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Rydberg 여기 상태로 매개되는 단일-포톤 트랜지스터

전문가 제언: ○ 전적인 광학 트랜지스터(all-optical transistor)는 전자소자를 사용하지 않고 광학소자로만 구성된 트랜지스터이다. 광학트랜지스터로 운용되는 컴퓨터는 전자소자로 운용되는 컴퓨터보다 빠르게 수행될 수 있다. 그러나 광학소자로 구성된 프로세서는 포톤들이 전자들과는 다르게 상호작용하지 않고 반발하기 때문에 프로세서를 운용하는데 기본적인 한계가 있다.

○ 그런데 최근에 강하게 여기된 원자상태가 포톤들을 결합하는 매개역할을 할 수 있음이 입증되었다. 실험 물리학자들은 이 원자 상태를 이용하여 단일 포톤을 생성하고 위상을 변화시키며 다른 포톤을 원격으로 제어하기를 기대하고 있다. 최근 독일 마르크스 프랑크 양자광학 연구소의 G. Rempe 연구그룹과 슈트가르트 대학의 S. Hofferberth 두 연구그룹이 Phys.Rev.Lett. 113(5) 최신호에 나란히 높은 광학적 이득을 갖는 트랜지스터를 (G>>1)개발하여 발표함으로써 보다 복합적인 광학회로를 구성할 수 있는 발판을 마련하게 된 것이다.

○ 이 리뷰는 특별히 슈트가르트 대학의 S. Hofferberth 연구그룹이 Phys.Rev.Lett. 113(5) 최신호에 발표한 단일 포톤 트랜지스터의 연구결과를 정리한 것이다. S. Hofferberth 연구그룹은 게이트 포톤과 소스 포톤(source photons)들이 Rydberg 여기상태와 강하게 상호작용함으로써 한 개의 게이트 포톤이 10개 이상의 소스 포톤을 제어할 수 있으며 코히런트한 게이트 입력에 대해서 40%의 스위칭 콘트라스트를 실현함으로써 최대 광학이득이 G=28인 단일포톤 트랜지스터를 보고하였다.

○ 국내에서 전적인 광학소자(all-optical)의 연구는 아직 보고되지 않고 있다. 그러나 포항공대 김윤호 교수가 “단일광자의 비선형광학” 에 대한 연구를, 서울대 조영준 박사가 EIT(electromagnetically induced transparency)기법을 적용한 연구를 수행하고 있으며, GIST의 김동유 교수 연구팀은 전적인 광학소자는 아니지만, 광소자와 전자소자를 결합한 고효율의 유기물 박막 포토트랜지스터를 개발하였다. 앞으로 도래할 광 컴퓨터 시대를 대비한 기초 연구가 더욱 더 활성화되기를 기대한다.

저자: H. Gorniaczyk et al
자료유형: 학술정보