빛의 양자를 나타내는 입자인 광자는 이미 개발의 큰 잠재력을 보여주었습니다.
무엇이 문제입니까?
유망한 결과에도 불구하고예비 실험을 통해 광자 큐비트를 대규모로 구현하려면 과학적 돌파구가 필요합니다. 예를 들어, 광자는 한 지점에서 다른 지점으로 이동할 때 에너지와 방사선을 잃을 수 있으며 서로 상호 작용하지 않는 것으로 알려져 있습니다.
코펜하겐 대학교 연구진덴마크의 Instituto de Física Fundamental IFF-CSIC(스페인)과 독일의 Ruhr University Bochum은 최근 이러한 문제 중 하나, 즉 광자-광자 상호 작용의 부족을 극복하기 위한 전략을 개발했습니다. 그들의 방법은 궁극적으로 더 복잡한 양자 장치의 개발에 도움이 될 것입니다.
15년 이상의 실험
과학자들은 결정론적인 연구를 해왔습니다.단일 양자 방사체(양자점)와 단일 광자를 결합하는 데 15년 이상 걸렸습니다. 그 결과, 그들은 나노포토닉 도파관을 기반으로 한 방법을 개발했습니다.
물체의 결정론을 설명할 수 있다결정론 교리의 도움으로 (라틴어 determinare에서 유래 - "제한, 개요, 결정"). 그에 따르면 모든 사물은 서로 연결되어 있으며 모든 현상과 과정은 상호 결정됩니다.
일반적으로 이러한 장치는 다음 용도로 사용되었습니다.결정론적 단일 광자 소스 및 다광자 얽힘 소스. 그러나 이는 광자를 사용하여 비선형 작업을 시작하는 데에도 유용했습니다.
도파관 - 인공 또는 자연파동이 전파될 수 있는 안내 채널. 파도에 의해 전달되는 전력 흐름은 정확히 채널 자체 내부에 위치합니다. 또 다른 옵션은 채널에 인접한 공간 영역에 집중되어 있다는 것입니다.
그러한 작업의 개념이 처음으로 나타났습니다.2015년에. 그러나 이 효과를 추가로 조사하는 데 어려움을 겪었습니다. 이는 복잡한 단일 광자 및 비선형 상호 작용의 기초가 되는 기본 물리학의 질문과 관련이 있습니다.
이전 연구에서 과학자들은광 펄스의 비선형 상호 작용을 담당하는 물리학이 광자 양자 게이트 및 "광자 분류기"를 만드는 데에도 유용하다는 사실을 발견했습니다.
그래서 과학자들은 첫 번째 실험을 수행했습니다.결정론적으로 결합된 양자 방출기와의 결합으로 인해 비선형 상호 작용을 겪는 비선형 양자 펄스에 대한 연구입니다.
과학자들은 무엇을 했습니까?
새로운 실험에서 연구자들은단일 양자 방출기와 나노광자 도파관의 효율적이고 일관된 결합을 사용했습니다. 목표는 단일 광자 파동 패킷 간의 비선형 양자 상호 작용을 활성화하는 것입니다.
웨이브 패킷은 특정 웨이브 세트입니다.주파수가 다른 거죠. 이는 일반적으로 시간과 공간이 제한된 파도 특성을 지닌 지형을 설명합니다.
이를 위해 과학자들은 2단계 원자처럼 행동하는 나노미터 크기의 입자인 하나의 양자점을 사용했습니다. 이는 광결정 도파관에 내장되었습니다.
이러한 시스템의 놀라운 점은 그 시스템 내에서의 의사소통이 가능하다는 것입니다.결정적이다. 도파관으로 발사된 광자 하나라도 양자점과 상호 작용합니다. 두 개 이상의 광자를 포함하는 펄스를 보내면 양자 상관관계가 발생합니다. 이는 한 번에 하나의 광자만 양자점과 상호 작용할 수 있기 때문입니다. 궁극적으로 과학자들은 이 양자 펄스의 지속 시간을 제어함으로써 광자 간의 상관 관계와 상호 작용을 조정할 수 있습니다.
과학자들은 실험 방법을 사용하여본질적으로 그들은 양자 방출기에 의해 매개되는 두 번째 광자를 사용하여 광자를 제어할 수 있었습니다. 즉, 그들은 비선형 광자-광자 상호 작용을 성공적으로 구현하고 입자가 "통신"하도록 했습니다.
어디로 이어지는가?
그 결과, 과학자들은 다음과 같은 방법을 개발했습니다.양자점과의 통신을 통해 광자가 서로 효과적으로 상호 작용할 수 있습니다. 이는 광자-광자 양자 게이트를 생성하기 위한 새로운 방향을 만드는 데 도움이 될 것입니다. 이 발견은 예를 들어 양자 중계기에 필요한 결정론적 광자 정렬 장치를 만드는 데에도 유용할 것입니다.
양자 중계기를 사용하면 다음을 만들 수 있습니다.전체 거리에 걸쳐 얽힌 큐비트를 물리적으로 보내지 않고 원격 노드에서 얽힘을 방지합니다. 간단히 말해서 신호를 증폭하고 광자가 희미해지는 것을 방지합니다.
새로운 전략은 두 가지 모두에 중요한 영향을 미칩니다.양자물리학 분야의 연구와 양자기술 개발을 위한 연구를 진행하고 있습니다. 예를 들어, 이 방법은 양자 광학 장치 개발을 위한 새로운 가능성을 열어줄 것이며 물리학자들이 맞춤형 복합 광자 양자 상태를 실험할 수 있게 해줄 것입니다.
다음은 무엇입니까?
과학자들은 멈추지 않고 계획을 세우지 않을 것입니다.실험을 확장해 보세요. 근본적인 수준에서 그들은 단일 양자점을 통해 이동함으로써 빛의 양자 상태가 어떻게 영향을 받는지에 대한 더 깊은 이해를 얻고 싶어합니다. 그러나 과학자들은 이러한 양자 상호작용이 실제로 적용될 수 있다고 확신합니다.
이제 물리학자들은 비선형을 이용하려고 노력하고 있습니다.분자의 진동 역학을 시뮬레이션하기 위해 최근 연구에서 구현된 광자-광자 상호 작용. 이는 복잡한 분자의 진동 역학을 고급 광자 회로의 광자 전파와 일치시킴으로써 가능합니다.
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표지:두 개의 광자가 도파관에서 전파되고 단일 양자 방출기와 상호 작용합니다. 그 결과, 과학자들은 광자-광자 상호 작용을 달성하여 상관관계를 얻었습니다. 제공: Le Jeannic et al.