양자 인터넷: 22마일 거리의 양자 메모리 노드 간 링크 구현
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<<Claude에서 요약하고 번역한 글입니다>>
하버드 물리학자들이 차세대 양자 인터넷을 향한 획기적인 진전을 이뤘습니다. 네이처 저널에 발표된 연구에서 그들은 보스턴 지역의 기존 통신 광섬유를 사용하여 세계에서 가장 긴 거리의 두 양자 메모리 노드 간 광섬유 링크를 성공적으로 구현했습니다. 이 놀라운 성과는 우리를 고도로 복잡하고 해커 공격에 안전한 정보를 초고속으로 전송할 수 있는 양자 인터넷의 실현에 한 걸음 더 가까이 다가가게 했습니다.
이 연구는 물리학과 미하일 루킨 교수가 이끌었으며, 하버드 양자 이니셔티브 회원인 마르코 론차르 교수와 박홍근 교수가 협력했습니다. 이 작업은 아마존 웹서비스 연구원들과 함께 수행되었습니다.
하버드 팀은 캠브리지, 소머빌, 워터타운, 보스턴을 지나는 약 22마일 거리의 광섬유 링크를 통해 두 양자 메모리 노드를 얽힘 상태로 만들어 첫 양자 인터넷의 실용적 기반을 마련했습니다. 놀랍게도 두 노드는 하버드 종합과학공학연구소 건물 안에 한 층 차이로 위치해 있어, 기존 도시 인프라를 활용한 양자 네트워크 구축 가능성을 보여주었습니다.
이 혁신의 중심에는 실리콘-공백 중심(a silicon-vacancy center)이라는 결함을 포함한 다이아몬드 조각으로 만든 초소형 양자 컴퓨터가 있습니다. 이 결함들은 양자 정보를 저장하고 처리할 수 있는 퀴비트 역할을 합니다. 각 노드는 통신용 전자 스핀과 얽힘 저장용 장수명 핵 스핀, 두 가지 퀴비트를 가지고 있습니다.
핵심 혁신 기술은 단일 광자에 대한 양자 메모리 장치로 실리콘-공백 중심을 사용한 것입니다. 이 기술은 양자 인터넷 실현의 주요 과제인 신호 손실 문제를 해결합니다. 고전 컴퓨팅과 달리 양자 정보는 보안성을 잃지 않고 전통적인 중계기로 단순 복사나 증폭이 불가능합니다. 실리콘-공백 중심 기반 노드는 신호 손실을 교정하면서 양자 정보 비트를 잡아둘 수 있어 장거리 전송이 가능합니다.
과정은 노드를 절대 영도에 가까운 온도로 냉각한 후 첫 번째 노드를 통해 광자를 보내면 그 노드의 실리콘-공백 중심과 얽히게 됩니다. 연구진은 "광자가 이미 첫 번째 노드와 얽혀 있기 때문에 그 얽힘을 두 번째 노드로 전달할 수 있다"고 설명했습니다. 이 광자 매개 얽힘이 양자 네트워크의 견고한 기반이 됩니다.
이 두 노드 양자 네트워크는 시작에 불과하지만, 연구진은 더 많은 노드를 추가하고 네트워킹 프로토콜을 실험하여 성능을 확장하기 위해 꾸준히 노력하고 있습니다. 기존 광섬유 인프라를 활용해 번잡한 도시 환경에서 이뤄낸 이번 성공적인 실증은 양자 컴퓨터 간 실용적인 네트워킹과 안전하고 초고속 양자 인터넷 실현을 향한 중요한 한 걸음입니다.
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