ICT/융합

1Km 고차원 양자 얽힘 분배 구현

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중국과학기술대학교 궈광찬(郭光灿) 연구팀, 리촨펑(李传锋)/황윈펑(黄运锋) 연구팀, 지난(暨南)대학교 리차오후이(李朝晖) 연구팀, 중산(中山)대학교 위쓰위안(余思远) 연구팀은 최초로 킬로미터급 3D 궤도 각운동량의 얽힘 분배를 구현함으로써 향후 공간 모드 다중화 기술을 이용하여 장거리 고차원 양자 통신 작업을 달성할 수 있는 가능성을 마련했다. 해당 성과는 "Optics"에 게재되었다. 양자 얽힘은 양자 통신, 양자 정밀 측정 및 양자 컴퓨팅 등 양자 정보 프로세스의 주요 자원이다. 양자 얽힘의 장거리 분배는 양자 기술의 실용성 및 양자 물리학의 기본 문제 검사에 있어서 매우 필수적이다. 고차원 시스템은 더 높은 채널 용량, 더 강력한 도청 방지 기능 및 보다 효과적인 양자 컴퓨팅 기능을 구비한다. 광자의 궤도 각운동량은 최근 광범위한 관심을 받고 있는 고차원 시스템으로 차원 확장에서 매우 큰 장점을 갖고 있다. 그러나 궤도 각운동량 얽힘은 대기 난류 또는 광섬유의 모드 혼선 및 모드 분산의 영향으로 기존에는 수 미터 거리 전송만 가능했으며 이 또한 2차원 얽힘의 분배에 제한되었다. 고차원 궤도 각운동량 얽힘 분배 문제를 해결하기 위해 연구팀은 광자 공간 분할 다중화에 적합한 소모드 광섬유를 자체 개발하고 궤도 각운동량 모드 분산 사전보상 장치를 설계하여 최초로 1Km 광섬유에서 3D 궤도 각운동량 얽힘 광자쌍의 분배를 구현했다. 분배 후의 양자 상태는 일반화된 벨의 부등식(CGLMP 부등식)에 의해 검증되었고 3개 표준 편차의 부등식 위배를 획득함으로써 양자 상태의 고차원 비국소성을 검증했다. 또한, 광섬유의 모드 분산 및 디코히어런스(Decoherence) 특성에 대해 연구팀은 차원과 전송 거리를 심층 확장하기 위한 구현 방안을 제안했다.

최초로 1차원 원자 사슬 결함 양단의 제로 에너지 구속 상태 발견

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베이징대학교 물리대학 양자재료과학센터 왕젠(王健) 연구팀은 미국 보스턴칼리지(Boston College, BC) 왕쯔창(汪自強) 연구팀 등과 공동으로 최초로 2차원 철 기반 고온 초전도체의 1차원 원자 사슬(Atomic chain) 결함 양단에서 마요라나 제로에너지 모드(Majorana zero-energy modes)를 발견함으로써 토폴로지 양자컴퓨팅의 최종 달성에 주요한 기반을 마련했다. 해당 성과는 "Nature Physics"에 온라인으로 게재됐다. 최근년래 클래식 컴퓨터의 연산능력을 능가하는 양자컴퓨터 개발은 세계 프런티어 연구 관심사 및 양자 초월을 달성하는 핵심 방향으로 되었다. 하지만 양자컴퓨팅은 결잃음 효과가 존재하기에 큐비트의 연산은 많은 비트수에 의한 얽힘을 요구한다. 따라서 고장 허용 양자컴퓨팅 즉 환경에 대해 민감하지 않은 토폴로지 양자컴퓨팅 연구는 최종적으로 규모화 양자컴퓨팅을 달성하는 주요 경로이다. 응집상태 물질 중 마요라나 준입자의 제로에너지 구속 상태를 마요라나 제로에너지 모드라 부른다. 해당 모드는 국부적 간섭 및 높은 고장 허용 특성을 구비하고 있기에 토폴로지 큐비트를 달성하는 기반으로 각광 받고 있다. 마요라나 제로에너지 모드를 연구하려면 구조 공법이 복잡한 헤테로구조가 요구될 뿐만 아니라 극저온 및 외부 자기장을 관측해야 하기에 마요라나 제로에너지 모드의 응용에 어려움을 가져다주었다. 연구팀은 분자빔 에피택시 기술을 통해 스트론튬타이타네이트(SrTiO3)기질(Substrate)에 두께가 약 0.59 nm에 달하는 대규모, 고품질의 단일층 FeTe0.5Se0.5고온 초전도 박막을 성공적으로 제조했다. 해당 박막의 초전도 천이 온도는 약 -211℃로 블록재 Fe(Te, Se)의 -258℃에 비하여 훨씬 높다. 원위치 저온 주사터널현미경 및 주사터널 스펙트럼 기술을 이용해 연구팀은 박막 표면에서 최상층 Te/Se 원자 결실로 형성된 1차원 원자 사슬 결함을 발견함과 아울러 결함 양단에서 동시에 제로에너지 구속 상태를 관측했는데 해당 구속 상태는 양호한 항간섭성을 보유하고 있다. 동 연구는 최초로 2차원 고온 초전도체 FeTe0.5Se0.5단일층 박막의 토폴로지 라인 결함 말단부 제로에너지 여기는 단일 재료, 비교적 높은 작동 온도 및 제로 외부 자기장 등 장점을 보유하고 있음을 규명했다. 이는 토폴로지 큐비트의 응용 달성에 가능한 방법을 제공했다.

