■ 양자 컴퓨터 소자에 쓰일 후보 물질 세계 최초 발견

 

■ 양자 컴퓨터 소자에 쓰일 후보 물질 세계 최초 발견

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● 양자 얽힘 현상 구현, 터븀인듐산화물 실험적 검증 성공

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★ 국내 연구진이 상온에서 대규모 양자 얽힘 현상을 구현할 수 있는 양자 소재 후보 물질을 확인했다. 한국원자력연구원 첨단양자소재연구실 김재욱 박사 등이 참여한 국제 공동 연구진은 터븀인듐산화물(TbInO3)이 양자 컴퓨터 소자 등에 쓰일 수 있는 양자 스핀 액상(QSL) 물질이 될 수 있음을 실험적으로 증명했다고 2023년 08월 23일 밝혔다. 양자 컴퓨터는 양자 역학의 고유 특성인 양자 중첩과 얽힘을 이용해 한 번에 많은 정보를 동시에 처리할 수 있다. 또 특정 문제에 대해 기존 슈퍼 컴퓨터 보다 수백만 배 이상 빠르게 풀 수 있어 양자 기술이 미래 산업의 판도를 바꿀 게임 체인저 기술로 주목받는다. 하지만, 양자 역학적 중첩과 얽힘 현상은 구현이 어렵다. 온도 변화, 불순물, 외부 전자기장 등 미세한 자극에도 다양한 오류가 발생하기 때문이다. 취약한 양자 상태를 안정적으로 만들려면, 절대영도(-273.15도)에 가까운 극저온 환경을 구현해야 하는 등 까다로운 조건들이 필요하다. 현재까지 수많은 양자 스핀 액상(QSL) 후보 물질에 대한 검증이 이뤄졌지만, 불순물. 무질서한 물질 구성 등으로 인해 광학 전도도. 주파수 제곱 비례 현상을 실험적으로 확인할 수 없었다.

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★ 하지만, 공동 연구진은 최초로 양자 스핀 액상(QSL) 후보 물질 중 하나인 터븀인듐산화물(TbInO3) 단결정에서 광학 전도도. 주파수 제곱 비례 현상을 실험적으로 확인하는 데 성공했다. 영상 27도 수준의 실온에서도 광학 전도도 비례 현상이 나타났다. 이는 터븀인듐산화물(TbInO3)가 상온에서도 양자 스핀 액상(QSL) 특성을 구현할 수 있음을 실제 확인한 최초 사례라고 연구진은 설명했다. 양자 컴퓨터 프로세스가 가동될 때 나타나는 고유 현상인 '광학 전도도 비례 현상'과 '양자 스핀 액상' 현상을 구현했다. 김재욱 박사는 "이번 연구 결과는 양자 스핀 액상 물질의 오래된 이론적 예측을 실험적으로 검증한 첫 사례이다. 향후 양자 컴퓨팅과 양자 센서 소자 설계에 큰 도움이 될 것이다" 라고 말했다. 이번 연구 결과는 국제학술지인 '네이처 피직스'에 2023년 08월 17일 온라인 게재됐다.

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