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단 하나의 원자로 '초방사 현상' 구현

안경원 서울대 교수 연구팀, 고효율 양자 정보 처리 도움
단일 원자 초방사의 개념도.<사진=서울대>단일 원자 초방사의 개념도.<사진=서울대>

서울대학교 물리천문학부 안경원 교수 연구팀(제1저자 김준기 박사)이 공진기 안에 원자를 하나씩 넣고 초방사를 발생시키는데 성공했다고 25일 밝혔다.

초방사 현상은 양자 컴퓨터의 정보 단위인 큐비트간의 정보 교환을 보다 효율적으로 처리할 수 있는 기술로 글로벌 IT 기업들이 주력하는 분야다.

초방사는 미국의 물리학자 로버트 디키가 1954년 이론적으로 제안한 현상. 원자들이 빛의 파장보다 훨씬 가깝게 밀집돼 여기상태(excited state)에 높이면 서로간 위상결맞음이 발생해 개별적으로 빛을 방사하지 않고 집단적으로 빛을 방사한다.

연구팀에 의하면 초방사가 일어나려면 좁은 공간에 많은 수의 원자가 밀집해 있어야 한다. 이번 연구는 원자들이 수십미터 떨어져 있음에도 공진기를 매개로 단일 원자상태에서 초방사 현상이 발생할 수 있음을 보여 준 것이다.

이번 성과로 문턱이 없는 고효율 레이저 개발과 고효율 양자 정보 처리에 도움이 될 전망이다.

연구팀은 "공진기가 빛을 가둘 수 있는 시간동안 공진기를 통과한 원자수의 제곱에 비례해 초방사가 발생했고 그 결과 공진기 안에 많은 수의 광자가 축적돼 레이저 발진이 이뤄진 것"이라고 설명했다.

한편 이번 연구는 삼성미래기술육성재단의 지원으로 수행됐고 연구결과는 사이언스지 21일자 온라인판에 게재됐다.
 
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