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연구원은 두 개의 얽힌 광선을 생성하는 광원을 개발합니다.

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연구원들은 두 개의 얽힌 광선을 생성하는 광원 개발에 성공했습니다.

연구에 사용된 OPO(Optical Parametric Oscillator). 크레딧: Alvaro Montaña Guerrero

과학자들은 둘 이상의 시스템이 생성되거나 일부 시스템의 양자 상태가 다른 시스템의 양자 상태와 독립적으로 설명될 수 없는 방식으로 상호 작용할 때 발생하는 양자 얽힘에 대해 점점 더 연구하고 있습니다. 시스템은 멀리 떨어져 있는 경우에도 상관 관계가 있습니다. 암호화, 통신 및 양자 컴퓨팅 분야의 애플리케이션에 대한 상당한 잠재력은 연구에 박차를 가합니다. 어려운 점은 시스템이 주변 환경과 상호 작용할 때 거의 즉시 풀린다는 것입니다.

브라질 상파울루 대학 물리학 연구소(IF-USP) 산하 원자 및 빛의 결맞음 조작 연구소(LMCAL)의 최신 연구에서 연구원들은 두 개의 얽힌 광선을 생성하는 광원 개발에 성공했습니다. 그들의 작품은 물리적 검토 편지.

“이 광원은 일반적으로 광학 캐비티를 형성하는 두 개의 거울 사이에 있는 비선형 광학 응답 수정으로 구성된 OPO(Optical Parametric Oscillator)였습니다. 밝은 녹색 빔이 장치에 비치면 수정 거울 역학이 생성됩니다. 이 논문의 마지막 저자인 물리학자 한스 마린 플로레즈(Hans Marin Florez)는 말했다.

문제는 결정 기반 OPO에서 방출되는 빛이 해당 시스템의 파장과 동일하지 않기 때문에 차가운 원자, 이온 또는 칩과 같은 양자 정보의 맥락에서 관심 있는 다른 시스템과 상호 작용할 수 없다는 것입니다. “우리 그룹은 이전 작업에서 원자 자체가 결정 대신 매체로 사용될 수 있음을 보여주었습니다. 따라서 우리는 루비듐 원자를 기반으로 하는 첫 번째 OPO를 생성했으며, 여기서 두 개의 빔은 강렬한 양자 상관 관계를 가지며 다음과 상호 작용할 수 있는 소스를 얻었습니다. 차가운 원자와 같은 양자 메모리 역할을 할 가능성이 있는 다른 시스템”이라고 Florez는 말했습니다.

그러나 이것은 빔이 얽혀 있음을 보여주기에는 충분하지 않았습니다. 강도 외에도 광파 동기화와 관련된 빔의 위상도 양자 상관 관계를 표시해야 했습니다. “그것이 바로 우리가 2013년 12월에 보고된 새로운 연구에서 달성한 것입니다. 물리적 검토 편지“라고 말했다.

“우리는 동일한 실험을 반복했지만 생성된 필드의 진폭과 위상에서 양자 상관관계를 측정할 수 있는 새로운 감지 단계를 추가했습니다. 얽힘 구조가 일반적으로 특성화되는 것보다 더 풍부하다는 것을 관찰하십시오. 스펙트럼의 인접한 두 밴드가 얽히는 대신에 우리가 실제로 생성한 것은 4개의 얽힌 스펙트럼 밴드로 구성된 시스템이었습니다.”

이 경우 파동의 진폭과 위상이 얽혀 있습니다. 이것은 양자 코딩 정보를 처리하고 전송하기 위한 많은 프로토콜에서 기본입니다. 이러한 가능한 응용 프로그램 외에도 이러한 종류의 광원은 계측에도 사용할 수 있습니다. “강도의 양자 상관 관계는 광 센서의 감도를 향상시킬 수 있는 강도 변동의 상당한 감소를 가져옵니다.”라고 Florez는 말했습니다. “모두가 이야기하고 있고 방 반대편에 있는 사람의 소리가 들리지 않는 파티를 상상해 보세요. 소음이 충분히 줄어들면 모두가 말을 멈추면 멀리서도 누군가가 말하는 것을 들을 수 있습니다.”

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그는 인간의 뇌에서 방출되는 알파파를 측정하는 데 사용되는 원자 자력계의 감도를 향상시키는 것이 잠재적인 응용 프로그램 중 하나라고 덧붙였습니다.

이 기사는 또한 크리스탈 OPO에 비해 루비듐 OPO의 추가 이점을 언급합니다. “크리스탈 OPO는 공동 내부에 빛을 더 오래 유지하는 거울이 있어야 상호 작용이 양자 상관 빔을 생성하는 반면, 두 개의 빔이 크리스탈보다 더 효율적으로 생성되는 원자 매질을 사용하면 거울이 필요하지 않습니다. 오랜 시간 동안 빛을 가두는 것”이라고 Florez는 말했습니다.

그의 그룹이 이 연구를 수행하기 전에 다른 그룹은 원자로 OPO를 만들려고 시도했지만 생성된 광선에서 양자 상관 관계를 입증하지 못했습니다. 새로운 실험은 이러한 일이 발생하는 것을 방지하기 위해 시스템에 본질적인 제한이 없음을 보여주었습니다. “우리는 원자의 온도가 양자 상관 관계를 관찰하는 데 핵심이라는 것을 발견했습니다. 분명히 다른 연구에서는 연구원들이 상관 관계를 관찰하지 못하도록 더 높은 온도를 사용했습니다.”라고 그는 말했습니다.

추가 정보:
A. Montaña Guerrero et al, 고온 알칼리 원자의 비축퇴 4파동 혼합 공정에 기반한 광학 파라메트릭 발진기의 연속 가변 얽힘, 물리적 검토 편지 (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.163601

소환: 연구원들은 두 개의 얽힌 광선을 생성하는 광원을 개발합니다(2023년 1월 3일). https://phys.org/news/2023-01-source-entangled.html에서 2023년 1월 4일 검색

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