ICT/융합

중국과기대, 세계 최로초 고성능 단일 광자원 구현

발행일 : 2019 / 08 / 15

최근 중국과학기술대학 판젠웨이(潘建偉) 연구팀은 세계 최초로 확정적 편광(Deterministic polarization), 고순도, 높은 동일성, 고효율의 단일 광자원(Photon Source)을 구현함으로써 광학 양자컴퓨팅 특히 고전 연산능력을 초월하는 양자패권 달성을 위해 튼튼한 과학기반을 마련했다. 해당 성과는 “Nature Photonics”에 게재되었다.

단일 광자원은 광학 양자정보기술의 핵심적 자원이다. 완벽한 단일 광자원은 확정적 편광, 고순도, 높은 동일성, 고효율 등 4개 상호 모순되는 조건을 동시에 만족시켜야 한다. 그러나 기존 기술로 구현한 단일 광자는 품질이 떨어져 실용화 양자기술에 응용될 수 없다. 완벽한 단일 광자원을 구현함에 있어 2가지 어려움이 존재하는데 하나는 양자점이 무작위로 2종 편광 광자를 방출하는 것이고 다른 하나는 공명 여기(resonance excitation)를 위해 배경 레이저를 제거해야 한다는 것이다.

상기 2가지 어려움을 해결하려면 이론 및 실험 분야에서 동기혁신을 달성해야 한다. 연구팀은 이론적인 분야에서 타원 마이크로캐비티로 대칭성을 타개함으로써 캐비티 모드(cavity mode)를 2개 비축퇴 수직편광 모드로 분열시키는 방안을 제안했다. 이로써 단일 편광 단일광자를 선택적으로 증강시켰다. 또한 실험에서 수직편광 무손실 소광기술을 개발함으로써 상기 2가지 어려움을 동시에 해결하는 효과를 거두었다. 이를 토대로 내로밴드(narrow band) 마이크로컬럼(microcolumn)과 브로드밴드 표적 마이크로캐비티에서 각각 확정적 편광, 고순도, 높은 동일성, 고효율을 동시에 만족시키는 단일 광자원을 실험적으로 구현했다. 연구팀은 단일 광자원 종합성능의 세계 기록을 다시 한 번 경신함과 아울러 양자패권 달성을 위한 중요한 성과를 얻었다.

해당 성과는 확장 가능한 광학 양자정보기술 분야에서 중국의 선도 지위를 확고히 하였다. 또한 원고심사자로부터 오랫동안 존재해온 난관을 극복한 위대한 성과로 향후 관련 분야 연구를 유력하게 촉진할 전망이라는 평가를 받았다.