[파이낸셜뉴스] KAIST(한국과학기술원) 연구진이 인터넷 신호가 가장 잘 전달되는 최적의 파장에서 세계 최고 품질의 단일 광자원을 만드는 데 성공했다.
KAIST는 물리학과 조용훈 교수 연구팀은 상온에서도 작동되는 광통신 대역의 위치 제어된 단일 광자원을 실험적으로 구현한 데 이어 세계 최고 수준의 ‘구별불가능한 동일 광자’를 만드는 C-band(씨밴드) 대역의 양자 광원을 잇달아 개발했다고 30일 밝혔다.
C-band는 광섬유를 통해 인터넷 신호가 가장 멀리, 가장 적게 손실되며 전달되는 ‘최적의 빛 파장대(약 1550nm)’를 말한다. 전 세계 인터넷은 이 파장대 부근의 C-band 대역의 빛을 표준으로 사용하고 있다. 이 파장에서 원하는 시점에 발생되는 확정적 양자 광원을 안정적으로 만들어내는 기술은 전 세계가 해결하지 못한 큰 난제였다.
연구팀은 상온에서도 잘 작동하는 단일 광자원을 개발하기 위해 질화갈륨(GaN)이라는 재료의 결함에서 나오는 단일 광자에 주목했다. 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.
그 결과, 상온에서도 통신용 파장대(1.1-1.35 µm)에서 단일 광자의 위치와 밀도를 제어하면서 보다 안정적으로 만들 수 있게 됐다. 이 연구는 양자 기술 분야 국제 학술지인 ‘Advanced Quantum Technologies’ 게재돼 2월호 표지 논문으로 선정됐다.
이어 연구팀은 먼저 장파장의 빛을 내는, 더 큰 양자점을 만들 수 있도록 ‘재료 조합’을 새로 설계해 더 큰 ‘빛 공장’을 지어 C-band 빛을 구현했다. 다음으로 광자 품질을 높이기 위한 구조적 개선을 적용했다. 양자점을 켜는 방식도 개선해 잡음과 시간 흔들림을 크게 줄였다. 그 결과, 연구팀은 동일성 72%와 순도 97%라는 C-band 최고 품질 기록을 달성했다. 이는 ‘Advanced Quantum Technologies’ 게재돼 10월호 표지 논문으로 선정됐다.
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 고도화해 양자컴퓨터·양자통신·초정밀 센싱 등 차세대 양자기술의 성능을 결정짓는 핵심 기반 기술인 다중 광자 얽힘 기술을 개발할 계획”이라고 말했다.
jiany@fnnews.com 연지안 기자
※ 저작권자 ⓒ 파이낸셜뉴스, 무단전재-재배포 금지