[사이테크+] "직접 연결안된 노드 간 양자전송 첫 성공..양자인터넷 첫걸음"

네덜란드 연구팀 "노드 3개 양자 네트워크서 연결 안 된 노드 간 양자전송 구현"
KIST 김용수 박사 "양자전송 실현 가능 입증..양자네트워크 연구 나아갈 방향 제시"

(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 네덜란드 델프트공대 연구팀이 직접 양자채널로 연결돼 있지 않은 두 지점(노드) 사이에서 양자얽힘(entanglement) 현상을 이용해 양자정보를 직접 전달하는 양자전송(quantum teleportation)에 처음으로 성공했다.

양자 채널로 직접 연결되지 않은 양자 노드(다이아몬드) 사이에서 양자 정보를 전달하는 양자전송(quantum teleportation)에 성공한 것으로 나타내는 그래픽. [Scixel for QuTech 제공. 재판매 및 DB 금지]

델프트공대 로널드 핸슨 교수팀은 26일 과학저널 '네이처'(Nature)에서 양자노드 3개(A-B-C)를 광섬유 양자채널로 연결한 양자 네트워크를 만들고, 서로 직접 연결되지 않은 노드(A-C) 사이에 양자정보를 전송하는 데 성공했다고 밝혔다.

양자전송은 양자정보를 한 위치에서 다른 위치로 전송하는 기술로 보안 통신, 양자 컴퓨팅, 차세대 인터넷 등에 활용될 가능성이 있으며, 직접 연결되지 않은 양자 노드 간 양자전송은 특히 양자 인터넷 같은 양자 네트워크 개발에 꼭 필요한 핵심 기술이다.

'네이처'는 이 연구는 지금까지 양자채널로 연결된 노드 사이에서만 성공한 양자전송을 직접 연결되지 않은 노드 사이에서 처음으로 성공시킨 것으로 '양자 인터넷 구현을 위한 중요한 진전'이라고 평가했다.

한국과학기술연구원(KIST) 양자정보연구단 김용수 박사는 이 논문과 함께 게재된 해설(News & Views)에서 "이 연구 결과는 기초과학의 승리일 뿐 아니라 매력적인 양자 기술 응용을 다음 단계로 발전시키는 데 필요한 현실적 문제점 해결에도 진전을 이루었음을 보여준다"고 말했다.

연구팀은 영하 270℃로 냉각된 다이아몬드로 양자 노드 3개(A·B·C)를 만든 다음 광섬유 양자채널로 A-B-C를 차례로 연결한 양자 네트워크를 만들었다. 단 A와 C는 직접 연결하지 않았다.

양자 노드 앨리스. 검은색 알루미늄 실린더 내부는 환경 노이즈를 제거하고 양자 제어를 쉽게 하기 위해 영하 270℃로 냉각돼 있으며 그 속에 큐비트(qubit. 양자정보 단위) 구현을 위한 다이아몬드 샘플이 들어 있다. [Marieke de Lorijn for QuTech 제공. 재판매 및 DB 금지]

이들은 먼저 A와 B 노드에서 각각 다이아몬드 큐비트와 광섬유로 어디든 보낼 수 있는 광자 큐비트의 양자 얽힘을 만들고, 이들 노드에서 만들어진 광자 큐비트를 광섬유를 이용해 한 곳으로 모아 양자얽힘을 측정(벨 측정), A와 B 노드의 두 스핀 큐비트 간 양자얽힘이 생성됐음을 확인했다. 이어 A와 B가 양자 채널을 통해 양자얽힘 큐비트 쌍을 공유하게 하고 B와 C도 양자얽힘 큐비트 쌍을 공유하게 했다.

연구팀은 이어 양자얽힘 교환(Entanglement swapping)을 통해 A-B, B-C 간의 양자얽힘 큐비트 쌍을 A-C 간의 양자얽힘 큐비트 쌍으로 바꿈으로써 A-C 간의 양자전송 구현에도 성공했다. 노드를 연결하는 양자채널이 없어도 서로 떨어져 있는 A와 C 사이에 양자정보를 주고받는 게 가능해진 것이다.

김용수 박사는 "이 연구에서 양자전송을 구현한 A와 C는 양자채널로 직접 연결되어 있지 않아 둘 사이에 양자정보를 보내는 방법은 양자전송이 유일하다"며 "양자 네트워크는 여러 개의 양자노드가 복잡하게 얽히고설킨 구조로 발전할 것이기 때문에 양자채널로 직접 연결되지 않은 양자노드 간 양자전송에 성공한 것은 양자 네트워크 연구에 핵심적 이정표를 세운 것으로 이해할 수 있다"고 말했다.

그는 그러나 "이 논문은 양자전송이 실제로 가능하다는 것을 보여주는 중요한 연구지만 여전히 양자 네트워크 구조가 매우 단순하고, 적은 수의 큐비트만 사용했으며, 양자전송 속도나 충실도 등에서 개선해야 할 점이 많다는 것도 보여준다"며 "그런 의미에서 앞으로 양자네트워크 연구가 나아가야 할 방향을 보여주는 중요한 연구"라고 덧붙였다.

scitech@yna.co.kr

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