2010. 9. 13. 17:57
가장 느린 빛을 전달하는 광학기기 재미있는 미래기술2010. 9. 13. 17:57
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실리콘 칩에 내장된 광학기기는 지금까지 칩에서 가장 느린 빛을
전달하는데 성공했으며, 속도를 1,200배 정도 감소시켰다. 통합된 칩기반의 플랫폼에서 광펄스를 제어하는 것은 초저전력 성능을
잠재력으로 개선하기 위한 모든 광학 양자통신 네트워크를 실현하는 중요한 단계가 된다.
캘리포니아 전기공학과 Holger Schmidt교수와 UC Santa Cruz, Brigham Young대학의 연구팀이 이 기기를 개발하였다. 느린 빛과 다른 양자 일관성 효과들은 잘 알려져 있지만, 그것들을 실용적인 애플리케이션에 사용하기 위해서는 이것이 대량생산될 수 있는 플랫폼에서 적용해야만하며, 실온이나 그 이상의 온도에서 동작시켜야한다. 그래서 이 칩은 그러한 조건에서 성공을 이루었다고 Schmidt가 말했다.
광섬유는 데이터를 광속으로 전달하지만, 라우팅과 데이터 처리작업은 여전히 광신호를 전기신호를 변화해야만 한다. 모든 광데이터 처리시스템은 광펄스를 느리게 하고, 저장하며 처리할 수 있는 소형이며, 안정적인 기기를 요구하게 될 것이다.
‘가장 단순한 사례는 사용될 수 있는 느린 광신호가 광네트워크 내에서 데이터 버퍼나 신호지연을 조정할 수 있는지 보는 것이다. 그러나 우리의 통합된 광자칩 내에서 그 이상을 예상하고 있다.’ 라고 Schmidt가 덧붙였다.
이 기기는 표준제조기술을 사용하여 실리콘 칩에 만들어진 할로우 코어(hollow-core) 광학 도파관 내부에 있는 류비듐 증기내에서 양자간섭효과에 의존하고 있다. 몇가지 다른 기술들이 빛을 느리게 하거나 심지어는 수백 밀리초 동안 정지할 수 있게 해준다. 그러나 예전에는 양자간섭에 기초한 시스템들이 저온의 환경이 필요하거나 또는 실용적인 사용을 위해서 정교한 실험실 설정이 필요했다.
2008년, 일본 NTT연구소의 연구자들은 170배 정도 광펄스를 느리게 할 수 있는 특수 실리콘칩 구조를 개발했다. 광자 크리스탈 도파관(photonic crystal waveguide)이라고 불리는 이것은 몇가지 애플리케이션에 대해서는 잇점을 가지고 있다. 그러나 Schmidt 그룹에 의해 개발된 원자 분광학칩에 대해서는 양자효과 만들지 못한다.
이 러한 양자효과는 빛을 느리게 해줄 수 있을 뿐만 아니라 빛과 양자컴퓨팅 및 양자통신시스템을 위해 근본적으로 새로운 양자기기들의 가능성을 만들어주는 물질들간의 상호작용을 가능하게 해준다. 뿐만 아니라, 이 시스템은 이 효과를 쉽게 있고, 없게 만들 수 있기 때문에, 원하는 빛의 속도로 조정할 수 있다.
‘제어 레이저의 전원을 변경하기 위해서, 우리는 단지 파워 제어 노브를 돌려서 빛의 속도를 변화시킬 수 있다.’ 라고 그가 말했다. 제어 레이저는 할로우 코어 도파관에서 루비듐 증기의 광학수치를 변경할 수 있다. 제어와 신호라는 두 레이저의 행동을 결합시킴으로서, 루비듐 원자내의 전자들은 두 양자상태의 일관된 중첩으로 이동해가게 된다. 양자물리 상태에서, 그것들은 동시에 다른 두 개의 상태로 존재하게 된다. 하나는 전자기적으로 유도된 투명성으로서 느린 빛을 만들어내는 주요한 원인이 된다.
‘일반적으로, 루비듐 증기는 신호레이저로부터 빛을 흡수한다. 그래서 아무것도 통과할 수 없게 된다. 그때, 제어 레이저가 켜지고, 서로 충돌하게 되면, 이 물질은 투명하게 된다. 그래서 신호펄스가 통과할 수 있을 뿐만 아니라, 더 느리게 움직이게 되는 것이다.’ 라고 Schmidt가 말했다. 이 연구는 전자기적으로 유도된 투명성을 보여준 첫 번째 시연이며, 완전히 독립적인 원자 분광학칩에서 느린 빛이 될 수 있다. ‘이것은 느린 빛에서 비선형적인 광학효과를 보게 하는 것이다. 우리는 모든 광학스위치, 단일광자 탐지기, 양자메모리 기기 및 다른 재미있는 가능성들을 만들기 위해서 이것을 잠재적으로 사용할 수 있다.’ 라고 Schmidt가 덧붙였다.
