■ 포스텍, 양자컴퓨터 양자얽힘 고효율화

■ 포스텍, 양자컴퓨터 양자얽힘 고효율화

 

포스텍 연구팀이 연산 처리 속도가 빠른 양자 컴퓨터를 구현하는 핵심 기술인 양자 얽힘의 고효율화를 구현했다. 포스텍은 물리학과 이길호. 이후종 교수와 박사 과정 박건형 씨 연구팀이 양자 얽힘을 유도하기 위해 겹층 그래핀을 육방정계 질화분소(hBN) 결정막으로 보호해서 그래핀에서 무질서하게 산란되는 전자를 최소화하는데 성공했다고 2019년 12월 08일 밝혔다.

 

양자 얽힘은 두 양자 상태가 공간적으로 멀리 떨어져있어도 그것이 양자 역학적인 상관 관계로 묶여 있는 것을 말한다. 정보 처리량이 늘어날수록 연산 처리 속도가 지금까지 컴퓨터에 비해 기하급수적으로 빨라지는 양자 컴퓨터를 구현하는 핵심이다. 연구팀은 겹층 그래핀을 수직으로 쌓고, 이 두개의 겹층 그래핀 가장자리를 초전도 물질로 연결한 양자 얽힘 소자를 제작했다.

 

그동안 양자 얽힘을 유도하기 위한 여러 종류의 연구들이 진행됐다. 예를 들어 레이저 광선으로 이온이나 원자를 조작하는 '이온 트랩', 극저온에서 전기 저항이 사라져서 전력 손실 없이 전류가 흐르는 '초전도체', 실리콘 등의 반도체에 전자가 지나는 길을 제어하는 방법 등이다.

 

연구팀은 그래핀이 탄소로 이루어진 현존하는 가장 얇은 도체이면서 구리나 실리콘 보다 수백 배 더 전자를 잘 이동시키는 점에 주목했다. 겹층 그래핀 사이 간격을 초전도 결맞음 길이 보다 훨씬 얇게 하고 겹층 그래핀의 특이한 밴드 구조를 이용해 양자 얽힘 현상과 함께 일어나는 부수 현상들을 효과적으로 차단해 순수한 양자 얽힘 효율을 획기적으로 향상했다.

 

이번 연구는 2차원 물질인 겹층 그래핀과 초전도를 결합시켜 기존 초전도 전자쌍의 양자 얽힘 효율을 향상시켰다는 점에서 주목을 받았다. 연구팀은 지난 수년에 걸쳐 학계에서 높은 관심을 받았던 그래핀과 초전도를 접합시킨 조셉슨 접합에 대한 연구로도 국제적인 주목을 받았으며 이는 이번 후속 연구의 근간이 되었다.

 

이후종 교수는 “앞으로 그래핀을 포함한 2차원 물질을 이용한 양자 얽힘 등 양자 소자 개발에 새로운 활로를 열 것으로 기대된다”고 밝혔다. 한국연구재단 선도연구센터 지원사업과 삼성 미래기술 육성재단의 지원으로 수행된 이번 연구 결과는 최근 미국 화학회 국제 학술지 '나노레터스' 최신호에 실렸다.