양자 기술의 미래는 고차원 양자 상태와 같은 매력적인 양자 역학 개념을 활용하는 데 달려 있습니다. 이러한 상태는 양자 정보 과학 및 양자 기술의 기본 구성 요소입니다. 이러한 상태를 조작하기 위해 과학자들은 빛, 특히 빛이 공간에서 어떻게 비틀고 회전하는지와 관련된 궤도 각 운동량(OAM)이라는 속성으로 전환했습니다. 문제는 다음과 같습니다. OAM을 사용하여 결정론적인 방식으로 매우 밝은 단일 광자를 생성하는 것은 극복할 수 없는 문제였습니다. 궤도 각 운동량을 기반으로 거의 결정론적인 얽힌 상태를 생성하면 양자 발전을 위한 광자 기술 간의 가교를 제공합니다.
양자점: 브리지 기술
양자점(QD)은 엄청난 잠재력을 지닌 작은 입자입니다. 로마 사피엔자 대학교, 파리 사클레 대학교, 나폴리 대학교 페데리코 2세 연구팀은 OAM의 특성과 양자점의 특성을 결합하여 두 첨단 기술 사이에 다리를 놓았습니다. 그들의 연구 결과는 동료 심사 저널인 Advanced Photonics에 게재되었습니다.
제안된 프로토콜의 개념적 체계. 거의 결정론적인 방식으로 QD 광원에 의해 생성된 단일 광자의 편광 및 OAM을 조작함으로써 두 자유도가 q-플레이트를 통해 상호 작용하여 입자 내 얽힌 상태를 생성합니다. 입자 간 메커니즘에서는 편광과 OAM으로 구성된 혼합 공간에서 특정 상태를 특징으로 하는 두 개의 광자가 빔 분할기를 통해 간섭합니다. 일치 횟수를 선택하여 확률적 얽힘 게이트가 구현됩니다. 출처: AlessiaSuprano
혁신은 어디에 있습니까? 그들이 건설한 다리는 두 가지 목적으로 유연하게 사용될 수 있습니다. 첫째, OAM 편광 공간 내에 얽힌 순수한 단일 광자를 생성할 수 있으며, 이는 연구자가 직접 계산할 수 있습니다. 둘째, 이 브리지는 양자 세계에서 강한 상관관계가 있는 광자 쌍을 생성할 수도 있습니다. 그것들은 얽혀 있기 때문에 각 단일 광자의 상태는 서로 멀리 떨어져 있더라도 다른 광자의 상태와 독립적으로 설명될 수 없습니다. 이는 양자 통신 및 암호화에 큰 영향을 미칩니다.
이 새로운 플랫폼은 입자 내부와 입자 사이 모두에서 모두 고차원 힐베르트 공간에 속하는 하이브리드 얽힌 상태를 생성할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 한편, 연구팀은 하이브리드 OAM 편광 영역 내에서 양자 상태가 분리 불가능함을 나타내는 순수한 단일 광자의 생성을 달성했습니다. 단일 광자 편광을 기반으로 OAM 값을 조정할 수 있는 장치인 q-플레이트와 결합하여 거의 결정론적인 양자 소스를 활용함으로써 연구자는 단일 광자 계산을 통해 이러한 상태를 직접 확인할 수 있으므로 예측 프로세스의 필요성을 피하고 생성 속도를 높일 수 있습니다.
한편, 연구팀은 하이브리드 OAM 편광 공간 내에 얽혀 있는 단일 광자 쌍을 생성하기 위해 단일 광자 내 비분리성 개념을 자원으로 활용하기도 했습니다.
로마 사피엔자 대학교 물리학과 양자 정보 연구소 소장인 Fabio Sciarrino 교수는 "제안된 유연한 솔루션은 고차원 다광자 실험을 위한 한 단계 발전을 나타내며 기초 연구 및 양자 광자 응용을 위한 중요한 플랫폼을 제공할 수 있습니다."라고 말했습니다.
양자 기술에 미치는 영향
본질적으로, 이 연구는 첨단 양자 기술을 추구하는 데 중요한 단계입니다. 두 개의 대도시를 연결하는 것과 같습니다. 이 연결은 양자 컴퓨팅, 통신 등에 대한 흥미로운 가능성을 열어줍니다. 그러니 이것은 단순한 과학이 아니라 미래입니다.