뮌헨공대 연구진, 불필요한 빛의 주파수를 선택적으로 억제해 단일 광자 생성 효율 향상
- 양자통신은 높은 보안성을 갖춘 차세대 데이터 전송 기술로 주목받지만, 구현에 필수적인 단일 광자의 안정적 생성이 핵심 기술 과제로 남아 있음
- 이에 독일 뮌헨공과대학교(TUM)와 뮌헨 양자과학기술센터(MCQST) 연구진은 기존 방식의 한계를 극복하는 새로운 단일 광자 생성 방법을 개발함
원하는 주파수 증폭 대신 불필요한 주파수 억제
- 기존에는 단일 광자를 생성하기 위해 주로 공진기를 활용했는데, 이는 미세한 광학 구조인 공진기를 이용해 광자원이 특정 주파수의 빛을 집중적으로 방출하도록 만드는 방식임
- 그러나 공진기는 작동 가능한 주파수 범위가 좁고 각각의 광자원에 맞춰 정밀하게 조정해야 한다는 한계가 있음
- 연구진은 광자원 주변 환경을 조절해 불필요한 주파수의 빛 방출을 억제하는 새로운 방식을 적용함
- 이를 위해 광결정 도파로를 활용해 원하는 주파수는 유지하고 불필요한 주파수의 방출 경로만 선택적으로 차단하도록 함
원하는 광자 비율 23%에서 72%로 약 3배 향상
- 초기 실험에서 새로운 기술의 효과도 확인됐었으며 광결정 도파로를 적용한 결과, 방출되는 빛 가운데 원하는 광자가 차지하는 비율이 약 23%에서 72%로 약 3배 증가함
- 이는 기존에는 훨씬 복잡한 공진기 기술을 사용해야 달성할 수 있었던 수준임
- 새로운 방식에서는 광자 생성 속도도 기존보다 다소 느려졌는데, 연구진은 오히려 이러한 특성이 양자통신에 유리할 수 있다고 설명함
- 연구진은 초기 실험의 광자원으로 현재 광섬유 기술에도 활용되는 에르븀(erbium)을 사용함
여러 광자원 동시 활용·주파수 선택 유연성 확보
- 광결정 도파로는 기존 공진기보다 크고 대역폭이 넓어 여러 광자원을 하나의 장치에서 동시에 활용할 수 있음
- 또한 개별 광자원에 맞춘 정밀 조정 없이 원하는 주파수를 유연하게 선택할 수 있다는 장점이 존재함
- 연구진은 이를 기반으로 다수의 양자 시스템을 연결하는 인터페이스와 향후 양자 네트워크 구현에 기여할 것으로 기대함
