일본 연구팀이 양자 기술에서 비포커 상태(iNFS)의 중요한 특성을 발견하고 다중 선형 광학을 통해 안정성을 밝혀 광학 양자 컴퓨팅 및 감지 분야의 발전을 위한 길을 열었습니다. 전자나 광자와 같은 양자 물체는 다른 물체와 다르게 행동하여 양자 기술을 가능하게 합니다. 이는 여러 광자가 여러 모드 또는 주파수로 존재하는 양자 얽힘의 미스터리를 푸는 열쇠입니다.
광자 양자 기술을 추구함에 있어 이전 연구에서는 포커 상태(광자 수 상태)의 유용성이 확인되었습니다. 이러한 다중 광자, 다중 모드 상태는 소위 선형 광학 기술을 통해 여러 단일 광자 입력을 교묘하게 결합하여 달성됩니다. 그러나 일부 중요하고 가치 있는 양자 상태에는 이러한 광자별 접근 방식보다 더 많은 것이 필요합니다.
이제 교토 대학과 히로시마 대학의 연구팀은 복잡한 양자 상태에 단일 광자 소스와 선형 광학 요소 이상이 필요하다는 비포커 상태, 즉 iNFS의 고유한 이점을 이론적 및 실험적으로 확인했습니다.
"다광자 광양자회로를 이용해 iNFS의 존재를 확인하는데 성공했습니다." 공동저자인 박거배 연구원은 “우리 연구는 광학양자컴퓨터, 광학양자센싱 등 응용 분야에 획기적인 발전을 가져올 것”이라고 덧붙였다.
광자는 일정한 실내 온도에서 양자 상태를 유지하면서 장거리로 이동할 수 있기 때문에 유망한 운반체입니다. 여러 모드에서 많은 광자를 활용하면 장거리 광학 양자 암호화, 광학 양자 감지 및 광학 양자 컴퓨팅이 가능해집니다.
공동 저자인 Ryo Okamoto는 다음과 같이 설명했습니다. "우리는 세 가지 다른 경로의 두 광자를 표현하기 위해 푸리에 변환 광자 양자 회로를 사용하여 복잡한 iNFS를 공들여 생성했는데, 이는 조건부 일관성 현상을 실현하는 데 가장 큰 과제입니다."
양자 얽힘과의 비교
또한 이번 연구는 또 다른 현상을 선형 광학 소자를 통과하기만 하면 나타나고 사라지는 널리 사용되는 양자 얽힘과도 비교했다. 양자 얽힘은 두 개의 독립 시스템 사이에 중첩된 두 개 이상의 관련 상태가 있는 양자 상태를 나타냅니다.
히로시마 대학의 Holger F Hofmann은 "놀랍게도 이 연구는 많은 선형 광학 요소의 네트워크를 통과할 때 iNFS의 특성이 변하지 않음을 보여줌으로써 광양자 기술의 도약을 의미합니다."라고 말했습니다.
Takeuchi 팀은 iNFS가 조건부 일관성(conditional coherence), 즉 하나의 광자를 감지하더라도 나머지 광자가 여러 경로의 중첩에 존재한다는 것을 의미하는 다소 신비한 현상을 나타낸다고 믿습니다.
Takeuchi Shigeki는 "우리의 다음 단계 목표는 대규모 다중 광자, 다중 모드 및 광학 양자 회로 칩을 실현하는 것입니다. 이 연구는 양자 현상을 이해하고 활용하는 데 잠재적인 도약을 의미합니다."라고 발표했습니다.
/ScitechDaily에서 편집됨