IBS, 단일 원자의 전자스핀 이용..새 플랫폼 제시
원격제어로 여러 큐비트 구조에 적용한 시스템
원격제어로 여러 큐비트 구조에 적용한 시스템
기초과학연구원(IBS)은 안드레아스 하인리히 양자나노과학 연구단장 연구팀이 일본, 스페인, 미국 등 해외 연구팀과의 국제 공동연구를 통해 고체 표면 위 단일 원자의 전자스핀을 이용한 새로운 양자 플랫폼을 제시하고, 전자스핀 3개로 복수 큐비트 시스템을 구현하는 데 성공했다고 6일 밝혔다.
이 연구결과는 국제 학술지 '사이언스(6일자)'에 게재됐다.
양자컴퓨터는 큐비트가 기본 단위로, 0과 1의 중첩 상태로 연산해 정보 저장량과 연산 속도 등이 기존 컴퓨터보다 월등히 뛰어나다. 이런 양자컴퓨터 상용화를 위해 지금까지 초전도전합, 이온트랩, 양자점 등을 이용한 다양한 큐비트가 제시됐다. 그러나 아직 어떤 종류의 큐비트가 양자컴퓨터 구현에 가장 적합한 지는 가려지지 않았다. 기존 큐비트의 약점을 보완하는 새로운 양자 플랫폼 연구가 이뤄지고 있다.
연구팀은 지난 4월 자체 개발한 첨단장비(ESR-STM)를 이용해 단일 원자의 전자스핀을 제어하고, 이를 큐비트로 활용할 수 있다는 선행 연구결과를 내놨다. 또한 멀리 떨어진 원자의 스핀 상태를 원격 제어하는 방법도 구현했다.
연구팀은 얇은 절연체(산화마그네슘) 표면 위에 여러 원자 스핀들이 상호작용할 수 있는 복수 티타늄 원자 구조를 만들어 원격 제어방식을 통해 센서와 원거리에 놓인 여러 큐비트들을 동시에 제어·측정하는 데 성공했다. 주사터널링현미경(STM)을 이용해 각 원자의 위치를 제어해 센서 역할을 하는 티타늄 원자(센서 큐비트)과 여러 큐비트(원격 큐비트)가 상호작용하면서 전자스핀 상태 변화를 확인할 수 있도록 큐비트를 설계한 것이다. 연구팀이 제시한 양자 플랫폼은 큐비트 간 정보 교환을 원자 단위에서 정밀하게 제어할 수 있고, 개별 큐비트 크기가 1㎚(나노미터) 이하인 가장 작은 크기의 큐비트를 이용해 양자집적회로를 구현할 수 있는 장점이 있다. 박수현 연구위원은 "원격으로 원자를 조작하면서 여러 개의 큐비트를 동시에 제어할 수 있다는 것은 정말 놀라운 일"이라며 "이전까지 표면에서 단일 큐비트만 제어할 수 있었던 것을 넘어 원자 단위에서 복수 큐비트 시스템을 구현하고, 수십에서 수백 큐비트까지 확장할 수 있음을 확인한 연구"라고 밝혔다.
이준기기자 bongchu@dt.co.kr
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