▲ (이미지=IEEE SPECTRUM)

중국 난징대 연구진이 세계 처음으로 드론을 이용해 양자 커뮤니케이션 네트워크를 구현했다고 ‘IEEE 스펙트럼’이 보도했다.

‘양자역학(quantum mechanics)’은 ‘광자 얽힘(entangled photon)’이라는 매우 특이한 현상을 가능하게한다. 서로 연결된 광자들은 거리에 상관없이 상대방에 영향을 미치는데, 이를 이용해 광자를 순간적으로 이동시킨다. 이 얽힘 현상은 양자 컴퓨터, 양자 네트워크, 양자 암호시스템의 구현에 필수적이다.

하지만 지상에 양자 네트워크를 구축하는 것은 ‘얽힘‘ 현상에 취약성이 존재한다. 광통신망을 이용해 광자를 전송할 경우 전송 거리에 제한이 있고 데이터 전송율도 떨어진다. 과학자들은 이런 문제를 해결하기 위해 광자를 공중에서 전송하는 양자 네트워크에 관해 연구를 해왔다.

특히 중국과 유럽의 과학자들은 현재 위성 기반 양자 네트워크를 연구해왔다. 지상과 저궤도상에 위치한 위성간에 장거리 네트워크를 구축해 광자를 전송하는 방식이다. 하지만 매우 제한된 시간동안만 커뮤니케이션이 가능하고 양자 네트워크 구성에 필요한 위성 발사 비용이 너무 많이 든다는 게 문제다.

중국 난징대 연구진은 이 문제를 해결하기 위해 노드(node)로 활용할 수 있는 ‘양자 드론(quantum drone)’을 설계해 양자 네트워크를 구축했다. 그리고 관련 내용을 과학 분야 출판전(preprint) 논문 웹서버인 ‘아카이브(ArXiv.org)’에 올렸다.

난징대 연구진은 양자 커뮤니케이션을 탑재한 무게 35kg의 옥토콥터 드론을 개발했다. 이 드론을 이용해 양자 네트워크를 구성하고, 40분 동안 호버링 비행을 테스트했다. 이를 통해 공중과 지상간에 2개의 링크를 유지하고 광자를 전송했다. 거리는 100m 정도에 달했다.

연구진은 이 기술을 활용해 지역에서 요구하는 수준에 맞는 양자 네트워크를 구축할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 작은 지역을 커버할 수 있는 네트워크를 구축하려면 낮은 고도에서 일반 소비자용 드론으로 구축할 수 있고, 수백km까지 네트워크를 확충하려면 높은 고도에서 비행할 수 있는 드론을 활용할 수 있다는 설명이다. 다만 드론이 난기류에 영향을 받을 수 있다는 것은 이 기술의 단점으로 꼽히고 있다.

독일의 양자 과학자인 '드미트로 바실레프' 독일 로스톡대학 교수는 “난징대 연구진이 처음으로 양자 드론을 개발했고, 이 드론은 양자 위성과 유사한 노드 역할을 한다”고 평가했다. 그는 “양자 드론이 기존의 광통신 기반 네트워크 보다 훨씬 저렴한 비용으로 모바일 네트워크를 구축할 수 있다는 게 분명한 이점"이라고 지적했다. 또한 이번 기술이 공중 양자 네트워크에 대한 대기권의 영향, 날씨 요인 등을 분석하는 데 테스트베드로 활용될 수 있다고 했다. 궁극적으로는 보다 개선된 위성 양자 네트워크의 구현에 기여할 수 있다는 것.