[논문 리뷰] Multi mode nano scale Raman echo quantum memory

С. А. Моисеев, E. S. Moiseev|arXiv (Cornell University)|2010. 01. 31.

Plasmonic and Surface Plasmon Research참고 문헌 3인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 유전체-음수치 메타물질 인터페이스에서 자기 표면 플라즈몬 폴리톤(SPP)에 결합된 원자 시스템에서 라만 에코를 이용한 나노스케일 양자 메모리 구조를 제안한다. 저손실, 초파장에 구속된 SPP 모드를 활용함으로써, 다중 모드 저장 및 양자 상태의 완벽한 복원이 가능하며, 높은 공간적 및 스펙트럼 제어를 가능하게 하는 스케일러블한 플랫폼을 제공함으로써 칩 내에서의 양자 정보 처리를 실현한다.

ABSTRACT

Low loss magnetic surface plasmon polariton (SPP) modes characterized by enhanced electrical field component and subwavelength confinement on the dielectric and negative-index metamaterial interface are presented. We demonstrate a possibility of storage and perfect retrieval of the low loss magnetic SPP fields by using a photon echo quantum memory on Raman atomic transition. We describe specific properties of the proposed technique which opens a possibility for efficient nano scale multi-mode quantum memory.

연구 동기 및 목표

• 나노스케일 광 모드를 이용한 칩 내 통합이 가능한 컴act하고 스케일러블한 양자 메모리 개발을 목적으로 한다.
• 서브웨이브레인지에 구속된 저손실 표면 플라즈몬 모드를 활용하여 기존 양자 메모리의 한계를 극복하고자 한다.
• 유전체-메타물질 인터페이스에서 SPP의 강화된 전기장 성분을 이용하여 다중 모드 양자 저장을 가능하게 하고자 한다.
• 원자 이완 전이에서 라만 에코를 이용하여 양자 상태의 고정밀 저장 및 복원을 실현하고자 한다.
• 최소한의 광학적 손실을 갖는 나노스케일에서의 양자 메모리 작동 가능성을 입증하고자 한다.

제안 방법

• 유전체와 음수치 메타물질의 인터페이스에서 자기 표면 플라즈몬 폴리톤(SPP)을 이용하여 빛을 회절 한계 이하로 구속한다.
• SPP 모드와 원자 군집 간의 상호작용을 매개하기 위해 라만 원자 전이를 활용하여 광 에코 기반의 양자 메모리 구조를 구현한다.
• SPP 모드를 설계하여 전기장 성분을 강화하면서도 전파 손실을 최소화한다.
• 레이저 펄스의 일련의 시퀀스를 적용하여 광 에코를 생성함으로써, 자극의 시간 반전을 실현하고 저장된 양자 상태의 완벽한 복원을 가능하게 한다.
• 다중 공간 또는 스펙트럼 모드를 동시에 지원하도록 시스템을 설계하여 다중 모드 작동을 가능하게 한다.
• 원자 군집의 양자 얽힘을 기반으로 저장 및 복원 과정에서 양자 상태를 유지한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 저손실, 서브웨이브레인지에 구속된 SPP 모드를 이용하여 나노스케일에서 효율적인 양자 메모리 작동이 가능한가?
• RQ2 원자 시스템에서의 라만 에코 기법을 SPP 모드에 저장 및 복원된 양자 상태에 적용할 수 있는가?
• RQ3 강화된 필드 구속을 갖는 SPP를 이용한 다중 모드 양자 저장은 가능한가?
• RQ4 음수치 메타물질은 SPP 모드의 특성을 향상시켜 양자 메모리 성능을 높이는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 나노구조 SPP 기반 양자 메모리 시스템에서 양자 상태의 완벽한 복원이 달성 가능한가?

주요 결과

• 제안된 시스템은 유전체-메타물질 인터페이스에서 저손실 자기 SPP 모드를 지원하며, 강한 전기장 강화와 서브웨이브레인지 구속을 실현한다.
• 라만 에코 메커니즘은 SPP 모드에 저장된 양자 상태의 완벽한 복원을 가능하게 하여 고정밀 양자 메모리 작동의 가능성을 확인한다.
• SPP 모드의 공간적 및 스펙트럼 다중화 능력 덕분에 다중 모드 양자 저장 잠재력이 입증된다.
• 이론적 분석을 통해 SPP 모드 내 강화된 전기장이 빛-물질 상호작용 효율을 크게 향상시킴을 확인한다.
• 나노스케일의 크기와 낮은 광학적 손실 덕분에 시스템은 스케일러블하고 칩 내 통합과 호환된다.
• 플라즈몬 및 원자 시스템을 활용한 나노스케일 양자 메모리의 향후 실험적 실현을 위한 기초를 마련한다.