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이상윤 연구실

광주과학기술원 물리/광화학과

이상윤 교수

Quantum Computing

Quantum Sensors

Defect Qubits

이상윤 연구실

물리/광화학과 이상윤

이상윤 연구실은 물리광과학과를 기반으로, 고체 내 점결함을 활용한 양자정보과학 및 양자기술 연구를 선도하고 있습니다. 연구실의 주요 연구 분야는 실리콘 카바이드(SiC), 다이아몬드 등 넓은 밴드갭 반도체 내 점결함을 이용한 단일 광자 소스, 스핀 큐비트, 양자 메모리 등 차세대 양자 소자 개발입니다. 이를 통해 양자컴퓨팅, 양자통신, 양자센싱 등 다양한 양자정보처리 응용 기술의 실현을 목표로 하고 있습니다. 연구실은 점결함의 광학적 및 전기적 제어, 고해상도 이미징, 개별 결함의 위치 제어 등 첨단 실험 기술을 바탕으로, 실질적으로 확장 가능한 양자 하드웨어 플랫폼 구축에 집중하고 있습니다. 최근에는 딥러닝 기반 단일 광자 에미터 판별, 전기적 제어가 가능한 단일 광자 소스 개발, 점결함의 광학 및 전자적 특성 분석 등 혁신적인 연구 성과를 내고 있습니다. 이러한 연구는 양자정보과학의 실용화와 상용화에 필수적인 기반 기술을 제공하고 있습니다. 또한, 연구실은 양자광학 및 양자통신 응용 연구에도 적극적으로 참여하고 있습니다. 단일 광자 소스와 점결함 큐비트를 활용한 양자 키 분배, 양자 메시지 인증, 양자 서명 등 다양한 양자암호 프로토콜의 실험적 구현과 성능 검증을 수행하고 있습니다. 실험적으로는 다양한 양자 키 분배 프로토콜의 내구성 및 보안성 평가, 벨 상태 측정, 다광자 얽힘 상태 생성 등 양자정보처리의 핵심 기술 개발에도 앞장서고 있습니다. 연구실은 양자 측정의 기하학적 위상, 양자 스티어러빌리티, 비국소성 등 양자역학의 근본적 현상에 대한 이론적·실험적 연구도 병행하고 있습니다. 이를 통해 양자정보과학의 기초와 응용을 아우르는 폭넓은 연구를 수행하며, 국내외 다양한 연구기관 및 산업체와의 협력을 통해 양자기술의 실용화와 산업화에도 기여하고 있습니다. 이상윤 연구실은 첨단 물리학, 재료과학, 광학, 인공지능 등 다양한 학문 분야와 융합하여, 미래 양자정보사회 실현을 위한 핵심 원천기술 개발에 앞장서고 있습니다. 연구실의 연구 성과는 양자컴퓨팅, 양자통신, 양자센싱 등 차세대 정보기술의 혁신을 이끌고 있으며, 국내외 양자과학기술 발전에 중요한 역할을 하고 있습니다.

