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Mar 21, 2023

연구원, Thin 기반 통합 광 플랫폼 개발

작성자: Mariana Iriarte 2023년 6월 3일 연구원들은 포토닉스를 활용하여

마리아나 이리아르테

2023년 6월 3일

연구원들은 포토닉스를 활용하여 양자 정보 기술의 엄격한 요구 사항을 해결하는 데 필요한 하드웨어를 개발하고 확장하고 있습니다. 연구자들은 포토닉스의 특성을 활용하여 양자 하드웨어 확장의 이점을 지적합니다. 연구원들은 성공할 경우 대규모 양자 하드웨어가 장거리 네트워크, 여러 양자 장치 간의 상호 연결, 양자 컴퓨팅 및 시뮬레이션을 위한 대규모 광자 회로를 활성화할 것이라고 말합니다.

Phys.Org는 덴마크, 독일, 영국의 학제간 연구자들로 구성된 팀이 포토닉스를 사용하고 그 특성을 활용하여 양자 하드웨어를 확장할 수 있는 플랫폼을 개발하는 최선의 방법에 집중하고 있다고 보도했습니다. 이를 위해 팀은 단결정이 광파에 중요한 재료이고 저손실 모드에 이상적인 변조기인 박막 리튬 니오베이트를 기반으로 하는 통합 광자 플랫폼을 개발했습니다.

그런 다음 연구원들은 통합 광자 플랫폼을 나노광자 도파관의 양자점(반도체 결정)을 기반으로 하는 결정론적 고체 단일 광자 소스와 인터페이스했습니다. 생성된 광자는 저손실 회로로 처리되며, 연구진에 따르면 이 회로는 수 기가헤르츠의 속도로 프로그래밍 가능합니다. 연구원들은 빠르게 재프로그래밍 가능한 저손실 광학 회로가 광자 양자 정보 처리 작업을 수행하는 데 핵심이라고 말합니다.

고속 플랫폼은 연구자들이 몇 가지 주요 광자 정보 처리 기능을 달성할 수 있는 길을 열었습니다. 실험 중에 연구원들이 관찰한 첫 번째 처리 기능은 온칩 양자 간섭이었습니다. 연구자들은 2광자 간섭이 관찰되는 것을 특징으로 하는 HOM(Hong-OuMandel) 효과를 사용했습니다. 그림 1은 광자 양자 정보 처리를 위한 플랫폼의 성능을 테스트하기 위해 수행된 온칩 HOM 실험을 보여줍니다.

팀이 시연한 광자 정보 처리의 핵심인 또 다른 처리 기능은 통합된 단일 광자 라우터입니다. 연구원들은 양자점 방출 광자를 위한 완전한 온칩 광자 라우터를 시연했습니다. 이를 달성하기 위해 그들은 빠른 위상 천이기와 양자 방출기 파장을 통합하는 플랫폼의 기능을 활용하여 통합된 단일 광자 라우터를 선보였습니다.

또한 팀은 그림 2와 같이 6개의 Mach-Zehnder 간섭계와 10개의 위상 변조기의 네트워크로 구성된 범용 4모드 간섭계를 구현했습니다. 프로그래밍 가능한 다중 모드 양자 광자 간섭계는 광자 양자 기술의 필수 기능을 구현하는 데 매우 중요합니다. . 그리고 연구원들은 간섭계가 양자 계산 이점 실험이나 아날로그 양자 시뮬레이션을 위한 회로를 구현할 수 있다고 말했습니다.

Science Advances가 발표한 연구 논문에서 연구원들은 박막 리튬 니오베이트를 기반으로 한 고속 통합 광자 플랫폼 개발에 대해 자세히 설명했습니다. 이 논문의 제목은 "고체 양자 방출기에 의해 구동되는 고속 박막 리튬 니오베이트 양자 프로세서"입니다.

저자들은 이 결과가 고체 결정론적 광자 소스를 갖춘 통합 포토닉스가 양자 기술을 여러 단계로 확장할 수 있는 유망한 옵션임을 보여주었다고 주장합니다. 앞으로 플랫폼은 결합 및 전파 손실을 줄이기 위해 더욱 최적화될 수 있습니다. 특히, 내결함성 양자 컴퓨팅 아키텍처(광자당 손실 수준 ≥10%)는 현실에 한 걸음 더 가까워졌습니다.

학제간 연구자 팀은 모두 하이브리드 양자 네트워크 센터(Hy-Q), 코펜하겐 대학교(덴마크)의 Niels Bohr Institute; 뮌스터 대학교(독일) 물리학 연구소; CeNTech—나노기술 센터(독일); SoN—소프트 나노과학 센터(독일); University College London(영국)의 Wolfson 생물의학 연구 연구소; 루르대학교 보훔(독일); 및 하이델베르그 대학교(독일).