기계/재료

광산란 한도의 제한을 받지 않은 양자통계 측정기술 개발

발행일 : 2013 / 04 / 15

중국과학원 양자정보 중점 실험실(Key Lab of Quantum Information, CAS) 손방온(孫方穩, Sun Fangwen)연구팀이 양자통계 측정기술을 활용하여 광 산란(Optical Scattering) 한도의 제한을 받지 않은 인접 발광물체 측정과 분석을 세계 최초로 실현했다.

측정 정밀도가 nm급이다. 연구성과가 4월 9일 Physical Review Letters에 게재됐다. 측정 정밀도를 높이는 것이 과학연구의 주요과제이자 주요 기술발전목표 중 하나이다. 반대로 물리량에 대한 고정밀도 측정을 통해 과학기술 발전을 촉진시킬 수 있다.

많은 측정기술이 개발됐는데, 이중에 양자역학 기본원리를 이용한 양자측정방법이 가장 많은 관심을 이끌었다.

양자역학의 발전, 관련 양자정보기술 개발과 이용에 따라 양자측정은 전통적 측정의 한도를 초과한 고정밀도 측정 뿐 아니고 전통방법에 의해 완성할 수 없는 측정도 달성할 수 있다. 예컨대 전통적 과학 측정방법으로 2물체의 거리를 측정할 때 광학 레일리 산란 한도의 제한을 받음으로 정밀도는 수백nm정도이다.

손방온 연구팀은 물체발광의 양자통계 속성을 이용하여 광 산란 한도의 제한을 받지 않고 정밀도가 nm급인 양자통계측정기술을 개발했다. 연구팀은 직접 제조한 다이아몬드 NV color center 샘플에 광수집 장치를 이용하고 단일광자 및 두 광자의 광양자 수를 탐측하여 단일 광자의 반뭉침(antibunching)효과를 기반으로 2개 8.5nm 거리의 NV color center 독립 이미징 및 분해를 실현하며 color center의 축을 측정했다. 실험의 측정 정밀도가 2.4nm인데, 광양자 수집을 증가하면 1nm 이내로 높일 수 있다.

실험에 사용된 광경로가 간략하며, 측정시스템이 안정적이고 양자 decoherence의 영향을 받지 않았다. 이 기술은 양자정보기술을 위한 새로운 측정기술을 제공하는 동시 화학, 재료, 생물 등 분야에 활용될 수도 있다.