한국과학기술원(KAIST)은 물리학과 라영식 교수 연구팀이 양자오류 수정을 위한 핵심 기술인 ‘3차원 양자얽힘 구조’를 처음으로 구현해 냈다고 25일 밝혔다. 양자컴퓨터는 기존 비트(0과 1로 정보를 표현하는 단위)를 뛰어넘어 큐비트(정보를 0과 1의 상태를 동시에 갖는 중첩 상태)를 계산의 기본 단위로 사용한다. 각 큐비트는 거리와 상관없이 서로 연관된 양자 상태를 갖는 ‘양자얽힘’ 현상을 보이는데, 이 같은 중첩과 양자얽힘을 통해 고전 컴퓨터로는 계산하기 어려운 문제를 효율적으로 해결할 수 있다. 다만 큐비트가 늘어날수록 양자오류가 기하급수적으로 커지는 한계가 있어 과학계에서 양자오류 정정 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 기존 양자얽힘 상태를 평면적으로 구현한 2차원 구조의 양자컴퓨팅으로는 양자오류 수정에 한계가 있어, 연구팀은 극도로 짧은 시간에 강한 빛을 방출하는 레이저 장치를 이용해 3차원 양자얽힘 구조를 실험적으로 구현해 냈다. 비선형 결정에 펨토초(1천조분의 1초) 레이저를 쪼여 여러 주파수 모드에서 양자 광원을 동시에 생성, 3차원 양자얽힘 상태를 생성하는 데 성공했다. 3차원 구조의 각 노드(그래프의 점)를 측정함으로써 주변 양자
안경원 서울대 물리천문학부 교수 연구팀, 네이처 포토닉스에 게재 안경원 서울대학교 물리천문학부 교수 연구팀이 빛으로 동작하는 초방사 양자 엔진을 세계 최초로 구현했다. 과학기술정보통신부는 개인기초연구사업 등의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과가 국제학술지 ‘네이처 포토닉스(Nature Photonics)’에 22일 게재됐다고 밝혔다. ‘초방사(超放射, superradiance)’는 양자역학적으로 질서정연하게 구성·행동하는 원자들이 집단적으로 빛을 강하게 방출하는 현상이다. 이번 성과로 엔진의 효율을 획기적으로 향상할 수 있는 가능성을 열었다. 초방사 양자 엔진은 강하게 방출된 빛의 압력으로 작동한다. 엔진의 동작을 위해서는 순간적으로 초방사 현상을 켜고 끌 수 있어야 하는데 지금까지는 그러한 제어가 불가능했다. 연구팀은 다수의 원자들을 초방사를 일으킬 수 있는 양자 중첩상태로 만들고 그들의 양자위상을 직접 제어하면 초방사 현상을 빠르게 켜고 끌 수 있다는 점에 착안해 연구를 진행했다. 연구팀은 체스판 모양의 나노 구멍 격자를 통과한 일부 원자들을 초방사를 일으킬 수 있는 양자 중첩상태로 만든 뒤 이러한 원자들이 두 개의 거울로 구성된 공진기 안에서 빛을 내도
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