특집 원자물리원자-공진기시스템을이용한양자정보와양자광원연구 템을이용한양자정보와양자광원연구라는두가지주 제를중심으로공진기 -QED 분야의최근연구동향을소 개한다. 2. 양자정보연구동향 양자정보라는단어가화제가되기시작한것은최근의 일이다. 양자정보에서는, 0 과 1 로이루어지는고전

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흥기 정
6 years ago
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1. 서론 20세기초물리학의혁명을이끌었던양자역학의태동은두방향에서이루어졌다. 그한방향은원자의성질에대한연구에서나타났다. 고전전자기학과원자의행성모델로는설명하지못한수소원자의선스펙트럼을보어는기존의행성모델에양자화된궤도각운동량이란가설을덧붙여서성공적으로설명하게되었다. 이는양자역학을탄생시키는계기가되었고또한원자물리학역사의시작점이되기도한다.

1 1. 서론 20세기초물리학의혁명을이끌었던양자역학의태동은두방향에서이루어졌다. 그한방향은원자의성질에대한연구에서나타났다. 고전전자기학과원자의행성모델로는설명하지못한수소원자의선스펙트럼을보어는기존의행성모델에양자화된궤도각운동량이란가설을덧붙여서성공적으로설명하게되었다. 이는양자역학을탄생시키는계기가되었고또한원자물리학역사의시작점이되기도한다. 이후에수소원자에서발견된 Lamb 편이를설명하기위한이론적인연구로인해양자전기역학이정립되었다. 다른한방향은역시고전전자기학으로설명되지않는빛현상문제를해결하려는시도에서이루어졌다. 이는 향에서양자물리학의탄생을이끌었지만사실역사적으로나물리적인현상측면에서나빛과원자에대한연구는항상밀접한관계에있어왔다. 원자의상태변화는충돌의경우를제외하면반드시광자의흡수나방출을동반한다. 이과정에대한아인슈타인의연구는후에발명될레이저의이론적기초를제공했다. 레이저의우수한시간적, 공간적결맞음특성은광과학분야의눈부신발전을주도했다. 이에맞물려원자와빛의상호작용을근원적인수준에서연구하는것이실험적으로가능해졌는데, 그대표적인분야가바로공진기-QED(cavity quantum electrodynamics) 이다. 공진기-QED에서는대표적인양자역학적기본입자인원자와광자를공진기를통해결합하여이사이에서일어나는다양한양자역학적인현상을연구한다. 지난 특집 원자물리 원자 - 공진기시스템을이용한양자정보와양자광원연구 안경원 * 바로플랑크가제안한양자화가설이다. 플랑크는빛의에너지가불연속적으로존재한다고가정해야만고전전자기학에서는설명하지못하던흑체복사의스펙트럼이비로소이론적으로설명될수있다고주장했다. 얼마후아인슈타인이역시마찬가지로고전전자기학으로는설명되지못한광전효과현상을설명하기위해플랑크의양자화가설을채택하여양자화된에너지를빛자체의성질로받아들였다. 바로광자의개념이태어난순간이었다. 이처럼원자와빛의성질에대한연구는서로다른방 2~30년동안원자-공진기시스템은예전부터이론적으로만예측되어오던수많은양자광학적인현상들을실험적으로증명하는데에큰공헌을했을뿐만아니라, 응용적인측면에서도많은연구자들의기대를받고있다. 2012년공진기-양자전기역학분야에서의업적을인정하여 S. Haroche가노벨물리학상을수상한것은 (D. Wineland와공동수상 ) 그의연구가뛰어났기때문이기도하지만이분야연구의성과들이그만큼주목받고있다는증거이기도하다. 1) 본글에서는공진기-원자시스 * 서울대학교물리천문학부 18 권 1 호광학과기술 3

1994 년 Shor 의알고리즘이제 안되면서추상적으로존재했던양자컴퓨터에대한개념 이현실화되었고, 그이후양자순간이동 (teleportation) 등양자정보의원리를이용한다양한논의가이어져왔다. 하지만이론적으로다방면으로논의가활발히전개되어 온것에비해실제실험적으로는미시양자시스템을정확 하게제어하는것이쉽지않은일이었다.

