KIST 연구진, 광자가 동시에 여러 장소에 존재하는 ‘얽힘’ 상태 구현
한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 양자정보연구단 임향택 박사팀이 실시간으로 변화하는 여러 개의 물리량을 고전적인 한계를 뛰어넘는 정밀도로 측정하는 양자센서를 구현했다고 밝혔다.
연구진은 실시간으로 변화하는 여러 개의 물리량을 정밀하게 측정할 수 있는 양자 상태인 '다중모드 N00N' 상태를 구현했다. N00N 상태는 두 개의 광 경로 a, b에 대해 N개의 광자가 진행할 때, N개의 모든 광자가 a로 진행하는 상태와, N개의 모든 광자가 b로 진행하는 상태가 동시에 존재하는 얽힘 상태다. 다중모드 N00N 상태는 N00N 상태가 확장된 상태로, 가장 정밀도가 높은 것으로 알려져 있지만, 구현에 어려움이 있었다.
연구진은 2개의 광자가 4개의 경로로 동시에 진행하는 얽힘 상태인 다중모드 N00N 상태를 실험적으로 구현했다. 또 빛의 간섭 현상을 이용해 변위를 측정하는 광학계인 간섭계에 적용했다. 그 결과 간섭계가 가지는 여러 위상 변화량을 고전적 한계를 뛰어넘는 높은 정밀도로 동시에 측정해냈다.
연구를 주도한 임향택 KIST 박사는 "이번 성과의 핵심 기술인 '다중모드 N00N' 상태는 양자 이미징, 양자 센서 네트워크 등의 기반 기술로 활용돼 양자센싱 분야 발전에 기여할 수 있을 것"이라며 "구체적으로 고성능 양자 현미경, 바이오 이미징 센서 등에 활용될 수 있을 것"이라고 밝혔다.
이 연구는 과학기술정보통신부의 지원을 받아 KIST 주요사업 및 한국연구재단 양자컴퓨팅기술개발사업, 기초연구사업 우수신진연구, 정보통신기획평가원 양자암호통신집적화 및 전송기술 고도화 사업을 통해 이뤄졌다. 연구결과는 국제 학술지인 '네이처 커뮤니케이션스' 최신호에 게재됐다. 안경애기자 naturean@dt.co.kr
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