워털루 대학교 양자 컴퓨팅 연구소(IQC)의 연구원들은 양자 통신 분야를 발전시키기 위해 노벨상을 받은 두 가지 연구 개념을 통합했습니다.
이제 과학자들은 양자점 소스로부터 거의 완벽하게 얽힌 광자 쌍을 효율적으로 생성할 수 있습니다. “양자 키 분포를 위한 반도체 양자점의 진동 광자 벨 상태”라는 연구 논문이 2019년 12월에 게재되었습니다. 통신 물리
얽힌 광자는 먼 거리에서도 연결되어 있는 빛의 입자이며, 2022년 노벨 물리학상에서는 이 주제에 대한 실험을 인정했습니다. 얽힘과 양자점을 결합한 technology 2023년 노벨 화학상을 수상한 IQC 연구팀은 보안 통신을 포함하여 다양한 응용 분야가 있는 얽힌 광자를 생성하는 프로세스를 최적화하는 것을 목표로 했습니다.
"보안 양자 통신의 거리를 글로벌 규모로 확장하거나 원격 양자 컴퓨터를 연결하기 위해 구상되는 양자 키 분배 또는 양자 중계기와 같은 흥미로운 응용 분야에는 높은 수준의 얽힘과 고효율의 조합이 필요합니다."라고 Dr. . Michael Reimer, IQC 교수 및 워털루 전기 및 컴퓨터 공학과.
"이전 실험에서는 거의 완벽한 얽힘이나 높은 효율 중 하나만 측정했지만 우리는 양자점을 사용하여 두 가지 요구 사항을 모두 달성한 최초의 사례입니다."
연구진은 반도체 양자점을 나노와이어에 내장함으로써 이전 연구보다 65배 더 효율적으로 거의 완벽하게 얽힌 광자를 생성하는 소스를 만들었습니다.
오타와에 있는 캐나다 국립 연구 위원회와 협력하여 개발된 이 새로운 소스는 레이저로 자극되어 명령에 따라 얽힌 쌍을 생성할 수 있습니다. 그런 다음 연구진은 네덜란드의 Single Quantum에서 제공한 고해상도 단일 광자 검출기를 사용하여 얽힘 정도를 높였습니다.
“역사적으로 양자점 시스템은 시간이 지남에 따라 얽힌 상태를 진동시키는 미세 구조 분할이라는 문제로 어려움을 겪었습니다. 이는 느린 감지 시스템으로 측정하면 얽힘이 측정되는 것을 방지할 수 있다는 것을 의미합니다.”라고 Ph.D.인 Matteo Pennacchietti는 말했습니다. IQC와 워털루 대학교 전기 및 컴퓨터 공학과 학생입니다.
“우리는 양자점을 매우 빠르고 정확한 감지 시스템과 결합하여 이 문제를 극복했습니다. 기본적으로 진동 중 각 지점에서 얽힌 상태가 어떻게 보이는지에 대한 타임스탬프를 얻을 수 있으며, 그곳에서 완벽한 얽힘이 발생합니다.”
미래의 통신 애플리케이션을 선보이기 위해 Reimer와 Pennacchietti는 IQC 교수진이자 워털루 물리학 및 천문학과 교수인 Norbert Lütkenhaus 박사와 Thomas Jennewein 박사 및 그 팀과 협력했습니다.
연구원들은 새로운 양자점 얽힘 소스를 사용하여 양자 키 분배로 알려진 보안 통신 방법을 시뮬레이션하여 양자점 소스가 미래의 보안 양자 통신에 상당한 가능성을 갖고 있음을 입증했습니다.