2 특집 원자물리원자-공진기시스템을이용한양자정보와양자광원연구 템을이용한양자정보와양자광원연구라는두가지주 제를중심으로공진기 -QED 분야의최근연구동향을소 개한다. 2. 양자정보연구동향 양자정보라는단어가화제가되기시작한것은최근의 일이다. 양자정보에서는, 0 과 1 로이루어지는고전적인 비트대신에, 원자나스핀등미시양자시스템을이용하여 양자비트, 즉큐빗 (qubit, quantum bit 의약자 ) 을통해 정보처리및연산을한다 년 Shor 의알고리즘이제 안되면서추상적으로존재했던양자컴퓨터에대한개념 이현실화되었고, 그이후양자순간이동 (teleportation) 등양자정보의원리를이용한다양한논의가이어져왔다. 하지만이론적으로다방면으로논의가활발히전개되어 온것에비해실제실험적으로는미시양자시스템을정확 하게제어하는것이쉽지않은일이었다. 양자정보기술을실험적으로구현하는일에있어가장 어려운문제는결맞음풀림 (decoherence) 현상이다. 임 의의양자상태는주변환경과상호작용을하면서본래가 지고있던양자결맞음을잃어버리게되는데, 이러한현 상은결맞은양자현상을정보처리및연산을하는데충 분한시간동안유지하는데큰걸림돌이된 다. 이를극복하기위해서는결맞음풀림 현상보다더강한상호작용을활용하여양 자상태를제어할필요가있으며, 이러한 필요조건을만족시키는시스템들중하나 가공진기 -QED 시스템이다. 공진기 -QED 시스템을양자정보연구 에접목시킨대표적인연구그룹은앞서 언급한 2012 년도노벨상수상자중한명 인프랑스 CNRS 의 S. Haroche 교수의 그룹이있다. 같은해공동수상한 D. Wineland 교수의그룹이빛을이용하여 원자의양자상태를생성하고측정했다면, Haroche 그룹은원자를이용하여공진기 장을생성하고측정하는연구를수행하였 다. 이들은리드버그원자빔과초전도체 마이크로파공진기를결합하여강한상호 작용을만들어냈다. 특히이상호작용을이용하여소위 슈뢰딩거고양이상태라불리는빛의거시적양자중첩상 태의생성에성공했는데, 이러한중첩상태는양자정보 의기본툴이되기에큰반향을일으켰다. 2) 또, 이렇게 생성된중첩상태에대하여공진기장의양자비파괴측정 (Quantum non-demolition measurement) 를수행하 고이를통해양자단층분석 (tomography) 을수행한바 있다. 3) 일반적인원자의약 1000 배크기를갖는리드버그원자가공진기안으로하나씩입사한다. 공진기를빠져나오는원자를통해공진기내광자의유무를구분한다. 그림 년노벨상수상자인 D. Wineland 교수 ( 좌 ) 와 S. Haroche 교수 ( 우 ). Wineland 그룹은빛으로원자의양자상태를, Haroche 그룹은원자로빛의양자상태를제어하고측정한공로를인정받아노벨상을수상했다. (Bengt Nyman 사진 ) 최근에는공진기장을양자되먹임을이용하여비고전 적상태로제어하는연구를발표한바있다. 4) 양자역학 의기본원리에따르면측정은상태를변화시키기때문 그림 2.. Haroche 그룹의원자 - 공진기시스템의개념도. 고품위마이크로파공진기와리드버그원자빔을결합하여강한상호작용을하면서결맞음풀림에둔감한양자시스템을구축하였다. 그림출처 : 스웨덴왕립과학원, 글상자 : 역주. 광자가두개의거울로이루어진공진기내부에서반사되어수십초간머무른다. 이때광자가이동하는거리는대략지구한바퀴와같다. 4 OPTICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY January 2014

