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분산형 양자센싱 : 데이터의 정교함, 양자의 세계에서 비롯된 정밀한 분석

2024년 02월 15일

한국과학기술연구원(KIST)은 임향택 양자정보연구단 책임연구원 연구팀이 중앙대, 한국표준과학연구원 등과 공동으로 높은 정밀도의 분산형 양자센서를 구현하는 데 성공해 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스'에 지난 11일 공개했다고 16일 밝혔습니다.

양자센싱은 양자역학의 원리를 활용하여 정밀한 측정 및 감지를 수행하는 기술을 말합니다. 이 기술은 양자역학적 현상을 이용하여 전통적인 센싱 기술보다 훨씬 정확하고 민감한 측정이 가능하도록 합니다.

분산형 양자센싱은 이러한 양자센싱의 한 유형으로, 여러 지점에서의 양자센서를 활용하여 분산된 환경에서의 측정 및 감지를 수행하는 기술을 나타냅니다. 이는 대규모 및 복잡한 시스템에서 양자센싱의 이점을 극대화하고자 하는 노력의 일환으로 볼 수 있습니다.

분산형 양자센싱의 방식은 다음과 같습니다. 먼저, 여러 양자센서를 준비하고, 이들 간에 양자얽힘을 형성합니다. 이로써 한 양자의 상태가 다른 양자에게 영향을 미칠 수 있도록 합니다. 양자얽힘을 통해 연결된 센서들은 분산된 위치에 배치됩니다. 이들은 각자 다른 물리적 양을 측정하거나 감지하면서 양자얽힘을 유지합니다. 이러한 분산된 양자센서들 간에 정보를 교환하면서, 각 센서가 측정한 정보를 통합하여 더 정확하고 감도 높은 측정 결과를 얻을 수 있습니다.

연구팀이 개발한 분산형 양자센서는 넓은 영역에 분산된 여러 개의 변수를 기존 센서보다 높은 정밀도로 측정할 수 있는 시스템을 말합니다. 공간적으로 분산돼 있는 여러 개의 물리량을 정밀하게 측정하는 방법이지만, 이를 위해선 측정하고자 하는 물리량보다 광자 수가 많거나 같아야 한다는 제약이 있었습니다. 하지만, 연구팀은 측정하고자 하는 물리량보다 적은 광자 수로도 양자의 최대 얽힘 상태를 만들 수 있음을 실험적으로 구현했습니다.

이러한 양자센서 시스템은 그 특징적인 민감성과 정밀도 때문에 다양한 분야, 예를 들어 환경 감시 및 지진 감지, 자기장 측정, 자기장 측정, 양자 네트워킹 및 통신 네트워크 구축 등에 활용될 수 있음에 기대가 됩니다.