과학자들이 미래 양자 컴퓨터에서 중요한 역할을 할 수 있는 다차원 양자 텔레포트에 성공했다.

오스트리아 과학아카데미(Academy of Sciences)와 비엔나대(University of Vienna), 중국 과학기술대(University of Science and Technology of China) 양자 물리학자들이 3차원 양자상태를 텔레포트하는 데 성공했다.

연구 논문은 ‘피지컬 리뷰레터스(Physical Review Letters’에 발표됐다.

비엔나대에 따르면 연구원들은 한 광자(빛 입자)의 양자 상태를 다른 먼 곳으로 순간 이동시켰다. 이전에는 2단계 상태(qubits), 즉 값이 0또는 1인 정보 만 전송됐다. 그러나 과학자들은 소위 ‘큐릿(Qutrit)’이라는 3단계 상태를 순간이동 했다. 양자 물리학에서는 고전적인 컴퓨터과학과 달리 0과 1의 ‘중첩’을 동시 활용하지만 그 이상은 아니었다. 오스트리아-중국 팀은 이제 세 번째 가능성 ‘2’를 추가 증명했습니다.

다차원 양자 순간 이동이 이론적으로 가능하다는 것은 1990년대 이후 알려져 왔다. 그러나 오스트리아 과학아카데미의 빈 양자광학 및 양자정보연구소의 메뉴엘 에르하르트(Manuel Erhard)는 “먼저, 우리는 필요한 기술을 개발할 뿐만 아니라 고차원 텔레포트를 구현하기 위한 실험적인 방법을 설계해야했다”고 말했다.

순간 이동 될 양자 상태는 광자가 취할 수 있는 가능한 경로로 인코딩된다. 이들 경로를 3개의 광섬유로 묘사 할 수 있다. 가장 흥미롭게도, 양자 물리학에서는 단일 광자가 동시에 세 개의 광섬유 모두에 위치 할 수 있다. 이 3차원 양자 상태를 순간 이동시키기 위해 연구자들은 새로운 실험 방법을 사용했다. 양자 순간 이동의 핵심은 소위 벨 측정이다. 이 장치는 멀티포트 빔 스플리터를 기반으로 여러 입력 및 출력을 통해 광자를 지향시키고 모든 광섬유를 함께 연결한다. 또한 과학자들은 보조 광자를 사용했다. 이 광자는 다중 빔 스플리터로 보내져 다른 광자를 방해 할 수 있다.

특정 간섭 패턴의 선택을 통해 양자 정보는 물리적으로 상호 작용하지 않고 입력 광자에서 멀리 떨어진 다른 광자로 전달 될 수 있다. 에르하르트는 실험 개념은 3차원으로 제한되지 않고, 원칙적으로 임의의 수의 차원으로 확장 될 수 있다고 강조한다.

양자 컴퓨터 가능성

이를 통해 국제 연구팀은 미래 양자 인터넷과 같은 실용적인 응용 프로그램을 향한 중요한 단계를 밟았다. 고차원 양자 시스템은 큐비트보다 많은 양의 정보를 전송할 수 있다. 오스트리아 과학아카데미와 빈대학 양자 물리학자 안톤 차일링거(Anton Zeilinger)는 “이 결과는 양자 컴퓨터를 큐비트 이상의 정보 용량과 연결하는 데 도움이 될 수 있다”고 말했다.

중국 과학기술대 지안웨이 ​​판(Jian-Wei Pan)은 “차세대 양자 네트워크 시스템의 기초는 오늘날 우리의 기초 연구에 기반을 두고 있다”고 말했다. 팬은 최근 비엔나 대학과 아카데미의 초청으로 비엔나에서 강의했다.

향후 연구에서 양자 물리학 자들은 새로 얻은 지식을 확장, 단일 광자 또는 원자의 전체 양자 상태를 순간 이동하는 방법에 초점을 맞출 것이다.