그림 3.. 양자네트워크의개념도. a) 여러양자메모리 (quantum node) 들이양자채널들을통해양자정보를공유한다. b) 정보를저장하는물질과전달하는광자사이의양자인터페이스가개념도. c) Rempe 그룹과같은공진기 -QED 시스템을통한기초적인양자네트워크의모습. 그림출처 : H. J. Kimble, Nature 453, 1023 (2008). 그림 4.. R. Blatt 그룹의이온 - 공진기시스템의개념도.

이연구에서는공진기와상호작용하는원자들을이용하되비공진조건에서원자위상변화를측정하여, 공진기상태를변화시키지않으면서측정하는양자비파괴측정을수행하였다. 이렇게측정된공진기양자상태를토대로공진기상태가특정광자수에서고정되도록공진기에입사하는원자의상태를조절하였다. 이렇게양자되먹임을주는방식으로결맞음풀림현상과공진기의감쇄에도불구하고공진기내부광자수를일정하게유지할수있음을입증했다.

3 그림 3.. 양자네트워크의개념도. a) 여러양자메모리 (quantum node) 들이양자채널들을통해양자정보를공유한다. b) 정보를저장하는물질과전달하는광자사이의양자인터페이스가개념도. c) Rempe 그룹과같은공진기 -QED 시스템을통한기초적인양자네트워크의모습. 그림출처 : H. J. Kimble, Nature 453, 1023 (2008). 그림 4.. R. Blatt 그룹의이온 - 공진기시스템의개념도. 이온은중성원자와또다른특성을가지고있어공진기와결합했을때가능성이풍부하다. 그림출처 : Insbruck 대학홍보자료, 에고전적인되먹임으로상태를일정하게유지시키는것이쉽지않다. 이연구에서는공진기와상호작용하는원자들을이용하되비공진조건에서원자위상변화를측정하여, 공진기상태를변화시키지않으면서측정하는양자비파괴측정을수행하였다. 이렇게측정된공진기양자상태를토대로공진기상태가특정광자수에서고정되도록공진기에입사하는원자의상태를조절하였다. 이렇게양자되먹임을주는방식으로결맞음풀림현상과공진기의감쇄에도불구하고공진기내부광자수를일정하게유지할수있음을입증했다. 막스플랑크양자광학연구소의 G. Rempe 교수그룹은공진기-QED 시스템을이용하여하나의포획된원자와하나의광자가상호작용하는양자인터페이스를구현하고그성질을연구해왔다. 그들의목적은공진기에포획된원자의긴결맞음시간을이용하여양자정보를저장하는양자메모리를만들고, 이정보들을외부와상호작용이적은매질인광자에전사하여양자메모리들사이의정보교환에활용하는것이다. 그들은공진기안에냉각포획된루비듐원자와얽힌상태의단광자를발생시킨후이단광자에대한투사측정을통하여원하는양자정보를원자에저장하였다. 이렇게원자에저장된양자정보는다시단광자의편광정보로전이되며, 광섬유로연결된다른공진기속원자의양자상태로저장된다. 그들은또한같은시스템에서광자를매개로하여 21m 떨어진두원자들의얽힘상태를만들어내는데성공하였다. 5) 나아가같은거리의두원자들사이의양자원격이동을실험적으로구현하였다. 두광자사이의원격이동 실험에비해멀리떨어진두매질을이용한실험은그들의양자상태와얽힌상태의광자들의벨상태측정을필요로한다. 그러므로원자와얽힌상태를가지는광자의수집효율이높은원자-공진기시스템은이점을가진다. 실제로원자-공진기시스템을이용한실험에서는자유공간에포획된이온간의양자원격이동실험 6) 에비해 10만배이상의효율을달성할수있었다. 7) 한편, 앞서언급한 Rempe 그룹과는달리, Innsbruck 대학의 R. Blatt 그룹은이온원자를이용하여원자-공진기정보교환을달성하였다. 이온포획의역사는원자포획의역사보다오래되었지만이온포획이갖는전하유도특성상고품위공진기와의결합이쉽지않았다. 하지만꾸준한기술개선을통하여이온과공진기가보다강한상호작용을하는공진기-QED 시스템을구축하는데성공하였고 8) 이를통하여이온의양자상태를공진기의양자상태로전송하는실험에성공한바있다. 9) 이들은더나아가포획된이온이위치제어에유리하다는강점을이용하여하나의공진기장에두개의이온을동시에포획하는데성공하였다. 그들은이렇게포획된두이온을공진기장을매개로하여얽힌상태로제어하는실험에성공하였다. 10) 생성된이온-이온의얽힌상태는 90% 가넘는높은충실도 (fidelity) 를보여준다. 이연구결과는멀리떨어진두개의원자-공진기시스템을이용하여얽힌상태를만들어낸앞선 Rempe 그룹의실험과비교하여하나의공진기장만을사용한다는점에서또다른응용가능성을점칠수있는연구결과로평가된다.

