NTT 코퍼레이션이 도쿄대학교 및 RIKEN과 공동으로 대규모 내결함성 범용 광양자 컴퓨터를 구현하는 핵심 기술인 ‘광섬유 결합 양자 광원(압착 광원/squeezed light source)’을 개발했다.

양자 컴퓨터는 양자 중첩 상태 및 양자 얽힘 상태와 같은 양자역학 특유의 현상을 이용해 병렬 연산 처리가 가능해 세계 각국이 연구 개발을 추진하고 있다. 다양한 방법이 고려되는 가운데 광자를 이용한 광양자 컴퓨터는 여러 장점이 있다.




예를 들어 다른 방법에서 요구되는 저온 및 진공 장치가 불필요해 소형화가 가능하고, 시간 영역 다중 양자 얽힘 상태를 생성해 마이크로 집적화나 장비의 병렬화 없이 큐비트 수를 쉽게 늘릴 수 있다.

또 광선의 광대역 속성 덕분에 고속 연산 처리가 가능하다. 양자 오차 보정은 이론적으로 광자의 유무를 이용하는 이산 변수를 사용하기보다는 광자의 우기성(parity)을 이용하는 연속적인 광선 변수를 활용해 가능한 것으로 나타났다. 이 방법은 저손실 광섬유 및 고기능 광학 소자와 같은 광통신 기술과 호환성이 높아 대규모 내결함성 범용 광양자 컴퓨터 구축의 비약적 발전을 기대할 수 있다.

광양자 컴퓨터를 구현하는 가장 중요한 부품 가운데 하나는 압착 광선을 생성하는 양자 광원으로 광양자 컴퓨터에서 양자적 성질의 근원이 된다. 특히 이에는 광섬유 결합 양자 광원이 바람직하다. 압착 광선은 짝수의 광자와 압착된 양자 노이즈를 갖는 특수 상태의 광선이며 양자 얽힘을 생성하는 데 사용된다.

또 압착 광선은 광자 수의 우기성을 활용하므로 양자 오차 보정에서 매우 중요한 역할을 한다. 대규모 내결함성 범용 광양자 컴퓨터를 실현하려면 고도로 압착된 양자 노이즈와 높은 양자 수 부품에서 짝수를 유지하는 양자 수 우기성과 함께 섬유 결합 압착 광원이 필요하다. 예를 들어 대규모 양자 연산에 사용될 수 있는 시간 영역 다중 양자 얽힘(2차원 클러스터 상태)[2]을 생성하려면 압착률이 65%를 넘어야 한다. 그러나 양질의 압착 광선을 생성하는 것이 어렵기 때문에 이런 소자는 아직 개발되지 않았다.

이 연구에서는 광통신 파장에서 작동하는 새로운 광섬유 결합 양자 광원을 개발했다. 이를 광섬유 부품과 결합해 광섬유 폐쇄형 시스템에서도 6테라헤르츠(THz)가 넘는 측대파 주파수로 양자 노이즈가 75% 이상 압착된 연속파의 압착 광선을 세계에서 처음으로 생성하는 데 성공했다.

이는 광양자 컴퓨터의 핵심 소자가 광선의 광대역 속성을 유지하면서 광섬유와 호환되는 형태로 구현됐음을 뜻한다. 이에 따라 광섬유 및 광통신 소자를 이용해 안정적이고 유지 보수가 필요 없는 광양자 컴퓨터를 개발할 수 있게 된다. 또 랙 크기의 대규모 광양자 컴퓨터 개발을 크게 진전시킨다.