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중국과학기술대학 반건위(潘建伟) 교수와 동료인 륙조양(陆朝阳), 류내락(刘乃乐), 왕희림(汪喜林) 으로 이루어진 연구팀은 6개의 광자의 편광, 경로 및 궤도 각운동량의 세 개의 자유도를 조절함으로써 18개 광량자 비트의 얽힘을 실현하면서 물리시스템에서 가장 큰 얽힘 상태를 만들어내는 세계 신기록을 수립하였다. 위 연구는 “편집자 추천”의 형식을 빌어서 《Physical Review Letters》에 발표되었다. 양자정보기술의 잠재적 가치 때문에 유럽 및 미국 각국은 현재 적극적으로 각 방면의 연구력과 자원을 모두 동원하여 국가 차원에서 이루어지는 협동하는 방식으로 이를 접근하고 있다. 예를 들어 유럽 연합은 2016년부터 양자기술 flagship 프로젝트 (시범 사업)으로 진행하고 있다. 최근 6월 27일에 미국은 국회에서 정식으로 “국가양자행동계획”을 통과시켰다. 이 계획에 따르면 첫째, 10년 동안 “국가양자행동계획”을 추진하여 미국의 양자과학을 발전시키며, 둘째 “국가양자협조사무실”을 발족하여 유관 정책과 계획을 조절하며, 셋째 미국 에너지부 (DOE), 표준기술연구원 (NIST), 미국과학재단 (NSSF)이 2019~2023년까지 미화 12.75억불을 투입하여 양자연구를 진행하는 것을 골자로 하고 있다. DOE, NIST, NSF는 각각 6.25억불, 4억불, 2.5억불을 각각 지원받게 되는데, 구체적인 사용은 미국국회의 할당 결정 기구의 결정에 따라 집행하는데 보통 할당 금액은 지출금액보다 적다. 미국의 대형 과학기술 회사인 구글, 마이크로소프트, IBM등도 양자계산 연구에 적극적으로 뛰어들고 있다. 복수의 양자 비트를 일관되게 조절하고 얽힘 상태를 만들어내는 것은 양자정보기술을 확대하기 위해서 특별히 양자계산을 위한 핵심 지표가 된다. 양자계산의 속도는 조절할 수 있는 양자의 얽힘 비트수의 증가에 따라 지수적으로 증가한다. 그러나, 복수의 양자비트의 얽힘을 실현하기 위해서는 정확하고 효율적으로 양자상태를 만들어내고 독립양자비트 간의 상호작용을 정확하고 제어할 수 있어야 한다. 양자비트수의 증가는 조작에 수반되는 잡음, 혼선, 오류의 증가를 가져오게 된다. 이렇게 되면 양자시스템의 설계, 가공 및 조정에 대한 요구가 높아서 양자 얽힘 및 양자계산의 발전에 있어서 종합적인 도전으로 남아 있다. 다중 입자 얽힘의 조절은 양자계산에서 넘을 수 없는 최고 기술로서 국제 경쟁에서의 초점이 되었다. 2016년 말, 반건위 교수 연구팀은 동시에 10개의 광자 비트와 10개 초전도 양자비트의 얽힘을 실현하여, 이 두 가지 세계 기록을 보유하고 있다. 최근, 상업목적으로, IBM, 인텔 및 구글 등이 더 높은 숫자의 양자 비트 샘플의 가공을 실현하였다고 발표하였다. 그러나 이러한 양자 비트는 얽힘 상태를 형성하지 못했다. 반건위 교수와 동료들은 과거 20년간 계속하여 국제적으로 다중광자 얽힘과 간섭 측정분야에서 선두 역할을 해오면서 이러한 기초 위에서 광자의 다중 자유도를 조절하는 방법에 대해서 새로운 접근법을 개척하였다. 2015 년에 양자 제어 기술과 광자 분극 및 궤도 각운동량의 단일 광자 비파괴 측정을 구현함으로써 반건위와 륙조양 연구 그룹은 처음으로 단일 광자 다중 자유도의 양자 순간 이동을 실현했다. 이러한 성과는 영국물리학회로부터 “올해의 발견”으로 인정받았다. 그 후 연구팀은 다중 광자의 3개 자유도를 함께 조절하는 것을 실현하는 “아무도 성공하지 못한 영역”에 도전하였다. 몇 년에 걸친 끊임 없는 탐색과 기술 개발을 통해 연구팀은 독자적으로 안정한 단일 광자의 다중 자유도의 간섭기계를 개발하고 다른 자유도를 갖는 양자 간의 확정성과 고효율의 일관적인 전환을 실현하였고 18개 양자 비트의 262144종의 상태를 동시에 측정하였다. 이러한 기초 위에서 연구 그룹은 18개 광양자 비트의 수퍼 얽힘 상태를 실험적으로 만들어내었고, 다중의 순수한 얽힘을 실험적으로 증명하고 모든 물리시스템 얽힘 상태의 세계 신기록을 세웠다. 해당 성과는 대량의 고효율 양자정보기술에 응용될 것이며 중국이 이 분야에서 선두 분야를 달리고 있음을 보여준 것이라 할 수 있을 것이다. |
