부 교수가 기존 양자센싱의 단점인 해상도의 한계를 극복하고 고전 센서와도 호환 가능한 새로운 개념의 확장성을 가진 거시적 ‘초해상 양자센서’ 범용 이론을 확립했다고 23일 밝혔다.

양자정보는 기존 정보처리 기기와 호환될 수 없는 한계를 갖는 반면 이번 연구의 초해상 양자센싱 이론은 기존의 분광기, 파장측정기, 천체·바이오·의료 이미징, 레이다, 라이다 등 거의 모든 간섭계 기반 센서와 호환이 가능하다.

함 교수는 기존 양자센싱의 해상도가 기껏해야 N(광자의 개수)=20 미만이었으나 이번 연구를 통해 이를 사실상 무한대로 확장하는 데 성공했다.

기존 간섭계 광학센서와 같이 레이저를 사용한 ‘초해상 양자센싱’은 입자이론에 기초한 양자센싱과는 완전히 다른 시각에서 접근한 것이다. 양자역학의 입자-파동 이중성 중 파동성, 즉 결맞음광학에 기초하며 따라서 기존 광학센서와는 호환 가능하나, 양자센싱의 ‘입자성’과는 양립 불가하다.

함 교수는 이번 연구 논문에서는 물리학적 이해를 돕고자 입자성의 에너지 양자화에 대응하는 ‘위상양자화’를 도입했으며, 초해상을 세기곱에 따라 양자화된 위상기저를 통해 설명했다.

함 교수는 “양자역학의 토대가 되는 측정에 대한 이해를 명확히 해야만 비로소 양자얽힘의 신비함을 과학적으로 이해할 수 있다”며 “이번 연구 성과는 궁극적으로 현재 통용되는 고전 기술과 양립할 수 있는 양자정보기술의 토대가 될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

함병승 GIST 전기전자컴퓨터공학부 교수