양자 거울을 통해 얇은 장치는 양자 역학의 가장 이상하고 유용한 현상 중 하나를 촉발합니다.

[아름이]

양자 거울을 통해
얇은 장치는 양자 역학의 가장 이상하고 유용한 현상 중 하나를 촉발합니다.
날짜:
2022년 9월 12일
원천:
DOE/산디아 국립 연구소
요약:
새로운 연구에 따르면 초박형 발명은 과학자들이 양자 역학의 이상하지만 유용한 현상을 제어하도록 도와줌으로써 미래의 컴퓨팅, 감지 및 암호화 기술을 훨씬 더 작고 강력하게 만들 수 있다고 합니다.



최근 Science 저널에 발표된 새로운 연구에 따르면 초박형 발명은 과학자들이 양자 역학의 이상하지만 유용한 현상을 제어하도록 도와줌으로써 미래의 컴퓨팅, 감지 및 암호화 기술을 훨씬 더 작고 강력하게 만들 수 있다고 합니다 .

산디아 국립 연구소와 막스 플랑크 빛 과학 연구소의 과학자들은 얽힘(entanglement)이라고 불리는 기이한 양자 효과에서 광자를 연결하는 장비를 대체할 수 있는 장치에 대해 보고했습니다. 메타표면(metasurface)이라고 하는 일종의 나노 공학 재료인 이 장치는 컴팩트 기술로는 불가능했던 복잡한 방식으로 광자를 얽히게 하는 길을 열어줍니다.

과학자들이 광자가 얽혀 있다고 말할 때, 이는 광자가 우주에서 어디에서 얼마나 멀리 떨어져 있든 간에 하나의 동작이 다른 하나에 영향을 미치는 방식으로 연결되어 있음을 의미합니다. 그것은 입자와 기타 아주 작은 것들을 지배하는 물리 법칙인 양자 역학의 효과입니다.

이 현상이 이상해 보일 수 있지만 과학자들은 이를 이용하여 새로운 방식으로 정보를 처리했습니다. 예를 들어, 얽힘은 언젠가 국가 안보, 과학 및 금융에 광범위한 영향을 미칠 수 있는 분야인 양자 컴퓨팅의 섬세한 양자 정보를 보호하고 오류를 수정하는 데 도움이 됩니다. 인탱글먼트는 또한 보안 통신을 위한 새로운 고급 암호화 방법을 가능하게 합니다.

종이 한 장보다 100배 더 얇은 획기적인 장치에 대한 연구는 부분적으로 Sandia와 Los Alamos 국립 연구소에서 운영하는 에너지부 과학실 사용자 시설인 Center for Integrated Nanotechnologies에서 수행되었습니다. Sandia의 팀은 기초 에너지 과학 프로그램인 Office of Science에서 자금 지원을 받았습니다.

빛이 들어오고 얽힌 광자가 나옵니다.

새로운 메타표면은 이 특이한 양자 현상의 관문 역할을 합니다. 어떤 면에서는 루이스 캐롤의 "거울을 통해"에 나오는 거울과 같으며, 이를 통해 젊은 주인공 앨리스가 이상하고 새로운 세계를 경험하게 됩니다.

과학자들은 새로운 장치를 통과하는 대신 장치를 통해 레이저를 비춥니다. 광선은 갈륨 비소라고 하는 일반적인 반도체 재료로 만들어진 나노 스케일 구조로 덮인 유리의 초박형 샘플을 통과합니다.

Sandia 팀을 이끈 비선형 광학 분야의 전문가인 Sandia 수석 과학자 Igal Brener는 "모든 광학 분야를 뒤섞습니다"라고 말했습니다. 때때로 그는 서로 다른 파장에서 한 쌍의 얽힌 광자가 들어오는 레이저 빔과 같은 방향으로 샘플에서 나온다고 말했습니다.

Brener는 이 장치가 얽힌 광자의 복잡한 웹을 생성하도록 설계되었기 때문에 흥분된다고 말했습니다. 한 번에 한 쌍이 아니라 여러 쌍이 모두 함께 얽혀 있고 일부는 서로 구별할 수 없을 수도 있습니다. 일부 기술에는 정교한 정보 처리 체계를 위해 이러한 복잡한 종류의 소위 다중 얽힘이 필요합니다.

실리콘 포토닉스를 기반으로 하는 다른 소형 기술도 광자를 얽힐 수 있지만 필요한 수준의 복잡한 다중 얽힘이 없습니다. 지금까지 이러한 결과를 얻을 수 있는 유일한 방법은 레이저, 특수 수정 및 기타 광학 장비로 가득 찬 여러 테이블을 사용하는 것이었습니다.

Brener는 "이 다중 얽힘이 두세 쌍 이상을 필요로 할 때 상당히 복잡하고 다루기 힘든 종류입니다."라고 말했습니다. "이러한 비선형 메타표면은 이전에는 엄청나게 복잡한 광학 설정이 필요했을 때 본질적으로 하나의 샘플에서 이 작업을 수행합니다."

과학 논문은 팀이 여러 쌍의 복잡하게 얽힌 광자를 동시에 생성하기 위한 중요한 전구체인 다양한 파장의 얽힌 광자를 생성하기 위해 메타표면을 성공적으로 조정한 방법을 설명합니다.

그러나 연구자들은 논문에서 얽힌 광자 그룹을 생성할 수 있는 속도인 장치의 효율성이 다른 기술보다 낮고 개선이 필요하다고 지적합니다.

메타 서피스 란 무엇입니까?

메타표면은 기존의 재료가 할 수 없는 방식으로 빛 및 기타 전자기파와 상호 작용하는 합성 재료입니다. Brener는 상업 산업이 메타표면을 개발하느라 바쁘다고 말했습니다. 예를 들어 기존 렌즈보다 공간을 덜 차지하고 빛으로 더 많은 일을 할 수 있기 때문입니다.

"이제 렌즈와 두꺼운 광학 요소를 메타표면으로 교체할 수 있습니다."라고 Brener가 말했습니다. "이러한 유형의 메타표면은 소비자 제품에 혁명을 일으킬 것입니다."

Sandia는 메타표면 및 메타물질에 대한 연구를 수행하는 세계 최고의 기관 중 하나입니다. 화합물 반도체를 제조하는 마이크로시스템 엔지니어링, 과학 및 응용 복합 단지와 인근 통합 나노기술 센터 사이에서 연구원들은 이러한 야심찬 신소재를 설계, 제작 및 분석하는 데 필요한 모든 전문 도구에 액세스할 수 있습니다.

프로젝트의 여러 측면에서 일한 Sandia의 전 박사후 연구원인 Sylvain Gennaro는 "작업의 양자 프로세스를 결정짓는 날카롭고 협대역 광학 공명을 얻기 위해서는 정밀한 나노 제조 기술이 필요했기 때문에 작업이 어려웠습니다."라고 말했습니다.

이 장치는 Sandia와 Max Planck Institute for the Science of Light의 광자 양자 얽힘 전문가인 물리학자 Maria Chekhova가 이끄는 연구 그룹 간의 파트너십을 통해 설계, 제작 및 테스트되었습니다.

Max Plank 팀의 일원이자 이 논문의 첫 번째 저자인 Tomás Santiago-Cruz는 "메타표면은 양자 광의 초소형 소스와 양자 상태 공학에 대한 광범위한 가능성을 결합하여 양자 광학의 패러다임 전환을 이끌고 있습니다."라고 말했습니다.

10년 이상 메타물질을 연구해 온 브레너는 이 최신 연구가 두 번째 혁명을 촉발할 수 있다고 말했다. 응용 프로그램.

"이미 잘 정립되어 진행 중인 메타표면을 가진 하나의 물결이 있었습니다. 아마도 혁신적인 응용 프로그램의 두 번째 물결이 올 것입니다."라고 그는 말했습니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/