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중국과학기술대 판젠웨이 원사팀과 협력자들은 중국과학원 상하이 웨이 계통소 유리싱팀이 개발한 초전도탐지기를 이용해 제청간선 현장 광케이블을 기반으로 현장 장거리 고성능 단광자 간섭 기술을 뚫고 두 가지 기술로 각각 428㎞와 511㎞의 쌍끌이 양자키를 개발, 세계 현장 광섬유 양자 비밀통신 신기록을 수립했다.연구 결과는 '물리리뷰 속보'와 '네이처·광자학'에 각각 발표됐다.
양자 복제 불가 원리는 양자 키 배포의 무조건적인 안전성을 보장하지만, 양자 키 배포는 고전 광통신처럼 빛의 확대로 전송을 중계할 수 없어 광섬유 손실이 제한된다.
듀얼 퀀텀 키 배포 협정은 전통적인 합의보다 원격 퀀텀 키 배포에 적합하다.앞서 판젠웨이 팀은 실험실에서 500km가 넘는 듀얼 퀀텀 키 배포를 검증했다.그러나 실제 장면의 까다로운 환경에서는 듀얼 퀀텀 키 배포를 이루기가 매우 어렵다.실험실 안에서는 온도와 진동, 사람의 활동으로 인한 소리 등 소음을 효과적으로 격리할 수 있지만 이는 현장 환경에서는 불가피하다.
쌍방향 양자키 배포 협약을 바탕으로 판젠웨이 팀은 시주파 전송기술과 레이저 주입 잠금 기술을 발전시켜 현장에서 수백 km 떨어진 두 개의 독립형 레이저 기기의 파장을 동일하게 고정시켰다.또한 현장의 복잡한 링크 환경에 맞춰 광섬유 길이 및 편진변화 실시간 보상시스템을 개발하였다.현장 광케이블 속 다른 업무들의 혼선은 양자 키 배분 광원의 파장을 정교하게 설계해 좁은 대역 필터를 통해 혼잡 소음을 걸러냈다.마지막으로 높은 수율의 저소음 단광자 검출기를 결합해 현장에서 무중계 광섬유 양자 키 배포를 위한 안전 코덱 거리를 500km 이상으로 끌어올렸다.
이번 연구 성과는 현장 광섬유 무중계 양자 키 배포 최장거리 세계기록 수립에 성공했으며, 500km가 넘는 광섬유 코드율에서 전통적인 무중계 양자 키 배포에 한정된 코드율 한계를 깨고 실제 환경에서 듀얼 퀀텀 키 배포의 가능성을 입증하고 장거리 광섬유 양자 네트워크 실현을 위한 길을 열었다.(상하계운안)
