■ 삼각 구조 자성 물질에서 세계 최초 양자 상태 발견 ​ ● 양자 컴퓨터에 활용할 수 있는 키타에프(Kitaev) 모델을 자성 물질에서 구현 ​ ★ 과학기술정보통신부는 서울대 박제근 교수 및 이화여대 김성진 교수 연구팀이 삼각 격자 구조 자성 반데르발스(van der Waals) 물질에서 양자 물질 상태를 일으키는 키타에프(Kitaev) 상호 작용이 존재한다는 사실을 처음 확인했다고 2023년 08월 29일 밝혔다. 키타에프(Kitaev) 모델은 벌집 구조를 가지는 물질에서 나타나는 양자 현상이며, 소수의 2차원 모델 중 하나로, 오류가 없는 양자 컴퓨터를 구현할 수 있는 양자 상태를 가지기 때문에 많은 관심을 받고 있다. 하지만, 벌집 구조가 아닌 삼각 격자 구조를 가진 물질이 양자 상태를 가질 경우..

■ 고체 액체 기체 플라스마 아닌 신규 양자 물질 발견​ ★ 국내 연구팀이 양자 컴퓨터의 큐비트(qubit) 역할을 할 수 있을 것으로 기대되는 새로운 양자 물질을 발견했다. 큐비트(qubit)는 양자컴퓨터에서 사용하는 기본 단위를 뜻한다. 퀀텀 비트(quantum bit)의 줄임말이다. 동국대 물리반도체과학과 임현식 교수는 양자 컴퓨터 소자를 연구하던 중에 우연히 새로운 물리학 현상을 포착했고, 2015년부터 연구한 끝에 극저온 실리콘(Si) 금속에서 '새로운 양자 물질' 을 세계 최초로 발견했다고 2023년 02월 06일 발표했다. ​ ★ "제가 참여한 일본 이화학연구소(RIKEN) 연구 그룹은 고체 물질을 이용한 양자 컴퓨터 소자를 최초 개발했어요. 그 과정에서 알루미늄(Al)과 이산화규소(SiO2..

■ 빛으로 작동하는 양자 엔진, 세계 첫 구현 성공 ● 국내 공동 연구팀, ‘초방사’ 활용 양자 엔진 실물 구현 성공 빛으로 동작하는 양자 엔진(양자 열기관. quantum heat engine)을 구현하는 데 국내 연구진이 세계 최초로 성공했다. 내연 기관에서 연료가 폭발할 때에 발생하는 압력의 힘으로 실린더 속 피스톤을 움직이는 것처럼 빛의 압력(광압)을 이용해서 엔진을 움직이게 하는 원리이다. 2022년 07월 22일 과학기술 정보통신부에 따르면, 서울대, 삼성종합기술원, 성균관대, 포스텍 공동 연구팀은 ‘초방사(超放射, superradiance)’를 활용한 양자 엔진을 실물로 구현하는 데 성공했다. 초방사(超放射. super-radiance)란 들뜬 상태(excited state. 에너지가 높은 ..

■ 100년 가설, 빛으로 고체 양자 성질 제어 성공 ● 100년전 가설 증명, 빛으로 양자 성질 바꾼 채 '25시간 지속' 포스텍 물리학과 이길호 교수·조길영 교수 연구팀이 빛으로 고체 물질의 양자 성질을 다양하게 변화시키고, 제어하고 측정할 수 있는 플랫폼을 개발하는 데 성공했다. 관련 논문은 2022년 03월 16일 최상위 국제학술지 '네이처'에 게재됐다. 논문 제목은 '그래핀 조셉슨 접합 내의 안정적인 플로켓(Floquet)-안드레예프(Andreev) 상태'이다. 플로켓(Floquet) 상태는 전자와 빛이 양자역학적으로 결합한 상태를 말한다. 과학계에서는 아주 작은 크기의 고체 물질의 경우, 열이나 압력 등 기존 방식 외에도 빛을 쬐어주면 양자 성질이 바뀐 '플로켓(Floquet) 상태'가 될 수..

■ 자기장 온도 변화 초정밀 감지, 양자 센서 개발 한국표준과학연구원이 자기장과 온도 변화를 동시에 초정밀 측정할 수 있는 다이아몬드 양자 센서를 개발했다고 2022년 03월 31일 밝혔다. 저온이나 자기 차폐 환경이 아닌 일상 환경에서도 동작하며, 자기장과 온도의 미세한 분포를 영상화할 수 있다는 점이 특징이다. 센서, 반도체, 2차 전지 등 국가 첨단 산업 발전에 크게 기여할 전망이다. 순수한 다이아몬드 내부에 양자 스핀을 갖는 질소 빈자리 결함을 인위적으로 생성하면, 다이아몬드는 양자 센서 역할을 하게 된다. 스핀은 전자가 갖는 물리량으로, 스핀이 위로 바로 서 있으면 0, 뒤집히면 1을 나타낸다. 질소 빈자리 결함은 다이아몬드를 구성하는 탄소가 제자리에 위치하지 않고, 이곳이 질소와 만날 때 생기..