509Km: 광섬유 양자 통신의 신기록 달성

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지난(济南)양자기술연구원 왕샹빈(王向斌), 류양(刘洋) 연구팀과 중국과학기술대학교 판젠웨이(潘建伟) 연구팀은 공동으로 장거리 더블 필드 양자 키 분배 가능성의 최초 실험 검증에 이어 300Km 실제 환경 광섬유에서 더블필드 양자 키 분배 실험에 성공한 후, 509Km 실제 환경 광섬유에서 더블 필드 양자 키 분배(TF-QKD)에 성공함으로써 양자 키 분배의 최장 전송 거리 신기록을 세웠다. 해당 성과는 "Physical Review Letters"에 온라인으로 게재되었다. 양자 키 분배(QKD)의 장거리 실제 응용에서 채널 소모는 가장 심각한 제한 요소이다. TF-QKD는 단일 광자 간섭을 효과적인 감지 이벤트로 이용하여 안전 코딩 속도를 채널 감쇠의 제곱근에 따라 선형으로 감소시키며 무중계 상황에서도 QKD 코딩 속도의 선형 한계를 쉽게 깰 수 있다. 그러나 TF-QKD의 구현 조건은 매우 까다로워 두 개의 원격 독립 레이저의 단일 광자급 간섭이 있어야 함과 아울러, 단일 광자 검출 결과를 통해 장거리 광섬유 링크의 상대적 위상 쾌속 드리프트의 정확한 추산을 구현해야 한다. 해당 연구는 이론적으로 왕샹빈 교수가 제안한 "전송-불전송" 더블 필드 양자 키 분배 프로토콜에 기반하여 위상 노이즈에 대한 시스템의 내성을 크게 향상시켰다. 실험적으로, 시간-주파수 전송 기법을 이용하여 두 개의 독립 원격 레이저의 파장을 동일하게 잠구고 추가 위상 기준광을 이용하여 광섬유의 상대적 위상 쾌속 드리프트를 추산함으로써 측정 장치와 관계없이 안전 속성을 확보했다. 최종, 실험실에서 QKD 안전 코딩 거리를 509Km로 확장하여 기존의 무중계 QKD에 의해 제한된 절대 이론적 코딩 속도 한계를 극복했다. 기타 더블 필드 QKD 실험과 비교할 경우, 해당 연구는 안전성에서 독보적인 장점을 보유한다. 다시 말해서 측정 장치와 무관할 뿐만 아니라 제한된 코드 길이 조건에서의 안전성도 충분히 고려했다. 시스템 중복 주파수를 베이징-상하이 통신간선과 같은 장거리 양자 통신 네트워크에서 사용되는 1GHz로 업그레이드할 경우, 300Km되는 곳에서 코딩 속도가 5kbps에 달할 수 있으며 이는 백본 광섬유 양자 통신 네트워크의 신뢰 가능성 릴레이의 수를 대량 감소하고 광섬유 양자 보안 통신 네트워크의 안정성을 크게 향상시킬 수 있다.

