**뉴스 제목: 도쿄이과대학, 단일 광자 생성 성공...양자 통신의 새 장 열다**
도쿄이과대학의 연구 그룹은 2025년 10월, 광섬유 내의 희토류 원자를 선택적으로 단 하나만을 자극하여 단일 광자를 생성하는 데 성공했다고 발표했다. 이는 광을 이용한 양자 통신 네트워크에서의 고효율 전송을 가능하게 한다. 통신 시스템에서 정보의 안전성을 확보하는 방법으로 양자 암호 통신 기술이 주목받고 있다.
광을 이용한 양자 통신을 실현하기 위해서는 단일 광자 광원의 개발과 생성된 단일 광자를 원격지로 전송하는 구조를 구축해야 한다. 연구 그룹은 기존에 광섬유 내부에 첨가된 희토류 원자를 이용해 실온 환경에서 단일 광자를 생성하는 방법을 제안해왔다. 기존 방식에서는 대물 렌즈를 사용해 광섬유의 외부로 단일 광자를 꺼내는 과정이 필요했으나, 이는 전송 효율이 좋지 않았다.
이번 연구에서는 광섬유의 측면에서 자극 광을 입사하여, 광섬유 내의 희토류 원자 하나만 선택적으로 자극하고 광섬유를 통해 단일 광자를 집광하는 방법을 고안했다. 이를 통해 광자를 광섬유 외부로 꺼내지 않고도 효율적으로 전송할 수 있게 되었다.
이번 실험에서는 희토류 원소로 네오디뮴(Nd3+)을 사용했다. Nd3+는 광섬유 통신 파장대까지의 넓은 발광 파장을 가지고 있어, 하나의 원소로 목적에 맞는 발광 파장을 선택할 수 있다.
제작된 장치 내의 단일 Nd3+에 광섬유 측면에서 자극 광을 입사하고, Nd3+에서 방출된 광자를 동일한 광섬유로 집광하여 광자 상관성을 측정했다. 그 결과, 단일 광자가 생성되고 있다는 것을 확인했으며, 기존 방법에 비해 높은 효율로 광자를 집광할 수 있음을 입증했다.
이번 연구 성과는 도쿄이과대학 대학원 이학연구과 물리학 전공의 시미즈 카이토 박사 과정 3년 차, 동일 대학 이학부 제1부 물리학과의 나가타 토모 주교수, 사나카 카오루 준교수 등에 의해 이루어졌다.
