| 세계 첫 단일광자 공간구조 양모메모리 개발 | ||
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 중국과학기술대학교 곽광찬(郭光燦, Guo Guangcan)원사가 이끈 중국과학원 양자정보중점실험실이 고차원 양자정보 저장 분야에 중요한 발전성과를 거뒀다. 이 실험실의 스바오썬(史保森, Shi Baosen)교수가 이끈 연구팀이 궤도 각운동량을 갖고 공간 구조를 지닌 단일광자 펄스가 냉(冷)원자 앙상블(Cold atomic ensemble)에 저장한 것을 국제적으로 처음으로 실현했다. 이를 통해 고차원 양자 리피터 기반 원거리, 대용량 정보의 양자정보 전송에 관한 핵심 발전성과를 거뒀다. 이 성과는 최근의 Nature Communications지에 게재됐다. 양자통신시스템 중에 캐리어인 단일광자가 가진 정보량의 크기가 단일광자가 코팅된 공간차원과 관련된다. 현재 광자가 주요 2차원 공간에 코딩되고, 하나의 광자가 가지는 정보량이 1비트이다. 광자가 고차원 공간, 예컨대 무한자원의 궤도 각운동량 공간에 코딩되면 단일광자가 가질 수 있는 정보량이 대폭 확대하게 되고, 양자통신 효율이 대폭 높아지는 동시 양자키의 안전성도 크게 높아질 수 있다. 그리고 여러 양자역학적 기본 문제를 연구하는 데도 매우 중요한 응용이 된다. 원거리 양자통신의 실현 및 양자네트워크의 구성에 있어 양자리피터를 사용해야 하는데, 양자 메모리셀이 양자 리피터의 핵심임으로 광자가 가진 정보를 메모리셀에 저장하는 것을 실현하는 것이 리피터의 기능을 실현하는 핵심이다. 이에 관한 연구가 많이 진행되고 있으나 현재까지 실험에서 저장된 단일광자가 다 2차원 공간에 코딩된 가우스형 펄스(gaussian pulse)이고, 1비트의 저장만 실현할 수 있다. 이로써 고차원 공간에 코딩된 광자에 양자저장을 실현할 수 있는 지가 양자통신 효율을 높이고, 고차원 리피터 기반 원거리 양자통신시스템과 양자네트워크를 구축하는 핵심이다. 스바오썬교수와 딩둥성(丁冬生)박사 등이 상기 문제를 해결하는 데에 주력했다. 최근 이 연구진이 궤도 각운동량을 갖고 공간 구조를 지닌 단일과자 펄스의 저장을 처음으로 실현하여 고차원 양자상태 저장이 가능한 것을 증명했다. 연구진이 2개 자기광포획(MOT)을 통해 2개 냉원자 앙상블을 마련하고 하나의 냉원자 앙상블을 이용하여 표기 단일광자를 제조했다. 그리고 이 광자가 일정한 궤도 각운동량을 가지게 하고 특수한 공간구조를 구비하게 했다. 그 다음에 원자와 광의 상호작용을 이용하여 이 광자를 저장매개물로서인 다른 냉원자 앙상블에 저장했으며, 단일광자가 가진 궤도 각운동량 및 중첨상태가 그대로 저장될 수 있는 것을 증명했다. 정보출처 : http://paper.sciencenet.cn//htmlpaper/2013101214313091030577.shtm |
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