우리 학부 양자소자연구실(PI: 손영익 교수)이 「칩스케일 퓨전 멀티플렉싱과 양자점 기반 확정적 선형 클러스터를 활용한 전광 양자중계기」를 주제로 한 집단연구 과제가 양자과학기술 플래그십 프로젝트의 2025년도 신규 과제로 선정되었다.
본 연구는 양자 통신의 장거리화를 위해 필수적인 핵심 시스템인 양자 중계기(quantum repeater)개발을 목표로 한다. 특히 전자 스핀 등 물질 큐비트를 사용하지 않고 광 큐비트만으로 구현하는 ‘전광자(all-photonic) 양자 중계기’라는 점에서 기존 접근법과 차별성을 갖는다. 전광 양자 중계기는 이론적 기반이 비교적 최근에 제시된 신흥 연구 분야로, 차세대 양자 네트워크 기술의 핵심 후보로 주목받고 있다.
물질 큐비트를 배제한 이러한 새로운 접근법을 통해, 본 기술은 기존 반도체 공정 기술만을 활용한 대량 생산 가능성이라는 중요한 장점을 지닌다. 이에 따라 향후 산업계 표준 양자 중계기 기술로 발전할 높은 잠재력을 보유한 것으로 평가된다.
도전적인 연구 목표 달성을 위해, 주관기관인 KAIST를 중심으로 국내 부품 기업인 파이버프로와 쿼드가 참여하는 산학 컨소시엄이 구성되었다. 또한 세계적인 광기반 양자컴퓨팅 기업인 프랑스 콴델라(Quandela)와 국제 공동연구팀을 구성하여 협력을 추진한다. 콴델라 연구팀은 세계 최고 수준의 얽힘광 생성 기술을 양자 중계기 핵심 부품으로 활용할 수 있도록 긴밀한 공동 연구를 수행할 예정이다.
양자 중계기 구현을 위해서는 양자광학 칩 기술뿐만 아니라, 시스템 운용 설계, 고속 멀티플렉싱을 위한 주문형 반도체(ASIC), 저손실 패키징 기술등 융복합적 연구가 필수적이다. 이에 따라 전기및전자공학부 배준우 교수, 정완영 교수, 그리고 기계공학과 남동욱 교수가 공동 연구진으로 참여하여 각 분야의 전문성을 결집한다.
본 과제는 과학기술정보통신부의 양자기술 분야 대표 사업인 양자과학기술 플래그십 프로젝트의 일환으로 수행된다. 해당 프로젝트는 2032년까지 약 8년간 총 6,454억 원 규모로 추진되며, 양자 컴퓨팅·통신·센싱의 3대 분야를 중심으로 미션 지향형 연구개발을 수행한다. KAIST 연구팀은 이 중 통신 분야 5개 핵심 과제 중 하나에 선정되어, 약 128억 원의 연구비 지원을 받게 된다.
본 연구를 통해 양자 중계기가 성공적으로 구현될 경우, 현재 약 100km 내외에 국한된 양자암호통신 기술을 글로벌 규모로 확장하고, 궁극적으로 양자 인터넷 실현에 결정적인 기여를 할 것으로 기대된다.
