QuTech, 다이아몬드 SnV 색 중심에서 결맞음 협력도 임계값 돌파

SnV 색 중심과 나노광자 공진기의 결합 구조

QuTech는 델프트공과대학교(TU Delft)와 네덜란드 응용과학연구기구(TNO)의 공동 연구기관이다. 이번 연구는 Ronald Hanson 교수가 책임 연구자를 맡았으며, 다이아몬드 격자 내 탄소 원자 자리 옆에 주석(Sn) 원자를 삽입해 형성한 SnV 결함 구조를 광자 결합 플랫폼으로 활용했다. 연구팀은 주기적 브래그 반사경 배열을 갖춘 마이크로 스케일 다이아몬드 광자 결정 공진기를 제작해 광장(optical field)을 결함 위치에 집중시켰다.

결맞음 협력도 1 이상 달성의 의미

연구팀은 광학 공진기를 SnV 중심의 공명 주파수에 직접 정렬함으로써 특정 광학 모드로의 광자 방출률을 크게 높이는 데 성공했다. 성능이 가장 우수한 소자에서는 단일 SnV 방출체가 공진기 내 광 전송을 거의 완전히 차단하는 수준의 광학 소광(optical extinction)을 보였다. 전송 광의 선폭(linewidth) 구조 분석을 통해 결맞음 협력도가 1을 초과함을 확인했다. 이 수치는 공진기 내부의 결맞음 양자 상호작용이 주변 환경의 탈위상(dephasing) 잡음을 압도한다는 것을 의미하며, 고충실도 양자 상태 전달이 가능한 조건임을 나타낸다.

대규모 제작 가능성 검증

연구팀은 이 플랫폼의 확장 가능성을 검토하기 위해 두 개의 반도체 칩에 걸쳐 나노광자 소자를 대량 스크리닝했다. 그 결과 327개의 기능성 소자가 높은 평균 품질 인수(quality factor)와 균일한 제작 수율을 나타냈다. 이는 실험실 수준의 단일 소자 시연을 넘어 네트워크 규모의 양산 가능성을 실증한 결과로 해석된다.

양자 인터넷 및 모듈형 컴퓨팅에의 함의

이번 성과는 두 가지 응용 방향에서 중요성을 갖는다. 첫째, 장거리 양자 인터넷에서 노드 간 얽힘 분배를 위한 안정적인 광-물질 인터페이스 확보다. 둘째, QuTech가 Fujitsu와 진행 중인 모듈형 양자 컴퓨팅 협력에서 국소적 큐비트 클러스터들을 상호 연결하는 기반 구조로 활용될 수 있다. 다만 현 단계는 소자 수준의 특성 평가에 해당하며, 실제 네트워크 통합 및 장거리 얽힘 분배 실험은 후속 연구 과제로 남아 있다.