성질이 다른 빛 얽힘 구현···양자컴퓨터 실용화 첫 걸음

빛의 이종 얽힘 구현 방법, 자료=미래창조과학부 제공

한국과 이탈리아의 국제 공동연구진이 파동성질의 빛과 입자성질의 빛 사이에 얽힘을 만들어냈다. 성질이 서로 다른 빛의 얽힘 구현으로 양자컴퓨터 구현을 위한 실마리가 될 것으로 기대된다.

미래창조과학부는 정현석 서울대 물리천문학부 교수와 마르코 벨리니 이탈리아 광학연구소 박사가 이끄는 국제공동연구팀이 이 같은 성과를 냈다고 23일 밝혔다.

성질이 다른 빛의 얽힘은 실용적인 양자컴퓨터 구현에 중요하다. 연산이 필요한 경우 파동성질의 빛을 통해 연산하고 전송이 필요한 경우에는 입자성질의 양자 빛을 통해 전송하는 등 효율적인 정보처리가 가능하기 때문이다.

하지만 이러한 얽힘은 상호작용하지 않으려는 입자성질 빛 간의 강한 상호작용을 유도해야하기 때문에 구현이 어려웠다. 기존에도 둘의 상호작용을 유도할 수는 있었으나 얽힘을 만들 수는 없었다.

이에 연구팀은 양자 중첩의 원리를 이용해 양자 빛 입자간 직접적 상호작용 없이 양자 빛과 파동성질 빛의 얽힘을 만들어냈다. 양자 중첩의 원리란 서로 구별되는 두 상태가 어느 쪽인지 결정되지 않은 상태로 혼재돼 있을 수 있다는 것으로 양자물리학의 기본이 되는 원리이다.

파동성질의 빛은 전송은 어려우나 연산이나 측정이 원활한 반면 입자성질을 가진 양자 빛은 전송은 효율적이나 연산이나 측정에서 오류가 발생하기 쉽다. 하지만 이들 둘이 얽히는 경우 효율적인 전송과 연산을 수행할 수 있어 양자컴퓨터 구현에 돌파구가 될 것으로 연구진은 기대했다.

정 교수는 “성질이 다른 두 물리계의 얽힘을 빛의 상태로 구현해 파동과 입자 세계를 연결하고 빛을 이용한 양자컴퓨터를 개발하는데 한걸음 더 가까이 다가선 것”이라고 말했다.

연구결과는 네이처 포토닉스(Nature Photonics) 온라인판 6월 23일자로 게재됐다.

김은경 기자 cr21@