캘리포니아 전기공학과 Holger Schmidt교수와 UC Santa Cruz, Brigham Young대학의 연구팀이 이 기기를 개발하였다. 느린 빛과 다른 양자 일관성 효과들은 잘 알려져 있지만, 그것들을 실용적인 애플리케이션에 사용하기 위해서는 이것이 대량생산될 수 있는 플랫폼에서 적용해야만하며, 실온이나 그 이상의 온도에서 동작시켜야한다. 그래서 이 칩은 그러한 조건에서 성공을 이루었다고 Schmidt가 말했다.
광섬유는 데이터를 광속으로 전달하지만, 라우팅과 데이터 처리작업은 여전히 광신호를 전기신호를 변화해야만 한다. 모든 광데이터 처리시스템은 광펄스를 느리게 하고, 저장하며 처리할 수 있는 소형이며, 안정적인 기기를 요구하게 될 것이다.
‘가장 단순한 사례는 사용될 수 있는 느린 광신호가 광네트워크 내에서 데이터 버퍼나 신호지연을 조정할 수 있는지 보는 것이다. 그러나 우리의 통합된 광자칩 내에서 그 이상을 예상하고 있다.’ 라고 Schmidt가 덧붙였다.
이 기기는 표준제조기술을 사용하여 실리콘 칩에 만들어진 할로우 코어(hollow-core) 광학 도파관 내부에 있는 류비듐 증기내에서 양자간섭효과에 의존하고 있다. 몇가지 다른 기술들이 빛을 느리게 하거나 심지어는 수백 밀리초 동안 정지할 수 있게 해준다. 그러나 예전에는 양자간섭에 기초한 시스템들이 저온의 환경이 필요하거나 또는 실용적인 사용을 위해서 정교한 실험실 설정이 필요했다.
2008년, 일본 NTT연구소의 연구자들은 170배 정도 광펄스를 느리게 할 수 있는 특수 실리콘칩 구조를 개발했다. 광자 크리스탈 도파관(photonic crystal waveguide)이라고 불리는 이것은 몇가지 애플리케이션에 대해서는 잇점을 가지고 있다. 그러나 Schmidt 그룹에 의해 개발된 원자 분광학칩에 대해서는 양자효과 만들지 못한다.
이 러한 양자효과는 빛을 느리게 해줄 수 있을 뿐만 아니라 빛과 양자컴퓨팅 및 양자통신시스템을 위해 근본적으로 새로운 양자기기들의 가능성을 만들어주는 물질들간의 상호작용을 가능하게 해준다. 뿐만 아니라, 이 시스템은 이 효과를 쉽게 있고, 없게 만들 수 있기 때문에, 원하는 빛의 속도로 조정할 수 있다.
‘제어 레이저의 전원을 변경하기 위해서, 우리는 단지 파워 제어 노브를 돌려서 빛의 속도를 변화시킬 수 있다.’ 라고 그가 말했다. 제어 레이저는 할로우 코어 도파관에서 루비듐 증기의 광학수치를 변경할 수 있다. 제어와 신호라는 두 레이저의 행동을 결합시킴으로서, 루비듐 원자내의 전자들은 두 양자상태의 일관된 중첩으로 이동해가게 된다. 양자물리 상태에서, 그것들은 동시에 다른 두 개의 상태로 존재하게 된다. 하나는 전자기적으로 유도된 투명성으로서 느린 빛을 만들어내는 주요한 원인이 된다.
‘일반적으로, 루비듐 증기는 신호레이저로부터 빛을 흡수한다. 그래서 아무것도 통과할 수 없게 된다. 그때, 제어 레이저가 켜지고, 서로 충돌하게 되면, 이 물질은 투명하게 된다. 그래서 신호펄스가 통과할 수 있을 뿐만 아니라, 더 느리게 움직이게 되는 것이다.’ 라고 Schmidt가 말했다. 이 연구는 전자기적으로 유도된 투명성을 보여준 첫 번째 시연이며, 완전히 독립적인 원자 분광학칩에서 느린 빛이 될 수 있다. ‘이것은 느린 빛에서 비선형적인 광학효과를 보게 하는 것이다. 우리는 모든 광학스위치, 단일광자 탐지기, 양자메모리 기기 및 다른 재미있는 가능성들을 만들기 위해서 이것을 잠재적으로 사용할 수 있다.’ 라고 Schmidt가 덧붙였다.
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