1960년대 발명된 이후 레이저는 과학과 일상 생활을 모두 변화시켜 식료품점 스캐너부터 시력 교정 수술에 이르기까지 모든 분야에 활력을 불어넣었습니다. 기존 레이저는 빛의 개별 입자인 광자를 제어하여 작동합니다. 그러나 최근 수십 년 동안 연구자들은 이 아이디어를 진동이나 소리의 작은 단위인 포논을 포함한 다른 유형의 입자로 확장했습니다. 포논을 마스터하면 얽힘과 같은 특이한 양자 효과에 대한 접근을 포함하여 완전히 새로운 기능을 잠금 해제할 수 있습니다.
로체스터 대학교(University of Rochester)와 로체스터 공과대학(Rochester Institute of Technology)의 과학자들은 이제 나노 규모에서 이러한 진동을 정밀하게 제어할 수 있는 새로운 유형의 압착 포논 레이저를 개발했습니다. 이러한 수준의 제어는 연구자들이 중력, 입자 운동 및 양자 행동에 대한 근본적인 질문을 탐구하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그들의 연구 결과는 네이처커뮤니케이션즈어떻게 이러한 미세한 진동이 조화롭게 레이저와 같은 방식으로 작용하도록 유도했는지 설명하세요.
포논 레이저의 노이즈 극복
URochester Institute of Optics의 Marie C. Wilson 및 Joseph C. Wilson 광학 물리학 교수인 Nick Vamivakas는 이전에 2019년에 진공에서 광학 핀셋을 사용하여 진동을 포착하고 공중에 띄우는 방식으로 포논 레이저를 시연했습니다. 이는 큰 진전이었지만 시스템을 정밀 측정에 유용하게 만들려면 모든 레이저가 공유하는 주요 과제인 소음을 해결해야 했습니다. 이러한 원치 않는 변동은 신호를 방해하고 정확도를 제한합니다.
Vamivakas는 “레이저가 육안으로는 안정된 빔처럼 보이지만 실제로는 변동이 심해 측정에 레이저를 사용할 때 소음이 발생합니다”라고 말합니다. “올바른 방식으로 빛으로 포논 레이저를 밀고 당기면 포논 레이저 변동을 크게 줄일 수 있습니다.”
정밀도 향상을 위한 소음 감소
이 문제를 해결하기 위해 팀은 포논 레이저에 존재하는 자연적인 열 잡음을 줄이기 위해 압착이라는 기술을 사용했습니다. 이 노이즈를 낮추면 훨씬 더 정확한 측정이 가능해집니다. Vamivakas에 따르면 이 접근 방식은 기존의 광 레이저나 무선 주파수 기술을 기반으로 한 방법보다 가속도를 더 정확하게 측정할 수 있습니다.
항법 및 물리학의 미래 응용
향상된 정밀도를 통해 포논 레이저는 탁월한 정확도로 중력 및 기타 힘을 측정하는 강력한 도구가 될 수 있습니다. 이 기능은 미래 내비게이션 시스템에서 중요한 역할을 할 수 있습니다. 연구원들은 위성에 의존하지 않는 GPS에 대한 매우 정확하고 “재해가 없는” 대안으로 양자 나침반을 제안했으며, 포논 레이저는 이러한 개념을 현실에 더 가깝게 만드는 데 도움이 될 수 있습니다.
이 연구는 국립과학재단(National Science Foundation)의 지원을 받았습니다.
출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2026/03/260331001058.htm
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