크기가 몇 밀리미터에 불과한 유리 챔버는 루비듐 원자로 채워져 있습니다. 이미지 출처: 바젤대학교

기존 네트워크와 마찬가지로 미래의 양자 네트워크에도 스토리지 구성 요소가 필요합니다. 스위스 바젤 대학의 연구원들은 작은 유리 챔버에 원자 기반 양자 메모리 요소를 구축했습니다. 앞으로 이러한 양자메모리는 웨이퍼 상에서 대량생산이 가능해 대규모 산업화의 초석이 될 것으로 기대된다. 이번 연구 결과는 'Physical Review Letters' 최신호에 게재됐다.

광자는 양자 정보를 전송하는 데 특히 적합합니다. 광자는 광섬유 케이블을 통해 양자 정보를 위성이나 양자 저장 요소로 보내는 데 사용될 수 있습니다. 그러나 광자의 양자역학적 상태는 최대한 정확하게 저장되어야 하며 일정 시간이 지나면 다시 광자로 변환되어야 합니다.

2년 전, 바젤 대학의 연구자들은 유리실에서 루비듐 원자를 사용하여 작업을 매우 잘 수행할 수 있음을 보여주었습니다. 그러나 유리실은 수작업으로 제작되었으며 크기가 수 센티미터입니다. 일상적인 사용에 적합하려면 유리 챔버를 더 작게 만들고 대량 생산에 적합해야 합니다.

연구자들은 크기가 몇 밀리미터에 불과한 유리 챔버를 얻기 위한 새로운 방법을 모색했습니다. 양자 저장을 위한 충분한 수의 루비듐 원자를 갖기 위해 그들은 증기압을 높이기 위해 유리 챔버를 100°C로 가열했습니다.

그들은 또한 원자를 1테슬라(지구 자기장보다 10,000배 이상 강한) 자기장에 노출시켰습니다. 이는 원자 에너지 수준을 변경하여 추가 레이저 빔을 사용하여 광자의 양자 저장을 촉진합니다. 이 방법을 통해 연구자들은 약 100나노초 동안 광자를 저장할 수 있으며, 이 기간 동안 자유 광자는 30미터를 이동할 수 있습니다.

이러한 방식으로 연구자들은 단일 웨이퍼에서 약 1,000개의 복사본을 병렬로 생성하는 광자용 소형 양자 메모리를 최초로 구축했습니다.

연구자들은 가까운 미래에 작은 유리 챔버에 단일 광자를 저장할 수 있기를 희망합니다. 또한, 유리 챔버는 양자 상태를 유지하면서 가능한 한 오랫동안 광자를 저장하도록 최적화되어야 합니다.

정보저장은 현대 정보기술의 핵심 연결고리이다. 인류 역사의 발전과 함께 정보를 저장하는 매체도 끊임없이 변화하고 있습니다. 이제 인터넷이나 휴대폰 네트워크가 없는 생활은 상상하기 어렵습니다. 미래에는 네트워크에서 양자 암호화를 사용하여 도청 방지 정보 전송을 달성하고 양자 컴퓨터 상호 연결을 가능하게 하는 양자 기술을 사용할 수 있습니다. 그러나 양자 네트워크에도 정보 저장 구성 요소가 필요합니다. 이번에 과학자들이 이런 메모리 소자를 개발했는데, 대량 생산이 가능한 특성 때문에 업계 최초로 개발됐다.