그림 5.. 서울대학교양자광레이저연구실의공진기 -QED 마이크로레이저. 원자빔은공진기에입사하기전레이저에의해들뜬상태가된다. 공진기안에들어간원자각각은공진기장과결맞은상호작용을한다. 그리하여기존의레이저에서는사라지는양자역학적특성이보존되어양자광이발생하게된다. 그림출처 : M. S. Feld, and K.

4 그림 5.. 서울대학교양자광레이저연구실의공진기 -QED 마이크로레이저. 원자빔은공진기에입사하기전레이저에의해들뜬상태가된다. 공진기안에들어간원자각각은공진기장과결맞은상호작용을한다. 그리하여기존의레이저에서는사라지는양자역학적특성이보존되어양자광이발생하게된다. 그림출처 : M. S. Feld, and K. An, Scientific American 279, 56 (1998). 3. 양자광원연구동향 비고전광또는양자광이란고전적인전자기학으로기 술되지않고양자역학을적용해야만이해될수있는빛 을말한다. 지금부터 50 년전에개발된레이저는현재산 업현장과연구실, 의료분야등에서다양하게활용되고 있으며, 최근에는아토초레이저, 테라헤르츠레이저등 특수한레이저들도개발되고있다. 그러나이러한모든 레이저들, 즉일반적인레이저들이발생하는빛의특성 은고전전자기학으로설명될수있다. 하지만 sub- Poisson 빛같은양자광은고전전자기이론으로는설명 되지않는특성을갖고있으며, 이러한특성덕에기존의 레이저로는불가능한다양한일을할수있다. 지금부터 는원자 - 공진기시스템을이용한양자광의발생및응용 을소개한다. 또한비록양자광원은아니지만원자 - 공진 기시스템을이용하여원자시계의성능을크게향상시킬 수있는미세선폭레이저를소개한다. 가. Sub-Poisson 광원 일반적인레이저광원은진공요동에의한잡음, 즉산 탄잡음 (shot noise) 을갖고있어서측정에있어정확도 의근원적한계가있다. 이한계를극복하는 고전적 인 방법은광원의세기를크게하는것이다. 하지만광원의 세기가커지면광학계를구성하는광학부품들의열적인 변형을가져올수있으며방사압으로인한잡음의증가 가발생한다. 따라서단순히레이저의세기를크게하는 것으로는측정의정밀도를높이는데에한계가있다. 이 런한계를극복하는광원으로서대표적인것이 sub- Poisson 광원이다. Sub-Poisson 광원은광자수분포가 일반적인레이저가갖는 Poisson 분포에비해좁기때문 에, 같은세기의레이저에비해작은세기잡음을보인 다. 우리연구실에서는원자 - 공진기시스템을이용한공 진기 -QED 마이크로레이저에서 sub-poisson 분포를 11), 12) 성공적으로구현한바있다. 이시스템에서는여기된상태의바륨원자빔을공진기 와결합시키는데, 결합상수가원자와공진기의감쇄율보 다크고원자 - 공진기장의상호작용시간이잘정의되어 있기때문에원자들각각이결맞은라비진동을겪게된 다. 일반적인레이저의광자수안정화가공진기의감쇄 에의해서만일어나는것과는달리, 공진기 -QED 마이 크로레이저에서는공진기모드의원자수가일정량이상 이되면공진기를지나는원자가광자수안정화에추가 적으로기여하게된다. 이와같은원리에의해미소레이 저는 Poisson 광자수분포보다좁은 sub-poisson 분포 를갖는다. Sub-Poisson 빛과같은양자광은초미세측정에서활 용도가높을것으로기대된다. 예를들어, 최근에는미소 공진기센서를이용한단일분자운동측정 13) 이분자생물 에의응용으로기대를받고있는데, 이런측정에서는약 한빛으로도대상의상태가쉽게변할수있다는어려움 이있다. Sub-Poisson 빛은세기잡음이산탄잡음보다 작기때문에측정대상에영향을주지않을정도의약한 세기로도충분한신호대잡음비를가능하게한다. 나. 단광자광원 단광자광원은 Poisson 분포를가지는일반적인레이 저광원과달리한번에하나의광자를발생시킬수있는 광원이다. 높은효율및반복률의단광자발생은양자통 신및양자연산, 양자원격이동등의실현에필수적인

