기계/재료

최고 정확도 고체 양자메모리 업그레이드

발행일 : 2012 / 05 / 22

중국과학기술대학교 곽광찬(郭光灿, Guo Guangcan) 원사가 인솔한 양자정보중점실험실이 고체시스템에 단일광자 편광상태(polarization state)의 양자메모리를 실현하고 세계 기록을 업그레이드했다.

양자메모리는 양장통신 분야 핵심 장치 중 하나로서 양자순간이동(quantum teleportation), 양자 고밀도코딩(quantum dense coding) 등 기본 양자정보처리에 필수하는 부속품이다. 이외에는 양자통신의 정보손실문제를 해결하고 분산 양자 컴퓨팅, 양자 정밀 측정 등에도 활용할 수 있다.

국외에서 많이 활용되고 있는 냉각원자, 보스-아인슈타인 응축(Bose-Einstein condensation) 등 양자메모리는 좁은 대역폭, 낮은 신장성 결함 등을 지니고 있음으로 실용화 양자네트워크에 활용하기 힘든 상황이다. 최근에 대두한 희토 이온으로 도핑된 결정체를 기반으로 하는 고체 양자메모리는 긴 수명, 높은 안정성, 넓은 대역폭, 높은 신장성 등 장점을 지니고 있으나 이러한 결정체가 복굴절(birefringence)효과를 지니기 때문에 광의 편광상태로 정보를 로드할 수 없다. 양자정보에 있어 광의 편광상태는 가장 편리한 캐리어이다. 광자 편광상태의 고체 양자메모리를 어떻게 실현하는 것은 국제 학술계의 난제이었다.

중국과학원 양자정보중점실험실 이전봉(李传锋)연구팀이 2개 1.4mm 두께의 Nd-doped Yttrium Orthovanadate Crystal를 이용하여 광의 2가지 직교 편파를 각각 처리하고, 특별로 설계된 광학 부품을 2개 결정체 사이에 넣는다. 이로써 양자메모리는 작은 ‘샌드위치’처럼 치밀하고 안정적임으로 신장 및 집약이 편리해진다.

실험에서 전통적 고체 양자메모리 설계에 활용된 ‘공선적’ 광로 대신에 교차식 광로를 설계했다. 이로써 전처리에 사용한 펌핑리아트(pumping light)와 저장대기 중인 광이 중복하지 않고 펌핑라이트의 소음을 낮추게 함으로써 메모리의 정확도를 99.9%까지 높이게 한다.

이전봉연구원에 의하면, 이 성과가 양자통신네트워크 소자의 소형화 및 집약화를 더욱 높이는 데에 중요한 의의가 있다. 이 초고 정확도 양자메모리는 고장허용 양자 계산 등 연구 분야에 활용될 수 있다.

이 연구결과는 5월11일 미국 저널 Physical Review Letters에 발표되고 미국 물리학회웹사이트에도 보도됐다.

정보출처 : 중국신문망