세계 최초의 다중 배열 멤리스터 "스토리지 및 컴퓨팅 통합" 시스템 개발

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칭화대학교 마이크로전자연구소, 미래칩기술 고정밀첨단혁신센터 쳰허(钱鹤), 우화챵(吴华强) 연구팀은 공동으로 복수의 멤리스터 어레이 기반 스토리지 및 컴퓨팅 통합 시스템을 개발하여 합성곱 신경망을 처리할 경우의 에너지효율을 그래픽 프로세서 칩보다 2 자릿수 높임으로써 컴퓨팅 설비의 컴퓨팅 성능을 크게 향상시키고 전력소모를 기존 칩보다 100배 줄였다. 해당 성과는 "Nature"에 게재되었다. 무어의 법칙이 한계에 다다름에 따라 집적 회로 축소 기법을 통한 컴퓨팅 성능 업그레이드가 점점 어려워지고 있다. 컴퓨팅과 스토리지는 서로 다른 회로에서 완성되는데 이 과정에서 대량 데이터 전송을 위한 전력 소모와 추가 지연이 초래된다. 컴퓨팅 및 스토리지 통합을 통한 AI 컴퓨팅 성능의 향상은 관련 분야 연구의 핫이슈이다. 연구팀은 재료와 소자 구조를 최적화하여 성공적으로 고성능 멤리스터 어레이를 개발했다. 소자의 비이상적 특성으로 인한 시스템 식별 정확도 감소 문제를 해결하기 위해 연구팀은 새로운 하이브리드 훈련 알고리즘을 제안하였다. 해당 알고리즘은 소량의 이미지 샘플만으로 신경망을 훈련시킴과 아울러 마지막 층 네트워크의 일부 가중치를 미조정함으로써 MNIST 데이터베이스에서의 스토리지 및 컴퓨팅 통합 구조의 식별 정확도를 96.19%에 달하게 하였다. 이는 소프트웨어의 식별 정확도와 맞먹는다. 연구팀은 공간 병렬 메커니즘을 제안하여 동일한 합성곱 커널을 복수의 멤리스터 배열에 프로그래밍하였으며 각 멤리스터 배열이 서로 다른 합성곱 입력 모듈을 병렬 처리할 수 있도록 함으로써 병렬 수행도를 향상시켜 합성곱 컴퓨팅을 가속화시켰다. 이를 기반으로 풀 하드웨어 구성의 완전한 스토리지 및 컴퓨팅 통합 시스템을 구축하였다. 시스템에 복수의 멤리스터 어레이를 집적하고 해당 시스템에서 합성곱 신경망 알고리즘을 효율적으로 운영하여 이미지 식별 기능을 성공적으로 검증하고 스토리지 및 컴퓨팅 통합 아키텍처의 풀 하드웨어 구현 가능성을 입증했다. 멤리스터 기반 신형 메모리 및 컴퓨팅 통합 아키텍처는 컴퓨팅 성능의 병목 현상을 극복하고 인공 지능과 같은 복잡한 작업을 위한 컴퓨팅 하드웨어의 고성능 수요를 충족시킬 수 있다.

