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리서치 하이라이트

기계적 공명 장치에서의 양자 바닥 상태 및 단일 음향 양자 조절

Nature 464, 7289

양자 역학이 가진 이상하고 반 직관적인 특성은 원자 수준의 광학 및 전자 시스템에서 관측되었지만, 눈으로도 관찰 가능할 정도로 충분히 큰 기계적인 시스템에서 양자 역학이 재현되는지를 확인하려는 작업을 통해 이를 실현하는 것이 매우 어렵다는 사실을 확인할 수 있었다. 기계적인 시스템을 모든 노이즈가 제거되는 양자 바닥 상태까지 냉각시키는 것이 어려운 문제들 중에 하나였다. 산타 바바라에 위치하고 있는 캘리포니아 대학교의 물리학과에 있는 연구팀에서 이러한 문제를 극복하였다. 이들은 기존의 냉각 장치를 이용하여, 절대 영도에서 1/40도 높은 상태까지 기계적인 공명 장치를 냉각시켜 높은 진동 주파수(oscillation frequency)를 가질 수 있도록 만드는데 성공하였다. 이러한 공명 장치는 ‘양자 드럼(quantum drum)’으로 불리며, 초전도 현상을 갖는 양자 비트와 결합하게 된다. 양자 비트는 양자 온도계 역할을 하며, 공명 장치에서 나오는 여기 현상을 검출하게 된다. 만일 이러한 여기 현상이 전혀 없다면, 그 다음으로는 단일 양자의 여기 현상인 음향 양자가 시스템으로 적용되며, 공명 장치와 큐빗 사이를 수 차례 왔다 갔다 할 수 있게 되고, 그에 따라서 기계 시스템에서 양자를 조절할 수 있게 될 것이다.