포톤 생성과 소멸 프로세스

전문가 제언

○ 물리적 시스템의 양자상태를 변환해 주는 양자 프로세서는 양자 통신, 양자 측정, 양자 컴퓨팅에서 가장 중요한 핵심 프로토콜이다. 양자 테크놀로지에서는 이러한 프로세서들이 완벽하게 통합되고 정확하게 수행되어야 한다. 통합적 양자 시스템이 정확하게 수행되려면 모든 프로세서들의 특징을 정확하게 알아야 할 필요가 있다. 그런데 양자 프로세스는 결정론적인 과정이 아니고 환경과 측정에 결합되면서 비결정론적 과정으로 진행되기 때문에 어려움이 있다.

○ 이 리뷰는 캐나다의 Ranject Kumar 연구그룹이 양자과정 단층사진(coherent-state quantum process tomography, scQPT)기법으로 포톤 생성과 소멸의 기본적인 양자프로세스를 실험적으로 입증한 결과를 PRL에 발표한 내용이다. SPDC(spontaneous parametric down-conversion)방법으로 포톤은 생성된다. SPDC는 비선형 크리스털에 펌프 빔이 입사되면 시그널과 유동(idler) 빔으로 분리되는데 편광된 두 빔이 에너지 보존과 운동량 보존법칙을 충족하면서 down-conversion될 때 한 개의 포톤 혹은 양자 얽힘 상태의 포톤 쌍이 방출되는 기법이다.

○ csQPT 양자 포톤박스를 통하여 포톤의 생성과 소멸과정을 실험적으로 입증하였다. 예를 들어, csQPT 양자 포톤박스를 클릭하지 않으면 소멸과정이 선택되어 포톤이 7개 들어가면 6개가 나오고 6개 들어가서 5개가 나온다. 2개 들어가서 1개가 나오지만 확률은 매우 낮아진다. 생성과정으로 클릭하면 포톤 6개가 들어가서 7개의 포톤이 나오게 된다. 관측된 데이터 신뢰도가 0.95임이 확인되었다. SPDC 포톤의 소멸과 생성과정을 최초로 실험적으로 입증하였다.

○ 국내의 대학과 연구소에서 양자광학 연구는 활발하게 수행되고 있으나 기초과학분야보다 응용광학, 광공학 분야에 치중하고 있다. 최근에는 양자 정보통신 분야의 연구도 활성화되고 있다. 카이스트 물리학과에서 테라헤르파 발생, 광음향 단층촬영기법은 경북대에서, 코히런트 파동연구는 연세대 등에서 수행되고 있다. 국내 대학과 연구소에서도 양자 광통신 시대를 대비한 기초연구가 활성화되기를 기대한다.

저자

R.Kumar et al.

자료유형

학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

기초과학

연도

2013

권(호)

110(13)

잡지명

Physical Review Letters

과학기술
표준분류

기초과학

페이지

1304031~1304035

분석자

윤*중

분석물

• 포톤 생성과 소멸 프로세스.pdf [324,144 byte]

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