5 그림 6. 일반적인레이저광원과단광자광원의광자분포. 요소이기때문에다양한시스템에서연구되어왔다. 매개하향변환 (Parametric down conversion) 은단광자를이용한실험에흔히사용되어왔지만원하는시간에단광자를얻을수없다는한계를가지고있다. 하나의원자, 이온, 또는분자, 양자점, 다이아몬드색깔중심을여기시킨후자발방출을통해광자를얻는방법또한방출방향을제어할수없기에효율성의문제를가지고있다. 이를보완하기위해높은세기의레이저를통해방출되는광자의수를늘리고높은개구수의렌즈를통해집속하는방법이시도되나시료의안정성에문제를야기하기도한다. 14) 원자-공진기시스템을이용한단광자광원은퍼셀효과 (Purcell effect) 를통해공진기모드방향으로자발방출률을증가시킴으로써단광자들을공간적으로잘정의된모드를통해높은수집효율로방출할수있다는장점을가지고있다. 또공진기와결합한단일원자를통해광자를원하는시간에발생시킬수있는주문한단광자발생이가능하다. 진공-유도라만단열경로 (Vacuumstimulated Raman adiabatic passage) 방법을적용하는경우, 발생한광자의파형또한임의로조절할수있다. 원자-공진기를이용한단광자광원은현재까지 9.6MHz의반복률 15) 과 56% 의효율을기록하고있다. 16) 이선폭으로결정되는데, 이와더불어펌핑레이저의선폭또한중요하다. 여기서는광원자시계의성능을개선할수있는두가지미세선폭레이저를소개하려한다. 첫번째미세선폭레이저는초방사 (superradiance) 레이저이다. 초방사란파장길이보다훨씬작은간격안에집속된원자집단이단일모드의빛에의해유도방출할때원자의이중극자가동기화된안테나와같이행동하여강한빛이방출되는현상을말한다. JILA에서는초방사현상을이용한레이저를최근에개발하였는데, 미세선폭을가능하게한다는점에서그결과가주목받고있다. 17) 일반레이저에서는품위값이높은공진기안에이득매질을두고, 들뜬상태의원자나분자의유도방출을통해공진기안에수많은광자들을복제해내어강한세기의방향성을가진빛을만들어낸다. 이때공진기의기계적혹은열적진동으로공진기주파수가바뀌면서레이저의선폭또한퍼지게되는데, 통상적으로는안정적인참조공진기에공진기의주파수를고정하는방법으로주파수를안정화한다. 그동안이방법을통해얻어진가장좁은레이저선폭은 sub-hertz 수준이었다. 18) 이에반해초방사레이저는원자앙상블의동기화된작용으로품위값이매우낮은공진기안에서광자수가 1개미만인상태에서도효율적으로원자앙상블의위상정보를이끌어낼수있다. 광자수가매우적으므로광자를매개로공진기의진동이원자에주는반작용이무시할정도로작기때문에레이저의주파수는원자의전이주파수에의해결정되며, 레이저선폭은일반레이저에비해 다. 원자시계안정화를위한미세선폭레이저 원자의전이로인해방출되는빛은매우정확한진동자역할을한다. 이러한원리를이용한원자시계는현재시간표준으로이용되며, 정확한거리측정을가능하게하여 GPS(Global Positioning System) 에이용되고있다. 원자시계의성능은주로원자의온도와전이주파수, 전 그림 7.. 일반적인레이저 ( 위 ) 와초방사레이저의비교 ( 아래 ). 그림출처 : 참고문헌 17 번. 18 권 1 호광학과기술 7

