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물리 최초의 광자 라우터
2014.07.21 17:29
최초의 광자 라우터http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cn=GTB2014070675&service_code=03 | |
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| KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-07-18 | |
| 이스라엘의 바이츠만 연구소(Weizmann Institute)의 과학자들이 광 라우터를 최초로 시연했다. 이는 단일 광자에 의한 단일 광자의 전송을 가능케 하는 단일 원자에 기반을 둔 양자 장비이다. Science에 발표된 이들의 연구 결과는 양자 컴퓨터 구축에서의 어려움을 극복할 수 있는 발판이 될 것이다. 이 장비의 핵심에는 두 상태 사이를 전환할 수 있는 원자가 있다. 이 상태는 단일 빛 입자(또는 광자)를 광섬유를 통해서 오른쪽이나 왼쪽으로 보내게 되어 있다. 이에 응하여, 원자는 그에 따라 들어오는 다음 광자를 전송하거나 반사한다. 예를 들어, 한 상태에서, 오른쪽에서 오는 광자는 왼쪽으로 그의 경로를 지속하는 반면, 왼쪽에서 오는 광자는 뒤로 반사되어, 원자 상태가 뒤집히도록 한다. 이러한 뒤바뀐 상태에서, 원자는 왼쪽에서 오는 광자를 같은 방향으로 지속하게 하지만, 오른쪽에서 오는 어떠한 광자든지 간에 뒤로 반사해서, 원자 상태가 다시 뒤집히도록 한다. 이 원자 기반의 전환은 오직 단일 광자에 의해 작동하며, 어떠한 추가 외부 장도 필요치 않다. “어떤 의미에서는 이 장치가 전류가 다른 전류에 대응하여 전환하는 전자 트랜지스터와 같은 광자의 역할을 한다고 할 수 있다”고 바이츠만 광자 광학 연구소를 이끌고 있는 Barak Dayan 박사가 말했다. 그의 연구진에는 Itay Shomroni와 Serge Rosenblum, Yulia Lovsky, Orel Bechler, 그리고 화학자인 Gabriel Guendleman이 포함되어 있다. 이 광자는 정보의 흐름을 구성하는 단위일 뿐만 아니라, 이 장비를 제어하는 중추적인 임무를 수행하고 있다. 이들의 연구 결과는 두 개의 최첨단 기술을 조합함으로써 가능하였다. 하나는 레이저 냉각과 원자 가둠이다. 다른 하나는 광 섬유를 직접 결합하는 칩 기반의 초고 품질 소형 광학 공진기 제조이다. 바이츠만 연구소의 Dayan 실험실은 이러한 기술 모두를 습득한 전문적 지식을 갖추고 있다. 양자 컴퓨터 개발 뒤에 숨겨진 주요한 동기는 많은 상태가 동시에 존재하여, 거대한 양의 정보를 한꺼번에 처리할 수 있는 잠재력을 가진 중첩의 양자 현상이었다. 그러나 중첩은 관찰하거나, 시스템을 측정할 수 없을 정도로만 지속하며, 그렇지 않다면, 그것은 단일 상태로 붕괴한다. 따라서 광자는 양자 시스템 간의 통신을 위한 가장 유망한 후보자라고 할 수 있다. 왜냐하면, 그것들은 서로 전혀 상호 작용하지 않으며, 또한 다른 입자들과도 매우 약하게 상호 작용하기 때문이다. 
“양자 컴퓨터 구축을 위한 길은 아직 멀다. 그러나 우리가 구축한 이 장비는 단순하고 강력한 시스템을 증명하였으며, 이는 미래의 컴퓨터 구축에 큰 도움을 줄 것이다. 현재의 시연에서, 단일 원자는 광자를 위한 트랜지스터의 기능을 하지만, 미래의 우리 실험에서는, 이 장비가 오로지 광자를 위한 새로운 종류의 양자 메모리나 논리 게이트로서 작동하기를 희망한다”고 Dayan이 말했다. (그림 1) 이스라엘 바이츠만 연구소(Weizmann Institute)의 과학자들이 개발한 광 라우터(photonic router)의 그림이다. 중심에 있는 단일 원자(주황색)는 광자들(노란색)을 다른 방향으로 보낸다. (그림2) 그림은 조립이 완성된 것을 보여주고 있다. | |
자료를 가져가실 때에는 출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』을 밝혀 주시기 바랍니다. | |
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