비결맞음 조작 조건에서의 양자상태 전환 구현

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중국과학기술대학교 궈광찬(郭光燦) 연구팀은 폴란드 바르샤바대학교(University of Warsaw)/독일 울름대학교(University of Ulm) 이론물리학자와 공동으로 최초로 큐비트의 비결맞음 조작 조건에서의 전환문제를 이론적으로 완전히 해결함과 아울러 실험설계를 통해 이를 검증하였다. 해당 성과는 "npj Quantum information"에 게재되었다. 최근 엄밀한 양자결맞음성 정의의 제안은 양자결맞음성 자원이론의 발전을 촉진하고 있다. 양자중첩성(quantum superposition)을 정량화하는 양자결맞음성은 양자물리/양자정보학의 핵심으로서 다양한 양자임무(예를 들면, 양자컴퓨팅, 양자통신 등) 수행에 중요한 응용가치가 있다. 연구팀은 비결맞음 조작 조건에서의 큐비트 전환문제를 이론적으로 완전히 해결함과 아울러 해당 결과를 분산시스템(distributed system) 결맞음 전환 연구에 확장시킴으로써 이체(two-body) 순수상태(pure state)의 보조적 전환을 완전히 해결함과 아울러 혼합상태(mixed state)의 보조적 전환도 일부분 해결하였다. 연구팀은 상기 이론적 작업을 토대로 일련의 실험을 설계해 이를 검증하였다. 연구팀은 큐비트를 광자의 편광상태(polarization state)에 인코딩하여 최초로 완전 광학적 엄격한 비결맞음 조작장치를 설계하였다. 또한 단일큐비트/분산시스템에서 큐비트의 비결맞음 조작 조건에서의 전환을 고충실도로 구현하였다. 실험 결과, 광학기술을 이용해 양자상태의 비결맞음 조작 조건에서의 전환연구를 쉽게 수행할 수 있었다. 이는 구체적인 응용에서 기존의 광학기술로 결맞음성 전환을 구현하는데 기반을 마련하였다.

50km 광섬유의 원거리 메모리 간 양자 얽힘 구현

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중국과학기술대학교 판젠웨이(潘建伟), 바오샤오후이(包小辉), 장챵(张强) 연구팀은 지난(济南)양자기술연구원 및 중국과학원 상하이마이크로시스템·정보기술연구소 연구팀과 공동으로 고광도 라이트와 원자 얽힘원, 저잡음 고효율 단일광자 주파수 변환 기술 및 원거리 단일광자 정밀 간섭 기술 연구를 통해 광섬유 거리가 50km인 두 개의 양자 메모리 얽힘에 성공함으로써 양자 리피터에 기반한 양자 네트워크 구축을 위한 기반을 마련했다. 해당 성과는 "Nature"에 게재되었다. 글로벌 양자 네트워크를 구축함과 아울러 이를 기반으로 양자 통신을 구현하는 것은 양자 정보 연구의 궁극적인 목표이다. 국제학술계에서 광범위하게 이용되고 있는 양자 통신 네트워크 개발 로드맵은 위성에 기반한 자유공간 채널을 통해 광역 대규모 전파를 달성하고 광섬유 네트워크를 통해 도시권 및 도시 간 지면 전파를 달성하는 것이다. 그러나, 광섬유에서의 광신호 지수 감쇠로 인해 최장거리 점대점 지면 안전 통신 거리는 수백 km에 불과하다. 원거리 점대점 전송을 분단 전송으로 변경하고, 양자 리피터 기술을 이용하여 캐스케이드를 진행하면 안전 통신 거리를 대폭 확장시킬 수 있을 뿐만 아니라 전체 양자 네트워크 구축을 가능하게 한다. 그러나, 빛과 원자의 얽힘 밝기가 낮고 원자 메모리 파장과 통신 광섬유의 비매칭 및 원거리 단일광자 간섭과 같은 기술적 어려움으로 기존의 최장거리 광섬유 양자 얽힘은 수 km 정도에 불과했다. 이러한 기술적 어려움을 해결하기 위해, 연구팀은 3개 분야의 기술을 중점적으로 공략했다. 1) 링 캐비티 증강 기술을 이용하여 단일광자와 원자시스템 간 결합을 개선하고 광경로 전송 효율을 최적화함으로써 기존의 빛과 원자 얽힘의 밝기를 1등급 업그레이드시켰다. 2) 원자 메모리가 대응하는 광파장이 광섬유에서의 소모가 약 3.5 dB/km에 달하기에 50km 광섬유에서 광신호가 10억분의 1(10-17.5)로 감쇠되어 양자 통신이 불가능한 문제점에 대해 연구팀은 자체적으로 주기적 분극 니오브산리튬 도파관을 개발하고 비선형 주파수 차이 과정을 통해 메모리의 광파장을 근적외선(795nm)에서 통신 대역(1342nm)으로 변환시켰으며 50km 광섬유를 통과한 후, 백분의 1 이상으로 감쇠되어 기존 효율보다 16배 향상시켰다. 3) 원거리 단일광자 간섭을 달성하기 위해 이중 위상 잠금 솔류션을 설계하여 성공적으로 50km 광섬유 전송 후 광경로 차이를 약 50nm로 제어하였다. 연구팀은 해당 기술을 결합하여 최종적으로 50km 광섬유 전송의 2극관 얽힘을 달성하고 22km 외부 광섬유의 2극관 얽힘을 구현했다. 현재 실험 단계에 처한 2개의 양자 메모리는 동일한 실험실에 위치하고 있다. 향후, 연구팀은 독립된 레이저의 위상 동기화 등 기술을 개발하여 진정한 원거리 2극관 실험을 달성할 예정이다. 해당 연구는 기존의 멀티노드 얽힘 기술(Nature Photonics, 13, 210, 2019), 리드베르크에 기반한 결정적 얽힘 기술(Phys. Rev. Lett. 123, 140504, 2019) 및 100밀리초 스토리지 기술(Nature Photonics. 10, 381, 2016)을 결부하여 양자 리피터와 전체 양자 네트워크의 실험 연구를 크게 촉진시킬 전망이다.

