ICT/융합

후난사범대학, 비상반 광자 폐쇄 양자다이오드 구현 방안 제안

발행일 : 2018 / 12 / 03

최근 후난(湖南)사범대학 물리·전자과학대학 징후이(景輝) 교수는 최초로 “양자 비상반(non-reciprocity) 특성”을 지닌 다이오드 구현 방안을 제안했는데 이와 관련한 신기한 양자 다이오드 효과는 단일 광자 상태 제어, 광양자 컴퓨팅, 양자 광통신 등 분야에 응용될 전망이다. 해당 연구성과는 “Physical Review Letters”에 게재되었다.

“비상반성”이란 동일 장치에 동일 신호를 상반되는 방향으로 입력하였을 때 상이한 출력 특성을 나타내는 성질을 말한다. 해당 성질은 주로 무형 감지, 투명 망토, 잡음 차폐 통신 등에 응용되며 현재 여러 인공 광학·음향·전자 장치에 적용하지만 주로 고전역학 분야에서 “비상반” 특성 응용이 더욱 많다.

징후이 교수와 이스라엘 공과대학 연구팀은 공동으로 광학시스템에서의 광학다이오드를 구현하였다. 해당 광학다이오드는 회전하는 광학 미세공동의 한쪽에서 입사한 빛은 완전하게 투과시키지만 반대쪽에서 입사한 빛은 투과시키지 않는다. 전류 통과 여부, 빛 투사 여부를 막론하고 전부 대량 전자 또는 광자의 집단적 거동인데 이는 거시세계에서의 고전적 효과이다. 이에 기반한 고전적 다이오드는 오늘날 전자회로 및 무선통신에서 없어서는 안 되는 부품이다. 하지만 양자통신, 양자컴퓨팅은 소량 광자 심지어 단일 광자 수준의 양자다이오드를 필요로 한다. 이번에 발표한 논문은 방향 의존적 “비상반 광자 폐쇄” 양자다이오드 구현 방안을 제안하였다. 동 양자다이오드는 광학 미세공동 회전을 통해 빛이 왼쪽에서 입사할 경우, 균일한 시간 간격으로 광자를 하나씩 탐지기에 도달시킴으로써 양자 거동을 구현하였다. 또한 동일한 빛이 오른쪽에서 입사할 경우, 대량 광자를 거의 동시에 탐지기에 도달시킴으로써 고전적 거동을 구현하였다. 관련 연구는 고전세계와 양자세계의 경계 및 공존 등 기초과학 문제 탐구에 새로운 아이디어를 제공하였다.