KAIST, 3차원 반도체 제어·해독 소자 집적 기술 개발

기존 양자컴퓨팅 한계 극복

대규모 양자컴퓨터를 위한 시스템 개념도. (KAIST 제공)© 뉴스1

(대전=뉴스1) 심영석 기자 = KAIST 전기및전자공학부 김상현 교수 연구팀이 기존 양자컴퓨팅 시스템의 대규모 큐비트 구현의 한계를 극복하는 3차원 반도체 해독 소자 집적 기술을 개발했다.

24일 KAIST에 따르면 모놀리식 3차원 집적 공정은 반도체 하부 소자 공정 후 상부의 박막층을 형성하고 상부 소자 공정을 순차적으로 진행함으로써 정렬도를 극대화할 수 있는 기술을 말한다.

양자컴퓨터는 큐비트 하나에 0과 1을 동시에 담아 여러 연산을 한 번에 처리할 수 있는 차세대 컴퓨터다. 최근 IBM과 구글 등 글로벌 기업이 양자컴퓨터 제작에 성공하면서 양자컴퓨터가 차세대 컴퓨터로 주목받고 있다.

기존 컴퓨터의 정보 단위인 ‘비트’의 경우 1비트당 1개의 값만 가지는 것에 반해 양자컴퓨터의 정보 단위인 ‘큐비트’는 1큐비트가 0과 1의 상태를 동시에 가진다. 따라서 비트에 비해 큐비트는 2배 빠른 계산이 이뤄지는 만큼 많은 수의 큐비트를 활용한 대규모 양자컴퓨터 개발이 매우 중요하다.

특히 큐비트의 수가 많은 대규모 양자컴퓨터 개발을 위해서는 큐비트를 제어·해독하는 소자에 대한 개발이 필수적이다.

이에 연구팀은 큐비트 회로 위에 저전력, 저잡음 초고속 특성이 매우 뛰어난 III-V 화합물 반도체, 고전자 이동 트랜지스터(HEMT)를 3차원으로 집적해 수천 혹은 수만 개의 큐비트에 아주 짧은 거리에서 일대일로 연결 가능한 구조를 제시했다.

또 연구팀은 250도 이하에서 상부 제어·해독 소자를 집적하는 웨이퍼 본딩 등의 초저온 공정을 활용해 하부 큐비트 회로의 성능 저하 없이 3차원 집적을 할 수 있도록 했다.

연구진은 이러한 3차원 집적 형태의 제어·해독 소자를 최초로 제시 및 구현했을 뿐만 아니라 소자의 성능 면에서도 극저온에서 세계 최고 수준의 차단주파수 특성을 달성했다.

김 교수는 “이번 기술은 향후 대규모 양자컴퓨터의 제어·판독 회로에 응용이 가능할 것”이라고 말했다.

한편 이번 연구 성과는 반도체 올림픽이라 불리는 ‘VLSI 기술 심포지엄’에 최근 발표됐다.

km5030@news1.kr