연구진, 브라질 과나바라만 7km 구간 쌍둥이 광자 전송 성공

인사이더 브리프 (Insider Brief)

• 브라질 연구진은 쌍을 이루는 광자 중 하나를 과나바라만(Guanabara Bay) 건너 7km 떨어진 곳으로 보냈으며, 다른 하나는 광원에서 검출했습니다.
• 이 실험은 대기 난류와 다른 신호 손실 요인에도 불구하고 5초 동안 7,000회의 동시 검출을 기록했습니다.
• 연구진은 아직 얽힘이 이동 과정에서 살아남았는지 확인하지 못했으며, 다음 단계로 광자의 편광을 테스트할 계획입니다.
• 이미지: 니테로이(Niterói)에 있는 UFF의 실험 설정. 이곳에서 리우데자네이루의 CBPF로 광자가 발사됩니다. 광학 시스템에는 광원과 과나바라만 상공 7km의 대기를 통해 빔을 투사하는 데 사용되는 망원경이 포함됩니다 (사진: André Luiz da Silva Santos Junior)

보도 자료 — José Tadeu Arantes | Agência FAPESP — 플루미넨시 연방 대학교(UFF) 연구진은 양자 통신 및 초보안 인터넷 구축을 향한 중요한 발걸음을 내디뎠습니다. 그들은 "쌍둥이 광자" 또는 빛의 입자 쌍을 생성하고, 하나가 리우데자네이루 과나바라만을 가로질러 공중으로 약 7km를 이동한 후에도 광자들이 강력한 상관관계를 유지함을 보여주었습니다. 한 광자는 니테로이의 UFF 실험실에 남아 있었고, 그 "쌍둥이"는 만을 건너 우르카(Urca)로 향했습니다.

“두 검출 결과를 비교한 결과, 우연히 발생할 수 있는 수준보다 훨씬 더 많은 시간적 상관관계가 나타났습니다.”라고 UFF 물리 연구소 교수이자 FAPESP 지원 리오 양자 네트워크(Rio Quantum Network) 프로젝트 조정자인 물리학자 Antonio Zelaquett Khoury는 말했습니다.

이 실험은 광자들이 양자 얽힘 상태였을 수 있으며, 각 쌍의 구성원 중 하나가 대기 난류를 겪은 후에도 그 얽힘을 보존했을 가능성을 강력하게 시사합니다. 이 가설이 확인된다면 자유 공간 양자 통신 채널을 구축하는 데 중요한 단계가 될 것입니다.

두 입자가 얽히면, 각 입자의 특정 속성이 서로 상관관계를 갖게 되어 구성 요소가 멀리 떨어져 있더라도 쌍을 하나의 양자 시스템으로 설명해야 합니다. 이는 양자 통신에서 정보를 인코딩하는 데 사용될 수 있습니다. 한 예로 기존 통신으로는 달성할 수 없는 보안 수준의 암호화 키 분배가 있습니다. 광자를 가로채서 측정하려는 시도는 광자의 양자 상관관계를 변화시키며, 원칙적으로 침입자의 존재를 드러낼 수 있습니다.