양자 네트워크가 원자를 기록적인 10초간 얽힌 상태로 유지.

옥스포드 대학교 과학자들은 스트론슘과 칼슘이라는 두 가지 다른 원자를 사용하여 양자 네트워크를 개발하고 10초간의 얽힘 수명 기록을 세웠습니다. 이 성과는 분산된 네트워크의 개발에 중요한 의미를 지니며, 원자 사이의 얽힘 수명을 더욱 연장할 수 있는 길을 열고 있습니다.

양자 물리학에서 가장 기대되는 발전 중 하나는 양자 컴퓨팅 기술의 개발입니다. 는 정보를 저장하고 처리하는 데 양자 비트()를 사용합니다. 오직 0 또는 1의 값만 저장할 수 있는 기존 비트와는 달리, 양자 비트는 0과 1 사이의 여러 값을 동시에 저장하고 이를 정보 처리에 활용할 수 있습니다.

이렇게 양자 비트는 방대한 양의 데이터를 처리하기 위해 지수적 접근 방식을 제공하며, 이는 오늘날 가장 빠른 슈퍼컴퓨터도 해결하는 데 수십 년이 걸릴 수 있는 문제들을 다루는 데 도움이 될 수 있습니다. 따라서 양자 컴퓨터는 계산의 다음 경계로 간주됩니다. 그러나 확장 가능한 양자 계산의 핵심적인 구성 요소는 양자 얽힘입니다.

혼란이 왜 중요한가요?

양자 비트는 동시에 여러 값을 저장할 수 있지만, 실제 이점은 다른 여러 양자 비트와 연결되어 있을 때 비로소 발휘됩니다. 이를 통해 동시에 수많은 상관관계가 연구될 수 있습니다. 이는 오직 하나의 양자 비트가 다른 양자 비트와 얽혀 있을 때만 가능한데, 즉 하나는 다른 하나의 상태를 결정합니다. 물리적으로 연결되어 있지 않더라도 말이죠.

얽힘은 또한 다중 큐비트 논리 게이트를 형성하는 데 도움을 주어 큐비트가 자연적으로 더 격리된 표준 단위보다 더 동적으로 상호작용할 수 있게 합니다. 또한 양자 컴퓨터가 더 복잡한 데이터 구조를 처리하고 세상이 직면한 가장 어려운 문제들 중 일부를 해결할 수 있도록 합니다.

가장 중요한 점은 얽힘이 양자 텔레포테이션과 서로 다른 양자 프로세서 간에 양자 비트를 실제로 공유하지 않고도 정보를 공유할 수 있게 한다는 것입니다. 이로 인해 분산된 양자 인프라의 구축이 용이해져 양자 컴퓨팅 능력의 확장성 있는 구축을 지원합니다.

옥스퍼드 연구는 어떻게 도움을 줄 수 있을까요?

연구원들은 실험에서 스트론튬과 칼슘 원자를 사용하며 각각 두 개의 다른 위치에 배치했습니다. 빛이 스트론튬 원자들을 서로 연결하는 동안 팀은 국소적 연산을 통해 양자 얽힘을 칼슘 원자들에게도 확장하고, 네 개의 원자를 모두 포함하는 공유된 양자 상태를 형성했습니다.

연구자들이 이 설치에서 칼슘을 사용하는 이유는 스트론튬에 비해 자기 노이즈에 덜 민감하고 양자 상태를 훨씬 더 오래 유지할 수 있기 때문입니다.

서로 다른 원자 유형은 양자 응용 분야에서 서로 다른 장점과 단점을 제공합니다.”라고 옥스브리지 연구원인 두갈 메인(Dougal Main)은 보도자료에서 말했습니다. “양자 컴퓨터에 여러 종류의 원자를 사용하면 각 원자의 최적의 특성을 활용할 수 있습니다.

연구원들은 서로 다른 원소를 활용함으로써 얻는 이점을 보여주었습니다. 동일한 원자 묶음으로 얻을 수 있는 몇 밀리초에 불과한 시간과 달리, 10초 동안 양자 얽힘을 유지할 수 있었기 때문입니다.

“이는 여러 멀리 떨어진 원자들이 동일한 양자 상태를 공유하고 보호해야 하는 작업에 미래의 양자 네트워크가 유용하게 활용될 수 있게 해줄 수 있습니다.”라고 이번 연구에 참여한 옥스브리지대학교 연구원인 가브리엘 아라네다가 보도자료에서 말했습니다.

여기에는 양자 컴퓨팅, 먼 위치에 수행되는 더 정밀한 측정, 그리고 다양한 유형의 원자 시계 비교가 포함될 수 있습니다.

연구원들은 자신의 연구 결과를 ‘Physical Review Letters’ 저널에 발표했다.