아이온큐·하버드대, 탄화규소 기반 양자 소자 제조 혁신 기술 개발

글로벌 양자컴퓨팅 기업 아이온큐(IONQ)와 하버드대학교 연구진이 차세대 양자 기술의 핵심 소재인 탄화규소(Silicon Carbide, SiC) 소자 제조에서 획기적인 성과를 달성했다고 퀀텀 자이트가이스트가 18일(현지시각) 보도했다.

이번 연구는 탄화규소의 고유한 양자 특성을 활용하면서도 제조 공정의 난제를 해결해, 확장 가능한 양자 기술의 상용화를 가속화할 전망이다.

탄화규소는 고유한 양자 특성을 가진 결함을 수용하는 능력 덕분에 양자 기술의 유망한 소재로 꼽혀왔다. 그러나 나노 크기 소자 내에서 이러한 결함을 정밀하게 제어하는 것이 큰 과제였다. 기존의 제조 방식은 소재의 화학적, 기계적 안정성 문제로 인해 공정상의 어려움을 겪었다.


보도에 따르면 아이온큐와 하버드대 연구진은 이 난제를 극복하기 위해 '부유형 탄화규소 막(floating silicon carbide membrane)'을 활용한 새로운 제조 방식을 개발했다.
이 방식은 모놀리식 플랫폼 위에 박막을 직접 부유시킨 뒤 그 위에 소자를 정밀하게 제작하는 기술이다. 이를 통해 기존 방식의 한계를 극복하고, 광자 및 음향 공동과 같은 복잡한 구조를 손쉽게 구현할 수 있게 했다.

연구팀은 제조 과정에서 발생하는 레지스트(감광액) 접착력 문제를 해결하기 위해 베이킹 온도를 낮추고 캐리어 웨이퍼를 사용하는 등 다양한 방법을 체계적으로 시험했다. 그 결과, 일관된 접착력을 확보하며 신뢰도 높은 나노 소자를 제작하는 데 성공했다.


연구진은 개발된 기술을 통해 도파관이 포함된 1차원 광자 결정 공동과 음향 공동을 성공적으로 제작했다. 이 초기 소자들은 수천 개의 품질 계수(Quality Factor, QF)를 달성하며 새로운 제조 공정의 효율성을 입증했다. 특히, 부유형 필름에 직접 패터닝함으로써 제조 정밀도와 일관성을 크게 높였다.

이번 연구의 가장 혁신적인 성과 중 하나는 탄화규소 플랫폼에 리튬 니오베이트를 통합한 것이다. 이 조합은 스핀-포논(spin-phonon) 상호작용을 탐구하며, 기존 광학적 방법으로는 접근하기 어려웠던 결함까지도 제어하고 판독할 수 있는 새로운 길을 열었다.

연구팀은 개념 증명 장치 시연을 통해 압전 변환(piezoelectric conversion)을 통한 결함의 전기적 제어 및 판독 가능성을 보여줬다. 이는 장거리 양자 통신 및 확장 가능한 양자 네트워크 구축을 향한 중요한 진전이다.


이번 연구는 향상된 정밀도와 재료 호환성을 갖춘 첨단 탄화규소 소자를 제작할 수 있는 다재다능한 플랫폼을 제공한다. 연구진은 앞으로 전기광학 변조, 현장 공동 튜닝 등 더욱 복잡한 응용 분야를 탐색하며, 실용적인 양자 제어 및 판독 기능을 완전히 구현할 계획이다.

이번 성과는 확장 가능한 양자 기술은 물론, 양자 통신 및 네트워크 구축에 중요한 발판이 될 것으로 기대된다.


이태준 글로벌이코노믹 기자 tjlee@g-enews.com


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