Overview

The main research direction in PIP is on fundamental understanding of light-to-light and light-to-matter interactions, as well as its potential applications to the future quantum technologies. The key phenomenon of light-to-light interactions is in the Young's double slit experiments based on quantum superposition, where the light interacts with only itself. Based on this general understanding, the phenomenon of nonclassicality has been researched for various types of light such as single photons, entangled photons, squeezed light, coherent light, and even thermal light. The light-to-matter interactions in a resonant or nonresonant scheme are to understand a collective coherence feature in a bulk medium and to apply it to nonlinear quantum optics via quantum coherence control of a refractive index. As a result, slow/stop light, resonance Raman, and four-wave-mixing-based squeezed light have already been old research topics, while rephasing-based quantum memories, quantum repeaters and quantum sensors have drawn recent attentions. In a summary, based on clear understanding of fundamental physics of light, light-to-light and light-to-matter interactions via quantum coherence control may open the door to the implementation of quantum information science such as quantum computing, communications, cryptography, and sensors.

빛과 빛, 빛과 물질의 상호작용을 연구하여 자연의 본질을 이해하고 그 본질을 기술에 응용하여 미래 양자기술 발전을 추동하는데 기여하고자 함. 첫째, 빛과 빛의 대표적 상호작용은 Young의 이중슬릿 실험에 있는데, 이는 "빛은 자기 스스로만 상호작용한다"는데 기초하여, 단일광자, 얽힘광자쌍, 레이저의 결맞는 빛, 그리고 햇빛과 같은 열빛을 대상으로 빛에 대한 포괄적 이해를 하고자 함. 둘째, 빛과 물질의 상호적용에 있어, 에너지 준위를 갖는 양자매질에 공진하는 혹은 비공진하는 빛의 작용에 있어 빛과 매질의 단일체로 나타나는 양자결맞음을 이해하고, 이를  비선형광학에 접목하여 주어진 물질특성을 이해하고 제어하는 것이 주 연구주제임. 예를 들면 굴절률 통제에 기초한 느린빛/멈춤빛, 공진라만, 압착광 발생 등이 초기 연구주제였다면, 비균질원자(스핀)에 의한 결풀림 제어에 기초한 양자메모리의 장시간 저장성 확보 그리고 그에 기초한 큐빗, 양자리피터, 그리고 양자센서 등의 응용이 최근 연구주제임. 결론적으로 빛 자체에 기초한 양자광학적 이해를 바탕으로, 빛과 상호작용하는 고체앙상블 매질에서 결맞는 빛 상호작용에 대한 양자광학적 특성을 이해하고 분석하여 응용가능한 현실적 수준의 양자정보(예를 들면 양자컴퓨팅, 양자통신, 양자암호, 양자센서) 전반에 관한 연구를 견인하고자 함.

 

Research Topics:

1.     Quantum memory: Optical locking, CASE, Controlled echo

2.     Quantum interface: Quantum repeaters for long-distance quantum communications

3.     Quantum optical key distribution: Unconditionally secured classical key cryptography

4.     Nonclassical light phenomenon of coherence optics: Coherence de Broglie waves, Quantum Sagnac, etc.