원자 간섭계를 이용한 정밀계측과 양자정보처리(Precision Measurements and Quantum Information Processing with an Atom Interferometry)

전문가 제언

□ 모든 물질은 페르미온(Fermion)과 보존(Boson)이라는 두 종류의 입자로 이루어져 있다. 그 중 보존이라는 입자는 절대온도 0도에 가까운 극저온으로 낮추면 보즈(Bose)응집상태가 된다. 1920년대에 보즈(S.N.Bose)와 아인슈타인(A.Einstein)이 예측하였으며 코넬(E.A.Cornell), 위면(C.E.Wieman)에 의해 희박한 루비듐 원자기체에서 만들었다. 그 공로로 두 사람은 초기실험을 시도했던 MIT의 케텔레(W.Ketterle)와 함께 노벨상을 수상했다.

□ 보즈 응집상태는 고체, 액체, 기체나 제4의 물질인 플라스마도 아닌 제5의 물질이라고 부른다. 기체상태의 원자는 평균 200~300m/sec 속도로 무질서하게 움직이지만 절대온도 0도에 가깝게 냉각시키면 원자는 한 개의 원자가 움직이는 것처럼 모두 똑같이 움직이고 또한 한 곳에 모아두면 급격하게 응축되어 물질의 밀도가 거의 무한대로 올라간다. 블랙홀도 일종의 보즈 응집상태일 것으로 추측하여 보즈 응집상태의 물질을 인공블랙홀이라 부르기도 한다.

□ 보즈 응집체에서 우주생성의 새로운 단서를 얻을 수 있고 매우 정확한 원자시계나 원자 간섭계를 만들 수 있다. 또한 보즈 응축 체내에서는 빛의 속도를 수십 m/sec까지 늦출 수 있기 때문에 새로운 광컴퓨터, 초고속 통신이 가능하며 빛과 물질의 상호작용 시간을 같게 하여 각종 비선형 광학특성을 향상시킬 수 있고 빛의 파(wave)를 조작하여 양자 정보처리에 활용할 수 있다.

□ 원자 간섭계는 레이저냉각으로 극저온 원자를 이용하여 도플러 파장 100㎚ 이상의 파장에서 비교적 쉽게 원자 간섭을 얻게 되었다. 원자의 보즈(Bose) 응축으로 원자 도플러 파장이 1㎛이상으로 되어 원자 간섭계 성능이 크게 향상되었고 그 응용범위가 확대되고 있다. 본고에서는 이러한 원자 간섭계 및 그에 대한 최근 연구동향을 설명하고 있다. 원자 간섭계가 대표인 원자광학연구는 처음에는 자유공간에서 유도파로의 물질파 조작에서 시작하여 보즈 응축원자의 이용과 비선형 원자광학 및 양자광학에 의해 크게 발전했다. 이러한 원자 간섭계는 고감도, 고정밀도 계측 방법이며 향후 발전시켜야 할 매우 중요한 기술이다.

저자

Kenichi NAKAGAWA

자료유형

원문언어

일어

기업산업분류

정밀기계

연도

2004

권(호)

32(7)

잡지명

레이저연구(D212)

과학기술
표준분류

정밀기계

페이지

457~462

분석자

오*섭

분석물

• 원자 간섭계를 이용한 정밀계측과 양자정보처리.pdf [187,337 byte]

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