| 중국과학기술대학교, 세계 최초로 고차원 양자 얽힘 상태의 고체 메모리 실현 | ||
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 최근, 중국과학기술대학 중국과학원 양자정보중점실험실 리촨펑(李傳鋒) 연구팀이 세계 최초로 고차원 고체 양자 메모리를 연구 제작하는데 성공하였다. 연구팀은 고체 시스템에서 최초로 3차원 양자 얽힘 상태의 양자 메모리를 실현하였는데, 그 충실도는는 99.1%, 메모리 대역폭은 1GHz, 메모리 효율은 20%에 달하였다. 또한 해당 메모리가 51차원 양자 상태의 메모리 기능을 갖고 있음을 증명하였다. 해당 연구성과는 2015년 8월 13일 “Physical Review Letters”에 발표되었다. 원격 양자 얽힘은 장거리 양자 통신, 분포식 양자 계산 및 양자 정밀 측정 등을 실현하기 위한 핵심 자원이다. 그러나 광자는 광섬유 중에서 거리 지수와 더불어 소모되는데 이로 인하여 양자 얽힘의 분배 거리가 100km 수준으로 제한된다. 이론적으로 얽힘 광자의 양자 메모리 및 얽힘 교환 기술에 기반하여 양자 리피터(quantum repeater)를 구축할 수 있으며, 1,000km 수준의 양자 네트워크를 구축할 수 있다. 그러나 광원, 메모리 및 검출기의 효율 등과 같은 요소의 제한으로 인하여 그 예기 전송 속도는 아주 낮다. 양자 상태에 대한 고차원 코딩을 진행하거나 다중 모드의 양자 메모리를 사용하는 것은 전송 속도를 향상시키는 2가지 중요한 방법이다. 현재 2차원 얽힘 상태의 고체 양자 메모리만 실현되었으며, 시간 영역과 주파수 영역에서만 다중 모드 메모리를 실현하였다. 리촨펑 연구팀은 2012년에 중국 최초의 고체 양자 메모리 연구 플랫폼을 구축하고, 세계 최초로 광자 편광상태의 2차원 고체 양자 메모리를 실현하였는데[PRL 108, 190505], 그 충실도는 99.9%에 달하여 세계 최고 수준을 기록하였다. 최근 2년 동안 연구팀은 희토류가 첨가된 결정체 샘플 설계 및 펌프 기술 등을 최적화하여 메모리 지표를 크게 향상시켰으며, 메모리 대역폭을 100MHz에서 1GHz으로 향상시키는 동시에, 메모리 효율은 5%에서 20%로 향상시킴으로써 최종 고차원 얽힘 상태의 양자 메모리를 실현하였다. 연구팀은 빛의 궤도각 운동량을 이용하여 코딩을 진행하였으며, 최초로 매개변수 하향변환에 기반한 협대역 고차원 얽힘 광원을 개발한 후, 해당 얽힘 소스를 고체 양자 메모리에 저장하였다. 연구 결과, 3차원 얽힘 상태의 메모리 충실도는 99.1%에 달하였다. 해당 양자 메모리의 고차원 특성을 더한층 분석한 결과, 양자 메모리 효과는 51차원의 상태 공간에서 여전히 아주 양호하였다. 그러므로 고차원 궤도각 운동량 메모리 기술을 메모리의 공간 영역 다중화에 이용하여 양자 네트워크의 전송 효율 및 미래 양자 USB 메모리의 저장 용량을 향상시킬 수 있다. 해당 연구는 시간, 주파수 및 공간을 동시에 사용하는 병렬 다중화를 가능하게 하였는데, 이로부터 양자 메모리의 용량이 100만개 양자 비트를 초과할 것으로 기대된다. 해당 성과는 고체 양자 메모리의 집적화, 규모화 응용에 중요한 기반을 제공하였다. 정보출처 : http://www.cas.cn/syky/201508/t20150820_4413268.shtml |
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