오늘날 단일포톤은 그것의 높은 전파속도와 환경과의 약한 호상작용으로 인하여 리상적인 량자정보나르개로 알려져있다. 포톤회로에서 단일포톤전파를 조종하기 위하여 전파하는 단일포톤들의 방향을 바꾸고 각이한 통로들에로 보내는 량자빛묶음분할기가 요구된다. 량자빛묶음분할기는 량자신호를 조종하는 기본요소로서 량자정보처리에서 중요한 역할을 한다. 이런 목적에서 량자점들은 흔히 도파관들에 결합된다. 우리는 대칭 및 비대칭단일포톤빛묶음분할기에 대하여 연구할수 있는 리론적모형을 제안하였으며 실공간법에 기초하여 계의 빛묶음분할특성 특히 경로화스펙트르의 대칭조종을 연구하였다.
우리가 제안한 계를 그림에서 보여주었다. 그것은 두개의 플라즈몬도파관들로 이루어져있으며 그것들은 T형으로 구성된다. 수평으로 놓인것을 도파관 a라고 하고 수직으로 놓인것을 도파관 b라고 한다. 그리고 계는 도파관 a에 결합된 3개의 량자점(QD-1, QD-2, QD-3)을 포함한다. QD-2는 두 도파관들의 접합부에 놓이며 두 도파관에 동시에 결합된다. 량자점들은 바닥상태 |g>j와 려기상태 |e>j를 가지는 두준위계이다. 여기서 량자점들사이의 거리가 포톤의 파장정도라고 가정하고 린접한 량자점들 즉 QD-1과 QD-2, QD-2와 QD-3사이의 2중극-2중극호상작용(DDI)을 고찰한다. 이 계에서 도파관 b로부터 들어오는 단일포톤은 량자점들과 호상작용하며 도파관 a의 오른쪽 혹은 왼쪽으로 확률적으로 분할된다.
이 계의 하밀토니안은H=HF+HI+HD으로 주어진다. 첫번째 항은 량자점들과 두개의 도파관에서 자유전파되는 포톤의 하밀토니안을 나타낸다. 그리고 두번째 항은 량자점들과 전파하는 포톤사이의 호상작용을 나타낸다. 끝으로 세번째 항은 량자점들사이의 DDI를 나타낸다.
이 계에서 탈조량, QD-도파관결합세기, 량자점들사이의 DDI 세기와 같은 파라메터들을 조종함으로써 단일포톤의 반사률과 이송률을 조절할수 있다. 특히 DDI 혹은 QD-도파관결합의 대칭성을 변화시켜 계의 왼쪽과 오른쪽출구에로의 대칭 혹은 비대칭빛묶음을 실현할수 있다. 이 결과로부터 우리는 량자빛묶음분할을 조종하여 그것을 량자스위치, 량자론리문, 량자경로기와 같은 량자정보처리에 리용하는것이 가능하다는것을 직관적으로 알수 있다. 특히 제안된 계는 다통로단일포톤량자경로기로서 다중사용자량자망구축에 리용될수 있다.
이상의 연구결과는 잡지《Indian Journal of Physics》에 《The Control of the Symmetry of Quantum Beam Splitting in the Hybrid Nanosystem》(https://doi.org/10.1007/s12648-024-03319-9)의 제목으로 출판되였다.
