NIST, 도심 공중 가설 광섬유 62km 얽힘 분배 실증…기존 인프라 재활용 가능성 확인

무슨 일이 있었나

NIST, 조인트 양자 연구소(JQI·NIST와 메릴랜드대 공동 운영), Qunnect 3개 기관 공동 연구팀은 NIST 실험실에서 메릴랜드대 칼리지파크 캠퍼스까지 이어지는 기존 인터넷 인프라 광섬유 62km를 이용해 얽힌 광자 분배 실험을 수행했다. 연구팀은 상용 장치로 얽힘 광자쌍을 생성한 뒤, 한 광자는 NIST 내부 분석기로, 나머지 한 광자는 62km 광섬유를 통해 칼리지파크 캠퍼스의 제2 실험실로 전송했다. 24시간 연속 운용 결과 전체 시간의 92.8%에서 얽힘 광자 분배가 정상 작동했으며, 초당 약 1,500쌍의 얽힌 광자가 전송됐다. 통계적 검증을 통해 양 끝 검출기에서 확인된 광자들이 얽힘 상태를 실제로 유지하고 있었음을 확인했다.

출처별 강조점·차이

두 출처가 공통으로 전하는 사실—공중 가설 케이블, 92.8% 가동률, 초당 1,500쌍, 2022년 유럽 팀의 248km 지하 기록—은 일치한다. 다만 강조 방향은 다소 다르다. NIST 공식 발표는 이번 실험을 "현실 인프라 수준의 스트레스 테스트"로 규정하며, 기상 변화·진동·온도 변동이 복합적으로 작용하는 환경 데이터를 향후 양자 네트워크 프로토콜 설계의 근거로 쓸 수 있다는 점을 강조했다. Phys.org 보도는 기술 검증 측면과 함께 천문학(초장기선 간섭계), 지진·화산 탐지 센서망, 양자 컴퓨터 연결, 초고보안 통신 등 잠재적 응용 분야를 폭넓게 소개했다.

기술적 맥락

이번 실험의 핵심 난제는 대부분의 광섬유가 전봇대에 매달린 공중 가설 케이블이라는 점이다. 온도 변화에 따른 팽창·수축, 바람, 새의 착지 등 일상적 기계적 교란이 광자의 편광(전기장 진동 방향)을 왜곡해 얽힘을 파괴할 수 있다. 고전 통신은 빛의 세기로 정보를 전달해 이런 교란에 둔감하지만, 양자 통신은 편광이라는 훨씬 민감한 물리량에 의존한다. 연구팀은 Qunnect가 개발한 실시간 편광 안정화 장치 두 대를 투입해 이 문제를 해결했다. 기준 광선을 광섬유에 흘려보내 수신 단에서 편광 변화량을 측정한 뒤, 정확히 그 역변환을 실험 광자에 즉각 적용하는 방식이다. 편광 보정에 소요된 시간은 전체의 7.2%에 불과했다.

전송 거리 자체는 기록이 아니다. 2022년 유럽 연구팀이 지하 매설 광섬유 248km에서 얽힘 분배에 성공한 바 있으며, 이번 실험의 62km는 거리 면에서 그에 미치지 못한다. 이번 성과의 차별성은 거리가 아니라 통제되지 않은 도심 환경이다.

의미와 전망

양자 전용 광섬유망 신규 구축은 비용 면에서 현실적이지 않다. 이번 실험은 이미 깔린 인터넷 인프라를 그대로 재활용해도 얽힘 분배가 작동함을 보였다는 점에서 실용화 경로를 여는 의미가 있다. 연구팀도 인정하듯 실용적 양자 네트워크로 나아가려면 현재 초당 1,500쌍 수준의 얽힘 광자 전송률을 대폭 향상시켜야 한다는 과제가 남아 있다. 이번 24시간 운용 데이터는 공중 가설 환경에서의 편광 교란 특성을 정량화한 첫 사례로, 향후 프로토콜 설계와 장비 규격 수립의 기준점이 될 전망이다.