| 중국과학원 양자정보중점실, 실리콘 기반 도파 모드 양자 집적광학칩 개발 성공 | ||
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 최근, 중국과학기술대학교 궈광찬(郭光燦) 원사가 이끄는 중국과학원 양자정보중점실험실 런시펑(任希鋒) 연구팀은 저장(浙江)대학교 다이다오신(戴道鋅) 교수와 협력하여 최초로 실리콘 기반의 도파 모드(guided mode) 양자집적칩 개발에 성공하였다. 연구팀은 실리콘 광자집적회로 칩에서 실리콘 나노 광도파로에서의 다양한 에너지 전송 모드를 양자 정보 코딩의 새로운 차원으로 이용하였으며 이를 통하여 단일 광자 상태와 양자 얽힘 상태가 편광, 경로, 도파로 모드 등 다양한 자유도 사이에서의 상호 전환을 구현하였는데 간섭 가시성이 모두 90% 이상이었다. 이는 집적양자광학 칩에서 광자의 다양한 자유도를 조절하고 전환하는데 중요한 실험적 근거를 제공하였다. 해당 연구 성과는 최근 영국 “Nature Communications” 잡지에 발표되었다. 자유공간광학, 광섬유광학과 비교하였을 때 집적광학 장치 및 시스템은 크기가 작고, 확장할 수 있고, 출력이 낮고, 안정성이 높은 등 다양한 장점이 있다. 기존 집적양자광학 칩의 연구에서는 편광 자유도 혹은 경로 자유도, 즉 서로 다른 편광 혹은 경로를 이용하여 양자 정보를 코딩하였다. 그중 편광 코딩은 2차원 양자정보 과정만 구현할 수 있으며 더욱 높은 차원의 코딩을 진행할 수 없다. 그러므로 정보 용량과 안전성 면에서 부족한 점이 존재한다. 경로 코딩은 높은 차원의 양자정보 과정을 구현할 수 있지만 서로 다른 경로 정보 사이의 누화를 방지하기 위하여 경로 간격을 보편적으로 크게 설정하였고 이로 인해 양자 광학칩의 집적도 증가와 기능 확장이 크게 제한되었다. 연구팀은 최초로 넓은 도파로의 다양한 고유 도파관 모드를 양자 정보 코딩의 새로운 자유도로 사용할 것을 제안하였으며 한갈래의 다양한 도파관 모드를 지원하는 다중 모드 도파관을 이용하여 양자 정보의 고차원 코딩을 구현할 수 있는 가능성을 보여주었다. 상기 모드는 전송시 상호 간섭이 발생하지 않으므로 정보 누화 문제를 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 양자 정보 과정에서 광자의 다중 자유도를 이용함으로써 정보 용량을 뚜렷하게 높일 수 있다. 연구팀은 신형 실리콘 기반 도파 모드 컨버터와 도파관 모드 멀티플렉서를 이용하여 편광, 경로, 도파로 모드 등 다양한 자유도 사이에서의 임의의 상호 전환을 구현하였으며 양자 집적광학칩의 고차원 양자 정보 과정을 구현하는데 중요한 토대를 마련하였다. 정보출처 : http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2016-07/15/content_344182.htm?div=-1 |
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