확장 가능한 광학 양자 컴퓨팅 혁신

양자광학의 근본적인 현상인 광자간 간섭은 광학양자컴퓨팅의 초석이 된다. 여기에는 파동 입자 이중성과 같은 빛의 특성을 활용하여 간섭 패턴을 유도하고 양자 정보를 인코딩하고 처리하는 것이 포함된다.

전통적인 다중 광자 실험에서는 공간 인코딩이 일반적으로 사용되며, 여기서 광자는 간섭을 유도하기 위해 다양한 공간 경로에서 조작된다. 이러한 실험에는 수많은 구성 요소로 구성된 복잡한 설정이 필요하므로 리소스 집약적이고 확장이 어렵다.

오스트리아 비엔나 대학 Philip Walther가 이끄는 국제 협력 연구팀은 새로운 자원 효율적인 플랫폼을 사용하여 여러 단일 광자 사이의 양자 간섭을 성공적으로 시연함으로써 양자 기술에서 중요한 혁신을 달성했다.

비엔나 대학, 밀라노 폴리텍니코 대학, 브뤼셀 자유 대학의 과학자들로 구성된 국제 팀은 시간적 인코딩에 기반한 접근 방식을 선택했다. 이 기술은 공간 통계보다는 광자의 시간 영역을 조작한다.

이러한 접근 방식을 실현하기 위해 그들은 비엔나 대학 Christian Doppler Laboratory에서 광섬유 루프를 활용하는 혁신적인 아키텍처를 개발했다. 이 설계를 통해 동일한 광학 구성 요소를 반복적으로 사용할 수 있으므로 최소한의 물리적 리소스로 효율적인 다중 광자 간섭이 가능하다.

제1저자인 로렌조 카로시니(Lorenzo Carosini)는 “우리 실험에서 최대 8개의 광자 사이에서 양자 간섭을 관찰했는데, 이는 대부분의 기존 실험 규모를 뛰어넘는 것이다. 우리 접근 방식의 다양성 덕분에 간섭 패턴을 재구성하고 실험 규모를 조정할 수 있다. 광학 설정을 변경하지 않고도 확장이 가능하다”고 설명했다.

결과는 기존의 공간 인코딩 접근 방식에 비해 구현된 아키텍처의 상당한 리소스 효율성을 보여 주며, 보다 접근 가능하고 확장 가능한 양자 기술을 위한 길을 열어준다.

연구는 Science Advances에 발표됐다.