■ 세계에서 가장 정밀한 퀀텀 자이로스코프 개발 ● 광주과학기술원(GIST), 양자 역학 원리 이용, 퀀텀 자이로스코프 개발 국내 연구진이 양자 역학의 원리를 이용하여 세계에서 가장 정밀한 자이로스코프(gyroscope)를 만들어 냈다. 위성 항법 장치(GPS)나 스마트폰, 자율주행차, 사물인터넷 등의 위치 확인 및 항법 장치 등에 보다 정밀하고 빠른 정보를 제공하는 데 활용될 수 있어 주목된다. 광주과학기술원(GIST·지스트)은 함병승 전기전자컴퓨터공학부 교수 연구팀이 파동 양자 광학의 결과인 결맞음 드브로이파(CBW)를 사냑자이로스코포에 적용한 퀀텀 자이로스코프(quantum gyroscope) 이론을 개발했다고 2021년 11월 22일 밝혔다. 기존 사냑자이로스코프의 해상도를 최소 4배 초월하는 퀀..

■ 차세대 반도체, 스커미온 기반 전자 소자 기술 개발 ● D램 1000배 집적도, 스커미온 기반 전자 소자 핵심 기술 개발 한국표준과학연구원(KRISS)은 양자기술연구소 양자 스핀팀이 스커미온(Skyrmion, 소용돌이 모양으로 스핀들이 배열되어 형성되는 스핀 구조체) 기반 전자 소자를 구현할 핵심 기술을 개발하는 데 성공했다고 2021년 10월 05일 밝혔다. 차세대 반도체인 뉴로모픽(Neuromorphic) 소자, 로직 소자 개발의 핵심 기술인 스커미온(Skyrmion) 기반 전자 소자가 국내 연구진에 의해 개발된 것이다. 엄청난 전기를 쓰면서 열도 많이 나는 기존 반도체와 달리 대용량을 저전력으로 처리할 수 있어 획기적이라는 평가이다. 인공지능, 슈퍼컴퓨터 등은 ‘전기 먹는 하마’라고도 불릴 만큼..

■ 세계의 미스터리 초전도 원리, 한국 과학자가 규명 ● 한국전자통신연구원(ETRI), 초전도 현상 규명 새로운 이론 개발 양자 컴퓨터는 초전도 상태에서 동작하는 회로로 만들어진다. 특히, 양자 컴퓨터에서 정보를 세는 단위인 큐빗(cubit)은 대표적인 초전도 소자를 이용하여 구현한다. 따라서, 양자 컴퓨터는 초전도 양자 회로 (Superconducting Quantum Circuit)로 구성된다. 1911년 네덜란드 과학자 온네스(Onnes)가 수은이 3K 온도에서 초전도 현상을 보이는 것을 처음으로 발견했다. 하지만, 초전도 현상은 1911년 발견된 이후, 그것의 원리는 규명되지 못했다. 그런데, 그것의 이론을 국내 연구진이 110년만에 독자적인 원리를 개발, 설명하는 데 성공했다. 초전도 현상 관련..

■ 아인슈타인이 몰랐던 양자역학, 한국인이 해결! ● 아인슈타인(Einstein)도 이해 못한 비밀, 한국 과학자가 100년만에 풀었다 인간은 뉴턴(newton)의 고전 역학으로 '거시 세계'의 비밀을 알아 낸 후, 신(神)의 지위인 하늘과 땅을 엿보는 듯 했다. 그러나, 전기와 화학 등의 등장과 함께 '미시 세계'의 벽에 부딪히고 만다. 도대체 전기가 왜 어떻게 빛과 열을 만들어 내는 지, 여러 가지 물질들이 왜 서로 섞여 독특한 성질이 만들어지거나 분류돼 다른 물질이 되는 지, 고전역학으로는 전혀 이해할 수가 없었던 것이다. 그래서, 100년 전에 태동한 것이 양자역학(양자물리학 또는 양자과학. Quantum mechanics)이다. 물리적으로 가장 작은 단위(원자)를 구성하는 핵과 전자의 움직임을 ..

