기초과학

집적형 고체 양자 메모리 개발

발행일 : 2020 / 03 / 11

중국과학기술대학교 궈광찬(郭光灿) 연구팀은 펨토초 레이저 마이크로 머시닝 기술을 이용하여 고충실도의 집적형 고체 양자 메모리를 구현하고 자체 개발한 장비에 기반하여 최초로 희토류 이온의 전자스핀 및 핵스핀 간섭 수명을 전반적으로 향상시켰다. 해당 성과는 “Optics”와 “Applied Physics Review”에 각각 게재되었다.

현재, 고체 양자 메모리 연구는 두 가지 과제에 직면하고 있다. 기존의 고체 양자 저장 실험에서 사용된 저장 매체는 대부분 괴상 결정체로서 광섬유 네트워크나 집적 광학 칩에 직접 연결시킬 수 없기에 대규모 확장성 응용이 어렵다. 한편, 희토류 이온의 전자스핀 및 핵스핀과 결정체 내 포논의 상호 작용은 양자 메모리의 간섭 수명을 심각하게 제한한다.

연구팀은 확장성 문제를 해결하기 위해, 펨토초 레이저 마이크로 머시닝 기술을 이용하여 최초로 유로퓸 도핑 이트륨 실리케이트 결정체에서 광도파로를 에칭하고 집적형 고체 양자 메모리를 개발했다. 실험으로 원자 주파수 조합(AFC)과 저소음 반송파 복구(ROSE)의 두 가지 광학 양자 저장 방식을 시뮬레이션한 결과, 두 가지 방식에 해당하는 충실도는 각각 99%와 97% 이상으로 해당 집적형 양자 메모리는 아주 높은 신뢰성을 구비했다.

극저온(<0.5K) 펄스 전자와 핵스핀 이중 공명 분광계(ENDOR)를 구축하여 포논을 감소하고 전자스핀을 분극화하는 방법은 간섭 수명 제한 문제에 대한 효과적인 해결 방안이다. 연구팀은 세계 최초의 극저온 펄스 전자와 핵스핀 이중 공명 분광계를 구축하고 최저 작동 온도를 0.1K로 엄격하게 정했다.

0.1K의 작동 온도에서 전자스핀과 핵스핀 간섭 수명은 수량급으로 향상되었다. 이는 최초로 희토류 이온에서 극저온을 통해 관찰된 스핀 간섭 수명의 뚜렷한 향상이다.

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