KAIST, 차세대 양자통신 기반 마련... '양자 인터넷 핵심 광원' 개발 작성일 11-30 38 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="64I1IoB3Oi"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="cf7d9e80858eb11b3378dea7a4676373ef95a528c9258cc121f1924411fd0738" dmcf-pid="P8CtCgb0OJ" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="관련 연구가 실린 국제학술지 표지 및 PSS 기판에서 성장한 질화갈륨 박막 실험결과" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202511/30/etimesi/20251130120254558oxtr.jpg" data-org-width="667" dmcf-mid="8pUPUToMrn" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202511/30/etimesi/20251130120254558oxtr.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 관련 연구가 실린 국제학술지 표지 및 PSS 기판에서 성장한 질화갈륨 박막 실험결과 </figcaption> </figure> <p contents-hash="6f9f8562c6f748a90b07ab67c79e17ca5f2d67f3f26a3406231efa589631527e" dmcf-pid="Q6hFhaKpDd" dmcf-ptype="general">씨밴드(C-band)는 광섬유로 인터넷 신호가 가장 멀리, 손실이 가장 적게 전달되는 '최적의 빛 파장대(약 1550㎚)'로, 이 파장에서 확정적 양자 광원을 안정적으로 만들어내는 기술 개발은 난제였다. 이런 가운데 우리 연구진이 C-band에서 세계 최고 품질(동일성 72%, 순도 97%)의 단일 광자원을 구현했다.</p> <p contents-hash="712a64ab4160abc98de6461e91e95560dcad5bf173edcb4c677e0004140e0dfc" dmcf-pid="xPl3lN9UEe" dmcf-ptype="general">한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 조용훈 물리학과 교수팀이 올해 상온에서도 작동되는 광통신 대역의 위치 제어된 단일 광자원을 실험적으로 구현한데 이어, 세계 최고 수준의 '구별불가능한 동일 광자'를 만드는 C-band 대역의 양자 광원을 잇달아 개발했다고 30일 밝혔다.</p> <p contents-hash="62c40b65a956c60db72d4802f8609ccdecd6669636aabe7fefaa47198c9556c7" dmcf-pid="yv8a80sAsR" dmcf-ptype="general">단일 광자원은 빛을 한 번에 딱 하나씩 꺼내는 장치다. 이 빛은 복사가 불가능해 도청이 거의 불가능한 양자 통신 핵심 요소다.</p> <p contents-hash="1a41424a9457ad5c61900737b223c3ac4c96aa7afe034ae80e0b29c61a0a78e4" dmcf-pid="WT6N6pOcmM" dmcf-ptype="general">또 만들어낸 광자들이 서로 완전히 똑같아 보일 정도로 동일하면 두 광자를 합쳤을 때 특이한 양자 효과(홍-오-만델 간섭)가 나타나고, 이 효과는 양자 중계기, 양자 순간이동, 양자 네트워크 구축 등과 같은 미래 양자 인터넷의 필수 기술 바탕이다. 즉, '빛을 원하는 시점에 하나씩 만들고 (순도), 그 빛들을 완전히 똑같게 만드는 능력(동일성)'이 양자 인터넷을 위한 양자 광원의 핵심 성능이다.</p> <p contents-hash="c8001695b647c2f0089535ca33ad071bb64747f511229e7deccdf3b104c98ece" dmcf-pid="YyPjPUIkwx" dmcf-ptype="general">먼저 연구팀은 상온에서도 잘 작동하는 광통신 대역의 위치 조절된 단일 광자원을 개발했다. 연구팀은 상온에서도 잘 작동하는 단일 광자원을 개발하기 위해 질화갈륨(GaN)이라는 재료의 결함에서 나오는 단일 광자에 주목했다. 하지만 이 기술은 결함이 아무 곳에서나 생기고 빛이 박막 안에서 갇혀 빠져나오기 어렵고 효율이 낮다는 문제가 있었다.</p> <p contents-hash="c66b12eaeab0102ea8b97166a52fb54e40e929096a101d7c8617d609e5eedb66" dmcf-pid="GHRERqSrsQ" dmcf-ptype="general">연구팀은 미세 패턴을 새긴 사파이어 기판(PSS)을 만들고 그 위에 GaN 박막을 성장시켜 빛이 나오는 결함의 위치를 원하는 대로 조절하고, 빛이 완전히 갇히지 않고 밖으로 잘 나오도록 만드는 데 성공했다.</p> <p contents-hash="0e4aabe1693458385f1309cab8196083a0183090cf3772a4d5696f5c7001961b" dmcf-pid="HXeDeBvmIP" dmcf-ptype="general">그 결과, 상온에서도 통신용 파장대(1.1-1.35 μm)에서 단일 광자의 위치와 밀도를 제어하면서 보다 안정적으로 만들 수 있게 됐다.