네덜란드 도시 간 초보적인 양자 네트워크 링크

QuTech가 이끄는 국제 연구팀은 대도시 거리에 걸쳐 양자 프로세서 간의 네트워크 연결을 시연했습니다. 그들의 결과는 실험실의 초기 연구 네트워크에서 미래의 양자 인터넷으로의 주요 진전을 나타냅니다. 이 팀은 완전히 독립적으로 작동하는 노드를 개발하고 이를 배치된 광 인터넷 파이버와 통합하여 25km 양자 링크를 가능하게 했습니다. 연구원들은 Science Advances 에 연구 결과를 발표했습니다.

인터넷은 사람들이 전 세계적으로 정보(비트)를 공유할 수 있게 해줍니다. 미래의 양자 인터넷은 새로운 유형의 네트워크를 통해 양자 정보(큐비트)를 공유할 수 있게 해줍니다. 이러한 큐비트는 0 또는 1 값을 취할 수 있을 뿐만 아니라, 그 값의 중첩(동시에 0과 1)도 취할 수 있습니다. 또한 큐비트는 얽힐 수 있는데, 즉, 거리에 관계없이 즉각적인 상관관계를 가능하게 하는 양자 연결을 공유한다는 의미입니다.

전 세계의 연구자들은 이러한 특징을 활용하여 현재 인터넷과 공존하면서 근본적으로 새로운 통신 및 컴퓨팅 기능을 제공하는 양자 네트워크를 구축하기 위해 노력하고 있습니다. 예를 들어, 큐비트는 금융 또는 의료 데이터를 안전하게 공유하기 위한 안전한 암호화 키를 생성할 수 있습니다. 양자 링크는 또한 먼 양자 컴퓨터를 연결하여 성능을 향상시키고 사용자에게 완전한 프라이버시를 제공하는 액세스를 허용할 수 있습니다.

연구실 밖으로 나가다

QuTech의 Ronald Hanson이 이끄는 국제팀(TU Delft와 TNO의 협업)은 네덜란드의 도시인 Delft와 The Hague 사이에 두 개의 소형 양자 컴퓨터를 연결할 수 있었습니다. Hanson은 "이 프로젝트에서 25km의 지하 광섬유를 통해 양자 얽힘을 만드는 거리는 양자 프로세서의 기록입니다."라고 말합니다. "이러한 여러 도시의 양자 프로세서가 연결된 것은 이번이 처음입니다."

몇 년 전, 이 팀은 실험실 내에서 최초의 다중 노드 양자 네트워크를 보고했습니다. "우리는 이러한 실험실 실험에서 도시 간 양자 링크를 실현하는 데 있어 새로운 주요 과제에 직면했습니다. 노드가 장거리에서 독립적으로 작동할 수 있는 유연한 시스템을 설계해야 했고, 광자 손실이 연결 속도에 미치는 영향을 완화해야 했으며, 얽힘 링크가 성공적으로 생성될 때마다 신뢰할 수 있는 확인을 보장해야 했습니다. 이러한 혁신이 없었다면 그렇게 먼 거리는 불가능했을 것입니다."

'달을 일정한 거리에 두는 것과 같다'

광자 손실의 과제를 해결하기 위해, 팀은 광자 효율적 프로토콜을 사용하여 양자 연결을 확립했으며, 이는 연결 파이버 링크의 매우 정밀한 안정화를 요구했습니다. 공동 저자인 Arian Stolk는 유추를 사용하여 다음과 같이 설명합니다. "링크는 25km의 광섬유에 걸쳐 광자(마이크로미터보다 작음)의 파장 내에서 안정적이어야 했습니다. 이러한 과제는 지구와 달 사이의 거리를 몇 밀리미터의 정확도로 일정하게 유지하는 것과 비교됩니다. 연구 통찰력과 응용 엔지니어링을 결합하여 이 퍼즐을 풀 수 있었습니다."

"이 연구에서 우리는 다이아몬드 스핀 큐비트를 포함하는 두 양자 네트워크 노드 간의 성공적인 얽힘을 보여줍니다. 독립적으로 작동하는 노드는 광섬유를 통한 중간 지점 스테이션을 통해 연결됩니다. 우리는 노드 간에 미리 지정된 얽힘 상태를 안정적으로 전달할 수 있었습니다."

학계와 산업계의 협력

공동 저자인 키안 반 더 엔덴은 프로젝트의 성공을 위해 팀의 광범위한 전문 지식이 얼마나 없어서는 안 될지 설명합니다. "프라운호퍼 ILT는 이 시연을 위한 중요한 구성 요소인 새로운 유형의 양자 주파수 변환기를 개발했습니다. OPNT는 최첨단 타이밍 하드웨어를 제공했고, Element Six는 자체 엔지니어링 합성 다이아몬드 소재를 제공했으며, Toptica는 고안정성 레이저를 개발했습니다. 마지막으로 네덜란드 통신 제공업체인 KPN은 헤이그에 있는 노드, 중간 지점 및 노드의 위치와 함께 광섬유 인프라를 제공했습니다."

유럽 ​​양자 인터넷을 위한 견고한 기반

이 결과는 미래 양자 네트워크의 핵심적인 스케일링 과제를 해결하는 중요한 이정표입니다. 연구를 공동으로 자금 지원한 Quantum Delta NL의 산업 및 디지털 인프라 책임자인 제시 로버스는 "우리는 디지털 인프라의 미래 기반 개발과 이를 적용하는 방법에서 계속해서 리더십을 보여주고 있으며, 이는 국가 및 유럽 전략의 핵심입니다."라고 덧붙였습니다.

아키텍처와 방법은 팀이 현재 개발 중인 차세대 확장형 큐비트를 포함한 다른 큐비트 플랫폼에 직접 적용할 수 있습니다. 배치된 기존 인터넷 인프라의 성공적인 사용은 양자 인터넷을 향한 새로운 단계의 무대를 마련합니다. 핸슨: "이 연구는 연구실에서 현장으로 나가는 중요한 단계를 나타내며, 대도시 규모에서 최초의 양자 프로세서 네트워크를 탐색할 수 있게 합니다."

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/10/241030145638.htm