양자인터넷은 양자 기술에 대한 가장 유망한 많은 응용 프로그램을 하나로 묶는 데 중요한 역할을 할 수 있다. 오늘날 양자 통신 네트워크의 주요 원동력은 보안이다. 양자 상태로 인코딩 된 메시지의 특징은 메시지를 읽으면 내용이 변경되어 수신자에게 도청을 경고하기 때문이다.

그러나 먼 거리에서 양자 상태를 공유할 수 있다는 것은 다른 유망한 응용 분야도 있다. 처음에는 서로 다른 위치에 있는 양자컴퓨터가 데이터를 공유할 수 있게 하여 개별 구성 요소보다 훨씬 강력한 분산 양자 컴퓨터를 만들 수 있다.

또한 대규모 양자 센서 또는 원자 시계 네트워크 사이에 즉각적인 링크를 생성하여 전례 없는 해상도로 중력파와 같은 현상을 측정하거나 초정밀 시간 유지를 제공할 수 있다.

현재 큰 문제는 장거리 양자 연결을 만드는 것이 어렵다는 것이다. 하지만 스페인의 광 과학 연구소의 연구원들은 양자 네트워크의 범위를 크게 확장할 수 있는 리피터(repeaters)를 구축하는 데 도움이 될 수 있는 새로운 종류의 양자 메모리를 시연했다.

중계기는 기존 통신 네트워크에서 사용되는 표준 통신 장비이다. 전기 및 광 신호는 케이블을 통과하면서 점차 소멸되기 때문에 신호를 읽고 재전송하는 중계기가 신호의 강도나 충실도를 잃지 않도록 정기적으로 추가된다.

그러나 양자 통신을 매우 안전하게 만드는 동일한 기능은 신호를 읽는 것이 신호를 뒤섞기 때문에 전통적인 중계기의 사용을 배제한다. 따라서 양자 중계기는 얽힘에 의존해야 한다. 아인슈타인은 "원거리에서 으스스한 행동"이라고 부르는 현상이다.

두 입자가 상호 작용할 때 양자 상태가 얽혀서 먼 거리로 떨어져 있어도 하나를 측정하면 다른 입자의 상태를 알 수 있다. 이것은 장거리에 걸쳐 양자 정보를 즉각적으로 전송하는 데 사용할 수 있으며, 여러 개의 얽힘을 함께 연결할 수 있다면 이를 읽고 재전송하지 않고도 양자 신호를 증폭하는 효과적인 방법이 될 것이다.

문제는 이러한 모든 섬세한 양자 상태를 함께 유지하여 메시지를 전달할 수 있도록 하는 것이다. 각 중계기가 잠시 동안 얽힘을 저장할 수 있다면 네트워크의 모든 단계를 함께 연결할 시간을 제공한다.

작년에 중국 연구자들은 30마일 떨어진 양자 기억을 연결했지만 레이저로 제자리에 고정된 루비듐 원자 가스를 사용했다. 설정에는 표준 통신 네트워크와 호환되지 않는 다양한 문제가 있었다.

Nature에 보고된 새로운 설정은 실용적인 양자 중계기에 훨씬 더 가깝게 만드는 많은 특성을 가지고 있다. 우선, 그들은 희토류 원소가 박힌 고체 결정으로 가스 구름을 교체했다. 신호는 또한 표준 통신 회선을 통해 전송될 수 있으며 얽힘은 신뢰할 수 있고 측정 가능하며 메모리는 한 번에 여러 얽힘을 유지할 수 있다.

이 시스템은 한 쌍의 얽힌 광자를 생성하고 하나는 메모리에서 발사하고 하나는 광섬유에서 발사하여 작동한다. 이것은 광섬유의 양쪽 끝에 있는 두 개의 동일한 노드에서 발생한다. 연결 케이블의 중간 아래에는 빔 스플리터가 있는데, 두 개의 메신저 광자를 혼합하여 그들이 어떤 노드에서 왔는지에 대한 정보가 지워진다.

이 광자는 빔 스플리터를 빠져나갈 때 감지되며, 그들이 어떤 노드에서 왔는지 알 수 없기 때문에 그들이 얽힌 광자가 어느 메모리에 있는지 알 수 없다. 양자 역학의 이상한 규칙에 따라 이 불확실성은 저장된 것을 의미한다. 광자는 두 메모리에 동시에 존재하므로 두 노드 사이에 얽힘이 발생한다.

초기 실험에서 두 노드는 165피트의 광섬유로만 분리되었지만 크리스탈 메모리는 25마이크로 초 동안 상태를 유지할 수 있으며, 이는 최대 3마일 떨어진 곳에서 메모리를 얽히기에 충분한 시간이다.

그것은 여전히 ​​멀지 않으며 상당한 거리에 신호를 전파하기 위해 상당한 수의 복잡한 노드가 필요하다. 그러나 연구진은 보관 시간을 늘릴 수 있는 몇 가지 잠재적 개선 사항을 강조하여 적용 가능한 거리를 늘릴 수 있다.

기술이 실제 시연을 위해 준비되기 전에 상당한 추가 조정이 필요할 수 있지만 이는 미래 양자 인터넷의 핵심 부분을 구성할 실용적인 장치를 향한 큰 진전이다.

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