양자 RF 수신 기술

<출처: 주간기술동향 2195호 양자 RF 수신 기술 동향, 허남호 한국전자통신연구원 책임연구원>

 

1. 개요

양자 RF는 동일 리드버그 원자를 사용하여 매우 넓은 RF주파수 영역에 대응 가능. 

 

2. 개념

무선 주파수 신호 수신을 위해 양자역학적 물리현상을 이용하는 기술

3. 주요기술

프로브레이저: 바닥 상태에 놓인 전자를 중간 상태로 올림.

EIT(Electromagnetically Induced Transparency)현상: 프로브 레이저가 그대로 투과

AT(AutlerTownes)분할: EIT투과 스펙트럼 피크가 두개로 분할

4. 특징

리드버그원자: 최외각 전자를 주양자수(n)가 아주 큰 에너지 준위 상태로 올려 놓음

초광대역: 주파수 수신 대역이 매우 넓음(수십MHz~THz)

단순화: RF신호를 광학 신호로 바로 변환

 

5. 기존 RF수신 기술과 양자 RF수신 기술 비교

구분	기존 RF 수신기술	양자 RF 수신 기술
수신감도한계	열잡음	양자투영잡음
동작 대역	제한적	초광대역
수신기의 파장 의존성	의존적(저주파에서 불리)	독립적(수신부 Front end 소형화 가능)
교정	외부 교정 필요	외부 교정 불필요
왜곡/산란	높음(금속)	낮음(유전체)
재밍 내성	상대적으로 낮음	상대적으로 높음
기술성숙도	매우 높음	낮음

 

6. 동향

미국: 전자전 스펙트럼 분석 /극한 환경 신호 탐지 등 국방분야에 도입 목표

         NIST: DC부터 THz에 이르는 넓은 주파수 대역에서 RF전기장, RF전력, RF전압 측정 표준 개발. 

                   진폭/주파수/위상 변조된 RF수신 신호 기술 시연 목표

         DARPA: 초소형 휴대용 양자 RF수신기 개발 목표. 

         APL: 군사 응용 연구 주도. GPS 거부 환경에서 PNT정보와 통신을 보장하는 양자 RF수신 기술 개발목표.

영국: 대학 중심 6G 및 강인한 통신을 위한 리드버그 원자 기반 수신 기술 연구 활발. 

중국: 다중 대역 통신, 다양한 변조 방식을 이용한 저주파 통신 등 여러 연구 성과 발표.

         리드버그 원자 슈퍼헤테로다인 수신기 개발. BPSK, QAM변조 신호 수신/복조 성공

캐나다: 레이더 성능 향상을 위한 양자 강화 RF센싱 기술 개발 추진

한국: 정부출연기관과 대학을 중심으로 연구개발 진행. 

 

7.극복 과제

수신감도 개선: 열운동으로 인한 잡음 감소. 슈퍼헤테로다인 기법 적용, 원자와 빛 간 상호작용 증폭

순시 대역폭 확장: 수 MHz~수십MHz 수준인 현 순시 대역폭을 THz 주파수까지 확대 필요. 

소형화 및 집적화: 실험실 랙 수준의 부피를 휴대용으로 제작하는 것이 목표. 

제어용 레이저 안정화: 외부 환경변화에 민감한 레이저 안정화 필요. 

원자 증기 셀 개선: 웨이퍼 스케일 MEMS기반 원자 증기 셀 개발 중. 

 

8. 전망

광대역, 초고감도 RF수신을 지원하여 국방, 통신, 계측, 의료 등 다양한 전파 응용 분야에서 새로운 가능성을 열어줄 것으로 전망

 

 

<출처: 주간기술동향 2195호 양자 RF 수신 기술 동향, 허남호 한국전자통신연구원 책임연구원>