상온에서도 작동 가능한 양자컴퓨터 가능성 밝혀져

1. 한국원자력연구원의 발견

 

한국원자력연구원 연구진은 국제 공동연구팀과 함께, 상온에서도 대규모 양자 얽힘 현상을 가능하게 하는 양자 소재 후보 물질을 찾아냈습니다. 이번 연구에서는 김재욱 선임연구원과 그의 팀이 터븀인듐산화물(TbInO3)이 양자컴퓨터 소자 등에 활용될 수 있는 양자스핀액상(QSL) 물질로 사용될 수 있는 것을 실험적으로 확인하였습니다.

 

2. 양자컴퓨터의 혁신

 

양자컴퓨터는 기존의 컴퓨터와는 다른 개념으로, 큐비트(qubit)를 기본 계산 단위로 사용합니다. 큐비트는 0과 1을 동시에 나타내는 중첩(둘 다 나타낼 수 있음)의 특성을 가지고 있어 병렬 계산이 가능합니다. 더욱이 큐비트의 수가 늘어날수록 양자컴퓨터의 계산 능력은 기하급수적으로 증가합니다.

 

3. 상온 양자컴퓨터의 도전

 

현재 양자컴퓨터 분야의 선두주자들은 초전도체를 기반으로 양자컴퓨터를 개발하고 있습니다. 그러나 이들 시스템은 매우 낮은 온도에서만 작동하며, 온도를 유지하기 위한 부가적인 장치가 필요합니다. 이에 반해 한국과학기술연구원(KIST)은 상온에서 동작 가능한 다이아몬드 큐비트 기반 양자컴퓨터를 개발하려고 하였으나 큐비트의 정확한 위치 제어 등에 어려움을 겪고 있었습니다.

 

4. 나노 홀 마스크의 혁신적인 사용

 

KIST 연구팀은 나노 홀 마스크를 사용하여 다이아몬드 큐비트를 나노미터 단위로 정밀하게 생성하는 방법을 개발하였습니다. 이 과정에서 실리콘과 알루미늄의 특성을 이용하여 나노 홀 마스크를 만들었습니다. 이 기술을 통해 여러 개의 다이아몬드 큐비트를 정밀하게 제어하고 측정할 수 있었습니다.

 

5. QSL 물질의 중요성

 

양자컴퓨터의 구현은 양자 오류를 해결해야 하는데, 이를 위한 QSL(Quantum Spin Liquid) 물질이 중요한 역할을 합니다. QSL 물질은 양자 오류를 줄이는 데 도움을 주는 후보 소재 중 하나로 여겨집니다.

 

이번 연구에서는 QSL 후보 물질인 터븀인듐산화물(TbInO3) 단결정을 사용하여 광학전도도-주파수 제곱 비례 현상을 상온에서도 실험적으로 확인하였습니다. 이를 위해 레이저 부유 용융로를 사용하여 고품질의 단결정을 합성하고, 다양한 온도와 자기장에서 실험을 진행하였습니다.

 

6. 미래의 가능성

 

이번 연구 결과는 양자스핀액상 물질의 이론적 예측을 처음으로 실험적으로 검증한 첫 사례입니다. 이를 토대로 상온에서도 작동하는 양자컴퓨터 개발과 양자 기술의 발전에 큰 도움이 될 것으로 기대됩니다.