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기술 개요

“칩 위에서 양자정보에 쓰이는 광자를 생성하고 저장·출력하도록 광자의 생성 효율과 전달 과정의 제어 능력을 높이는 기술입니다.”

산업 별 활용 방안

양자통신 장비를 개발하는 기업·연구기관

양자통신 장비 개발에서는 광원과 광자 전달·검출 기능을 연결하고 각 기능의 동작 조건을 맞추는 데 어려움이 있습니다. 본 기술의 얽힘 광자 쌍 생성 소자와 전압 제어형 저장·출력 소자를 광원·검출기 사이에 적용해 광자 생성과 전달 과정을 제어하는 구성을 검토할 수 있습니다. 시제품 광학 시스템에 필요한 기능부터 결합하고, 생성 효율·저장 시간·손실과 시스템 연동 성능을 개념검증(PoC)에서 확인하는 방식으로 도입할 수 있습니다.

광집적회로와 광학 부품을 개발하는 기업·기관

광집적회로 개발에서는 필요한 광학 기능을 칩에 구현하면서 제작 공정과 전기적 제어 조건을 함께 확보해야 합니다. 본 기술의 리튬 니오베이트 도파로·공진 구조·제어 전극을 소자 설계에 반영해 광자 생성 또는 저장·출력 기능을 갖춘 부품을 개발하는 데 활용할 수 있습니다. 시험 소자를 제작해 공정 재현성과 제어 특성을 평가한 뒤, 검증된 기능부터 광집적회로에 결합하는 방식으로 도입할 수 있습니다.

기술 설명

어떤 기술인가요?

집적 양자광학은 빛을 구성하는 입자인 광자를 생성하고 제어하는 기능을 칩 위의 빛 이동 경로에 구현하는 분야입니다. 본 기술 포트폴리오는 리튬 니오베이트 소재로 만든 빛 이동 경로(도파로)와 빛이 반복 순환하는 공진 구조를 이용해 광자 생성과 저장·출력을 제어합니다. 소재 내부의 분극 방향을 주기적으로 바꾼 공진 구조에서 서로 연관된 양자상태를 갖는 얽힘 광자 쌍을 생성하고 생성 효율과 파장을 조절하며(특허 1), 전극에 가하는 전압으로 빛 이동 경로 사이의 전달 정도를 바꿔 광자를 저장하거나 출력하는(특허 2) 기법으로 양자광학 시스템의 광원과 광자 제어 기능을 구현하는 데 활용할 수 있습니다. 실제 생성 효율, 저장 시간과 손실 등은 시제품 검증에서 확인해야 합니다.

어떤 문제를 해결하나요?

1. 광자 쌍 생성 효율의 한계

펌프 빛을 얽힘 광자 쌍으로 변환하는 양자광원에서는 변환 효율을 높이는 것이 과제입니다. 리튬 니오베이트의 분극 방향을 주기적으로 반전한 구조를 공진 도파로 안에 배치해 광자 쌍 생성과 공진 효과를 결합하고, 생성 효율을 높이도록 설계합니다.

2. 광자 저장·출력 전환의 제어

광학 시스템에서 광자를 저장한 뒤 출력하려면 신호 전달 경로와 저장용 공진 구조 사이의 빛 전달 정도를 조절해야 하며, 결합 상태가 고정되어 있으면 이를 전환하기 어렵습니다. 신호 도파로 양측의 전극에 전압을 가해 공진 도파로와의 결합 상태를 바꾸는 방식으로 광자 저장과 출력을 제어합니다.

3. 불필요한 광 성분과 손실

공진 구조를 사용하는 광학 시스템에서는 불필요한 빛의 진동 형태와 광자 쌍의 잡음, 공진기 손실이 활용 가능한 광 신호의 품질을 제한할 수 있습니다. 중첩 공진 구조로 광자 쌍의 잡음을 줄이고, J자형 보조 도파로로 불필요한 진동 형태를 제거하며, 디스크형 공진 구조로 손실 특성을 개선하도록 설계합니다.