장거리 양자 통신은 정보 보안에 중요하며 이미 위성을 이용한 장거리간에는 입증됐지만 지금까지는 2차원을 넘는 고차원 상태 통신에는 과제가 있었다. 이번에 남아프리카와 독일, 스페인 국제연구팀이 양자 통신에서 전송할 수 있는 정보 차원을 늘려 물리적으로 정보를 전송하지 않고 이미지를 텔레포트시키는 기술을 실증했다.
양자 통신은 두 입자가 강한 상호 관계를 가진 양자얽힘 효과를 이용해 양자 상태를 멀리 떨어진 곳으로 전송하는 기술이다. 양자 통신은 미래 양자 네트워크에서 중요한 자원으로 고차원에서 양자 통신이 실현되면 정보 용량 증가와 노이즈에 대한 회복력 향상을 기대할 수있다. 하지만 지금까지 진보는 한정적이었다.
새롭게 남아프리카 위트워터스랜드대와 스페인 ICFO 연구팀은 양자얽힘 상태에 있는 광자 2개만으로 고차원 상태를 양자 전송하는 실험을 실시했다. 이 실험에선 추가 광자를 사용하지 않고 고차원 공간 정보를 전송하기 위해 비선형 광학 검출기를 사용했다. 덕분에 새로운 검출법에 의해 광자 운동량별로 측정해 양자 상태에서 전송할 수 있는 차원 수를 늘릴 수 있었다고 한다. 실험 결과 광가 고차원 정보가 발신자로부터 수신자에게 텔레포트하는 것처럼 보인다는 게 입증됐다. 전송할 수 있는 정보가 고차원이 되면서 알파벳이나 이미지 같은 것보다 많은 정보를 양자 전송하는 게 가능하게 된다.
이번에 입증된 양자 통신 프로토콜을 실용화하는 사례를 보면 고객이 은행에 지문 같은 민감한 정보를 보내려고 할 때 기존 양자 통신에선 고객이 물리적으로 정보를 전송해야 하며 보안이 되어도 가로챌 위험이 있었다. 하지만 새롭게 제안된 고차원 양자 전송을 이용한 구조에선 은행이 정보를 갖지 않는 양자얽힘 상태 광자 하나를 고객에게 전송하고 고객이 비선형 광학 검출기 상에서 전송하는 정보와 중첩한다. 그러면 정보는 마치 텔레포트된 것처럼 은행이 가진 광자에 표시되어 양자간 물리적 정보를 전송하지 않고 이미지 등을 전달할 수 있다는 것이다.
연구팀은 전통적으로 양자 영역이라도 통신 상대가 한쪽에서 다른 쪽으로 정보를 물리적으로 전송했다며 지금까지 물리적 접속으로 정보가 횡단하는 일은 없었으며 SF 드라마 스타트렉 기술이 현실이 됐다고 밝히고 있다. 연구팀은 또 이 프로세스 실현 가능성을 보여주는 실험이 완전한 양자 구현을 위한 한계를 넓혀 비선형 광학 커뮤니티 추가 진보에 동기가 되기를 기대하고 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.