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| KRISS 연구진이 단일광자 광원 측정에 사용되는 광학 장치를 점검하고 있다.[KRISS 제공] |
[헤럴드경제=구본혁 기자] 한국표준과학연구원(KRISS)은 극저온 냉각장치 없이 상온에서 작동하는 단일광자 광원 개발에 성공했다. 전원만 연결하면 바로 작동하는 플러그앤플레이(Plug & Play) 방식으로, 연구실에 머물던 양자광원 기술의 현장 활용성을 높였다는 평가다.
단일광자 광원은 빛 알갱이인 광자를 한 번에 하나씩 만들어내는 장치다. 양자통신·양자센싱·양자측정 등 광자 기반 양자기술의 출발점이다. 대표적으로 양자통신에서는 광자에 정보를 담아 보내며, 도청 시도가 발생하면 광자 상태가 바뀌어 흔적을 확인할 수 있다. 하지만 기존 단일광자 광원은 영하 270도 수준의 극저온 환경, 방 한 칸 규모의 광학 실험대, 숙련 연구자가 필요해 통신 현장·병원·보안 시설 투입에 한계가 있었다.
연구진은 질화갈륨(GaN) 반도체 기반 단일광자 광원을 상온 플러그앤플레이 장비로 구현했다. 개발 장치는 220 V 일반 전원으로 작동하며, 복잡한 광학 정렬 없이 단일광자를 발생시킨다. 19인치 랙형 구조로 제작돼 기존 양자암호통신(QKD) 장비와 연결이 쉽고, 현장 설치·운용에도 유리하다.
이 기술의 핵심은 질화갈륨 반도체 안에 자연적으로 생기는 미세한 결함을 활용하는 것이다. 이 결함에 에너지를 가하면 광자가 하나씩 밖으로 나오지만, 결함은 원자 수준으로 작고 무작위로 흩어져 있어 찾아낸 위치를 반복해서 활용하기 어렵다. 연구팀은 방출 위치를 좌표처럼 기록해, 장비를 껐다 켜도 같은 지점을 자동으로 찾아가는 공간 확정적 맵핑 기술을 개발했다. 공동연구를 진행한
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| KRISS가 개발한 ‘상온 플러그앤플레이 단일광자 광원.[KRISS 제공] |
최근 양자기술 선점 경쟁이 본격화되면서 핵심 장비·부품 확보가 국가 경쟁력으로 떠오르고 있다. 이번 연구성과는 단일광자 광원을 국내 기술로 장비화한 양자 소부장 국산화 사례로, 향후 금융·의료·정부망 등 중요 통신 구간의 양자암호통신 보안성을 높이는 핵심 광원으로 활용될 수 있다. 현재 연구팀은 스핀오프 기업 ㈜큐라드와 공동으로 제품화를 추진 중이다.
홍기석 KRISS 책임연구원은 “단일광자 광원은 광자 기반 양자기술의 핵심 부품이지만 그동안 극저온 실험실에 묶여 있었다”며 “이번 성과는 상온에서 쓸 수 있는 장비형 광원으로 현장 활용 문턱을 크게 낮췄다는 데 의미가 있다”고 말했다.
이번 연구성과는 광학 분야 국제학술지 ‘레이저 포토닉스 리뷰’에 게재됐다.
