KAIST '양자시뮬레이션으로 새로운 양자자성체 특성 찾아'

리드버그원자 양자컴퓨터 활용 양자물성 연구 확대

KAIST는 물리학과 안재욱 교수팀이 코펜하겐대학 클라우스 뭴머 교수팀과 공동연구로 리드버그원자 양자컴퓨터를 이용한 양자시뮬레이션으로 양자자성체의 극단적 특성을 구현하는데 성공했다고 11일 밝혔다.

(왼쪽부터)KAIST 물리학과 안재욱 교수, 물리학과 김강흔 대학원생, 코펜하겐 대학 클라우스 뭴머 교수, 덴마크 오르후스 대학 팬 양 박사후연구원. KAIST

최근 양자시뮬레이션을 수행하는 양자컴퓨터 플랫폼으로 리드버그원자가 주목받고 있다. 

리드버그원자는 가장 바깥 궤도 전자가 이온화로 방출되기 직전 매우 높은 에너지를 머금고 있는 특성을 갖는데, 지름은 다른 원자의 약 만 배나 되고 이에 따른 상호작용은 10²⁴배 크다.

공동연구팀은 리드버그원자를 이용한 양자컴퓨터를 이용해 양자 자성체를 설명하는 모형 중 하나인 하이젠베르크 모형을 모방 구현했다. 

하이젠베르크 모형은 자성체 스핀 간 모든 방향(x, y, z)의 상호작용을 가정한 양자 자성체를 구현한 것이다.

공동연구팀은 이전 하이젠베르크 모형의 구현과 다르게 리드버그원자의 강한 상호작용을 이용한 극단적 이방성을 구현하는 데 성공했다.

극단적 이방성은 3차원 중 특정 방향이 다른 방향보다 1,000배 이상 강하게 상호작용하는 특성이다.

극단적 이방성을 갖는 하이젠베르크 모형의 시간에 따른 변화를 확인한 실험 결과. KAIST

안 교수는 “이번 연구는 리드버그 양자컴퓨터를 이용해 새로운 양자물성을 연구할 수 있음을 확인한 것”이라며 “향후 양자컴퓨터를 이용하는 물성 연구가 활발해질 것”이라고 말했다.

대덕특구=이재형 기자 jh@kukinews.com