중국 상하이교통대, 세계 첫 궤도각운동량 도파로 광자칩 개발

【봉황망코리아】 소여옥 기자=최근 상하이교통대학 진셴민(金賢敏) 연구팀은 세계 첫 궤도각운동량(Orbital Angular Momentum, OAM) 도파로 광자칩을 개발하였다. 이로써 최초로 광칩에서 광자OAM 자유도를 확보할 수 있는 광도파로를 구축함과 아울러 도파로에서 광자OAM의 고효율 고충실도 전송을 구현하였다. 해당 성과는 광통신 및 양자컴퓨팅 등 분야에 널리 응용될 전망이다. 해당 성과는 "Physical Review Letters”에 특집기사로 발표되었다.

최근에 "도넛” 모양으로 분포된 강도 구조, 나선형 파면의 위상구조 및 OAM의 독특성을 보유하고 있는 꼬임광선(twisted light)은 광학조작, 광학집게(optical tweezer) 등 분야에 광범위하게 응용되고 있다. 뿐만 아니라 OAM은 빛의 스핀각운동량과 달리 무수한 위상학적 전하(topological charge) 및 내재적 직교성을 보유하기에 통신시스템의 채널 용량 긴축 문제 해결에도 이용할 수 있다. 이외 양자정보 등 분야에서 광자 OAM은 고차원 양자상태 분배 및 고차원 양자컴퓨터 구축에 응용 가능하다. 하지만 대규모 OAM 응용에 앞서 전송, 발생, 조작 등을 통합시켜야 하는데 기존 연구는 칩에서 OAM을 구현하지 못했다.

연구팀은 펨토초 레이저 직접묘화 기술을 통해 최초로 도파로 횡단면이 "도넛” 모양인 3차원 집적 OAM 도파로 광자칩을 개발하였다. 연구팀은 칩에서 나온 꼬임광선과 기준 광의 간섭 측정, 칩 전/후 상태에 대한 투영 측정을 통해 도파로가 저차(low order) OAM 모드를 고효율 고충실도 전송하며 전송효율은 전반적으로 60%에 도달할 뿐만 아니라 고차 모드를 저차 모드로 전환시킬 수 있음을 실험적으로 검증하였다. 뿐만 아니라 기존의 2비트 "큐비트(qubit)” 상태를 초과한 3비트 "큐트릿(qutrit)” 상태를 고충실도 전송할 수 있어 해당 도파로가 고차원 양자상태 전송 및 제어에 이용 잠재력이 있음을 설명한다.

soyeok@ifeng.co.kr
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출처 : 봉황망코리아 ｜ 차이나 포커스 http://chinafocus.co.kr/v2/view.php?no=29707&category=510003