출처 : 동아사이언스
링크 : https://www.dongascience.com/ko/news/65604
요약 : 양자 통신에서 하나의 빛 알갱이인 광자만 만들어내는 단일 광자 발생기는 양자 정보를 전달하는 핵심 소자다. 서울대 박홍규 물리천문학부 교수팀과 남기태 재료공학부 교수팀은 2차원 물질과 금 나노입자를 이용해 단일 광자에 양자 정보를 인코딩하는 새로운 발생기를 개발했다. 단일 광자 발생기는 양자 통신과 양자 암호학, 양자 컴퓨팅에 필수적이다. 기존 발생기에서 나오는 빛은 선형 편광이지만 이를 원형 편광으로 바꾸면 빛의 각운동량을 활용해 양자 정보를 더욱 효율적으로 이용할 수 있다. 전기장과 자기장의 위상에 차이가 생기면 빛의 각운동량이 발생해 원형 편광이 된다. 기존에는 선형 편광을 원형 편광으로 바꾸기 위해 강한 자기장을 가하거나 메타물질을 결합했다. 그러나 실험실 밖에서 강한 자기장을 만들기 어렵고 메타물질 제작에도 복잡한 공정이 필요해 상용화가 어려웠다. 연구팀은 아주 얇은 2차원 물질인 텅스텐 다이셀레나이드와 한 변이 약 100나노미터인 정육면체 모양의 금 나노입자를 결합했다. 2차원 물질은 금 나노입자의 모서리에서 선형 편광된 단일 광자를 만들었다. 이 광자는 금 나노입자의 꼭짓점에서 진동하며 표면의 작은 틈인 나노갭 주변에 유도 전류를 만들었고, 꼭짓점에서는 원형 편광된 광자가 방출됐다. 금 입자가 작은 전기회로처럼 작용해 단일 광자의 전기장과 자기장 사이에 위상 차이를 만든 것이다. 나노갭이 없는 금 나노입자를 사용했을 때는 원형 편광이 아닌 선형 편광 광자가 발생해 표면 구조가 편광을 변화시키는 원인임을 확인했다. 새 발생기는 기존 장치보다 크기가 2000분의 1 수준으로 작고 여러 개를 동시에 작동시킬 수 있다. 연구팀은 편광 정보를 조절하면 군용 통신이나 첨단 산업에서 도청이 불가능한 양자 통신으로 확장할 수 있고, 양자 컴퓨터를 간단한 구조로 구현해 양자 소자의 소형화와 상용화에 도움이 될 것으로 전망했다.
내 생각 : 도청을 막기 위해 비밀번호를 복잡하게 만드는 대신, 빛의 성질 자체를 이용한다는 발상이 새로웠다. 금 입자에 아주 작은 틈을 만드는 것만으로 광자의 움직임이 달라진다는 점도 의외였다. 결국 첨단 기술의 차이는 거대한 장비보다 눈에 보이지 않는 구조 하나에서 생길 수도 있는 것 같다. 나도 문제를 해결할 때 익숙한 방법만 고집하지 않고, 원리부터 다르게 바라보는 습관을 가져야겠다고 생각했다.
