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광자 한꺼번에 ‘순간이동’ 성공

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광자 한꺼번에 ‘순간이동’ 성공

2015.03.17 18:00
교신저자인 정현석 교수(왼쪽)와 제1저자 이승우 서울대 물리천문학부 교수 - 서울대학교 물리천문학부 제공
교신저자인 정현석 교수(왼쪽)와 제1저자 이승우 서울대 물리천문학부 교수. - 서울대 제공

국내 연구진이 많은 수의 광자를 한꺼번에 ‘순간이동’ 시킬 수 있는 방법을 찾아냈다.


정현석 서울대 물리천문학부 교수팀은 ‘양자 얽힘’ 현상을 이용해 다수의 광자를 양자 순간이동시킬 수 있는 방법을 찾아냈다고 물리학 분야 권위지 ‘피지컬 리뷰 레터스’ 17일자 온라인판에 발표했다.


양자 순간이동이란 양자정보를 한 곳에서 사라지게 한 뒤 다른 곳에서 나타나게 할 수 있는 전송방법으로 양자컴퓨터와 양자통신 기술에 활용할 수 있다. 양자 순간이동은 ‘양자얽힘’이라는 양자역학적으로만 설명할 수 있는 특수한 상관관계를 이용한다.


이전까지 광자 한 쌍이나, 분자 한 쌍을 양자 순간이동 시킨 연구는 많이 있었지만 다수의 광자를 양자 순간이동 시키기는 어려웠다. 하나의 광자를 순간이동 시키기 위해서는 먼저 얽힌 광자쌍을 만들어낸 뒤 양자 얽힘을 구별하는 양자측정(벨 측정)이 필요한데, 양자역학의 불확실성 때문에 성공확률이 50%를 넘을 수가 없었다. 즉, 광자 여러 개를 보내기 위해 여러 번 측정할수록 성공할 수 있는 확률이 기하급수적으로 낮아진다는 뜻이다.


연구팀은 광자 낱개 간의 얽힘이 아닌 많은 수의 광자들이 한꺼번에 얽혀있는 상태를 이용해 이 문제를 해결했다. 많은 광자들이 함께 얽힌 ‘다광자 얽힘 상태’를 이용하면 단일 광자에 대한 양자측정이 단 한 번만 성공해도 다른 모든 광자들이 얽혀있는 상태라는 것이 확인돼 많은 광자들을 순간이동 시킬 수 있었다.


정 교수는 “기존에 알려진 한계를 넘어 양자상태로 존재하는 많은 광자들을 한꺼번에 순간이동 시키는 것이 가능하다는 것을 확인했다”며 “양자컴퓨터의 확장성을 개선하는 데 유용할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

 

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