특히정밀한원자-공진기시스템의결합상수제어 21) 와원자의나노미터수준위치제어기술을이용하여원자-공진기시스템의특이점현상 22) 이나진공요동의실험적측정 23) 등의연구를진행한바있다.

6 특집 원자물리원자-공진기시스템을이용한양자정보와양자광원연구 4. 국내동향및향후전망 그림 8.. (a) 일반레이저에서공진기의주파수 ( 파란색 ) 가원자의주파수 ( 빨간색 ) 와다른경우, 레이저주파수는공진기를쫓아간다. (b) 본연구에서관측된양자주파수당김현상을이용하면원자 - 공진기의어긋난주파수를상쇄시켜레이저주파수가원자의주파수 ( 빨간색 ) 와항상같아지도록만들수있다. 국내에서는필자의연구실에서원자-공진기시스템을이용한다양한양자현상을연구하고있다. 특히정밀한원자-공진기시스템의결합상수제어 21) 와원자의나노미터수준위치제어기술을이용하여원자-공진기시스템의특이점현상 22) 이나진공요동의실험적측정 23) 등의연구를진행한바있다. 최근에는이를더욱심화시켜앞서언급한세기압축률이높은 sub-poisson 광원과미세선폭레이저를포함하여, 고효율고반복률단광자발생시스템, 24) 원자-공진기의결맞은상호작용을이용한결맞게펌핑된쌍극자레이저 25) 등을연구중에있다. 이러한시스템은양자정보전반과정밀측정등의분야에다양하게활용될수있다. 1/10,000수준으로좁아질수있다. 두번째로소개할미세선폭레이저는양자주파수당김 (quantum frequency pulling) 레이저이다. 레이저에서주파수당김이란공진기의공진주파수와원자의공진주파수가일치하지않고어긋나있을때레이저의발진주파수가원자의주파수쪽으로끌어당겨지는현상을말한다. 주파수당김의정도는공진기와이득물질의선폭으로결정되는데결맞은상호작용의효과가사라지지않은공진기-QED 레이저에서는이효과가다르게나타날것으로예상할수있다. 우리연구실에서는원자와공진기가강하게결합하는공진기-QED 미소레이저에서새로운양자주파수당김현상을이론적으로예측하고 19) 실험적으로입증하는데성공하였다. 20) 양자주파수당김현상에서는주파수당김이원자-공진기결합상수의제곱에비례하여증폭이되며원자의수에비례하여커진다. 특히강결합조건에서원자수를광자수보다무척크게만듬으로써원자-공진기주파수어긋남을완전히상쇄시킬수있다. 따라서기계적진동혹은열적변화에의한공진기-원자주파수어긋남을제거하여한층더좁아진레이저선폭을얻을수있다. JILA의초방사레이저가품위값이낮은공진기안에서의초방사현상을이용, 적은수의광자로거울진동에의한반작용을줄인것이라면, 우리연구실에서찾아낸방법은이와반대로초고품위공진기안에서의강한상호작용을적극활용하는방법이라는점이흥미롭다. 그림 9.. 나노미터수준으로국소화된원자를이용하여측정한공진기내진공요동의 3 치원구조. 진공요동이란입자와반입자가생성과소멸을반복하며생기는에너지기저상태를말한다. 중성원자를이용하여진공요동의 3 차원구조를측정한실험은이실험이최초이다. 그림출처 : 참고문헌 23 번. 그림 10.. 나노미터수준원자국소화기술을응용하여개발중인결맞게펌핑된쌍극자레이저에서관측한출력과에너지변환효율. 이득물질의밀도반전에만의존하는기존레이저에서와는달리이득물질의위상을결맞게제어하여레이저출력을극대화하고에너지변환효율도향상시킬수있다. : 레이저출력, : 에너지변환효율. 에너지변환효율은 Bloch 벡터가 Bloch sphere 에서적도를가리킬때최대가된다. 위결과에서는결맞지않은효과, 즉밀도반전의효과가남아있어서최대출력은원자밀도반전각도가 0.75π 근방일때발생하였다. 미출판자료. 8 OPTICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY January 2014

