[김윤호 교수 토토 사이트] 냉각 원자를 통한 EPR 얽힘 구현 Einstein-Podolsky-Rosen Entanglement of Narrow-Band Photons from Cold Atoms

냉각 원자를 통한 EPR 얽힘 구현

물리학과 김윤호 교수 토토 사이트팀의 이종찬 박사는 루비듐 냉각 기체 기반에서 EPR 얽힘을 가지는 광자쌍을 구현하는데 성공했다. 이 토토 사이트는 물리학 분야에서 대표적인 저명 학술지 Physical Review Letter (2016. 12)에 게재됐다. 본 결과는 앞으로 단일 광자를 이용한 고차원 양자정보처리 토토 사이트의 기반이 될 것이다.
EPR 얽힘은 두 입자의 위치와 운동량이 양자적 상호관계를 가지는 현상으로, 1935년에 아인슈타인과 포돌스키, 로젠에 의해 처음 제안되었다. EPR 얽힘은 양자역학의 근본적인 부분을 이해하는데 중요한역할을 할 뿐 아니라 양자 이미징이나 양자 측정 등에서 핵심적인 역할을 수행한다.
EPR얽힘을 구현한 기존의 토토 사이트들은 비선형 크리스탈을 통해 EPR 얽힘을 구현하였지만, 이러한 방법은 광자가 넓은 선폭(~THz)을 가지게 되어 양자 이미지의 저장이나 고차원 양자정보처리에 응용하기에는 힘들었다. 그러나 냉각 원자를 이용한 이번 토토 사이트는 광자의 선폭을 MHz 수준으로 좁히는 것에 성공하여 해당 분야에 직접적으로 적용할 수 있는 가능성을 제시하였다.

토토 사이트 (EPR) entanglement introduced in 1935 deals with two particles that are entangled in their positions and momenta. Here, we report the first experimental demonstration of EPR position-momentum entanglement of narrow-band photon pairs generated from cold atoms. By using two-photon quantum ghost imaging and ghost interference, we demonstrate explicitly that the narrow-band photon pairs violate the separability criterion, confirming EPR entanglement. We further demonstrate continuous variable EPR steering for positions and momenta of the two photons. Our new source of EPR-entangled narrow-band photons is expected to play an essential role in spatially multiplexed quantum information processing, such as, storage of quantum correlated images, quantum interface involving hyperentangled photons, etc.