광 나노섬유를 이용한 새로운 스위치

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-12-14

일본 오키나와 과학기술대학원대학(Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University)의 연구진은 매우 얇은 광 섬유로 새로운 스위치를 개발했다. 이것은 향후에 데이터 전달에 사용될 수 있을 것이다. 이 연구결과는 New Journal of Physics에 게재되었다. 컴퓨터는 8 개의 0과 1로 모든 문자, 숫자, 기호, 공간, 이미지, 소리를 저장할 수 있다. 예를 들어, 01010000은 P를 나타낸다. 광 빔으로 온(on)/오프(off)를 전환시킴으로써 0과 1을 매우 빠르게 생성할 수 있다. 이런 정보 비트는 전기적 신호를 전환시켜서 당신의 스크린 위에 텍스트로 표시되게 한다. 이것은 온라인으로 정보를 전달하는 고전적인 방법이지만, 이번 연구진은 광과 재료의 양자 특성을 사용해서 데이터를 전달할 수 있는 더 효과적인 방법을 조사하고 있다. 이번 연구진은 서로 다른 파장의 광의 존재 하에서 루비듐 원자의 양자 특성을 기반으로 하는 온/오프 스위치를 생성하려고 노력하고 있다. 이런 시스템은 향후에 양자 네트워크 속의 빌딩 블록으로서 사용될 수 있다. 이번 연구진의 실험 장치는 서로 다른 파장에서 빛을 생성하는 두 개의 레이저로 구성된다. 광학적 나노섬유는 빛을 유도하는데 사용되고, 루비듐 원자들은 이것 주위에 포집된다. 광학적 나노섬유의 특성은 매우 얇은 지름이다. 이 지름은 섬유에 의해서 유도되는 광 파장보다 훨씬 더 작다. 따라서 일부 광은 나노섬유 밖으로 빠져나가고, 이것을 포집하는 루비듐 원자들과 상호작용한다. 이런 원자들은 양자 노드로서 작동할 수 있다. “오프” 스위치 조건은 단지 780nm를 생성하는 레이저만이 온(on)될 때만 발생한다. 광이 광학적 나노섬유 밖으로 새어 나갈 경우에, 루비듐 원자들은 광의 최대량을 흡수하고 어떤 빛도 섬유를 통과해서 지나갈 수 없다. 이와는 대조적으로, 스위치는 776nm와 780nm의 광이 존재할 때 전환된다. 이런 상황에서, 대부분의 빛은 광학적 나노섬유를 통과해서 전달되고, 루비듐 원자들은 단지 최소한도로 흡수된다. 광학적 나노섬유는 표준 광섬유와 직접적으로 연결되기 때문에, 광은 또 다른 양자 시스템에 전달될 수 있다. “광학적 나노섬유를 사용하는 것은 기존의 섬유 기반의 통신 네트워크와 우리의 시스템을 완전히 통합할 수 있게 한다. 이 연구는 양자 정보에 대한 실용적인 해법이 되지 않지만, 이것은 양자 역학을 기반으로 하는 장치를 실제로 구현할 수 있게 한다”고 Síle Nic Chormaic 교수가 설명했다. 이 실험은 0(오프)과 1(온)을 단지 발생시키지만, 원자의 양자 반응을 추가적으로 활용함으로써 동시에 온과 오프의 빛을 보낼 수 있게 한다. 향후에, 양자 네트워크는 더 많은 데이터를 동시에 처리하게 할 수 있고, 정보 전달의 효율을 증가시키고, 더 나은 사이버 보안을 제공할 수 있을 것이다. “이것은 빛을 매우 효율적으로 유도할 수 있는 광 나노섬유로서 작동하는데 매우 유용하게 적용될 수 있을 것이다. 이런 시스템은 가까운 미래에 양자 네트워크의 상당한 진보를 가지게 할 것”이라고 이 논문의 저자 중 하나인 Ravi Kumar가 말했다. 이 연구결과는 New Journal of Physics에 “Multi-level cascaded electromagnetically induced transparency in cold atoms using an optical nanofibre interface”라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1088/1367-2630/17/12/123012). 그림. 실험 장치. 루비듐 원자들은 광학적 나노섬유 주위에서 포집되고 780nm와 776nm의 파장의 빛을 흡수한다. 이런 효과는 온/오프 스위치를 생성하는데 사용될 수 있다. noname0112.bmp http://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=42063.php