양자정보기술 연구에 날개 달아줄 입자 제어 기술 개발

표준硏·KAIST 연구진

배명호 표준연 책임연구원(왼쪽)과 박완기 KAIST 박사과정생이 단일 전자원 측정시스템으로 소자의 전기 특성을 측정하고 있다. 표준연 제공.

국내 연구진이 양자컴퓨팅과 양자정보기술 연구에 날개를 달아줄 수 있는 새로운 방식의 단일 전자원을 개발했다. 연구비용과 시간을 줄이고 우수한 성능을 낼 수 있는 기술이다. 

단일 전자원은 반도체 소자를 이용해 전자를 하나씩 내보낼 수 있는 장치를 말한다. 양자정보기술이나 양자컴퓨팅에 필요한 양자 상태를 구현하려면 개별 전자 입자를 제어할 수 있어야 한다. 

한국표준과학연구원은 배명호 양자기술연구소 단일전자양자소자팀 책임연구원 연구팀이 KAIST와 공동연구를 통해 우수한 성능의 단일 전자원 기술을 개발했다고 22일 밝혔다. 

그동안 단일 전자원은 전류 단위인 암페어의 정의를 구현하기 위해 개발됐다. 움직이는 입자를 토대로 하는 양자기술 연구는 단일 전자가 아닌 단일 광자를 활용한 방식이 대세였다. 기존 단일 전자원은 양자 현상을 관측하거나 전자와 정공을 분리하는 데 적합하지 않았기 때문이다. 

연구팀이 개발한 단일 전자원은 이차원 화합물 반도체에 전기장을 가해 양자우물을 만든 뒤 양자우물에 흡수된 전자를 에너지 필터를 거쳐 일정한 시간 간격으로 원하는 채널에 내보내는 원리다. 양자우물이란 전자의 에너지가 양자화되는 구조를 의미한다. 

연구진은 이차원 반도체 기반의 단일 전자원을 양자기술에 적용하면 단일 광자원을 활용하는 것보다 상대적으로 양자 상태를 제어하기 쉽다고 설명했다. 

배명호 책임연구원은 “이번 연구는 국내 양자컴퓨팅과 양자정보기술 연구에 소요되는 시간과 비용을 대폭 줄이는 데 기여할 것”이라고 밝혔다. 연구진은 이번에 개발한 단일 전자원을 활용해 양자정보기술의 핵심인 큐비트 시스템을 구축할 계획이다. 큐비트는 양자암호통신과 야자컴퓨팅에서 사용되는 기본 정보단위다. 이번 연구결과는 지난달 국제학술지 ‘나노레터스’에 게재됐다. 

[김민수 기자 reborn@donga.com]