parkyeonjae제목 : ‘도청 차단’ 양자 통신 위한 신개념 단일 광자 발생기 개발
출처 : 동아사이언스
링크 : https://www.dongascience.com/ko/news/65604
요약 : 서울대 물리천문학부 교수팀과 재료공학부 교수팀의 공동 연구를 통해 2차원 물질과 금 나노입자를 활용해서 단일 광자에 양자 정보를 인코딩하는 새로운 기술을 개발했다.
단일 광자 발생기는 양자 통신, 양자 암호학 등의 분야에서 필수적인 양자 소자로, 현재 단일 광자 발생기에서 방출되는 빛은 선형으로 편광되어 있어, 이를 원형 편광으로 바꾸면 빛의 각운동량을 활용해 양자 정보를 더 효율적으로 활용할 수 있다.
선형 편광은 전기장과 자기장이 수직한 방향으로 일정한데, 전기장과 자기장이 나타내는 위상에 차이가 발생하면 선형 편광에는 없는 빛의 각운동량이 생기며 원형 편광이 된다. 즉, 추가적인 정보가 생기는 것이다. 하지만, 선형 편광을 원형 편광으로 변환하기 위해서는 강한 자기장을 주거나 메타물질을 결합하는 방법이 주로 쓰이는데, 실험실 밖에서는 강한 자기장 형성이 어렵고 메타물질 생성에도 복잡한 공정이 필요되어 상용화에 어려움이 있다는 단점이 있다.
연구팀은 아주 얇은 2차원 물질과 정육면체 모양 금 나노입자를 결합한 단일 광자 발생기를 구현했고, 2차원 물질은 금 나노입자의 모서리에서 선형 편광된 단일 광자를 발생시켰다. 또, 단일 광자는 금 나노입자의 꼭짓점에서 진동하면서 나노갭 주위에 유도전류를 만들었고, 꼭짓점에서는 원형 편광된 광자가 방출됐다. 반면, 표면에 나노갭이 없는 금 나노입자를 사용하자 원형이 아닌 선형 편광된 단일 광자가 발생했다. 즉, 금 나노입자의 표면 구조가 단일 광자의 편광을 변화시키는 원인이라는 것이다. 이번에 연구팀이 개발한 단일 광자 발생기는 기존 장치보다 크기가 훨씬 작았고, 여러 개의 발생기를 동시에 작동할 수 있었다.
한 줄 요약 : 서울대 교수팀들이 공동 연구를 통해 2차원 물질과 금 나노입자를 활용해 단일 광자에 양자 정보를 인코딩하는 새로운 기술을 개발했는데, 단일 광자 발생기에서 방출되는 빛은 선형으로 편광되어 있지만, 선형 편광은 만드는 과정에서 환경적인 단점을 가진다는 것을 발견했고, 또, 금 나노입자의 표면 구조가 단일 광자의 편광을 변화시키는 원인이라는 것을 발견했다.