한미 공동 연구진이 비교적 흔한 소재인 자석으로 양자컴퓨터 연산을 구현할 수 있는 기술을 세계 최초로 선보였다.
한국과학기술원(KAIST)은 김갑진 물리학과 교수 연구팀이 미국 아르곤국립연구소, 일리노이대 어바나샴페인과의 공동 연구를 통해 ‘광자·마그논 하이브리드 칩’을 개발하고 다중 펄스 간섭 현상을 실시간으로 구현하는 데 세계 최초로 성공했다고 6일 밝혔다. 연구성과는 국제 학술지 ‘NPJ 스핀트로닉스’와 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 지난달 게재됐다.
마그논은 여러 원자가 모였을 때 그 스핀들이 집단적으로 진동하는 상태다. 스핀은 N극과 S극이라는 자석의 성질을 구현하는 전자의 상태다. 마그논은 정보를 한쪽으로만 전달하는 비상호성이 있어 노이즈(불필요한 신호)를 차단하는 양자칩 개발에 쓰일 수 있다. 양자 정보를 수십㎞ 전송하는 양자통신 소자로도 응용이 가능하다. 하지만 이를 위해 필요한 마그논 위상 정보 등을 제어하는 기술에 한계가 있는 상황이다.
연구팀은 작은 자석 구슬인 이트륨철가넷(YIG) 2개를 12㎜ 간격으로 배치하고 그 사이에 구글·IBM 등 양자컴퓨터에 사용되는 회로인 초전도공진기를 설치한 후 한쪽 자석에 신호를 넣어서 다른 자석으로 정보가 전달되는지를 실험했다. 그 결과 수 나노초(10억 분의 1초)의 짧은 신호부터 이보다 긴 마이크로파 신호까지 손실 없이 전달되는 것을 확인했다.
연구팀은 자석이 양자 연산의 핵심 부품으로 활용될 수 있음을 세계 최초로 보여준 실험이라고 강조했다. 이번 연구성과가 자성체로 이뤄진 양자컴퓨터 개발에 기여할 것으로 기대했다. 김 교수는 “양자 스핀트로닉스라는 새로운 연구 분야의 가능성을 열었다”며 “고효율 양자정보 처리 장치 개발을 위한 중요한 전환점이 될 것으로 기대된다”고 말했다.
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