양자 하드 드라이브의 획기적 성과

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KISTI 미리안 글로벌동향브리핑 2015-01-14
프로토타입 양자 하드 드라이브를 개발하고 있는 물리학자들이 저장시간을 100배 이상 향상시켰다. 이 팀의 6시간이라는 저장시간은 은행거래와 개인 이메일에 이용될 수 있는 양자정보 기반의 안전한 전 세계 데이터 암호 네트워크를 구축하는데 있어서 중요한 발판이 될 것이다. “지구상의 임의의 두 지점들 사이에 양자정보를 분배하는 것이 조만간 가능해질 것으로 생각된다”고 이번 연구의 주저자인 호주국립대(Australian National University) RSPE(Research School of Physics and Engineering)의 만진 즈홍(Manjin Zhong)은 말했다. “양자 상태는 매우 연약하며 대개 수 밀리 초 내로 붕괴된다. 우리의 긴 저장시간은 양자정보 전송에 대변혁을 일으킬 가능성이 있다”고 그녀는 말했다.

빛 광자와 같은 양자 입자는 본질적으로 서로 연결된 형태로 생성될 수 있기 때문에 해독이 불가능한 암호를 약속한다. 이러한 얽힌 입자들 중 어느 하나와 상호작용을 하면, 그 입자들이 서로 얼마나 멀리 떨어져 있는지에 상관없이 나머지 한쪽에도 영향을 준다. 호주국립대와 오타고대(University of Otago) 물리학자 팀은 결정(crystal) 속에 포함된 희토류 원소 유러퓸(europium) 원자에 양자 정보를 저장했다. 레이저 빛을 이용하여 양자상태를 유러퓸의 핵스핀에 기록한 뒤에, 연구팀은 그 결정을 고정된 자기장과 진동하는 자기장이 결합된 자기장에 노출시켜 부서지기 쉬운 양자 정보를 유지했다. “이 두 자기장이 유러퓸의 스핀을 고립시켜서 양자정보가 누설되지 않도록 막는다”고 오타고대의 제본 롱델(Jevon Longdell) 박사는 말했다.

연구팀의 고체 방식은 현재 약 100킬로미터 길이의 양자 네트워크를 만드는데 이용되는 광섬유 속의 레이저 빔을 이용하는 방식의 대안이 될 가능성이 있다. “이제 우리의 저장시간은 대단히 길기 때문에 양자 데이터를 분배하는 최선이 방식이 무엇인지에 대한 재고가 필요하다는 것을 의미한다. 심지어 우리의 결정을 보행속도로 운반하더라도 주어진 거리에 대한 레이저 시스템보다 손실이 훨씬 더 적다. 이제 우리는 얽힌 빛을 개별적인 결정에 저장한 뒤, 수천 킬로미터 떨어진 네트워크의 다른 부분으로 운송하는 것을 상상할 수 있다. 그러므로 우리는 우리의 결정을 양자 얽힘을 위한 휴대용 광학 하드 드라이브로 생각하고 있다”고 즈홍은 말했다.

호주국립대 연구진은 양자 광학 하드 드라이브가 가능하게 해줄 기본적인 양자역학 시험에 대해서도 흥분했다. “이전에는 양자 얽힘을 그렇게 긴 거리에 걸쳐서 연구할 가능성이 없었다. 우리는 우리의 이론들이 실제와 잘 일치하는지를 항상 시험하려고 해야 한다. 어쩌면 이 새로운 영역에서 우리의 양자역학 이론이 위반될지도 모른다”고 연구팀의 지도자인 매튜 셀라스(Matthew Sellars) 부교수는 말했다.