양자 컴퓨터의 심장 ‘양자 광원’…비틀고 조립해 마침내 길들였다

국내외 과학계가 양자 컴퓨터와 보안 통신 등 미래 기술의 핵심인 '양자 광원'을 정밀하게 제어할 수 있는 획기적인 방법을 찾아냈다고 과학 전문매체 사이언스데일리가 20일(현지시각) 보도했다.

보도에 따르면 호주 시드니 공과대학교(UTS) 연구진은 육각형 질화붕소(hBN)라는 원자 두께의 얇은 2차원 물질을 겹겹이 쌓은 뒤, 이를 비틀어 미세한 양자 방출체를 제어하는 데 성공했다. 이번 연구 성과는 조작이 까다로웠던 양자 시스템을 실용화 단계로 끌어올릴 중요한 이정표가 될 것으로 평가받는다.


양자 방출체는 양자 컴퓨팅과 초고감도 센서 등을 구현하는 데 필수적인 미세 광원이다. 그동안 과학계는 양자 방출체의 존재를 확인하는 데는 성공했으나, 이를 원하는 대로 제어하고 구동하는 데는 큰 어려움을 겪어왔다.

연구진은 hBN의 원자 층을 반복적으로 들어 올리고 회전시켜 다시 쌓는 방식을 통해 이 문제를 해결했다. 실험 결과, 물질을 비틀어 정렬을 바꿀 때마다 양자 방출체가 내뿜는 빛의 색과 파장이 크게 변했다. 특히 그 변화의 폭이 기존 연구들의 예상을 뛰어넘을 정도로 주목할 만한 수준이었다.
사이언스데일리 연구 주저자인 앵거스 게일 박사는 "다이아몬드나 탄화규소 같은 기존의 단단한 덩어리 구조 소재로는 이런 조작이 불가능하다"라며 "hBN의 약점을 보완하려 하기보다, 얇고 층상 구조를 가지며 비틀 수 있다는 물질 자체의 강점을 그대로 활용한 것이 주효했다"고 설명했다. 그는 hBN의 구조를 '슬라이스 치즈'에 비유하며, 각 층을 분리하고 재조립함으로써 완전히 새로운 맛(물리적 특성)을 만들어낼 수 있었다고 덧붙였다.


이번 연구는 고정된 각도로 장치를 제작하던 기존 방식에서 벗어나, 회전 가능한 플랫폼을 통해 양자 방출량을 상당히 넓은 범위에서 조절할 수 있음을 증명했다는 점에서 의미가 크다.

연구를 지도한 이고르 아하로노비치 교수는 "각각은 별다른 역할을 하지 못하는 두 층이라도 특정 각도로 결합하면 완전히 새로운 물리적 시스템이 만들어진다"고 강조했다.

이번 연구 결과는 의료 진단 기기, 차세대 사이버 보안 시스템, 오차가 없는 향상된 GPS 등 다양한 양자 기반 신기술 개발에 기여할 것으로 전망된다. 연구진은 미래 산업의 판도를 바꿀 양자 기술을 상용화하는 데 필요한 핵심 구성 요소의 제어력을 한층 높였다고 평가했다.

이인수 글로벌이코노믹 기자 tjlee@g-enews.com