中 연구팀, 양자 얽힘 거리 420km 기록… 양자 인터넷 시대 성큼

기록을 가능하게 한 세 가지 핵심 기술 혁신

1. 통신 파장대 변환 (Telecom-band wavelength conversion): 루비듐 메모리에서 방출되는 광자를 광섬유 전송 손실이 가장 낮은 텔레콤 S대역(약 1.5μm)으로 변환했습니다. 이를 통해 광섬유의 전송 손실을 약 0.17dB/km 수준으로 낮추는 데 성공했습니다 .
2. 능동형 광섬유 안정화 시스템 (Active fiber stabilization system): 420km에 달하는 장거리 광섬유 링크에서 발생하는 미세한 위상 변화(간섭 무늬 흐트러짐)를 실시간으로 보정하는 피드백 시스템을 개발했습니다. 이를 통해 장거리 구간 전체에서 안정적인 간섭 현상을 유지할 수 있었습니다 .
3. 단일 광자 DLCZ 프로토콜 (Single-photon DLCZ protocol): 기존의 2광자 동시 검출 방식 대신, 각 메모리 노드에서 하나의 광자만 검출되면 얽힘을 확인할 수 있는 방식을 사용했습니다. 검출률이 매우 낮은 장거리 환경에서 얽힘 생성 속도를 극적으로 향상시키는 핵심 기술입니다 .

'PLOB 바운드'를 넘어서다

• **PLOB 바운드(Pirandola–Laurenza–Ottaviani–Banchi bound)**란 양자 중계기 없이 손실이 있는 채널(예: 광섬유)을 통해 양자 얽힘을 분배할 때 도달할 수 있는 근본적인 이론적 한계를 말합니다 . 즉, 이 한계를 넘는 것은 물리적으로 불가능하다고 여겨졌습니다.
• 연구팀은 측정된 메모리-메모리 간 얽힘 확률이 약 230~320km 이상의 거리에서 이 PLOB 바운드를 초과함을 실험적으로 증명했습니다 . 이는 양자 메모리를 중계 노드로 활용하는 방식이 특정 거리 이상에서는 직접적인 광섬유 연결보다 더 높은 효율로 얽힘을 전달할 수 있음을 보여주는 최초의 실험적 입증입니다 .

미래 양자 인터넷을 위한 의의

• 이번 연구는 메모리 기반 양자 네트워크가 무중계(repeaterless) 이론 한계를 극복할 수 있다는 사실을 최초로 실험적으로 증명한 것입니다. 이는 양자 중계기 아키텍처의 핵심 전제를 검증한 중요한 이정표입니다 .
• 기존의 수십 km에 불과했던 도시권(Metropolitan) 규모의 양자 네트워크를 수백 km에 달하는 도시 간(Intercity) 규모로 확장할 수 있는 가능성을 열었습니다. 저장된 양자 정보가 도시와 도시를 연결하는 거리에서도 안정적으로 얽힐 수 있음을 보여준 것입니다 .
• 이번 성과는 향후 글로벌 양자 인터넷의 백본(backbone) 역할을 할 확장 가능한 메모리 기반 양자 중계기 개발을 위한 실질적인 토대를 마련했습니다. 이 기술은 장거리 양자 키 분배(QKD), 분산 양자 컴퓨팅, 보안 양자 통신 등 차세대 정보 기술의 핵심 기반이 될 것입니다 .