■ KAIST, 반도체 내 스핀 구름 세계 최초 입증 ● 양자전기 소자·컴퓨터 구현 이어 미래 반도체 기술 개발도 꿈 아냐 “집 앞 넓은 야외에서 아주 평화롭게 낭만을 만끽하고 있는 아빠(클린트)는 딸에게 활 쏘는 법을 가르치고, 아들들은 야구를 하고, 엄마는 맛있는 점심을 챙긴다. 그런데, 아빠가 뒤를 돌아본 순간, 아내와 자녀들은 온데간데없이 사라졌다.” 2019년 개봉한 영화 ‘어벤져스(Avengers), 엔드게임(Endgame)’의 도입부이다. 이 영화는 양자 터널을 지나 시간 여행을 하는 양자의 세계를 소재로 삼았다. 이처럼 과학의 발달로 빛처럼 빠른 세상, 나노 크기 영역의 미시 세계에 작용하는 물리 법칙에 관한 연구가 본격화하고 있다. 지금까지 세상을 지배해온 고전 물리 법칙이 적용되지 않는..

■ 1개의 전자가 여러 원자를 넘나든다. ● 새로운 발견, 양자 정보 통신 구현의 실마리 될 것이다. 물질의 최소 단위인 원자 주위 전자는 한 개의 원자에 속박돼 있다는 것이 그동안 물리학계의 정설이었다. 이와 정반대로, 전자 1개가 여러 원자에 걸쳐 존재할 수 있다는 새로운 사실을 국내 연구진이 처음 발견해서 국제 학술지 '네이처'에 실렸다. 도청. 감청 등이나 해킹이 불가능한 차세대 통신 기술 '양자 정 보통신'으로 연결될 수 있는 기초 연구 성과이다. 과학기술 정보통신부는 서울대 물리천문학부 박제근 교수, 서강대 물리학과 정현식 교수, 연세대 물리학과 김재훈 교수, 고등과학원 계산과학부 손영우 교수가 이같은 논문을 발표하여 네이처에 게재했다고 2020년 07월 21일 발표했다. 강순민(서울대), 김..

■ KAIST, 양자 역학 스핀 구름 존재 규명 한국과학기술원(KAIST)은 심흥선 물리학과 교수팀이 금속. 반도체 내의 불순물 자성을 양자역학적으로 가려내는 '스핀 구름' 존재를 규명하는 데 성공했다고 2020년 03월 12일 밝혔다. 50년 동안 입증되지 않아 논란이 됐던 스핀 구름 존재를 밝혀냈다. 도체나 반도체 내 불순물이 스핀을 가질 때, 이 스핀은 주위 자유 전자들이 생성한 스핀 구름에 가려진다고 알려져 있다. 콘도 효과라고 불리는 이 현상은 대표적인 자성 현상이다. 콘도 효과의 여러 특성은 대부분 규명됐으나, 스핀 구름의 존재는 입증되지 않은 채 남아있었다. 스핀 구름이 실제로 존재하는 것인가에 대한 논쟁도 있었다. 심흥선 교수 연구팀은 일본 이화학 연구소(RIKEN), 홍콩 성시대 연구진과..

■ 빛으로 양자 상태 자유 자재로 조절 빛으로 양자 상태를 정밀하게 제어하는 기술이 나왔다. 양자 원리가 적용된 양자 컴퓨터와 양자 암호에 폭넓게 활용할 수 있을 것으로 전망된다. 김광석 부산대 교수가 이끈 국제 연구팀은 ‘아하로노프 봄 효과’에 따른 양자의 진동 주기를 빛의 세기로 제어하는 기술을 개발하는 데 성공했다고 2018년 10월 17일 밝혔다. 이번 연구에는 한국과학기술연구원(KIST)과 일본 게이오기주쿠 대학, 프랑스 국립과학 연구원(CNRS) 등이 공동으로 참여했다. 1957년 야키르 아하로노프와 데이비드 봄이 발견한 아하로노프 봄 효과는 특정 조건 하에서는 전자가 자기장 세기가 0인 공간에서도 자기장이 있는 것처럼 움직이는 독특한 물리 현상이다. 양자의 에너지가 자기장에 따라 커졌다 작아..

■ 빛과 물질 사이 상호 작용 제어 성공 ● 전혀 새로운 신개념 디스플레이 개발 가능할까? 발광 다이오드(LED)나 태양 전지에 쓰이는 반도체 소자는 빛과 물질 사이의 상호 작용에 대한 물리적인 이해를 바탕으로 개발됐다. 여기에는 물체 표면에 머무는 빛을 활용해 파장보다 작은 세계를 관찰하는 ‘근접장 나노 광학 현미경’이 큰 역할을 한다. 근접장 빛은 공간으로 진행되지 않고 물체 표면에 국소화된 빛을 말한다. 울산과학기술원(UNIST) 자연과학부 박경덕 교수는 미국 콜로라도대와 메릴랜드대 연구팀과 공동으로 빛과 물질 사이 상호 작용을 실시간으로 제어하며 관찰하는 신개념 나노 현미경을 개발했다고 2019년 07월 14일 밝혔다. 연구팀은 반도체 내에서 만들어지는 준입자인 ‘엑시톤(exiton)’과 금속 내..