[랩큐멘터리]구글·인텔도 뛰어든 양자컴퓨터 세계로 '퀀텀점프'

포스텍 양자나노소자 연구실

물질이 나노미터(nm·10억분의 1m) 크기로 줄어들었을 때 나타나는 현상을 설명하는 양자역학은 실생활에서는 결코 느끼기 힘든 연구 분야다. 인간의 직관으로 설명하기 어려운 다양한 현상을 설명하는 최신 물리학이지만 여전히 밝혀지지 않은 분야가 많다. 하지만 초전도체나 양자컴퓨터처럼 인류의 생활을 한 번에 바꿀 잠재력을 가진 분야기도 하다.
 

이길호 포스텍 물리학과 교수가 이끄는 양자소자연구실은 양자역학을 실생활에 더 가까이 가져다 놓는 실험물리 연구를 진행하고 있다. 탄소 원자가 육각형으로 2차원 구조를 이루는 물질인 그래핀에 초전도체를 합쳐 나타나는 양자역학적 성질을 이용해 전자소자를 만드는 연구가 대표적이다.

이길호 포스텍 물리학과 교수.

연구실은 지난해 9월 그래핀 조셉슨 접합을 이용해 마이크로파 세기를 이론적 한계인 1초 측정기준 1아토와트(100경분의 1와트) 수준으로 검출하는 초고감도 검출기를 개발해 국제학술지 ‘네이처’에 게재했다. 전자레인지부터 5세대(5G) 이동통신 주파수 등 실생활 곳곳에 쓰이는 마이크로파는 최근 양자컴퓨터 등 양자정보기술에도 활용 가능성이 열리고 있다. 연구팀이 개발한 기술이 소자화된다면 양자컴퓨터 측정방식을 바꿔 양자컴퓨터 개발 분야의 판도를 뒤엎을 것이란 기대다.

수학에서 주로 다루던 위상의 개념이 양자역학으로 확장된 위상양자역학 연구도 진행중이다. 위상학은 연결성이나 연속성과 같은 기하학 성질을 다룬 수학 분야다. 위상물질로 제작한 소자는 양자역학적 특성을 보여 양자역학의 이론을 넓힐 뿐 아니라 응용에도 활용되는 분야로 기대받고 있다. 연구실은 지난해 7월 초전도 소자로 고차원 위상물질 존재를 실험으로 검증해 ‘네이처 머티리얼스’에 발표하면서 위상초전도 현상을 확인할 수 있는 길을 열었다.

연구실은 양자역학을 자유자재로 갖고 노는 양자소자 연구를 통해 기초물리 영역에 있던 양자역학을 응용연구 영역으로 끌어내는 데 집중하고 있다.

양자역학은 양자컴퓨터와 같은 파괴적 기술로 과학기술의 차세대 대표 연구로 꼽히며 구글과 인텔 등 다양한 기업이 너도나도 뛰어들고 있다. 양자소자연구실은 그중에서도 새로운 형태의 양자역학 연구를 추구하고 있다. 양자역학을 자유자재로 갖고 노는 양자소자 연구를 통해 기초물리 영역에 있던 양자역학을 응용연구 영역으로 끌어내는 가교역할을 하겠다는 목표다.

포스텍 양자나노소자 연구실 보러가기 https://youtu.be/3apLaQJi-_g

※대학 연구실은 인류의 미래에 어떤 일들이 펼쳐질지 엿볼 수 있는 창문입니다. 인류 지식의 지평을 넓히는 연구부터 실제 인간의 삶을 편하게 하는 기술 개발까지 다양한 모험과 도전이 펼쳐지고 있습니다.  오늘도 연구실마다 교수와 연구원, 학생들이 머리를 맞대고 열정을 펼치고 있습니다.  연구자 한 명 한 명은 모두 하나하나의 학문입니다.  동아사이언스는 210개에 이르는 연구실을 보유한 포스텍과 함께 누구나 쉽게 연구를 이해할 수 있도록 2분 분량의 연구실 다큐멘터리, 랩큐멘터리를 매주 화요일과 목요일 소개합니다. 

[조승한 기자 shinjsh@donga.com]