한미 공동연구진, 양자컴퓨터 구현 새 접근법 제시

UNIST 김제형 교수-에도 왁스 미국 메릴랜드대 교수팀

양자정보 처리에 이용할 광소자 핵심 기술 개발

김제형 울산과학기술원(UNIST) 자연과학부 교수

한미 공동연구진이 양자정보 처리에 이용할 양자 광소자에 필요한 핵심 기술을 개발해 빛(光子)을 이용한 양자컴퓨터 구현에 새로운 접근법을 제시했다.

김제형 울산과학기술원(UNIST) 자연과학부 교수와 에도 왁스(Edo Waks) 미국 메릴랜드대 교수팀은 공동으로 전자소자에서 빛을 제어하는 실리콘 광학구조와 빛을 생성할 양자점(Quantum dot)을 정밀하게 결합하는 기술을 개발했다고 27일 밝혔다.

양자정보는 1과 0로 구분되는 비트(Bit) 대신 중첩 원리를 이용해 1과 0을 동시에 표현하는 것이 가능한 양자 비트(Quantum Bit·양자정보의 기본 단위)를 이용하며 원자나 빛 등 다양한 접근 방식이 있다.

한미 공동연구진은 빛이 편광이나 시간, 경로 정보 등을 이용하면 전자의 스핀(Spin)처럼 양자 비트를 구현할 수 있다는 데 주목했다. 하지만 양자점은 크기가 수 나노미터(㎚·1㎚는 10억 분의 1m)에 불과한 초미세 반도체 입자라 최근 양자점이 고효율 단일 양자광원으로 활용되고 있지만 빛을 제어하기는 힘들었다.



이에 공동연구진은 실리콘 기판에서 빛이 지나다니는 경로(waveguide)를 어떻게 설계하느냐에 따라 빛을 제어할 수 있다는 점에 착안해 양자점과 실리콘 기판의 장점을 모두 살리는 방법을 선택했다. 인듐 비소와 인듐 포스파이드(InAs/InP) 화합물 반도체 기반의 양자점과 빛의 경로를 설계한 실리콘 광학구조를 각각 만든 뒤 전자현미경 내에서 양자점을 떼어내 실리콘 광학구조에 정밀하게 결합했다. 결국 이 양자 광소자는 양자점에서 만들어진 빛을 실리콘 광학구조를 따라 효과적으로 전달했다.

김 교수는 “양자점으로 고효율의 양자광원을 만들고 실리콘 기판으로 빛을 제어하는 길을 만들어 양자 광소자의 기본형을 제시했다”며 “앞으로 실리콘 기판 위에 더 많은 양자점을 결합하면서 집적성을 높이고 다수의 양자광원에 대한 파장 제어 등의 연구가 진행돼야 한다”고 말했다.

/고광본 선임기자 [e-mail]