고려대가 해외대학 연구진과 공동 연구를 통해 원자 두께로 얇은 2차원 물질에 국소적으로 변형 가해 단일광자의 발생 효율을 2배 증가시키는 기술을 개발했다.

고려대(총장 정진택)는 박홍규 이과대학 물리학과 교수 연구팀이 일리노이대학교(UIUC)의 남성우 교수 연구팀과 공동으로 한 번에 하나씩 빛 알갱이를 방출하고 광특성 조절이 가능한 새로운 단일광자원을 개발했다고 15일 밝혔다. 연구진은 또한, 단일광자의 생성 위치 및 편광 방향을 제어하고 나노공진기와의 결합을 통해 단일광자의 방출 효율도 높이는데 성공했다.

단일광자원은 양자 키 분배와 같은 양자 암호 통신에 있어서 핵심이 되는 기본 소자이다.

연구팀은 텅스텐 셀레나이드 (WSe2) 2차원 반도체 물질에 나노갭을 갖는 나노구조체를 이용해 국소적으로 변형을 가해 위치와 편광 방향을 조절한 새로운 단일광자원을 구현했다.

제작된 단일광자원은 원자 두께만큼 얇기 때문에 나노공진기와 결합이 쉽다는 장점이 있다. 단일광자원과 나노공진기를 결합한 결과, 단일광자의 발생 효율을 2배 증가시킬 수 있었다.

이번 연구 성과를 통해 새로운 물리적 현상 발견 및 양자정보학의 기초적인 이해를 증진시켰다는데 큰 의의가 있다.

박홍규 교수는 "위치와 편광 방향이 제어되고 나노공진기와 결합된 단일광자원은 양자 암호 통신에서 온-칩 (on-chip) 양자 광원으로 사용이 가능하다"며 "미래 정보 보안에 있어 획기적인 발전을 이룰 수 있어 한국과 같은 인터넷 강국에서 군사적으로나 경제적으로 파급 효과가 클 것으로 기대된다"고 설명했다.

이번 연구의 정보통신기획평가원(IITP)이 추진하는 정보보호핵심원천기술개발사업 한-미공군 국제공동연구과제와 양자암호통신집적화및전송기술고도화 사업의 지원으로 수행됐으며, 성과는 나노기술 분야 저명 국제학술지 '나노레터스(Nano Letters)'에 1월 27일자로 온라인 게재됐다.