광자 방출 '빛

레이던대학교

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박사 학위. 의 후보자는 보다 통제된 방식으로 미래의 양자 컴퓨터 또는 인터넷의 기본 빌딩 블록을 생성하기 위한 혁신적인 기술을 개발하여 오랫동안 추구해 온 이 기술을 향한 길에 있는 많은 과제에 대한 잠재적인 솔루션을 열었습니다.

페트르 슈타인들(Petr Steindl)의 박사 학위 논문은 그가 지난 주 박사 과정의 마지막 단계로 옹호한 것입니다. 독일 라이덴 대학교 프로그램에서는 양자점과 미세공동을 사용하여 광자를 생성하는 새로운 기술을 탐구합니다.

“간단히 말하면, 양자점은 반도체 물질의 작은 섬입니다.”라고 Steindl은 라이덴 대학교 성명에서 말했습니다. "크기가 몇 나노미터에 불과하기 때문에 원자처럼 양자 효과를 느낍니다."

인공 원자라고도 불리는 양자점은 양자 현상을 탐구하는 보다 제어 가능한 방법을 제공하므로 물질에서 단일 광자를 방출하는 작업에 이상적입니다.

이를 위해 Steindl은 이 반도체 '섬'을 미세공동(microcavity)에 넣었습니다. 미세공동은 불과 몇 나노미터 크기의 구멍이므로 정확한 파장의 빛만 통과할 수 있습니다.

Steindl은 “이 공동을 서로 마주보는 두 개의 거울로 상상할 수 있습니다.”라고 말했습니다. “레이저 빛은 그들 사이에서 앞뒤로 반사됩니다. 양자점은 빛과 상호작용하는 것을 좋아하지 않지만 광학 공동은 레이저가 점을 여러 번 통과하기 때문에 그럴 가능성이 더 높습니다.”

이 빛은 결국 양자점의 전자와 상호 작용하며, 이것이 양자 컴퓨터 연구자들의 흥미를 끄는 부분입니다.

“공명 레이저는 양자점의 전자를 바닥 에너지 상태에서 더 높은 상태로 여기시킵니다.”라고 Steindl은 말했습니다. “바닥 상태로 다시 떨어지면 양자점은 단일 광자를 방출합니다. 미세공동은 이 광자를 우리 설정의 나머지 부분으로 편리하게 안내합니다.”

레이저와 동일한 파장을 가지기 때문에 레이저에서 광자를 분리하는 것은 어렵지만 Steindl에 따르면 이 문제도 해결할 수 있습니다.

“그러나 문제는 이 광자를 레이저 광에서 분리하는 것입니다. 레이저와 파장은 동일하지만 편광이 약간 다릅니다. 그 특성을 활용하여 광자를 분리할 수 있습니다.”

단일 광자는 모든 종류의 다른 기술, 특히 단일 광자가 강력한 양자 효과를 가질 수 있는 양자 컴퓨팅 응용 분야에서 사용될 수 있습니다.

Steindl은 “우리는 단일 광자가 보안과 인증에 유용하다는 것을 알고 있습니다. “예를 들어 빔 분할기의 서로 다른 위치에서 두 개의 동일한 단일 광자를 보낼 수 있습니다. 이 광자가 변경된 상태로 도착하거나 동시에 도착하지 않으면 도청자가 있었던 것입니다.”

Steindl은 “이러한 가벼운 구조를 구축하는 것은 정말 놀라운 일이라고 생각합니다.”라고 덧붙였습니다. “이런 일이 가능하다는 사실이 정말 놀랍습니다. 우리는 그렇게 깊은 수준에서 물리학을 이해할 수 있습니다. 흥미롭긴 하지만, 양자 응용의 잠재력은 나에게 거의 부작용처럼 보입니다.”