EPFL(École Polytechnique Fédérale de Lausanne)의 과학자들은 6개의 기계적 발진기를 집단 양자 상태로 동기화하여 양자 측파대 비대칭과 같은 독특한 현상을 관찰할 수 있는 획기적인 발전을 이루었습니다. 이러한 발전은 양자 컴퓨팅 및 감지 분야의 혁신을 위한 길을 열어줍니다.
양자 기술은 우주에 대한 우리의 이해에 혁명을 일으키고 있으며 유망한 분야 중 하나는 거시적 기계적 발진기와 관련이 있습니다. 이미 석영 시계, 휴대폰 및 통신 레이저의 필수적인 부분인 이러한 장치는 양자 영역에서 혁신적인 역할을 할 수 있습니다. 양자 규모에서 거시적 발진기는 초민감 센서와 양자 컴퓨팅의 고급 구성 요소를 구현하여 여러 산업에 획기적인 혁신을 가져올 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.
양자 수준에서 기계적 발진기의 제어를 달성하는 것은 이러한 미래 기술을 실현하기 위한 핵심 단계입니다. 그러나 이를 종합적으로 관리하는 것은 거의 동일한 단위와 초고정밀도가 필요하기 때문에 상당한 어려움을 안겨줍니다.
양자 광학 분야의 대부분의 연구는 단일 발진기에 중점을 두고 있으며, 바닥 상태 냉각 및 양자 압착과 같은 양자 현상을 보여줍니다. 그러나 많은 발진기가 단일 단위처럼 작동하는 집단 양자 행동의 경우는 그렇지 않습니다. 이러한 집단 역학은 더 강력한 양자 시스템을 만드는 데 핵심이지만 거의 동일한 속성을 가진 여러 발진기를 매우 정밀하게 제어해야 합니다.
EPFL의 토비아스 키펜베르그(Tobias Kippenberg)가 이끄는 과학자들은 이제 오랫동안 기다려온 목표를 달성했습니다. 그들은 집단 상태에서 6개의 기계적 발진기를 준비하는 데 성공했고, 양자 거동을 관찰했으며, 발진기가 그룹으로 작용할 때만 발생하는 현상을 측정했습니다. 사이언스(Science)에 발표된 이 연구는 양자 기술의 중요한 진전을 나타내며 대규모 양자 시스템의 문을 열었습니다.
이번 연구의 제1저자인 Mahdi Chegnizadeh는 “이는 초전도 플랫폼의 기계적 주파수 사이의 불규칙도가 0.1% 정도로 매우 낮기 때문에 가능합니다.”라고 말했습니다. "이러한 정밀도 덕분에 발진기는 독립적인 구성 요소가 아닌 통합 시스템으로 작동하는 집단 상태에 들어갈 수 있습니다."
양자 효과를 관찰하기 위해 과학자들은 발진기의 에너지를 양자 역학에서 허용하는 가장 낮은 에너지인 양자 기저 상태로 줄이는 기술인 측파대 냉각을 사용했습니다.
측파대 냉각은 발진기의 고유 주파수보다 약간 낮은 주파수의 레이저로 발진기를 조명하여 작동합니다. 빛의 에너지는 진동 시스템과 상호 작용하여 진동 시스템에서 에너지를 뺍니다. 이 프로세스는 열 진동을 줄여 시스템을 정지 상태에 가깝게 만들기 때문에 미묘한 양자 효과를 관찰하는 데 중요합니다.
"마이크로파 공동과 발진기 사이의 결합을 증가시킴으로써 시스템은 개별 동역학에서 집단 동역학으로 전환됩니다. 더욱 흥미롭게도 양자 기저 상태에서 집단 모드를 준비함으로써 우리는 양자 집단 운동의 특징인 양자 측파대 비대칭을 관찰했습니다. 일반적으로 양자 운동은 단일 물체로 제한되지만 여기서는 전체 발진기 시스템에 걸쳐 있습니다"라고 연구의 공동 저자인 Marco Scigliuzzo는 말합니다.
연구원들은 또한 더 높은 냉각 속도와 "암흑" 기계적 모드, 즉 시스템 공동과 상호 작용하지 않고 더 높은 에너지를 유지하는 모드의 출현을 관찰했습니다.
이러한 발견은 기계 시스템의 집단적 양자 행동 이론에 대한 실험적 확인을 제공하고 양자 상태를 탐색할 수 있는 새로운 가능성을 열어줍니다. 기계 시스템에서 집단적인 양자 운동을 제어하는 능력이 양자 감지와 다자간 얽힘을 가능하게 할 수 있기 때문에 이러한 발견은 미래의 양자 기술에도 중요한 영향을 미칩니다.
/scitechdaily에서 편집됨