초록 ▼

연구개요
본 연구는 궁극적으로 광집게 배열에 포획된 극저온 분자 집단을 이용한 차세대 양자 시뮬레이터 플랫폼의 구축을 목표로 한다. 본 과제에서는 연구의 첫 단계로서, 저온 MgF분자를 생성하고, 이를 검출하는 것을 목표로 한다. 먼저, 2.4 K의 온도까지 분자를 냉각시킬 수 있는 pulse tube 냉각기를 구매, 설치한다. 이 냉각기 안에 파우더 형태의 MgF₂를 굳혀서 만든 MgF₂ 펠렛을 넣은 후, 532 nm 의 pulsed YAG laser를 이용한 ablation 기법으로

연구개요
본 연구는 궁극적으로 광집게 배열에 포획된 극저온 분자 집단을 이용한 차세대 양자 시뮬레이터 플랫폼의 구축을 목표로 한다. 본 과제에서는 연구의 첫 단계로서, 저온 MgF분자를 생성하고, 이를 검출하는 것을 목표로 한다. 먼저, 2.4 K의 온도까지 분자를 냉각시킬 수 있는 pulse tube 냉각기를 구매, 설치한다. 이 냉각기 안에 파우더 형태의 MgF₂를 굳혀서 만든 MgF₂ 펠렛을 넣은 후, 532 nm 의 pulsed YAG laser를 이용한 ablation 기법으로 MgF분자를 생성한다. ablation은 진공 상태에서 이루어져야 하기 때문에, 이를 위한 진공 챔버를 제작한다. 이때, 향후에 이루어질 버퍼가스 냉각, 자기광포획 등의 전체 실험 셋업을 고려하여, 확장 가능한 디자인으로 구축한다. 또한, 외부공진기형 다이오드 레이저를 구축하여 분자 관측용 레이저로 활용한다.

연구 목표대비 연구결과
- pulse tube 냉각기를 구매하였다. 코로나 상황 및 제조사 공장 이전으로 인하여 냉각기의 납품이 당초 예상보다 늦어져서, 지난 2021년 5월에 냉각기가 납품되었다.
- 분자빔 생성을 위한 진공 챔버를 디자인하고 주문 제작하였다.
- 저온 실험을 위한 온도 shield 및 버퍼가스셀을 디자인하고 주문 제작하였다.
- ablation을 위한 pulse YAG laser를 구매하여 설치하였다.
- He 버퍼가스를 저온 시스템에 도입시키기 위한 가스 시스템을 디자인하여 필요한 장비를 구입하였다.
- 분자를 관측하기 위한 레이저 시스템을 구축하였다. 이 레이저는 718 nm의 파장을 가진 Ti:Sapphire 레이저를 frequency doubling하여, 분자의 전이 파장인 359 nm의 빛을 제공한다.

연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
1980년대에 원자의 레이저 냉각과 자기광포획이 이루어지면서, 중성 원자는 그 단순한 구조와 제한된 상호 작용에도 불구하고, 원자 시계, Bose-Einstein Condensation의 실현, Quantum simulation, 새로운 물리 법칙의 발견을 위한 정밀측정 등 물리학 전반에 걸쳐 큰 발전을 가져왔다. 그 공헌으로 지금까지 두 번의 노벨 물리학상도 배출하였다. 2원자 분자는 회전/진동 등 풍부한 내부 에너지 구조와 전기 및 자기 쌍극자 상호작용을 보유하고 있어, 기존의 원자로는 접근할 수 없었던 다양한 물리 현상의 연구가 기대되고 있다. 2원자 분자의 레이저 냉각과 자기광포획은 분자가 가진 잠재력을 최대한으로 사용할 수 있는 토대가 될 것이다. 극저온 분자의 연구가 막 피어나고 있는 이 시점에 국내에서도 분자의 냉각과 포획 연구를 시작하여 양자 기술, 양자 화학, 정밀 측정 등 물리학 분야의 발전에 기여해야 할 것이다.
본 연구는 이와 같은 극저온 극성 분자의 가능성에 착목하여 국내에서 최초로 이원자 극성 분자를 레이저 냉각하여 양자 시뮬레이터를 구축하고자 한다. 이를 통하여 기존의 플랫폼에서는 다루기 힘들었던 안정된 양자 계산, 복잡한 다체계 시스템의 시뮬레이션은 물론, 반응의 양자 역학적 기작 규명 및 제어까지 아우르는 넓은 의미의 양자 시뮬레이터의 실현이 기대된다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 1. 냉각기 구매 ... 4
• 2. 진공 챔버 ... 5
• 3. 버퍼가스 셀 ... 5
• 4. 버퍼가스 라인 ... 5
• 5. 온도 shield ... 6
• 6. ablation용 레이저 구매 ... 6
• 7. 분자용 메인 레이저 설치 ... 6
• 8. 분자용 추가 외부공진기형 다이오드레이저 제작 ... 7
• 9. 레이저 주파수 안정화를 위한 루비듐 주파수 기준 셋업 완성 ... 8
• 10. MgF 분자를 이용한 양자 얽힘 구현 논문 발표 ... 9
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 10
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 11
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 11
• 6. 참고문헌 ... 12
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 13
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 14
• 끝페이지 ... 20