Stony Brook·하와이대, NSF 60만 달러로 분산 양자센서 네트워크 QISN 개발 착수

패러다임 전환: 단일 센서에서 분산 협력 시스템으로

양자 계측 연구는 오랫동안 고립된 단일 센서의 성능 극대화에 집중해 왔다. 이번 프로젝트는 그 접근 방식을 근본적으로 바꿔, 여러 양자 센서 노드를 얽힘으로 연결된 하나의 통합 시스템으로 운영하는 분산 구조를 추구한다. 공간적으로 분포하는 미약한 신호를 고전적 물리 한계 너머에서 추출하는 것이 핵심 과학 목표다.

역할 분담: 네트워크 이론 vs 광학 최적화

두 대학은 상호 보완적인 연구 영역을 나눠 맡는다. Stony Brook의 Hyeongrak "Chuck" Choi 교수팀은 양자 피셔 정보(quantum Fisher information) 등 정보이론 도구를 활용해 네트워크의 이론적 감도 한계를 규명하고, 광손실·위상 잡음·얽힘 분배 방식이 실제 성능에 미치는 영향을 분석한다. 하드웨어 플랫폼으로는 CMOS 공정에 통합된 다이아몬드 스핀 색심(color center) 노드를 채택한다.

하와이대 Bo-Han Wu 교수팀은 연속변수(CV) 압축광 기반 수치 모델링과 포토닉 구조 최적화를 주도하며, 광채널 손실과 환경 잡음에 대응하는 양자 오류 정정(QEC) 전략을 통합하는 역할을 맡는다. 목표 신호 유형에 따른 파라미터 동적 재구성 기능도 설계 범위에 포함된다.

응용 분야: 해양 환경 모니터링부터 양자 레이더까지

연구팀이 설정한 응용 목표는 폭넓다. 분산 자기장 센싱과 생체의학 영상, 양자 레이더, 해양 환경 모니터링, 보안 양자통신이 주요 적용 영역으로 제시됐다. 해양 환경 모니터링과 재해 대비 분야는 장기 현장 배치를 염두에 두고 있으며, Stony Brook이 기존에 운용 중인 13마일 자유공간 양자 링크 인프라와도 연계 가능성이 거론된다.

AI 연구소 연계와 한계

이번 과제는 Stony Brook AI 혁신 연구소(AI3)에서 진행 중인 인공지능 기반 양자 연구와 교점을 이루며, 신경망과 양자 물리 지능의 융합 방향을 지속 탐색할 계획이다. 다만 60만 달러라는 지원 규모는 대형 양자 센터급 예산과는 상당한 차이가 있어, 실제 배치 시스템 구현보다 설계 원칙 수립과 이론적 경계 확인에 연구 무게가 실릴 것으로 보인다. 얽힘 분배 효율 저하, 광채널 손실, 현실 환경 잡음에 대한 취약성은 이 분야가 공통으로 안고 있는 기술적 과제이며, 이번 연구가 직접 대응해야 할 핵심 난제이기도 하다.