양자 텔레포테이션, 드디어 "별개의 빛"으로 성공 — 양자 리피터 개발을 진전시킨 독일 팀의 성과

양자 텔레포테이션이 "서로 다른 광원"에서도 성공——양자 인터넷으로의 길이 한 걸음 더 가까워졌다

2025년 11월 18일, 독일 슈투트가르트 대학 등의 연구팀이, 떨어진 장소에 있는 두 개의 반도체 양자 도트에서 나온 광자들 간에 양자 텔레포테이션을 실현했다고 발표했습니다. 논문은 Nature Communications지에 게재되어 있으며, 양자 인터넷의 "심장부"라 할 수 있는 양자 리피터의 실현을 향해 큰 장애물을 하나 넘은 성과입니다.Phys.org

이하에서는, 이 성과가 무엇을 의미하는지, 간단히 도해하면서, SNS에서 일어날 것 같은 반응도 섞어가며 해설해 보겠습니다.

도대체 뭐가 대단한 건가요? 한마디로 말하자면…

• 기존:같은 장소·같은 장치에서 나온 빛이라면 텔레포테이션이 가능했다

• 이번:떨어진 장소에 있는 두 개의 양자 도트가 내는 빛 사이에서,

  • "이 빛의 '상태'를 저쪽 빛에 그대로 옮기는" = 양자 텔레포테이션에 성공

  • 게다가, 통신 인프라에서 사용하기 쉬운 텔레콤 파장대로 주파수 변환하여 진행했다

이것이 가능해지면, "멀리 떨어진 노드끼리 연결하는 양자 리피터"를 반도체 기반으로 구성할 가능성이 급격히 높아집니다.Phys.org

일상의 인터넷은, 사실 꽤 불안정하다

원 기사는 서두에서, (꽤 직설적으로) 현재 인터넷의 위험성을 지적하고 있습니다.Phys.org

• 해킹으로 은행 계좌나 ID가 도난당한다

• AI로 피싱 공격이 점점 교묘해진다

• 암호 방식 자체도, 미래의 양자 컴퓨터에는 뚫릴 우려가 있다

이러한 배경에서, 양자 암호·양자 통신에 대한 기대가 높아지고 있습니다.

양자의 성질을 사용하면,

• "도청하면 반드시 흔적이 남는다"

• "완전 복사가 금지되어 있다 (양자의 '복사 금지 법칙')"

와 같은 특징을 활용하여, 도청 저항성이 높은 통신을 실현할 수 있기 때문입니다.

양자 인터넷과 양자 리피터의 벽

현실적인 양자 인터넷을 만들려면, 현재의 광섬유 인프라를 그대로 사용할 수 있는 것이 거의 필수입니다.Phys.org

• 일반적인 인터넷:

  • 광 신호는 점점 약해지므로, **약 50km마다 광 증폭기로 '볼륨 업'**하여 연결하고 있다

• 양자 인터넷:

  • 양자 상태는 복사할 수 없으므로, 같은 방법으로 "증폭"할 수 없다

여기서 등장하는 것이, **양자 리피터 (quantum repeater)**입니다.

• 단순한 "증폭기"가 아니라,

• "중간 노드에서 양자 정보를 다른 광자에 텔레포트하여, 릴레이의 배턴처럼 전달하는" 장치

이번 성과는, 이 양자 리피터를 실현하기 위한, 가장 어려운 "배턴의 전달" 부분에 관한 돌파구라고 할 수 있습니다.Phys.org

이번 실험을 간단히 도해

1. 두 개의 양자 도트가 각각 다른 장소에 있다

• 양자 도트:

  • 나노미터 크기의 반도체 중의 '인공 원자'와 같은 구조

  • 정해진 에너지를 가지므로, 조건을 맞추면 "성격이 같은" 광자를 펑펑 내보내는 광원이 된다Phys.org+1

이번 실험에서는,

• QD1: 단일 광자원 (1개만 광자를 내보냄)

• QD2: 얽힌 광자 쌍을 내보내는 원천

으로 각각 사용되고 있습니다.Nature

2. "텔레포트할 정보"를 첫 번째 광자에 실어 보낸다

• QD1에서 나온 광자에,

  • 편광 (수평/수직 및 그 중첩)으로 양자 정보를 부호화

• 이것이 "텔레포트되어야 할 정보를 가진 광자"입니다.Nature

3. 두 번째와 세 번째는 "얽힌 쌍"

• QD2에서는, 연속적으로 두 개의 광자가 나옵니다:

  • 먼저 나오는 "XX 광자" (광자 2)

  • 나중에 나오는 "X 광자" (광자 3)

• 이 두 개는 양자 얽힘 상태에 있으며,

  • 어느 한쪽을 측정하면, 다른 한쪽의 상태도 강하게 제약받는 관계에 있습니다.Nature

4. "주파수가 다르다"는 큰 문제를, 주파수 변환으로 해결하다

사실, 서로 다른 양자 도트에서 나온 빛은

• 미묘하게 색(주파수)이 다르거나

• 시간적 프로파일이 맞지 않거나

하여,"완전히 같은 빛"이라고 할 수 없습니다.
하지만, 양자 텔레포테이션에서는,간섭시키는 광자들끼리 거의 완전히 구별할 수 없는 것이 중요한 조건입니다.Phys.org

그래서 연구팀은,

• 편광을 유지한 채 주파수를 바꿀 수 있는양자 주파수 변환기를 두 대 준비하여,

• QD1·QD2에서 나오는 빛을텔레콤 파장대로 변환하면서, 색도 정확히 일치시키는

라는 기술을 해냈습니다.Phys.org

5. 벨 측정으로 "정보만" 순간 이동

• 텔레포트할 광자 (QD1의 광자 1)

• 얽힌 쌍의 한쪽 (QD2의 광자 2)

이 두 개를, **벨 상태 측정 (Bell state measurement)**이라는 특별한 측정 장치에 통과시킵니다.Nature

이 측정에서 얻어진 결과에 따라,

• QD2 쪽에 남아 있던 광자 3 (얽힌 쌍의 다른 한쪽)이,

• "광자 1이 원래 가지고 있던 양자 상태"를 이어받은 상태가 됩니다

이것이 "양자 텔레포테이션"입니다. 물질 그 자체가 아니라,상태만 복사 불가능한 형태로 '이사'하는이미지입니다.##HTML