Three-dimensional imaging of cavity vacuum with single atoms localized by a nanohole array

공간에 물질이 없는 상태를 진공이라고 한다. 그러나 양자역학에 따르면, 이러한 진공은, 완전히 비어 있는 것이 아니라, 영점 에너지라고 불리는 미약한 에너지로 채워져 있다. 1927년 영국의 이론 물리학자 디락(Paul Dirac, 1933년 노벨 물리학상 수상)은 진공 에너지가 만드는 전자기장에 의해 여기상태의 원자가 바닥상태로 천이하면서 광자를 방출한다고 제안하였다. 그 후 진공 에너지 및 진공 에너지가 만드는 전자기장의 존재는 여러 실험결과로 부터 간접적으로 확인되었다. 그러나 기술적인 한계 때문에 진공 에너지를 직접 형상화하는 가장 확실한 방법으로 그 존재를 입증한 적이 아직까지 없었다. 안경원 교수 연구팀은 나노격자와 단일 바륨 원자를 검출기로 이용해 진공 에너지의 3차원 공간분포를 형상화하는 데 성공했다. 진공상태에 놓인 두 거울 사이를 원자 하나가 원하는 경로로 지나 가도록하여 그 사이에 갇힌 진공에너지를 측정한 것이다. 이 같은 형상화 기술과 나노미터 수준의 원자제어 기술은 향후 양자통신이나 양자컴퓨터 같은 양자정보처리 등에 널리 활용될 것으로 기대된다.

An optical cavity can be used to measure fluctuations in the vacuum arising from the creation and annihilation of virtual particles. Using a nanohole array to control the position of probe atoms, Lee et al. map the vacuum field in two directions and combine the results to produce a 3D profile.

Authors: Moonjoo Lee, Junki Kim, Wontaek Seo, Hyun-Gue Hong, Younghoon Song, Ramachandra R. Dasari and Kyungwon An

Journal: Nature Communications
DOI:10.1038/ncomms4441
Publication Date: Published 07 March 2014
Link: http://www.nature.com/ncomms/2014/140307/ncomms4441/full/ncomms4441.html