최초로 표준 양자 샤논 이론을 초월하는 양자통신 달성

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중국과기대 궈광찬(郭光燦) 연구팀의 리촨펑(李傳鋒), 류비헝(柳必恒) 등은 홍콩대학 이론물리학자와 공동으로 최초로 표준 양자 샤논 이론(Shannon theory)을 초월하는 양자통신을 달성했다. 해당 성과는 "Physical Review Letters"에 게재됐다. 샤논 이론은 고전 정보이론의 기반이며 그중 정보 캐리어(Information carrier)는 고전 시스템이다. 20세기 40년대 말, 미국 수학자이며 정보이론 창시자인 클로드 샤넌(Claude Shannon)은 고전물리학적 법칙에 근거하여 데이터 전송 모델을 구축함과 아울러 정보이론을 구축했다. 고전 시스템을 기반으로 구축된 샤논 정보이론은 정보 캐리어(예를 들어 광자) 또는 통신채널(예를 들어, 광케이블)을 모두 고전 시스템으로 간주한다. 이들은 명확한 정의, 완전히 구분 가능한 상태를 보유하고 있다. 물리학자들은 정보이론 기반 양자 버전을 개발하여 정보 캐리어가 양자 시스템일 경우 어떠한 새로운 가능성이 생성되는 지를 연구하고 있다. 정보 캐리어를 양자 시스템에 보급할 경우 표준 양자 샤논 이론을 얻을 수 있다. 양자통신 및 양자정보의 기반인 해당 이론은 이미 양자정보 압축, 잡음 채널에서의 정보 전송, 양자얽힘 보조 기반 양자통신 등 분야에서 크나큰 성공을 이룩했다. 최근 2년 동안 이론적 연구를 통해 여러 개 채널 연결 순서가 결맞음 중첩(Coherent superposition) 상태일 경우 고전 정보 및 양자정보의 전송 속도는 표준 양자 샤논 이론에 비하여 더한층 향상됨을 발견했다. 이에 영감을 받고 리촨펑, 류비헝 등은 광학적 양자 스위치(Quantum switches)를 통해 2개 채널 두 가지 연결 순서 기반 결맞음 중첩 등 기술을 달성함으로써 결맞음 중첩 조작의 충실도를 97% 이상에 도달시켰다. 또한 이를 기반으로 고전 정보 및 양자정보의 고충실도 전송을 각각 달성했다. 실험 결과, 해당 연구는 표준 양자 샤논 이론 통신 모델(전송 경로 비결맞음 중첩)의 결과에 비하여 우수했다. 동 연구는 세계 최초로 양자 채널 인과 관계 순서 기반 결맞음 중첩을 이용해 표준 양자 샤논 이론을 초월하는 양자통신 원리의 실험적 검증을 달성했다. 이는 샤논 이론 제2 양자화(Second quantization)의 중요한 단계이며 양자 컴퓨팅, 양자 정밀 측정 및 양자 시공간 시뮬레이션에서 중요한 용도가 있다.

