교육과학기술부(장관 이주호)는 김 교수 연구팀이 양자역학의 핵심원리인 일반화된 양자 측정 개념들을 이용해 양자정보기술 구현에 꼭 필요한 양자 얽힘을 결어긋남 현상으로부터 보호하는 새로운 방법을 규명했다고 26일 밝혔다.

연구성과는 물리학 분야 최고 권위 학술지인 'Nature Physics (IF=18.423)'지에 온라인 속보(12월 18일)로 게재됐다. 양자컴퓨터는 기존 컴퓨터와 달리 한 개의 처리장치로부터 수많은 계산을 동시에 처리할 수 있어 정보처리량과 속도가 종전 컴퓨터에 비해 월등히 앞선 미래형 최첨단 컴퓨터를 말한다. 양자통신은 정보를 빛의 기본입자인 광자의 양자 상태에 실어 전달하는 새로운 방식의 통신이다. 양자통신은 양자역학적 특성으로 빠른 속도, 정확한 정보전달 등 기존의 통신에 비해 많은 장점이 있다. 양자통신과 양자컴퓨터 등의 양자정보기술을 구현하기 위해서는 양자계의 결맞음 특성이 보호돼야 하지만, 실제 상황에서는 양자계와 주변 환경과의 연적인 상호작용에 의해 결어긋남 현상이 발생해 결맞음 특성이 손상된다.

특히 결어긋남 현상은 양자정보기술 구현에 핵심요소인 양자 얽힘까지 잃게 만들어 양자정보기술 구현에 가장 큰 걸림돌이었다. 김 교수팀은 실험을 통해 약한 양자측정과 양자측정의 되돌림을 이용해 양자얽힘이 줄어드는 직접적인 원인인 결어긋남 현상 자체를 억제하는데 성공했다. 특히 이번 연구결과는 결어긋남 현상이 아주 강해 양자 얽힘이 완전히 없어지게 만드는 환경에서도 적용할 수 있어 전문가들 사이에서 기존의 양자 얽힘 보호방법의 한계를 뛰어넘은 기술로 평가되고 있다. 김윤호 교수는 "양자통신 및 양자컴퓨터와 같은 양자정보기술은 아직 초기단계이지만, 현대 정보사회의 패러다임을 바꿀 수 있는 가능성이 큰 신기술이다"라며 "이번 연구를 통해 양자정보기술 개발의 걸림돌로 알려진 결어긋남 현상으로부터 양자 얽힘을 보호하는 새로운 방법을 발견해 양자정보기술 발전에 새로운 기반을 마련했다"고 연구의의를 전했다.

한편, 게재된 논문명은 'Protecting entanglement from decoherence using weak measurement and quantum measurement reversal'이다.

▲(왼쪽 그림) 양자 얽힘 보호 프로토콜이 없을 때에는 양자 얽힘이 결어긋남 현상에 의해 현격히 줄어들지만 (오른쪽 그림) 양자 얽힘 보호 프로토콜을 이용하여 양자 얽힘을 결어긋남 현상으로부터 보호할 수 있다. ⓒ2011 HelloDD.com