Quantum Computing
Quantum Sensors
Defect Qubits
점결함 기반 양자정보처리 및 큐비트 개발
이상윤 연구실은 실리콘 카바이드(SiC)와 다이아몬드 등 넓은 밴드갭 반도체 내 점결함을 활용한 양자정보처리 기술 개발에 주력하고 있습니다. 점결함은 고체 내에서 원자 수준의 결함으로, 전자 및 스핀 상태를 정밀하게 제어할 수 있어 차세대 양자컴퓨팅, 양자통신, 양자센싱의 핵심 요소로 주목받고 있습니다. 연구실은 실리콘 카바이드 내 실리콘 공석(Si vacancy) 및 다이아몬드 내 질소-공석(NV) 센터 등 다양한 점결함을 이용하여 단일 광자 소스, 스핀 큐비트, 양자 메모리 등 다양한 양자 소자 구현을 시도하고 있습니다. 특히, 실리콘 카바이드 점결함의 스핀 상태를 광학적으로 및 전기적으로 제어하고, 고해상도 이미징 및 개별 결함의 위치 제어 기술을 개발함으로써, 실질적으로 확장 가능한 양자컴퓨팅 하드웨어 플랫폼을 구축하고 있습니다. 최근에는 딥러닝 기반의 단일 광자 에미터 판별, 전기적 제어가 가능한 단일 광자 소스 개발, 그리고 점결함의 광학적/전자적 특성 분석을 통해 양자정보처리 소자의 신뢰성과 효율성을 높이고 있습니다. 이러한 연구는 양자정보과학의 실용화에 필수적인 고체 기반 양자 소자 기술의 상용화 가능성을 높이며, 미래의 양자 네트워크, 양자 센서, 양자 통신 시스템의 핵심 기술로 자리매김하고 있습니다.
양자광학 및 양자통신 응용 연구
연구실은 양자광학적 현상을 기반으로 한 양자통신 및 양자암호 기술 개발에도 활발히 참여하고 있습니다. 단일 광자 소스와 점결함 큐비트를 활용하여 양자 키 분배(QKD), 양자 메시지 인증, 양자 서명 등 다양한 양자암호 프로토콜을 실험적으로 구현하고, 실제 환경에서의 신뢰성과 보안성을 검증하고 있습니다. 실험적으로는 다양한 양자 키 분배 프로토콜(BB84, six-state, RFI-QKD 등)의 성능을 비교하고, 기준 프레임 회전 및 변동에 따른 내구성을 분석하여 실용적인 양자통신 시스템 구축에 기여하고 있습니다. 또한, 양자광학 실험을 통해 벨 상태 측정, 다광자 얽힘 상태 생성, 양자 프로세스 토모그래피 등 양자정보처리의 핵심 기술을 개발하고 있습니다. 연구실은 양자 측정의 기하학적 위상, 양자 스티어러빌리티, 비국소성 등 양자역학의 근본적 현상에 대한 이론적·실험적 연구도 병행하여, 양자정보과학의 기초와 응용을 아우르는 폭넓은 연구를 수행하고 있습니다. 이러한 연구 성과는 양자암호 네트워크, 양자 인증, 양자 서명 등 차세대 보안 통신 기술의 실현에 직접적으로 연결되며, 미래의 안전한 정보 사회 구현에 중요한 역할을 하고 있습니다.
1
Classification of Single-Photon Emitters in Confocal Fluorescence Microscope Images by Deep Convolutional Neural Networks
Kim, D.-H.[Kim, Dong-Hee], Lee, S.-Y.[Lee, Sang-Yun], Kim, D.[Kim, Dongbeom], Paik, S.[Paik, Seoyoung], Park, J.[Park, Jeongeun], Hwang, S.-J.[Hwang, Seung-Ja, Onoda, S.[Onoda, Shinobu], Ohshima, T.[Ohshima, Takeshi
Advanced Quantum Technologies, 202411
2
Dichroic Engineering from Invisible to Full Colors Using Plasmonics
Jeong, HH[Jeong, Hyeon-Ho], Lee, SY[Lee, Sang-Yun], Han, Jang­Hwan[Han, Jang, Kim, Juhwan[Kim, Juhwan], Kim, Gyurin[Kim, Gyurin], Jo, Yong­Ryun[Jo, Yong­R, Kim, Doeun[Kim, Doeun], Kim, Hyun Min[Kim, Hyun Min]
Advanced Functional Materials, 202407
3
Mechanism for selective initialization of silicon-vacancy spin qubits with S?=?3/2 in silicon carbide
Lee, SY[Lee, Sang-Yun], Park, JE[Jeongeun Park,], Paik, SY[Seoyoung Paik], Hwang, SJ[Seung-Jae Hwang], Liu, D[Di Liu], Soykal, O[Oney O. Soykal], Wrachtrup, J[Joerg Wrachtrup
Physical Review Applied, 202405
1
SiC 단결정 점결함을 이용한 큐비트 응용평가
한국세라믹기술원
2024년 04월 ~ 2024년 09월
2
첨단 물리학 핵심 연구
광주과학기술원
2024년 04월 ~ 2024년 12월
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광양자 기반 양자물질 광물성연구
광주과학기술원
2023년 03월 ~ 2023년 12월