KIST "여러 공간 물리량 동시에 측정 분산형 양자 센서 개발"

여러 공간에서의 정보를 동시에 높은 정확도로 측정할 수 있는 분산형 양자 센서 기술이 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST)은 양자정보연구단 임향택 책임연구원 연구팀이 공간적으로 나뉜 여러 개의 물리량을 표준 양자 한계를 뛰어넘는 높은 정밀도로 측정할 수 있는 분산형 양자 센서를 구현하는 데 성공했다고 16일 밝혔다.

양자가 여러 상태를 동시에 확률적으로 보이는 중첩이나 양자들이 멀리 떨어져 있어도 상관관계를 유지하는 얽힘 등 양자 현상을 이용하면 멀리 떨어진 두 공간의 다른 시계 시각을 정밀하게 측정할 수 있다.

예를 들어 서울과 부산에 각각 물리량을 두고 얽힌 상태를 만든 후 두 개 물리량을 측정하면 정확도가 매우 높아져 고전 센서로 불가능한 초정밀 측정이 가능해진다.

연구팀은 이번에 넓은 영역에 분산된 여러 변수를 기존 센서보다 높은 정밀도로 측정하는 분산형 양자 센싱이 실제 양자역학으로 도달하는 가장 높은 정밀도로 현상을 측정한다는 것을 실험적으로 밝혀냈다.

이를 위해 연구팀은 양자 얽힘 상태인 벨 상태로부터 서로 멀리 떨어져 있는 네 공간에 동시에 존재하는 중첩된 얽힘 상태를 만들었다.

이후 분산된 4개 위상의 평균값을 동시 측정한 결과 고전적 한계를 뛰어넘는 2.2데시벨(㏈) 감도를 확인했다고 연구팀은 설명했다.

또 측정하려는 대상보다 광자 개수가 적을 때도 분산형 양자 센싱 네트워크를 만들 수 있는 방법을 제안하고 실험적으로 증명해 적은 자원으로도 이 기술을 활용할 수 있을 것으로 기대한다고 연구팀은 덧붙였다.

연구팀은 여러 위치에서 발생하는 종합적 정보수집이 가능해지면 떨어진 지역의 시각을 동기화하거나 초미세 암을 발견하는 등 새로운 분야를 열 수 있을 것으로 기대했다.

임 책임연구원은 "적은 자원으로도 표준 양자 한계를 뛰어넘는 측정이 가능한 분산형 양자 센싱 핵심 원천기술을 선점해 실용적인 기술로 뻗어나가기를 기대한다"고 말했다.

중앙대, 한국표준과학연구원, 국방과학연구소, 미국 오크리지 국립연구소 등과 공동 진행한 이번 연구 결과는 지난 11일 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션스'에 실렸다.

/연합뉴스