MIT, 초전도 칩 개발로 양자 컴퓨팅·암흑 물질 연구 새 지평

미국 매사추세츠 공과대학교(MIT) 플라즈마 과학 및 융합 센터 연구팀이 초전도 다이오드(SD) 기반 정류기를 개발하며 미래 컴퓨팅 및 과학 연구 분야에 새로운 지평을 열었다고 과학기술 전문매체 인터레스팅 엔지니어링이 18일(현지시각) 보도했다.

보도에 따르면 이 획기적인 칩은 초전도 기반 컴퓨터와 양자 컴퓨터에 직류(DC)를 효율적으로 공급하며, CERN(유럽 입자 물리 연구소)과 같은 기관의 검출 회로에서 암흑 물질을 탐색하는 데도 기여할 수 있을 것으로 기대된다.


인공지능(AI)과 같은 첨단 기술의 발전은 향후 데이터 센터의 전력 소비를 기하급수적으로 증가시킬 것으로 예상된다. 현재 주류인 실리콘 기반 컴퓨팅은 방대한 정보 처리 능력을 갖추고 있지만, 반도체 특성상 많은 에너지를 열로 낭비하는 비효율성을 안고 있다.

이에 대한 잠재적 대안으로 초전도 전자 장치가 고성능 컴퓨팅 솔루션을 제공할 수 있지만, 초저온과 상온이 혼합된 환경에서 작동해야 하며, 두 구성 요소를 연결하는 데 많은 배선이 필요하다는 단점이 있었다. MIT 연구팀은 이러한 초전도 전자 장치를 더욱 간소화하기 위한 노력을 지속해왔다.

컴퓨팅 구성 요소가 효율적으로 작동하려면 회로가 입력 교류(AC)를 직류(DC)로 변환해야 한다. 특히 양자 컴퓨터의 경우, 전원 공급은 과도한 열이나 전자기 잡음으로 인해 큐비트(qubit)의 간섭을 유발할 수 있어 매우 중요하다. 이러한 잡음의 대부분은 상온 부품과 초저온 전자 장치를 연결하는 여러 전선에서 발생한다.

MIT 플라즈마 과학 및 융합 센터의 자가디쉬 무데라(Jagadish Moodera) 교수가 이끄는 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 단일 칩에서 AC를 DC로 변환하고 관련 와이어 수를 줄일 수 있는 초전도 다이오드(SD) 기반 초전도 정류기를 개발했다고 인터레스팅 엔지니어링은 전했다.


무데라 교수팀은 이전에도 초전도 물질의 얇은 층으로 제작된 SD 기반 정류기를 연구한 경험이 있다. 최근 연구에서는 네 개의 SD를 성공적으로 통합하고 극저온에서 AC-DC 변환을 달성하는 데 성공했다. 이러한 성과는 회로선을 통해 전달되는 열 및 전자기 잡음을 줄임으로써 양자 시스템의 더 깨끗한 작동을 가능하게 할 것으로 보인다.

무데라 교수는 보도자료를 통해 "이번 연구는 향후 몇 년 안에 에너지 효율이 높고 실용적인 초전도 기반 슈퍼컴퓨터의 도래를 위한 문을 열어줄 것"이라며, "더 나아가, 이 연구를 통해 큐비트 안정성을 향상시키고 양자 컴퓨팅 프로그램을 가속화하여 그 실현을 앞당길 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다.

SD는 또한 격리자 또는 순환기 역할을 하여 큐비트 신호를 외부 트리거로부터 격리하는 데 도움을 줄 수 있다. 이는 양자 컴퓨팅의 꿈을 현실로 만드는 동시에, 더 심도 있는 과학적 탐구의 문을 열어준다.

나아가, 초전도 논리 회로는 미국 버클리 국립 연구소의 CERN과 LUX-ZEPLIN 실험에 배치된 것과 같은 암흑 물질 감지 회로에서도 중요한 역할을 할 수 있다고 연구팀은 덧붙였다.


이태준 글로벌이코노믹 기자 tjlee@g-enews.com