Quantum tele-amplification with a continuous-variable superposition state

거시양자제어연구단(단장 정현석 교수)과 일본 NICT 양자통신 실험 그룹은 양자신호를 증폭하면서 공간 이동하는 방법을 제안하고 이를 실험적으로 구현했다.

양자 상태의 빛은 양자컴퓨터와 양자통신 등 고전적 정보기술의 한계를 뛰어넘는 양자정보기술을 구현하는데 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 기대되어 왔으며, 과학자들은 실험실에서 양자 빛을 만들어내고 관찰해 왔다. 그러나 양자 통신 등을 위한 양자 신호의 전송 과정 중에 양자 빛의 고유한 특성은 쉽게 사라져 버리고 이에 따라 보내고자 하는 양자 신호도 약해진다. 특히 결 어긋남 현상(decoherence) 때문에 양자 빛의 세기가 강하면 강할수록 오히려 양자 빛의 고유한 특성을 더 빨리 읽어버리게 되는데, 이는 안정적인 장거리 양자 통신과 양자 컴퓨터 구현에 큰 어려움으로 알려져 왔다.

연구팀은 비대칭적으로 얽혀있는(entangled) 양자상태의 빛을 만들어낸 후에 이를 양자신호의 증폭-공간이동(tele-amplification)에 이용하였고, 수신자 측의 검출장치를 이용해 송신자가 보낸 약한 신호의 양자 빛이 수신자 측에서 크기만 증폭된 형태로 재생된 것을 최종 확인했다. 그 동안 별개의 방법으로 여겨졌던 양자 신호증폭과 양자 공간이동이 동시에 수행 가능하게 됨에 따라 안정적인 장거리 양자 통신과 빛을 이용한 양자컴퓨터의 구현이 앞당겨질 수 있을 것으로 기대된다.

J. S. Neergaard-Nielsen, Y. Eto, C.-W. Lee, H. Jeong & M. Sasaki, published online 12 May 2013, Nature Photonics (2013).