44㎞ 거리를 신뢰도 90% 이상으로…美 연구진 ‘양자 전송’ 실험 성공

과학자들이 처음으로 지속적이고 신뢰도가 매우 높은 ‘양자 전송’ 실험에 성공했다. 이는 양자계의 정보 단위인 큐비트의 순간 이동을 실현했다는 것.

미국항공우주국 제트추진연구소(NASA JPL)와 캘리포니아공대(캘텍) 그리고 페르미국립가속기연구소(페르미랩) 등 공동연구진은 큐비트 정보를 첨단 단일광자 감지기와 기존 장비를 사용한 광섬유 네트워크를 통해 약 44㎞ 떨어진 곳까지 빛의 속도보다 빨리 90% 이상의 신뢰도로 전송했다고 밝혔다. 이는 언젠가 양자 인터넷 서비스가 상용화하는 등 컴퓨터와 통신 기술에 혁명을 일으킬 수 있다는 말이다.

이런 양자 전송 기술을 사용한 통신 시스템은 해킹될 수 있는 컴퓨터 코드 대신 광자를 사용하므로 일반적인 네트워크보다 빠르고 안전하다.



양자 인터넷에서 큐비트 상태로 저장된 정보는 양자 얽힘이라는 현상 덕분에 먼 거리까지 즉시 전송될 수 있다. 이는 얽힘 상태에 있는 두 입자가 하나의 정보를 실시간으로 공유하는 현상 때문인데 각 입자의 양자 상태는 아무리 멀리 떨어져 있어도 서로 즉각적으로 영향을 준다. 따라서 양자 전송은 한 위치에서 다른 위치로 양자의 ‘상태’를 전송한다.

다만 양자 얽힘은 양자 전송의 품질인 신뢰도를 쉽게 떨어뜨릴 수 있는 환경 간섭에 매우 민감하므로 실제 이론을 증명하는 것은 기술적으로 어려운 일이었다.

그렇지만 이번 실험에서 연구진은 무려 44㎞ 정도 떨어진 두 실험실에 각각 양자 전송 시스템을 구축했다. 캘텍 양자 네트워크(CQNET)와 페르미랩 양자 네트워크(FQNET)으로 각각 불리는 두 시스템은 서로 상호 작용해 일련의 큐비트를 주고 받을 수 있었다. 즉 큐비트는 한 곳에서 다른 곳으로 신호를 즉시 전달한다.

실험 결과, 큐비트 신호는 빛의 속도보다 빠르게 90% 이상의 신뢰도로 전송됐다. 신뢰도는 결과로 나온 큐비트 신호가 원래 전송한 메시지와 얼마나 가까운지를 측정하는 데 쓰인다.

이에 대해 연구에 참여한 마리아 스피로풀루 캘텍 교수는 “이런 높은 신뢰도는 특히 양자 감지기를 포함한 첨단 양자 장치를 연결하도록 설계한 양자 네트워크 구축 사례에서 중요하다”고 말했다.

이번 결과는 과학자들이 양자 영역에 관한 지식의 경계를 넓히고 미래의 양자 인터넷 상용화의 가능성에 희망을 주는 것이다.

이 기술이 나오려면 아직 멀었지만, 미국에서는 이미 양자 네트워크를 적용할 계획을 세워놓고 있는 것으로 전해졌다. 한 예로 미 에너지부는 미 전역에 있는 연구소들 사이에 양자 네트워크 구축을 고려하고 있다.

양자 인터넷상에서 구현되는 양자 컴퓨터의 능력은 현재 전 세계에서 가장 빠른 슈퍼 컴퓨터의 속도를 약 100조 배 능가할 것으로 예상된다.

이에 대해 스피로풀루 교수는 “SNS 사용자들은 물론 농담이겠지만 양자 인터넷 업체에 가입해야 하느냐고 묻는다”면서 “우리는 더 많은 연구개발(R&D) 작업이 필요하다”고 말했다.

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr