양자 물리학: 양자 기억의 얽힘 기록

양자 물리학: 양자 기억의 얽힘 기록
날짜:
2022년 7월 7일
원천:
Ludwig-Maximilians-Universität München
요약:
연구원들은 33km 길이의 광섬유 연결을 통해 두 개의 양자 메모리를 얽혔습니다. 이는 양자 인터넷을 향한 기록이자 중요한 단계입니다.

LMU와 Saarland 대학의 연구원들은 33km 길이의 광섬유 연결을 통해 두 개의 양자 메모리를 얽히게 했습니다. 이는 양자 인터넷을 향한 기록이자 중요한 단계입니다.

데이터 전송이 해킹으로부터 완벽하게 안전한 네트워크? 물리학자들이 자신의 길을 간다면, 이것은 얽힘으로 알려진 양자 역학 현상의 도움으로 언젠가 현실이 될 것입니다. 얽힌 입자의 경우 규칙은 다음과 같습니다. 입자 중 하나의 상태를 측정하면 다른 입자의 상태를 자동으로 알 수 있습니다. 얽힌 입자가 서로 얼마나 멀리 떨어져 있는지는 중요하지 않습니다. 이것은 도청을 불가능하게 만드는 방식으로 장거리 정보를 전송하기 위한 이상적인 상태입니다.

물리학자인 LMU의 Harald Weinfurter 교수와 Saarland 대학의 Christoph Becher 교수가 이끄는 팀은 이제 33km 길이의 광섬유 연결을 통해 두 개의 원자 양자 메모리를 연결했습니다. 이것은 지금까지 누구도 통신 섬유를 통해 얽힘을 관리한 것 중 가장 긴 거리입니다. 양자 기계적 얽힘은 두 개의 양자 메모리에서 방출되는 광자를 통해 매개됩니다. 결정적인 단계는 연구원들이 방출된 빛 입자의 파장을 기존의 통신에 사용되는 값으로 이동시킨 것입니다. Weinfurter는 "이렇게 함으로써 우리는 광자의 손실을 크게 줄이고 장거리 광섬유 케이블에서도 얽힌 양자 메모리를 생성할 수 있었습니다."라고 말합니다.

일반적으로 양자 네트워크는 원자, 이온 또는 결정 격자의 결함과 같은 개별 양자 메모리의 노드로 구성됩니다. 이러한 노드는 양자 상태를 수신, 저장 및 전송할 수 있습니다. 노드 사이의 중재는 공기를 통해 또는 광섬유 연결을 통해 목표 방식으로 교환되는 가벼운 입자를 사용하여 수행할 수 있습니다. 그들의 실험을 위해 연구원들은 LMU 캠퍼스의 두 실험실에서 광학적으로 포획된 두 개의 루비듐 원자로 구성된 시스템을 사용합니다. 두 위치는 700미터 길이의 광섬유 케이블을 통해 연결되며, 이 케이블은 대학 본관 앞 게슈비스터 숄 광장 아래를 지나갑니다. 코일에 추가 섬유를 추가하여 최대 33km 길이의 연결을 달성할 수 있습니다.

레이저 펄스는 원자를 여기시킨 후 자발적으로 바닥 상태로 돌아가서 각각 광자를 방출합니다. 각운동량의 보존으로 인해 원자의 스핀은 방출된 광자의 편광과 얽혀 있습니다. 이 가벼운 입자는 두 원자의 양자 기계적 결합을 만드는 데 사용할 수 있습니다. 이를 위해 과학자들은 광섬유 케이블을 통해 수신기 스테이션으로 전송했으며, 여기서 광자의 공동 측정은 양자 메모리의 얽힘을 나타냅니다.

그러나 대부분의 양자 메모리는 가시광선 또는 근적외선 범위의 파장을 가진 빛을 방출합니다. "광섬유에서 이러한 광자는 손실되기까지 불과 몇 킬로미터를 만듭니다."라고 Christoph Becher는 설명합니다. 이러한 이유로 Saarbrücken의 물리학자와 그의 팀은 케이블에서 이동하는 광자의 파장을 최적화했습니다. 두 개의 양자 주파수 변환기를 사용하여 원래 파장을 780나노미터에서 1,517나노미터로 늘렸습니다. "이것은 약 1,550 나노미터의 소위 통신 파장에 가깝습니다"라고 Becher는 말합니다. 통신 대역은 광섬유에서 빛의 전송이 가장 낮은 손실을 갖는 주파수 범위입니다. Becher의 팀은 57%의 전례 없는 효율성으로 전환을 달성했습니다. 동시에,

논문의 주저자인 팀 반 린트(Tim van Leent)는 "우리 실험의 중요성은 우리가 실제로 두 개의 고정 입자, 즉 양자 기억으로 기능하는 원자를 얽혀 있다는 것입니다."라고 말했습니다. "이것은 광자를 얽히게 하는 것보다 훨씬 어렵지만 더 많은 응용 가능성을 열어줍니다." 연구원들은 그들이 개발한 시스템이 대규모 양자 네트워크를 구성하고 안전한 양자 통신 프로토콜을 구현하는 데 사용될 수 있다고 생각합니다. Harald Weinfurter는 "이 실험은 기존 광섬유 인프라를 기반으로 하는 양자 인터넷으로 가는 길에서 중요한 단계입니다."라고 말했습니다.