비즈니스 기회
최초의 메트로 지역 양자 컴퓨터 네트워크를 시연
서로 다른 양자 상태에 중첩된 광자를 통해 해커 방지 정보를 전 세계로 보낼 수 있는 양자 인터넷을 꿈꾸는 목표입니다. 하지만 그것이 가능하다는 것을 물리적으로 보여주는 것은 전혀 다른 일입니다.
하버드 물리학자들이 기존의 보스턴 지역 통신 광섬유를 사용하여 현재까지 두 양자 메모리 노드 사이의 세계에서 가장 긴 광섬유 거리를 시연한 것이 바로 그것입니다. A 지점과 B 지점 사이의 단순하고 폐쇄된 인터넷으로, 기존 인터넷과 같은 고전적인 비트가 아니라 완벽하게 안전한 개별 빛 입자로 인코딩된 신호를 전달한다고 생각하면 됩니다.
네이처(Nature)에 발표된 이 획기적인 연구는 "통신 네트워크에서 나노포토닉 양자 메모리 노드의 얽힘(Entanglement of nanophotonic quantum memory nodes in a telecom network)"이라는 제목으로 진행되었으며, 조슈아 앤 베스 프리드먼(Joshua and Beth Friedman) 대학교 물리학과 교수인 미하일 루킨(Mikhail Lukin)이 하버드 양자 이니셔티브(Harvard Quantum Initiative)의 회원인 하버드대 교수 마르코 론차르(Marko Lončar)와 박홍쿤(Hongkun Park)과 아마존 웹 서비스(Amazon Web Services)의 연구원들과 공동으로 진행했습니다.
하버드 팀은 케임브리지, 서머빌, 워터타운, 보스턴을 가로지르는 약 22마일의 루프에 걸쳐 배치된 광섬유 링크로 분리된 두 개의 양자 메모리 노드를 얽혀서 최초의 양자 인터넷의 실용적인 구성을 확립했습니다. 두 노드는 하버드의 통합 과학 및 공학 연구소에서 한 층 떨어진 곳에 위치했습니다.
양자 메모리는 기존 컴퓨터 메모리와 유사하며, 복잡한 네트워크 운영과 정보 저장 및 검색을 가능하게 하기 때문에 상호 연결된 양자 컴퓨팅의 미래에 중요한 구성 요소입니다. 과거에 다른 양자 네트워크가 만들어졌지만 하버드 팀의 양자 네트워크는 정보를 저장, 처리 및 이동할 수 있는 장치 간의 가장 긴 광섬유 네트워크입니다.
각 노드는 ‘silicon-vacancy center’라고 하는 원자 구조에 결함이 있는 다이아몬드 조각으로 만들어진 매우 작은 양자 컴퓨터입니다. 다이아몬드 내부에는 사람 머리카락 굵기의 100분의 1보다 작은 조각된 구조물이 ‘silicon-vacancy center’와 빛 사이의 상호작용을 강화합니다.
‘silicon-vacancy center’에는 두 개의 큐비트 또는 양자 정보 비트가 포함되어 있는데, 하나는 통신에 사용되는 전자스핀 형태이고, 다른 하나는 얽힘(모든 거리에서 정보를 완벽하게 상호 연관시킬 수 있는 양자 역학적 특성)을 저장하기 위한 메모리 큐비트로 사용되는 수명이 더 긴 핵 스핀입니다.
두 스핀 모두 마이크로파 펄스로 완전히 제어할 수 있습니다. 몇 밀리미터 정사각형에 불과한 이 다이아몬드 장치는 -459°F의 온도에 도달하는 냉동 장치 내부에 보관됩니다.
‘silicon-vacancy center’를 단일 광자를 위한 양자 메모리 장치로 사용하는 것은 하버드의 다년간의 연구 프로그램이었습니다. 이 기술은 이론화된 양자 인터넷의 주요 문제, 즉 기존 방식으로는 증폭할 수 없는 신호 손실을 해결합니다.
양자 네트워크는 임의의 양자 정보를 복사하는 것이 불가능하기 때문에 표준 광섬유 신호 중계기를 사용할 수 없어 정보가 안전하지만 장거리로 전송하기가 매우 어렵습니다.
‘silicon-vacancy center’기반 네트워크 노드는 신호 손실을 수정하면서 양자 정보 비트를 포착, 저장 및 얽힘 작업을 할 수 있습니다. 노드를 절대 영도에 가깝게 냉각시킨 후 빛은 첫 번째 노드를 통해 보내지고 ‘silicon-vacancy center’의 원자 구조의 특성상 얽히게 됩니다.
"빛은 이미 첫 번째 노드와 얽혀 있기 때문에 이 얽힘을 두 번째 노드로 옮길 수 있습니다"라고 Lukin의 연구실에 있는 Kenneth C. Griffin 예술 및 과학 대학원 학생인 제1 저자 Can Knaut는 설명했습니다. "우리는 이것을 광자 매개 얽힘이라고 부릅니다."
지난 몇 년 동안 연구원들은 보스턴에 있는 한 회사로부터 광섬유를 임대하여 실험을 진행했으며, 기존 광섬유 위에 데모 네트워크를 장착하여 유사한 네트워크 회선을 가진 양자 인터넷을 만드는 것이 가능할 것임을 시사했습니다.
루킨 교수는 "양자 네트워크 노드가 매우 바쁜 도시 지역의 실제 환경에서 얽힐 수 있음을 보여주는 것은 양자 컴퓨터 간의 실용적인 네트워킹을 향한 중요한 단계"라고 말했습니다.
2노드 양자 네트워크는 시작에 불과합니다. 연구원들은 노드를 추가하고 더 많은 네트워킹 프로토콜을 실험하여 네트워크 성능을 확장하기 위해 노력하고 있습니다.
이상의 기사는 2024년 5월 15일 Phys,org에 게재된 “Physicists demonstrate first metro-area quantum computer network in Boston”제목의 기사 내용을 편집하여 작성하였습니다.
* 원문정보 출처 : https://phys.org/news/2024-05-physicists-metro-area-quantum-network.html
* 추가정보 출처 : https://www.nature.com/articles/s41586-024-07252-z