[Global Technology Briefings]
양자 네트워크 구축을 가능하게 하는 획기적인 발견
By V. Krutyanskiy, PHYSICAL REVIEW LETTERS, May 22, 2023
양자 네트워크는 오랫동안 국가 안보를 개선하고 사이버 위협을 최소화하려는 연구자들의 최우선 과제였다.
양자 네트워크는 양자 프로세서를 서로 연결하고, 이를 통해 안전하고 접근 불가능한 통신이 가능해진다.
그러나 이러한 네트워크의 실제 장거리 버전을 만드는 것은 매우 어려운 일이다.
네트워크 로컬 노드 사이에서 양자 정보는 광 도파관(導波管, waveguide)을 통해 이동하는 광자에 의해 교환된다. 도파관이란 전송로로 사용하는 도체로 만든 속이 빈 도관을 의미한다.
그러나 장거리에서는 광자가 손실될 가능성이 극적으로 증가하는데 이것이 해결되어야할 문제이다.
25년 전, 오스트리아의 인스브루크 대학(the University of Innsbruck) 연구자들은 양자 정보가 간단히 복사되고 증폭될 수 없다는 사실에 대응하여 양자 중계기의 청사진을 제공한 바 있다.
이러한 계획의 특징은 장거리 얽힘 분배(entanglement distribution)를 가능하게 하는 소위 ‘얽힘 스왑(entanglement swap)’을 통해 서로 연결된 독립적인 네트워크 링크 내에서 얽힘을 생성하기 위해 가벼운 수준의 얽힘 소스와 메모리이다.
최근 인스브루크 대학의 차세대 양자 물리학자들은 통신 네트워크의 표준 주파수에서 광자와 얽힘 생성 및 얽힘 교환 작업을 가능하게 하는 두 개의 단일 물질 시스템으로 만들어진 완전히 작동하는 네트워크 노드를 구축하는 데 성공했다.
이 리피터(repeater) 노드는 광학 공진기 내의 이온 트랩에 포착된 두 개의 칼슘 이온과 통신 파장으로의 단일 광자 변환으로 구성된다.
이에 연구자들은 시작점과 끝점 사이의 정확히 중간에 양자 중계기를 배치하여 50km 길이의 광섬유를 통한 양자 정보 전송을 시연했다.
연구자들은 또한 최대 800km의 전송을 가능하게 하는 데 필요한 이 설계의 개선 사항이 무엇인지도 확인할 수 있었다.
이 획기적인 결과는 최근 ‘피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)’ 저널에 게재되었습니다.
- PHYSICAL REVIEW LETTERS, May 22, 2023, “Telecom-Wavelength Quantum Repeater Node Based on a Trapped-Ion Processor,” by V. Krutyanskiy, et al. © 2023 American Physical Society. All rights reserved.
To view or purchase this article, please visit:
[Global Technology Briefings]
Telecom-Wavelength Quantum Repeater Node Based on a Trapped-Ion Processor
By V. Krutyanskiy, PHYSICAL REVIEW LETTERS, May 22, 2023
Quantum networks have long been a top priority for researchers seeking to improve national security and minimize cyberthreats.
Such quantum networks connect quantum processors with each other. This allows secure, untappable communication.
However, creating real world long-distance versions of these networks is a daunting task.
Between network local nodes, quantum information is exchanged by photons that travel through optical waveguides.
But over long distances, the likelihood of photons being lost increases dramatically.
In response to the fact that quantum information cannot simply be copied and amplified, researchers at the University of Innsbruck provided the blue prints for a quantum repeater, 25 years ago.
These plans featured light-matter entanglement sources and memories to create entanglement in independent network links that are connected between them by a so-called “entanglement swap” enabling entanglement distribution over long distances.
Recently, a new generation of quantum physicists at the University of Innsbruck succeeded in building a fully functioning network node made with two single matter systems enabling entanglement creation with a photon at the standard frequency of the telecommunications network and entanglement swap ping operations.
The repeater node consists of two calcium ions captured in an ion trap within an optical resonator as well as single photon conversion to the telecom wavelength.
The scientists thus demonstrated the trans fer of quantum information over a 50-kilometer-long optical fiber, with the quantum repeater placed exactly halfway between the starting and end points.
The researchers were also able to identify improvements of this de sign that would be necessary to make trans mission up to 800 kilometers possible.
The breakthrough results were just published in the journal, Physical Review Letters.
- PHYSICAL REVIEW LETTERS, May 22, 2023, “Telecom-Wavelength Quantum Repeater Node Based on a Trapped-Ion Processor,” by V. Krutyanskiy, et al. © 2023 American Physical Society. All rights reserved.
To view or purchase this article, please visit:
