‘양자 얽힘’ 이용 광학측정 한계 극복…신개념 양자센서 개발

표준연 "적외선 영역 변화 가시광에서 측정 가능"

한국표준과학연구원이 개발한 비검출광자 양자센서의 구조. (표준연 제공)/뉴스1

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 ‘양자 얽힘’을 이용해 광학 측정 한계를 극복했다.

이로써 그간 고품질 결과물을 얻기 어려웠던 적외선 광측정을 저비용·고성능으로 할 수 있게 됐다.

한국표준과학연구원(KRISS)은 양자 얽힘 현상을 이용해 적외선 영역의 변화를 가시광에서 측정할 수 있는 신개념 양자 센서를 개발했다고 25일 밝혔다.

빛의 최소단위인 광자 입자 둘 이상이 양자 얽힘 현상으로 연결되면 거리와 관계없이 서로 연관된 양자 상태를 갖는다.

연구진이 개발한 비검출광자(측정대상에 도달했다가 돌아오는 광자) 양자센서는 이 양자 얽힘 현상을 만드는 두 개의 광원을 이용하는 원격 측정 센서다.

이 센서는 광자를 직접 측정하는 대신 양자 얽힘에 의해 이와 한 쌍으로 얽혀 있는 다른 하나의 광자를 측정해 대상에 대한 정보를 파악한다.

연구진은 양자센서의 핵심 성능지표를 결정짓는 요소에 대한 이론적 분석을 제시하고 복합 간섭계를 이용해 이를 실험적으로 증명해냈다.

연구진은 적외선 대역의 빛을 3차원 구조의 측정 샘플에 반사한 후 양자 얽힘으로 연결된 가시광 대역의 광자를 측정해 샘플의 깊이와 너비를 포함한 이미지를 얻어냈다.

이는 3차원 적외선 이미지를 가시광 측정으로 재구성하는 데 성공한 것이다.

비검출광자 양자센서 연구진이 기념촬영을 하고 있다. 왼쪽부터 KAIST 물리학과 김은미 박사과정, KRISS 양자광학그룹 이선경 책임연구원·박희수 그룹장. /뉴스1

박희수 KRISS 양자광학그룹장은 “이번 성과는 양자광학 원리를 이용해 기존 광학 센서의 측정 한계를 돌파한 사례”라며 “센서의 측정시간을 단축하고 분해능을 높여 실용화를 위한 후속 연구를 이어갈 것”이라고 말했다.

KRISS가 KAIST 물리학과와 협력해 진행된 이번 연구는 KRISS 기본사업과 국가과학기술연구회 창의형 융합연구사업, 과학기술정보통신부 양자정보과학 연구개발생태계 조성사업의 지원을 받았다.

이번 연구 성과는 국제학술지 ‘퀀텀 사이언스 앤 테크놀로지' 1월호에 실렸다.

memory4444444@news1.kr