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원자와 광자의 결합

전문가 제언: 두 개의 횃불이 교차하면 서로 상대에게 아무런 영향을 주지 않고 지나간다. 이런 사실은 빛의 기본 입자인 광자(photon)는 특별히 설계하지 않으면 일반적으로 서로간이나 물질과 상호작용을 하지 않는다는 것을 의미한다. 광자와 물질은 강한 광선이 밀도가 높은 원자 매질을 통해 전파할 때 상호작용을 하지만 이런 상호작용은 단지 몇 개의 원자로 된 시스템과 약한 광 펄스 사이에서는 무시할 정도이다. 양자역학의 원리에 기초한 미래의 인터넷은 안전성과 계산 능력이 향상될 것이며 정보는 단일 광자에 의해 이송되고 이런 광자의 양자상태는 원자와의 상호작용에 의해 조종될 필요가 있다. Reiserer 등과 Tiecke 등은 독립적 실험을 통해 이런 목표에 한 단계 진전된 연구결과를 발표하였다. 연구자들은 단일원자가 약한 광 펄스에 들어있는 단일광자의 상태를 바꾸는(switch) 시스템을 설계하였다.

이 실험은 지난 수십 년 동안 수행된 광 공동(optical cavity) 안에서 원자－광자 결합에 관한 연구가 최고점에 도달했다는 것을 의미한다. Fabry－Perot 형 광 공동은 광자가 여러 번 되튈 수 있는 반사도가 높은 두 개의 거울로 구성된다. 이런 장치에서 공동 안에 갇힌 원자는 광자와 강한 결합을 할 수 있다. Reiserer 등은 거울 중 하나의 반사도가 다른 것보다 월등히 높으면 투과도가 낮으므로 광자는 주로 반사도가 낮은 거울을 통해 들어오고 나가는 Fabry－Perot 공동을 이용하였다. Tiecke 등은 Reiserer 등이 사용한 Fabry－Perot 공동과 기능은 같지만 공동의 부피가 아주 작은 광결정 공동이라는 특별한 공동을 설계하여 원자- 광자결합을 더 높이는데 도움을 주었다.

저자: Luming Duan
자료유형: 연구단신