클래식 컴퓨터를 능가하는 신형 확장 가능한 광자컴퓨터 개발

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상하이교통대학교 집적양자정보기술연구센터 진셴민(金賢敏) 연구팀은 집적칩, 광자개념, 비 폰노이만아키텍처(Von Neumann architecture) 등을 결합시킨 광자컴퓨터를 개발하였다. 동 컴퓨터는 특정 난제 해결 분야에서 클래식 전자컴퓨터를 능가하는 잠재력을 보유할 뿐만 아니라 물리적 규모 확장도 가능하다. 해당 연구는 클래식 컴퓨터를 능가하는 연산능력 구현을 위해 참신한 아이디어를 제공하였고 또한 광자컴퓨터의 미래 가능성을 제시하였다. 해당 성과는 "Science Advances"에 게재되었다. 집적도의 지속적인 향상은 컴퓨터에 갈수록 강력한 연산능력을 부여하고 있다. 하지만 고도의 집적화로 초래되는 칩의 "방열 문제" 및 "양자 터널링 효과"로 인해 무어의 법칙이 머지않아 더 이상 적용되지 않을 것이란 연구보고도 속속 발표되고 있다. 새로운 연산방식 발굴은 인류의 연산능력을 더한층 향상시키는 중요한 수단이다. 이에 따라 양자컴퓨팅, DNA컴퓨팅, 광학컴퓨팅 등 연산방식이 제안되고 있다. 2019년 말에 구글은 53큐비트 양자컴퓨터를 선보이고 "양자패권"을 선언함과 아울러 최초로 비 폰노이만아키텍처의 비교우위를 규명하였다. 진셴민 연구팀은 취약한 양자특성에 의존하는 대신 광자 고유의 비교우위에 의존해 특정 연산문제에서 클래식컴퓨터를 능가하는 광자컴퓨터의 잠재력을 구현하였다. 해당 광자컴퓨터로 해석한 부분집합 합 문제(subset sum problem, SSP)는 연산 복잡도로 말하면 NP 문제(클래식 컴퓨터로 고효율적 솔루션이 불가능한 문제) 중 가장 어려운 유형에 속한다. SSP는 신형 컴퓨팅아키텍처의 연산능력 평가의 중요 지표로 이용할 수 있다. 연구팀은 SSP를 3종 기본구조로 구성된 3차원 집적광도파로네크워크에 성공적으로 매핑시킴과 아울러 펨토초레이저직접기록(femtosecond laser direct writing) 기술을 이용해 광자칩 내부에 기입하였다. 광도파로네크워크에 광자 주입시 연산과정은 활성화된다. 광자는 연산 매개체로서 광도파로네크워크에서 변화하는데 모든 가능한 변화경로 탐색을 통해 해(solution)를 찾는다. 광자컴퓨터의 병렬 연산방식, 집적광도파로네크워크의 조밀도(compactness) 그리고 빛의 매우 빠른 전파속도, 강한 간섭방지 능력 등에 힘입어 SSP 솔루션의 속도는 더 빨라졌고 물리적 규모 확장도 가능하다. 연구팀은 더 큰 규모의 광자칩 및 측정시스템을 구축해 더 큰 스케일의 문제 해결, 보다 강력한 연산능력 구현을 계획하고 있다.

