[헤럴드경제=이정아 기자] 국내 연구진이 양자컴퓨터나 양자 통신에 활용되는 양자 얽힘 상태의 광자들을 다량으로 한꺼번에 순간이동시킬 수 있는 획기적인 양자 측정 방법을 찾아냈다.

서울대 물리천문학부 정현석 교수팀은 17일 양자 얽힘(quantum entanglement) 상태의 광자를 하나씩 순간이동할 때 성공률이 50% 이하가 되는 문제를 한꺼번에 얽혀 있는 많은 광자를 묶어서 순간이동하는 방법으로 해결할 수 있음을 입증했다고 밝혔다. 광자는 더 이상 쪼갤 수 없는 최소 단위의 에너지를 가진 빛의 알갱이다.

서울대학교 물리천문학부 정현석 교수

하나의 광자를 순간이동 시키기 위해서는 먼저 얽힌 광자 쌍을 만들어낸 후, 양자 얽힘을 구별해내는 특별한 양자 측정을 수행해야 한다. 그러나 이 같은 방법으로는 하나의 광자를 순간이동시키는 것은 양자역학 자체의 불확실성으로 인해 성공 확률이 50%를 넘을 수 없다는 것이다.

광자 하나를 보낼 때 성공률이 최대 50% 정도에 불과하기 때문에 많은 정보처리를 위해 양자 순간이동을 수없이 반복해야 하는 전체 과정의 성공률은 기하급수적으로 떨어지게 된다. 이는 양자정보기술의 개발에 큰 장애요인이 됐다.

이에 연구진은 단일 광자들 간의 얽힘이 아닌 많은 수의 광자들이 한꺼번에 얽혀있는 상태를 사용해 문제를 해결할 수 있다고 밝혔다. 이를 ‘다광자 얽힘 상태’라고 부르는데, 이 경우 단일 광자들에 대한 양자 측정이 단 한 번만 성공해도 다광자 얽힘 상태에 포함된 광자들의 수에 해당하는 만큼의 많은 광자들을 순간이동시킬 수 있게 된다.

연구진은 이어 기존 방법처럼 광자 하나로 양자비트(큐비트.qubit)를 구성하는 게 아니라 여러 개의 광자로 하나의 큐비트를 구성하면 큐비트 전송 및 연산 확률을 획기적으로 높일 수 있어 확장성이 있는 양자 전산을 수행할 수 있을 것이라고 덧붙였다.

정현석 교수는 “기존에 알려진 한계를 넘어서 양자 상태로 존재하는 많은 광자들을 한꺼번에 순간이동시키는 것이 가능하다는 것을 보인 결과”라며 “양자컴퓨터의 확장성을 개선하는데 유용할 것으로 기대된다”라고 말했다.

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