광회로 프로그래밍의 새로운 혁신: 아주 얇은 섬유를 사용한 가벼운 컴퓨팅

최근 영국 Heriot-Watt University의 과학자들은 광학 회로를 프로그래밍하는 강력하고 새로운 방법을 발견했습니다.
이 방법은 깨지지 않는 통신망, 초고속 양자 컴퓨터 등 미래 기술을 구현하는 데 중요한 역할을 할 수 있다. 이 연구는 현재 Nature Physics 저널에 게재되었습니다.
영국 헤리엇와트대학교 공학물리과학부 물리학 교수이자 실험물리학자인 메훌 말릭(Mehul Malik)은 "빛은 엄청난 양의 정보를 전달할 수 있으며 광학 회로는 빛이 아닌 빛으로 계산한다"고 설명합니다. 전기는 컴퓨팅 기술의 차세대 도약으로 간주됩니다."
"그러나 광학 회로가 더 커지고 복잡해짐에 따라 제어 및 제작이 점점 더 어려워지고 있으며 이는 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 우리의 연구는 자연적으로 발생하는 프로세스를 사용하여 광학 회로를 설계하는 또 다른 보다 일반적인 접근 방식을 보여줍니다."
Mehul Malik 교수와 그의 팀은 상업용 광섬유를 사용하여 연구를 수행했습니다. 개인 가정과 기업에 인터넷을 전송하기 위해 전 세계적으로 널리 사용되는 이 유형의 광섬유는 사람 머리카락 굵기보다 가늘고 빛을 사용하여 데이터를 전송합니다.
광섬유에서 자연적으로 빛이 산란되는 현상을 이용함으로써 광섬유 내부의 광학 회로를 매우 정밀하게 프로그래밍할 수 있다는 사실을 발견했습니다.
"빛이 광섬유에 들어가면 복잡한 방식으로 산란되고 혼합됩니다. 이 복잡한 과정을 이해하고 광섬유에 들어가는 빛의 형태를 정확하게 형성함으로써 우리는 이러한 혼란 속에서 빛의 회로를 만드는 방법을 찾았습니다."
광학 회로는 개별 원자 또는 광자(빛 입자)를 사용하여 미세한 수준에서 설계되는 양자 기술의 미래에 매우 중요합니다. 이러한 기술에는 엄청난 처리 능력을 갖춘 강력한 양자 컴퓨터와 해킹이 불가능한 양자 통신 네트워크가 포함됩니다.
메훌 말리크 교수는 “예를 들어 양자통신망 말단에는 장거리 이동 후 정보 측정이 가능하도록 광회로가 필요하다”며 “광입자에 대한 복잡한 계산을 수행하는 양자컴퓨터의 핵심 부품이기도 하다”고 설명한다.
양자 컴퓨터는 약물 개발, 기후 예측, 우주 탐사 등의 분야에서 상당한 발전을 약속합니다. 기계 학습(인공 지능)은 대량의 데이터를 신속하게 처리하기 위해 광학 회로를 사용하는 또 다른 영역입니다.
Mehul Malik 교수는 빛의 힘이 다차원성에 있다고 지적합니다. "우리는 빛의 단일 입자에 대해 많은 정보를 인코딩할 수 있습니다. 빛의 공간적 구조, 시간적 구조, 색상. 이러한 모든 속성을 다음과 같이 계산할 수 있습니다. 동시에 엄청난 처리 능력을 발휘할 수 있습니다."
연구원들은 또한 프로그래밍 가능한 광학 회로를 사용하여 양자 얽힘을 조작하는 방법을 보여주었습니다. 이는 광자 등 두 개 이상의 양자 입자가 멀리 떨어져 있어도 연결된 상태를 유지하는 현상이다. 얽힘은 양자 컴퓨터 내 오류 수정, 가장 안전한 유형의 양자 암호화 구현 등 많은 양자 기술에서 중요한 역할을 합니다.
Heriot-Watt University의 Beyond Binary Quantum Information Laboratory의 Mehul Malik 교수와 그의 연구 그룹은 스웨덴의 Lund University, 이탈리아의 Sapienza University of Rome, 네덜란드의 Twente University와 같은 기관의 공동 학자들과 함께 연구를 수행했습니다.
이번 연구는 오스트리아 연구진흥청(FFG)(오스트리아의 산업 연구 및 개발을 위한 국가 자금 지원 기관)을 포함해 31개국 39개 공공 연구 자금 지원 기관(rfo)으로 구성된 유럽의 선도적인 네트워크인 QuantERA의 자금 지원을 받았습니다. 그리고 유럽 연구 위원회(ERC) - 최첨단 연구를 위한 EU의 자금 지원 기관입니다.