세계 최초로 드론 기반 양자얽힘 분배 달성

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난징(南京)대학 주스닝(祝世寧), 셰전다(謝臻達), 궁옌샤오(龔彥曉) 연구팀은 2년간 연구를 거쳐 세계 최초로 드론 기반 양자얽힘 분배를 달성했다. 이로써 무게가 약 35Kg인 8축 회전익 드론이 천천히 상승하여 수십 미터 높이에 도달했을 때 100m 떨어진 지면의 A, B 두 점에 한 쌍의 얽힘 광자를 방출할 경우 2개 광자는 대기 난류, 빗물, 햇빛 등의 간섭을 받은 후에도 거의 완벽하게 지면에 도달할 수 있게 되었다. 해당 성과는 "National Science Review"에 게재되었다. 기존의 양자얽힘 분배는 주로 광섬유 기반 링크, 위성과 지면 사이의 자유 공간에서 분배 전송 등 두 가지 방법이다. 드론을 이용한 양자얽힘 분배는 쾌속 기동, 요구에 따른 네트워킹, 쉬운 확산, 저원가 등 특성을 보유하고 있다. 2017년부터 연구팀은 난징, 스자좡(石家莊), 란저우(蘭州) 등 지역에서 실험을 수행하여 최종적으로 드론 기반 양자얽힘 분배를 달성했다. 해당 8축 회전익 드론은 10Kg의 양자통신 시스템을 탑재할 수 있다. 측정 결과 A, B 두 점 광자얽힘 상태의 벨 부등식 S값은 2.49에 도달하여 양자얽힘 분배에 성공했다. 실험 결과, 전송 링크는 안정적이고 소모가 비교적 적다. 양자얽힘 분배는 양자통신의 주요 방법이다. 실험 성공은 드론을 이용하여 양자통신 네트워크를 구축할 수 있음을 의미한다. 해당 실험 성공은 드론에 탑재된 고성능 통합화 양자얽힘 광원, 광신호 수신/발송 통합화 시스템 등과 갈라놓을 수 없다. 실험 결과에 의하면 단일 광자 측정은 대낮, 비오는 날 등 다양한 기상조건에서 정상적으로 수행할 수 있다. 이는 드론 기반 양자얽힘 분배를 통해 양자통신 네트워크를 언제 어디서든 요구에 따라 커버리지할 수 있음을 의미한다.

상업용 밀리미터파 위상배열 칩 개발

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2020년 1월 19일, 네트워크통신·안전 쯔진산(紫金山)실험실은 중국의 독자적 통제가 가능한 초저원가 밀리미터파 위상배열 칩을 발표했다. 해당 칩은 빠른 속도, 광범위한 커버리지로 밀리미터파 통신기술의 상업화 "걸림돌"을 해결했다. 전세계 모든 지역을 커버할 수 있는 광대역 통신 네트워크를 구축하고 신호 사각지대를 없애려면 광대역 위성 통신 및 5G 밀리미터파 통신의 상업화를 달성해야 한다. 밀리미터파 통신 스펙트럼은 자원이 풍부하다. 5G 시대에 밀리미터파 주파수대를 선택하여 사용할 경우 1차선 도로를 10차선 도로로 업그레이드한 것과도 같이 그 속도는 대폭 향상된다. 애플사(Apple Inc.)는 밀리미터파를 지원할 수 있는 5G 버전 휴대폰을 개발하고 있다. 광대역 위성 통신 기술을 통해 신호를 전세계 모든 지역에 커버리지할 수 있다. 미국 스페이스X(SpaceX)는 5년 내에 4.2만 개 위성을 발사할 계획이다. 하지만 광대역 위성 통신 및 5G 밀리미터파 통신 핵심 소자인 밀리미터파 위상배열 칩은 가격이 매우 비싸다. 256 채널의 전형적인 위상배열 안테나 가격은 100만 위안(한화로 약 1.7억)에 달한다. 쯔진산실험실 연구팀은 실리콘 공법을 이용하여 대규모 위상배열 안테나 제품의 원가를 상업화가 가능한 수준으로 절감시켰다. 뿐만 아니라 저원가 CMOS 공법에 의한 밀리미터파 칩, 대규모 안테나 어레이 설계를 심층적으로 연구하는 한편 대규모 안테나 어레이 회로판 제조 및 집적 공법 등 핵심 기술을 파악함으로써 CMOS 밀리미터파 통신 칩의 대규모 보급 응용 어려움을 해결했다.