7 여태까지의공진기 - 양자전기역학의앞선연구들이양 자역학의근원적성질의확인과간단한양자현상의확인 들이었다면향후연구는이를이용한양자인터페이스와 기능성양자광발생에초점이맞춰질것으로예상된다. 앞서소개한시스템들은물론, 보다강한원자 - 공진기 결합을위하여나노단위의미소공진기를활용하거나 26) 고차모드를선택적으로활용하기위하여임의로고차모 드의축퇴를제거하는 27) 등의심화된연구가진행중에 있다. 이러한보다발전된연구를통하여기초연구를뛰 어넘는다양한가능성을보일수있을것으로기대한다. 참고문헌 [1] 김준기, 안경원, 물리학과첨단기술 21 권 12 호, 3 (2012). [2] M. Brune, E. Hagley, J. Dreyer, X. Maitre, A. Maali, C. Wunderlich, J.M. Raimond, and S. Haroche, Phys. Rev. Lett. 77, 4887 (1996). [3] S. Deleglise, I. Dotsenko, C. Sayrin, J. Bernu, M. Brune, J.M. Raimond, and S. Haroche, Nature 455, 510 (2008). [4] C. Sayrin, I. Dotsenko, X. Zhou, B. Peaudecerf, T. Rybarczyk, S. Gleyzes, P. Rouchon, M. Mirrahimi, H. Amini, M. Brune, J.M. Raimond, and S. Haroche, Nature 477, 73 (2011). [5] S. Ritter, C. Nolleke, C. Hahn, A. Reiserer, A. Neuzner, M. Uphoff, M. Mucke, E. Figueroa, J. Bochmann and G. Rempe, Nature 484, 195 (2012). [6] S. Olmschenk, D. N. Matsukevich, P. Maunz, D. Hayes, L.-M. Duan, and C. Monroe, Science 323, 486 (2009). [7] C. Nolleke, A. Neuzner, A. Reiserer, C. Hahn, G. Rempe, and S. Ritter, Phys. Rev. Lett. 110, (2013). [8] A. Stute, B.Casabone, B. Brandstatter, D. Habicher, H.G. Barros, P.O. Schmidt, T.E. Northup, and R. Blatt, Appl. Phys. B. 107, 1145 (2012). [9] A.Stute, B.Casabone, B. Brandstatter, K. Friebe, T.E. Northup, and R. Blatt, Nature Photonics 7, 219 (2013). [10] B. Casabone, A. Stute, K. Friebe, B. Brandstatter, K. Schuppert, R. Blatt, and T. E. Northup, Phys. Rev. Lett. 111, (2013). [11] W. Choi, J.-H. Lee, K. An, C. Fang-Yen, R. R. Dasari, and M. S. Feld, Phys. Rev. Lett. 96, (2006). [12] 서원택, 홍현규, 이문주, 송영훈, 이재형, 조영탁, 안경원, 광학과기술 13 권 3 호, 8-17 (2009). [13] A. M. Armani, R. P. Kulkarni, S. E. Fraser, R. C. Flagan, and K. J. Vahala, Science, 317, 783 (2007). [14] Y. Dumeige, F. Treussart, R. Alleaume, T. Gacoin, J.-F. Roch and P. Grangier, J. Lumin (2004). [15] S. Kang, S. Lim, M. Hwang, W. Kim, J.