</p> <p contents-hash="ed14720ec9d0c76958193ea55862071f1c8224fde07efef4b3cb06ee78c02b92" dmcf-pid="XZdwdbTsI6" dmcf-ptype="general">연구팀은 또 광섬유 인터넷과 바로 연결되는 C-band 대역 고동일성 양자 광원을 개발했다. 전 세계 인터넷은 C-band 대역의 빛을 표준으로 사용한다. 왜냐하면 이 파장은 광섬유 속에서 가장 적게 약해지고, 가장 멀리 전달되기 때문이다.</p> <p contents-hash="1ae9d0f0031e9ff2671deb9db698fa34c7205525930cb59aa2726cf9c5caa2b5" dmcf-pid="Z5JrJKyOI8" dmcf-ptype="general">따라서 이 파장에서 양자 광원을 만들어내면 기존 인터넷망과 그대로 연결되는 양자 인터넷이 가능하다. 문제는 이 파장에서 높은 품질의 확정적 단일 광자를 만드는 것이 세계적으로 가장 어려운 기술 중 하나라는 점이다.</p> <p contents-hash="a91f79382774ec3d18b7305b1725d181f187d46f038180f85c817193f0b2da47" dmcf-pid="51imi9WID4" dmcf-ptype="general">양자점은 '아주 작은 빛 공장'처럼 크기에 따라 낼 수 있는 빛의 색이 달라지는데, 기존 재료(GaAs 위에 InAs)로는 양자점이 너무 작게 형성돼 주로 900㎚ 부근 양자 광원을 성능 좋게 잘 만들 수 있었다.</p> <p contents-hash="83d899a5c75caf7364b7b3ece408d10a13214784b4876b21b72c4fec754ac302" dmcf-pid="1tnsn2YCmf" dmcf-ptype="general">연구팀은 먼저 장파장의 빛을 내는, 더 큰 양자점을 만들 수 있도록 '재료 조합'을 새로 설계했다. 이에 InP 기판과 InAlGaAs 장벽 조합을 도입해 더 큰 InAs 양자점을 성장시키는 데 성공했고, 이 양자점이 드디어 C-band, 즉 광섬유 통신에서 사용하는 파장에서 단일 광자를 효과적으로 만들어내도록 했다. 결국, 재료 조합을 바꿔 더 큰 '빛 공장'을 지어 C-band 빛을 구현한 셈이다.</p> <p contents-hash="e1c5de156d063fbb880c809b44011253a93b4ea4b335a7d7732ecc574b0f28fe" dmcf-pid="tFLOLVGhEV" dmcf-ptype="general">다음으로 연구팀은 광자 품질을 높이기 위한 구조적 개선을 적용했다. 성장된 양자점을 중심에 두고 초정밀 원형 브래그 격자(CBG) 구조를 제작함으로써 빛 알갱이인 광자가 더 빠르고 깨끗하게 방출하도록 하였다. 쉽게 말해 빛 공장에 특수 배광 장치를 달아 보다 많은 빛이 빠르게 빠져나오도록 한 것이다.</p> <p contents-hash="01dac7c6056951fd11cd3cffa9861aa8252b5fbe9590ad61c786fb705edb200f" dmcf-pid="F3oIofHlr2" dmcf-ptype="general">또한 양자점을 켜는 방식(여기 방식)도 개선했다. 기존 방식은 잡음이 섞이거나 시간이 지날수록 빛의 색이 흔들려 광자들이 서로 완전히 같아지지 않는 문제가 있었다. 연구팀은 이를 해결하기 위해 준공명 p-shell 여기 방식을 사용했다. 이는 빛이 나오는 에너지(s-shell) 보다 위 단계(p-shell)를 살짝 건드려 양자점을 부드럽고 안정적으로 켜는 방식이다. 이렇게 하면 원하는 빛 만을 잘 선택할 수 있고 잡음과 시간 흔들림이 크게 줄어든다.</p> <p contents-hash="78513c2c0224b49b8c95b07976ec38f821f61ee1fe3b3fada3577ae5e412d79a" dmcf-pid="30gCg4XSE9" dmcf-ptype="general">이런 두 가지 기술을 결합한 결과, 연구팀은 동일성 72%와 순도 97%라는 C-band 최고 품질 기록을 달성했다.</p> <p contents-hash="a4eb1e3f7518698fd3189053e94329ab2168729602b9baefc6c06980dd35890f" dmcf-pid="0paha8ZvsK" dmcf-ptype="general">조용훈 교수는 “기존 광섬유 통신망과 바로 연결될 수 있는 파장에서 사용될 수 있는 확정적 양자 광원을 세계 최고 수준으로 얻은 결과”라며 “최근 선정된 양자과학기술 플래그십 프로젝트를 통해 이러한 확정적 양자 광원의 동일성을 95% 이상으로 더욱 고도화하여, 양자컴퓨터·양자통신·초정밀 센싱 등 차세대 양자기술의 성능을 결정짓는 핵심 기반 기술인 다중 광자 얽힘 기술을 개발할 계획”이라고 말했다.</p> <p contents-hash="bfe91d165a124b98ba18c0075234b889a735986d8309bf0c5815d2a1311a9641" dmcf-pid="pUNlN65Twb" dmcf-ptype="general">김영준 기자 kyj85@etnews.com</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 전자신문. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 먹거리 기본보장 코너 내달 1일부터 운영…“생계가 어려운 국민, 별도 신청없이 지원” 11-30 다음 無메달 수모...한국 남녀 쇼트트랙, 올림픽 500m 출전권 3장 획득에 '빨간불' 11-30 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
