| 중국과기대, 새로운 양자 리피터 구축 | ||
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 최근, 중국과학기술대학 허리신(何力新)이 이끄는 중국과학원 양자정보중점실험실 연구팀은 양자점 이중여기의 캐스케이드 접속(cascade connection) 과정에 기반하여 새로운 양자 리피터(quantum repeater)를 구축 가능한 양자점의 얽힘 상태 광원(Entangled light source) 방안을 고안하였다. 해당 성과는 8월 7일의 ‘Physical Review Letters’에 발표되었다. 양자 얽힘 상태 광원은 양자 통신, 양자 계산에서 널리 응용되며 양자 정보 처리에서의 중요한 자원이다. 기존의 얽힘 상태 광원은 주요하게 매개적 하향변환(parametric down-conversion) 과정을 통하여 실현되었다. 그러나 이러한 얽힘 상태 광원은 확률적이며, 고차 리던던시(High order redundancy) 광자쌍을 생성하여 양자 통신과 양자 계산에 오류가 나타나게 한다. 반도체 양자점을 이용한 바이엑시톤(biexciton) 자발 복사 과정을 통하여 조절 가능한, 확정적인 얽힘 상태 광원을 실현할 수 있다. 이 방법은 기존의 매개적 하향변환 방법보다 더 우위적이다. 그러나 양자점 가운데 편광 방향이 수직인 2개 광자가 에너지에서 미세한 차이(즉 엑시톤의 정밀 구조)가 존재하여 광자쌍의 얽힘 특성을 파괴함으로써 양자점 얽힘 상태 광원을 실현하는데 어려움이 존재한다. 연구팀은 정밀 구조의 생성 메커니즘에 대해 심층적으로 연구하였으며, 단축 응력 조건에서 양자점 중 엑시톤의 정밀 구조와 편광각의 현상학적 이론을 유도하여 외부압력 조건에서 최소 정밀 구조를 갖고 있는 양자점에 대한 간단한 판단 기준[Phys. Rev. Lett. 106, 227401 (2011)]을 제안하였다. 해당 이론에서 영감을 받은 독일의 Trotta팀은 조절 가능한 양자점의 얽힘 상태 광원을 실현하였지만 각 양자점의 발광 에너지가 서로 다름으로 하여 다양한 양자점의 얽힘 상태 광자쌍으로 양자 리피터를 실현할 수 없었다. 허리신 연구팀은 특수한 조합 응력을 이용하여 양자점의 발광 에너지를 광범위하게 조절하는 동시에 임의 양자점의 정밀 구조를 0에 근접하게끔 조절할 수 있다는 것을 이론적으로 증명함으로써, 확장 가능한 양자점의 얽힘 상태 광원 실현에서 존재하는 핵심문제를 해결하였다. 또한, 기존의 기술 능력에서 확장 가능 얽힘 상태 광원을 완벽하게 실현할 수 있는 장치를 제안함과 동시에 해당 장치를 이용하여 다양한 양자점으로부터 생성된 얽힘 상태 광자를 직렬시켜 양자 리피터, 먼거리 얽힘 상태 분포(Entanglement distribution), 고효율적인 다중 광자 얽힘 상태 생성 등을 실현하였으며, 양자점의 확정적 얽힘 상태 광원을 실현하는데 토대를 마련하였다. 정보출처 : http://www.cas.cn/syky/201508/t20150813_4411023.shtml |
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