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양자 간섭계에서의 분산효과 및 분산제거에 대한 연구

Title
양자 간섭계에서의 분산효과 및 분산제거에 대한 연구
Other Titles
Study on all order dispersion cancellation in quantum interferometry
Author
류진수
Alternative Author(s)
Ryu, Jinsoo
Advisor(s)
오차환
Issue Date
2021. 8
Publisher
한양대학교
Degree
Doctor
Abstract
기존에 알려져 있는 프랜슨의 비국지적인 분산 상쇄나 슈타인버그의 국지적인 분산 상쇄는 광자 쌍이 강한 시간적 상관관계와 강한 주파수 반상관관계를 가질 때에만 이루어질 수 있으며, 둘은 모두 분산 계수가 2차항으로 근사할 수 있을 때에만 성립한다. 고차항이 충분히 큰 고분산 매질에서는 다른 방법이 필요하다. 본 논문에서는 광자 쌍이 고분산 매질을 통과하는 경우에도 분산 무시 효과가 있는지를 확인하기 위해서, 슈타인버그의 국지적 분산 상쇄 실험이 적용되지 않는 범위의 고분산 매질을 고온의 루비듐 증기 셀을 이용하여 만들었다. 이 분산 매질을 Hong-Ou-Handel(HOM) 간섭계의 한 쪽 팔에 넣어 분산 상쇄가 되지 않는 것을 확인 하였다. 그러나 반대편의 경로에도 같은 고분산 매질을 넣어 분산 매질에 균형을 맞추어 HOM간섭계를 구성하면 고분산 매질의 경우에도 분산 상쇄가 이루어지는 것을 확인하였다. 하지만 HOM간섭계에서의 분산 상쇄는 에너지 시간 얽힘이 없어도 가능하다. 두 광자가 독립적이고 구분이 가능한 경우에도 분산의 상쇄 효과가 나타난다. 같은 분산 매질을 통과시키기 때문이다. 불균형 마하-젠더 간섭계를 한 쪽에만 추가한 수정된 HOM간섭계를 구성하면, 이 간섭계는 시그널 광자와 아이들러 광자의 파동 패킷이 겹치지 않는 경우에도 간섭무늬가 발생하며 이 간섭 무늬는 반사와 투과, 긴 경로와 짧은 경로의 4가지 조합의 파동함수가 중첩되어 형성된다. 시그널 광자와 아이들러 광자의 파동 패킷이 겹치지 않도록 마하-젠더 간섭계의 경로 차를 충분히 크게 하여 분산 매질을 통과시켰을 때에 수정된 HOM 간섭계의 간섭 신호가 분산으로 인하여 가시성(visibility)이 줄어든다. 그러나 시그널과 아이들러 양쪽에 동일한 분산 매질을 넣은 경우 가시성이 다시 복원되는 것을 확인하였다. 여기에서 가시성이 복원이 되는 것은 광자 쌍의 시간의 상관성과 주파수 반상관성이 모두 고려되어야 설명 가능하다. 양자 통신의 경우 가시성이 중요한 문제이다. 매질에 의한 분산은 가시성을 저하시키는 가장 큰 요소이며, 분산 효과가 없어야 정보의 소실이 없어지게 된다. 본 연구를 통해서 광자가 분산 매질을 통과하여 단일 광자의 파동 패킷이 크게 왜곡이 되더라도, 얽힘 광자 쌍의 시간 상관성과 주파수 반상관성을 이용하여 분산 상쇄 효과를 만들어낼 수 있으며, 분산 매질을 통과하기 전과 같은 가시성을 가지는 신호를 보낼 수 있음을 확인하였다.
URI
http://hanyang.dcollection.net/common/orgView/200000500423https://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/163953
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GRADUATE SCHOOL[S](대학원) > PHYSICS(물리학과) > Theses (Ph.D.)
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