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중국과기대, 양자간섭 실험을 천문학적 규모로 확장

발행일 : 2019 / 09 / 05

최근 중국과학기술대학 판젠웨이(潘建偉)/루차오양(陸朝陽) 연구팀은 중국내외 협력자와 공동으로 세계 최초로 양자점 단광자(Single Photon)와 태양광 간 2광자 간섭, 양자얽힘, 비국소성 등을 실험적으로 관찰했다. 해당 연구는 독립적 광자 간 양자간섭 실험을 서로 1.5억 km 떨어진 두 개의 독립 광원으로 확장시켰을 뿐만 아니라 최초로 천문학적 규모에서 양자통계 원리의 보편성을 검증함과 아울러 열광 필드(thermal light field) 양자화의 직접적 실험증거를 제시했다. 해당 성과는 “Physical Review Letters”에 게재되었다.

다수 양자정보기술의 기반인 독립적 광자 간 양자간섭 현상은 고전적인 전자기파 원리로 해석할 수 없으며 반드시 광 필드를 양자화 처리해야 한다. 현재 세계적으로 보고된 연구에 의하면 다양한 광원 간 양자간섭은 이미 실현되었다.

중국과기대 연구팀은 최초로 자연적 원거리 열광원인 태양을 이용한 양자광학 실험을 제안했다. 높은 대비도의 양자간섭을 명확하게 관찰하기 위한 실험에서 주요 어려움은 고성능 단일 광자원 및 다자유도 양자 이레이저(quantum eraser) 기술의 개발이다. 판젠웨이/루차오양 연구팀은 펄스 공명으로 마이크로캐비티 결합을 여기시킨 단일 양자점으로 단일편광, 고효율, 고순도, 높은 동일성, 최적 종합성능의 단일 광자원을 구현했다.

이를 토대로 연구팀은 초협대역 필터링, 초단시간 식별 등을 포함한 일련의 양자 이레이저 기술을 개발했다. 실험에서 50% 이상 고전적 한계(classical limit)의 80% 간섭 대비도를 관측함과 아울러 열광(thermal light)의 양자화 성질을 분명히 입증함으로써 천문단위 규모에서 양자 보스(bose) 통계 원리의 보편성을 검증했다. 그리고 태양광 광자와 양자점 단광자 간 충실도가 0.826에 달하는 얽힘상태를 구현함과 아울러 이처럼 공통적인 역사적 유래가 없는 해당 얽힘광자를 이용해 벨 부등식을 검증했고 또한 3배 표준편차 이상의 위반을 실험적으로 획득함으로써 양자역학의 비국소성을 재차 검증했다.