리에주 대학교(University of Liège)의 연구원들은 기하학과 양자 제어의 조합을 사용하여 양자 중첩 상태(즉, NOON 상태)를 신속하게 생성하는 획기적인 방법을 개발했습니다. 이 혁신은 준비 시간을 분에서 밀리초로 획기적으로 줄여 양자 컴퓨팅 및 초정밀 센서의 실용적인 응용 프로그램의 문을 열어줍니다.
초저온 원자의 양자 중첩을 생성하는 것은 오랫동안 주요 과제였으며 기존 방법은 실험실에서 실제 사용하기에는 너무 느린 것으로 나타났습니다. 리에주 대학교(University of Liège)의 연구원들은 이제 기하학과 "양자 제어"를 결합하여 이 프로세스의 속도를 크게 높이고 양자 기술의 실제 적용 가능성을 열어주는 새로운 방법을 개발했습니다.
장바구니를 가득 담아 슈퍼마켓으로 밀고 간다고 상상해 보세요. 목표는 다른 사람보다 빨리 계산대에 도착하고 급회전에 물건을 잃지 않는 것입니다. 성공의 열쇠는 가장 곧고 부드러운 길을 찾고, 속도를 늦추지 않고 속도를 유지하는 것입니다.
이것이 바로 리에주 대학의 박사과정 연구원인 Simon Dengis가 달성한 것입니다. 그는 슈퍼마켓에 있는 것이 아니라 양자 물리학의 복잡한 영역에 있습니다.
NOON 상태는 N개의 입자가 "동시에" 한 상태에 있고 "동시에" 다른 상태에 있는 중첩 양자 상태입니다. 여기서 입자는 레이저에 의해 생성된 우물 내부의 두 개의 우물에 갇혀 있습니다. 따라서 중첩 상태는 모든 입자가 왼쪽 우물에 있는 상태와 오른쪽 우물에 갇혀 있는 상태로 구성됩니다. 입자가 동일한 위치에 있으면 상호 작용하고 함께 "고착"되어 개별 입자가 트랩을 떠나는 것을 방지합니다. 이미지 출처: 리에주 대학교/S. Dengis
Dungis는 PQS(통계 양자 물리학) 팀과 협력하여 NOON 상태를 빠르게 생성하기 위한 프로토콜을 개발했습니다. "이러한 상태는 슈뢰딩거의 유명한 고양이인 양자 중첩의 축소판처럼 보입니다."라고 그는 설명합니다. "초정밀 양자 센서나 양자 컴퓨터와 같은 기술에 매우 중요합니다."
주요 과제는 무엇입니까? 이러한 상태를 생성하는 데 시간이 너무 오래 걸리는 경우가 많습니다. 우리는 수십 분 이상을 이야기하고 있는데, 이는 종종 실험의 수명을 넘어서는 것입니다. 이유는 무엇입니까? 에너지 병목 현상, 즉 시스템 진화의 "급격한 전환"으로 인해 속도가 느려집니다.
항당뇨병 제어는 어떤 방식으로든 시스템을 변경하여 시스템의 관성을 보상합니다. 이 예에서 웨이터의 움직임으로 인한 물의 움직임을 보상하기 위해 웨이터는 트레이를 기울여 유리잔의 관성에 대응하여 유리잔이 넘어지는 것을 방지할 수 있습니다. 이미지 출처: 리에주 대학교/S.Dengis
이는 리에주 대학 팀의 획기적인 작업입니다. 그들은 당뇨병 방지 구동과 최적의 측지선 경로라는 두 가지 강력한 개념을 결합하여 원자의 길을 성공적으로 열었습니다. 결과: 운전자가 팔레트를 기울여 굴곡을 예상하는 것처럼 이상적인 궤적에서 벗어나지 않고도 시스템이 더 빠르게 발전할 수 있습니다.
"이 전략은 많은 시간을 절약해 줍니다. 어떤 경우에는 99%의 충실도, 즉 거의 완벽한 결과를 유지하면서 처리 속도가 10,000배 더 빨라질 수 있습니다"라고 실험실 책임자인 Peter Schlagheck은 말합니다. 이전에는 이 상태를 생성하는 데 약 10분이 걸렸지만, 연구진은 대기 시간을 0.1초로 대폭 단축했습니다!
이 획기적인 발전으로 우리는 마침내 초저온 원자를 사용하여 NOON 상태를 생성할 수 있게 되었습니다. 이는 양자 계측(시간, 회전 또는 중력의 매우 민감한 측정) 및 양자 정보 기술에 대한 유망한 전망을 열어줍니다. 궁극적으로 이러한 도구는 양자 자이로스코프 또는 소형 중력 감지기와 같은 도구를 개선할 수 있습니다.
제안된 프로토콜(파란색, GCD)은 에너지 병목 현상을 확대할 수 있으므로(일반적인 빨간색 프로토콜 G에 비해) 병목 현상에 접근할 때 제동이 덜 필요합니다. 이 그림은 오토바이 경주의 관점에서 이해할 수 있습니다. 빨간색 오토바이는 코너링이 덜 "부드럽기" 때문에 파란색 오토바이보다 브레이크를 더 많이 밟아야 합니다. 따라서 파란색 오토바이는 상대보다 먼저 목적지에 도착하게 됩니다. 이 시점에서는 시스템 에너지(및 그에 따른 상태)의 변화가 덜 갑작스럽기 때문에 전체 프로세스 속도가 크게 빨라집니다. 이미지 출처: 리에주 대학교/S.Dengis
이 연구는 이론과 실험이 어떻게 결합되어 양자 물리학의 구체적인 발전을 이룰 수 있는지 보여줍니다. 리에주 대학교(University of Liège)의 연구원들은 수학적 개념, 기본 물리학 및 실험적 타당성을 결합하여 한때 이론이었던 것을 미래의 기술로 전환할 수 있는 획기적인 발전을 이루었습니다.
양자 중첩은 양자 시스템(예: 원자, 전자 또는 광자)이 관찰되지 않고 동시에 여러 상태에 있을 수 있는 경우입니다. 이 개념을 설명하는 데 가장 일반적으로 사용되는 예는 슈뢰딩거의 고양이입니다. 상자에 갇힌 고양이입니다. 양자역학에 따르면, 상자가 열릴 때까지 고양이는 살아 있으면서도 죽어 있는 상태이기도 합니다. 두 상태의 동시 결합을 중첩이라고 합니다.
상자를 열고 관찰함으로써만 우리는 자연이 살아 있거나 죽은 상태 중 하나를 선택하도록 "강제"할 수 있습니다. NOON 상태는 양자 중첩의 예입니다. 모든 원자는 동시에 왼쪽 우물과 오른쪽 우물에 있습니다. 측정 순간에만 그 중 하나에 나타납니다.
/scitechdaily에서 편집됨