ETRI, 상온에서 작동 '양자 인터넷 핵심기술' 개발

세계 최초 질화규소 이용 양자 게이트 구현, 연산 신뢰도 81%
광학 집적회로 방식 양자 얽힘 광원 및 소자 국내 최초 구현

국내 연구진이 매우 낮은 온도에서만 작동하는 기존 양자프로세서를 상온에서도 작동 가능하게 만드는 기술을 개발했다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 실리콘 및 질화규소(Si₃N)를 이용해 양자 인터넷 구현에 필요한 광원소자와 광집적회로를 개발하고 이를 이용해 양자 게이트(CNOT)를 구현하는데 성공했다고 29일 밝혔다.

양자 인터넷은 광자의 양자 중첩과 같은 양자역학 현상을 활용해 양자 데이터를 전달하는 새로운 인터넷 기술로 기존 인터넷보다 데이터 전송의 보안성을 획기적으로 높이고 계산 능력을 향상시킬 수 있어 차세대 정보통신 인프라 기술로 손꼽힌다.

연구진은 기술선점을 위해 상용화에 유리한 양자 광학 방식을 택했다.

이번 성과는 국내에서 광집적회로 양자 게이트 기술을 처음으로 구현한 사례로 더욱 의미가 크다.

또한 연구진은 실리콘으로 축퇴사광파혼합 과정을 이용, 광자 쌍을 만드는 양자광원 소자를 개발했다.

양자 데이터를 전달하기 위해 빛의 최소 단위이자 큐비트 역할을 하는 빛 알갱이인 광자(光子)를 한 개씩 만들어 내는 '레이저 총'을 개발한 셈이다.

아울러 ETRI는 광 전송손실 특성이 좋은 실리콘과 질화규소로 광도파로를 활용, 광집적회로를 만들었다.

양자광원 소자에서 만들어 낸 단일 광자쌍을 이 회로에 입력하면 양자 간섭 현상을 통해 광자의 양자 상태를 제어할 수 있다.

광집적회로를 활용하면 양자정보처리 연산 중 하나인 CNOT 양자 게이트 구현이 가능하다.

특히, 질화규소 광도파로를 활용한 광집적회로로 CNOT 양자 게이트를 구현한 것은 세계 최초 사례다.

연구진이 개발한 회로로 게이트를 작동한 결과 신뢰도는 최대 81%를 기록했다.

본 성과는 올해 12월에 열리는 ECOC 2020 국제 학술대회에서도 발표될 예정이다.

ETRI 주정진 양자광학연구실장은 "양자 인터넷 핵심기술 개발 및 산업화에 국내 반도체 산업의 강점을 활용, 우리나라가 미래 인터넷 강국의 선도적 역할을 수행할 수 있도록 기여하고 싶다"고 밝혔다.
박수영 기자 sy870123@