양자컴퓨터 핵심 '얽힘', 간단한 레이저로 만든다

미국 연구진이 양자컴퓨터와 센서의 핵심 기술인 '양자 얽힘' 상태를 간단한 방법으로 만들고 제어하는 새로운 기술을 개발했다.

미국 시카고대 분자공학대학원(PME) 연구팀은 이 같은 내용의 연구 결과를 국제학술지 '피지컬 리뷰 X'(Physical Review X)에 발표했다고 5일(현지시간) 밝혔다.

양자 얽힘은 여러 입자의 물리적 특성이 서로 깊게 얽혀 있는 상태로, 양자 기술의 기반이 된다. 하지만 이런 상태를 구현하려면 지금까지 복잡한 장비와 정교한 설계가 필요했다.

연구팀은 기존 양자물리학 실험실에서 흔히 사용하는 '공동 양자 전기역학'(cavity QED) 장치를 활용했다. 이 장치는 두 개의 거울로 이뤄진 공간 안에 원자를 가두고 빛과 상호작용하게 하는 원리다.

기존 방식은 모든 원자가 빛과 동일하게 상호작용해 대칭성을 갖는 한계가 있었다. 연구팀은 추가적인 레이저나 자기장을 이용해 원자 그룹별로 들뜬상태 에너지를 미세하게 조정하는 방식으로 이 대칭성을 깼다.

이를 통해 단순히 레이저를 조정하는 것만으로 이전에는 생각지 못했던 다양한 종류의 얽힘 상태에 접근할 수 있게 됐다.

이 기술은 초정밀 양자 센서에 즉시 적용될 수 있다. 연구팀은 이 기술을 활용하면 두 지점 간의 미세한 자기장이나 중력장 차이를 감지하는 센서를 만들 수 있다고 설명했다. 특히 주변 잡음의 영향을 받지 않으면서도 민감도를 높일 수 있는 것이 장점이다.

아시시 클럭 교수는 "얽힘을 이용해 정교한 센서를 만들면서도 잡음에 대한 저항성을 갖추는, 양립하기 어려운 두 가지를 해낼 수 있다"고 말했다.

이 밖에도 연구팀은 해당 기술이 양자컴퓨팅에 유용한 것으로 알려진 'AKLT 상태'와 같은 특이 양자 상태를 만드는 데도 사용될 수 있음을 보여줬다.

연구팀은 현재 이론 단계인 이 아이디어를 실제 구현하고 검증하기 위해 실험 그룹과 논의 중이다.