뉴욕시 기존 광섬유로 3노드 양자 얽힘 스와핑 첫 실증

실험 배경과 구성

이번 실험은 2023년 NYU와 Qunnect가 브루클린-맨해튼 구간 상용 광섬유로 양자 신호 전송에 성공한 연구를 확장한 것이다. 당시 두 지점 간 단순 신호 전달에 그쳤다면, 이번에는 노드를 하나 더 추가하고 얽힘 스와핑을 적용해 독립된 양자 소자들을 하나의 네트워크로 연결하는 데 성공했다.

세 개 노드는 허브-스포크 구조로 배치됐다. 브루클린 네이비 야드에 있는 Qunnect 시설에 두 개의 외부 노드를 두고, 맨해튼 60 Hudson Street의 상업 데이터센터 QTD를 중앙 허브로 삼았다. 극저온 검출기는 중앙 허브에만 설치돼 외부 노드는 상대적으로 단순한 구성을 유지할 수 있었다.

얽힘 스와핑의 기술적 의미

양자 인터넷 구현의 핵심 난제 중 하나는 서로 직접 상호작용한 적 없는 입자들을 원거리에서 얽힘 상태로 만드는 얽힘 스와핑이다. 이 과정이 가능해야 짧은 구간의 양자 링크를 이어붙여 더 넓은 네트워크를 구성할 수 있다. 기존 실험실 환경에서는 여러 차례 시연됐으나, 실제 배포된 도시 인프라에서 편광 얽힘 스와핑이 확인된 것은 이번이 처음이다.

광자는 광섬유 내에서 온도 변화와 진동에 의해 편광 상태가 흐트러지기 쉽다. Qunnect는 자사의 Carina 양자 네트워킹 솔루션을 통해 얽힘 광원과 신호 안정화 시스템을 제공했고, Cisco는 세 지점의 동기화를 담당하는 오케스트레이션 소프트웨어를 기여했다.

성능 수치와 한계

연구팀이 달성한 스와핑 속도는 초당 약 1.5건이다. 양자 네트워크가 실용적으로 동작하기 위해 필요한 상관관계를 유지하면서 이 수준을 유지했다는 점에서 의미가 있으나, 실제 암호화 키 분배나 양자 컴퓨터 연결에 필요한 충실도와 처리량에는 아직 거리가 있다. 논문은 arXiv 프리프린트 서버에 공개된 상태이며, 동료 심사는 완료되지 않았다.

확장성 측면에서는 구조적 이점이 있다. 극저온 장비가 중앙 허브에만 집중되기 때문에 노드를 추가할 때마다 동일한 복잡도를 반복할 필요가 없다. 이는 도시 규모 또는 데이터센터 규모 네트워크로의 확장을 고려할 때 실질적인 강점이다.

향후 전망

단기적으로 가장 현실적인 응용은 양자 키 분배다. 도청 시도 자체가 물리 법칙에 의해 탐지되는 이 방식은 금융기관이 밀집한 맨해튼 같은 환경에서 특히 수요가 높다. 장기적으로는 양자 컴퓨터 간 연결이나 새로운 형태의 양자 센싱에도 활용될 수 있다.

NYU는 이미 맨해튼 캠퍼스 전역에 걸친 자체 양자 네트워크를 운영 중이며, 브루클린 탠던 공과대학으로 확장을 추진하고 있다. NYU 양자 인스티튜트는 지난해 출범해 이러한 연구 성과를 실용 기술로 전환하는 학제 간 허브 역할을 맡고 있다.