제목: ‘도청 차단’ 양자 통신 위한 신개념 단일 광자 발생기 개발
출처: 동아사이언스 이병구 기자
링크: https://www.dongascience.com/ko/news/65604
요약: 도청이 불가능한 것으로 알려진 양자 통신 기술에는 하나의 빛 알갱이(광자)만 발생시키는 단일 광자 발생기가 핵심 소자다. 서울대 연구팀은 2차원 물질과 금 나노입자를 활용해서 단일 광자에 양자 정보를 인코딩하는 새로운 기술을 개발했다. 현재 단일 광자 발생기에서 방출되는 빛은 선형으로 편광되어 있다. 이를 원형 편광으로 바꾸면 빛의 각운동량(SAM)을 활용해 양자 정보를 더 효율적으로 활용할 수 있다. 편광은 빛이 진행할 때 빛을 이루는 전기장이나 자기장이 특정 방향으로 진동하는 현상이다. 선형, 원형, 타원 편광 세 종류로 나뉜다. 빛에는 전기장과 자기장이 있다. 선형 편광은 전기장과 자기장이 수직한 방향으로 일정하다. 전기장과 자기장이 나타내는 위상(phase)에 차이가 발생하면 선형 편광에는 없는 빛의 각 운동량이 생기며 원형 편광이 된고 추가적인 정보가 생기는 것이다. 연구원은 광통신에서도 원형 편광된 빛이 정보 손실이 적어 유용하다고 말했다. 연구팀은 텅스텐 다이셀레나이드라는 아주 얇은 2차원 물질과 한 변이 100나노미터 정도인 정육면체 모양 금 나노입자를 결합한 단일 광자 발생기를 구현했다. 2차원 물질은 금 나노입자의 모서리에서 선형 편광된 단일 광자를 발생시켰다. 단일 광자는 금 나노입자의 꼭짓점에서 진동하면서 나노입자 표면의 작은 틈새인 나노갭 주위에 유도 전류를 만들었다. 꼭짓점에서는 원형 편광된 광자가 방출됐다. 연구원은 금 입자가 아주 작은 전기회로처럼 작용하면서 단일 광자의 전기장과 자기장 사이의 위상차이를 만든 것이라고 설명했다. 연구팀이 개발한 단일 광자 발생기는 기존 장치보다 2000분의 1수준으로 크기가 작았고 여러 개의 발생기를 동시에 작동할 수 있다. 양자 소자의 소형화 및 상용화에 도움이 될 것으로 기대된다.
한줄요약: 서울대 연구팀이 2차원 물질과 금 나노입자를 활용해 단일 광자에 양자 정보를 인코딩하는 새로운 기술을 개발했고 연구팀은 텅스텐 다이셀레나이드와 금 나노입자를 결합해 선형 편광을 원형 편광으로 변환했다. 양자 소자의 소형화 및 상용화에 도움이 될 것으로 기대된다.