재래식 시스템으로는 보이지 않는 물체를 탐지할 가능성이 있는 프로토타입 양자 레이더가 요크대(University of York) 양자정보과학자 주도의 국제연구팀에 의해 개발되었다.
이 새로운 종류의 레이더는 마이크로파와 광학 빔 사이의 양자 상관성을 이용하여 암세포나 스텔스 기능을 가진 항공기와 같이 반사도가 낮은 물체를 탐지한다. 이 양자 레이더는 재래식 시스템들보다 훨씬 더 낮은 에너지로 작동하기 때문에, 장기적으로 비침습 NMR 스캔을 포함한 광범위한 생의학 분야에 응용될 가능성이 있다.
스테파노 피란돌라(Stefano Pirandola) 박사 주도의 요크대 컴퓨터과학과 및 요크대양자기술센터(York Centre for Quantum Technologies) 소속 연구팀은 특수 변환기가 이번 새 시스템의 열쇠라는 것을 발견했다.
이 변환기는 나노역학진동자를 이용하여 마이크로파 빔을 광학 빔과 결합시키는 이중공동(double-cavity) 장치이다. 이 장치는 신호 방출 과정에서 마이크로파-광파 얽힘을 발생시키거나 물체로부터 반사된 빔을 수집하는 과정에서 마이크로파를 광학 빔으로 변환할 수 있다. 이번 연구는 ‘Physical Review Letters’에 발표되었다.
재래식 레이더의 안테나는 일정 범위의 공간을 조사하기 위해서 마이크로파를 방출한다. 임의의 표적 물체는 그 신호를 근원지 쪽으로 반사하지만, 배경잡음이 많은 영역에 있는 반사도가 낮은 물체는 전통적인 레이더 시스템을 이용하여 탐지하기가 힘들다.
대조적으로, 양자 레이더는 더욱 효율적으로 작동하고 양자 얽힘을 이용하여 감도를 향상시킴으로써 잡음이 매우 많은 영역으로부터의 작은 반사 신호도 검출한다.
양자 레이더를 실현하기에는 아직 이르지만, 이 기술은 저광자 체제에서 특히 성능이 우수할 것이라고 피란돌라 박사는 말했다. “그와 같은 비침습 특성은 단거리 생의학 분야에서 특히 중요하다. 장기적으로 볼때, 이 기술은 적은 수의 양자상관 광자들을 이용하기 때문에 생체시료나 인체 조직에서 결함의 존재를 완전히 비침습적으로 검출하기 위해 단거리에서 운영될 수 있을 것이다. “우리의 기술은 약한 단백질이나 핵산에 대한 비침습 NMR 분광법을 개발하는데 이용될 수 있을 것이다. 의약분야에서 이 기술은 환자가 흡수하는 방사선 조사량을 줄이는 목적으로 자기공명영상법에 응용될 수 있을 것”이라고 그는 말했다. 피란돌라 박사는 레버흄재단(Leverhulme Trust)과 공학자연과학연구회(Engineering and Physical Sciences Research Council)의 자금지원을 제공받았다.