-R. Kim and K. An, Opt. Express 19, 2440 (2011). [16] A. Reiserer, C. Nolleke, S. Ritter and G. Rempe, Phys. Rev. Lett. 110, 17. J. G. Bohnet, Z. Chen, J. M. Weiner, D. Meiser, M. J. Holland and J. K. Thompson, Nature, 484, 78 (2012). [18] B. C. Young, F. C. Cruz, W. M. Itano, and J. C. Bergquist, Phys. Rev. Lett. 82, 3799 (1999). [19] H.-G. Hong and K. An, Phys. Rev. A. 85, (2012). [20] H.-G. Hong, W. Seo, Y. Song, M. Lee, H. Jeong, Y. Shin, W. Choi, R. R. Dasari, and K. An, Phys. Rev. Lett. 109, (2013) 21] S. Kang, Y. Choi, S. Lim, W. Kim, J.-R. Kim, J.-H. Lee, and K. An, Opts. Ex. 18, 9286 (2010). [22] Y. Choi, S. Kang, S. Lim, W. Kim, J.-R. Kim, J.-H. Lee, and K. An, Phys. Rev. Lett. 104, (2010). [23] M. Lee, J. Kim, W. Seo, H.-G. Hong, Y. Song, R. Dasari, and K. An, arxiv: [24] M. Hwang and K. An, J. Kor. Phys. Soc. 63, 922 (2013). [25] J. Kim, Y. Song and K. An, Coherently pumped cavity qed microlaser. In The 23rd International Conference on Atomic Physics (Palaiseau, France, 23-27, July, 2012). [26] J. D. Thompson, T. G Tiecke, N. P. de Leon, J. Feist, A.V. Akimov, M. Gullans, A. S. Zibrov, V. Vuletic, and M. D. Lukin, Science 340, 1202 (2013). [27] J. Kim, M. Lee, W. Seo, H.-G. Hong, Y. Song, and K. An, Opts. Lett. 37, 1457 (2012). 약력 안경원 2001 년 12 월 - 현재서울대학교물리천문학부조교수, 부교수, 교수 1998 년 3 월 년 12 월한국과학기술원물리학과조교수 1995 년 6 월 년 2 월 Postoctoral Fellow, Research Scientist G. R. Harrison Spectroscopy Laboratory, Massachusetts Institute of Technology 1986 년 9 월 년 5 월 Ph. D. in Physics, Massachusetts Institute of Technology 1983 년 3 월 년 2 월서울대학교물리학과이학석사 1979 년 3 월 년 2 월서울대학교물리학과이학사 * 본원고는안경원교수연구실의박사과정김준기, 송 영훈, 황명규의도움을받아작성되었음. 18 권 1 호광학과기술 9

< C6AFC1FD28BEC8B0E6BFF8292E687770>

< C6AFC1FD28BEC8B0E6BFF8292E687770> 단일 광자: 개별적 광자 상태의 생성과 비파괴 측정* DOI: 10.3938/PhiT.21.049 김 준기 안경 원 Generation and Nondestructive Detection of In- Haroche 교수와 David J. Wineland 교수가 노벨 물리학상 dividual Photon States 을 수상하게 되었 Junki KIM and