국내 연구진, 양자컴퓨터 핵심 부품 ‘초소형 반도체 레이저’ 대량 생산 기술 개발

빛을 기반으로 작동하는 양자컴퓨터의 모사도. 대량 생산이 가능한 게르마늄 기반 나노선 반도체 레이저를 광원으로 적용한 모습이다. KAIST 제공

국내 연구진이 게임체인저 기술로 불리는 양자컴퓨터의 개발에 필수 부품인 ‘초소형 반도체 레이저’ 기술을 개발했다. 연구진이 개발한 기술은 대량 생산이 가능해 양자컴퓨터 상용화에 크게 기여할 것으로 기대된다.

20일 과학기술계에 따르면 김영민 국민대 교수와 남동욱 KAIST 교수 공동연구팀은 기존 반도체 공정에 호환되는 ‘게르마늄-주석 나노선 반도체 레이저’를 세계 최초로 구현했다. 기존 공정을 활용할 수 있어 대량 생산이 가능하다는 것이 가장 큰 강점이다. 해당 연구는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’ 16일자에 게재됐다.

양자컴퓨터는 물질을 이루는 가장 작은 단위인 양자를 이용해 작동하는 컴퓨터로 연산 속도가 기존 컴퓨터 대비 매우 빠르다. 연산량이 너무 커 기존에 해결할 수 없었던 많은 문제를 풀 수 있어 파급력이 매우 클 것으로 예상되는 기술이다.

이번에 개발된 초소형 반도체 레이저는 광자를 이용한 광양자컴퓨터 및 광반도체 등 빛을 기반으로 작동하는 기기에 반드시 필요한 부품이다. 연구진은 게르마늄-주석 합금을 활용해 나노선을 제작했다. 이 나노선은 고무줄처럼 늘어날 수 있어 연구진은 이 특성을 이용해 결정 구조를 조절하는 방식으로 빛 방출 효율을 극대화했다.

일정 수준의 빛을 방출하려면 레이저의 크기도 같이 커져야 하지만 연구진은 효율성을 높여 초소형 반도체 레이저를 구현했다. 크기가 작아지면 고집적화가 가능하고 사용되는 전력의 양도 줄어 양자컴퓨터의 효율을 높이고 전력 소모를 감소시키는 데 도움을 줄 수 있다.

연구진은 이 기술을 토대로 광양자컴퓨터와 이온트랩 방식의 양자컴퓨터, 광반도체 등 다양한 분야에 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 남동욱 교수는 “차세대 광반도체 시장의 판도를 바꿀 수 있는 잠재력이 있는 기술”이라며 “향후 양자컴퓨터의 상용화 시기를 좀 더 앞당길 수 있을 것”이라고 했다.

최지원 기자 jwchoi@donga.com