자석으로 양자컴퓨팅 가능하다? 작성일 05-06 120 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">KAIST 연구팀, 자성체 기반 양자 컴퓨팅 플랫폼 개발 전환점</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="KNtdFKJqyf"> <p contents-hash="e86a26c38bf3e44e224029ca0f2425774a141256b796360088337266e8085bd6" dmcf-pid="9jFJ39iBCV" dmcf-ptype="general">[아이뉴스24 정종오 기자] 세상에 없는 기술을 제안하라는 한국과학기술원(KAIST) 글로벌 특이점 연구사업으로 시작된 ‘자석으로 양자컴퓨팅 기술을 개발한다’는 아이디어가 현실이 됐다.</p> <p contents-hash="e887c73d756a8d3812acb482b0d084ead857ac068b5b35efd9e422afcc07c2e8" dmcf-pid="2A3i02nby2" dmcf-ptype="general">KAIST와 국제 공동연구팀은 ‘자기 성질을 가진 물질(자성체)’을 활용해 양자컴퓨팅의 핵심 기술을 실증하는 데 성공했다.</p> <p contents-hash="28ba9dc3000d3564e82708fa15346513eb16840fe193a7c40d413379c9afd9b2" dmcf-pid="Vc0npVLKC9" dmcf-ptype="general">KAIST(총장 이광형) 물리학과 김갑진 교수 연구팀이 미국 아르곤 국립 연구소(Argonne National Lab.), 일리노이대 어바나-샴페인(Univ. of Illinois Urbana-Champaign, UIUC)과 공동연구를 통해 ‘광자-마그논 하이브리드 칩’을 개발해 자성체에서 다중 펄스 간섭 현상을 실시간으로 구현하는 데 성공했다고 6일 발표했다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="2ce8b8141c568e1097d71cc56fdb01bde8c3fba727f975cfd78ea661911787b6" dmcf-pid="fkpLUfo9hK" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="KAIST. [사진=KAIST]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202505/06/inews24/20250506091329149heum.jpg" data-org-width="580" dmcf-mid="bhoHgmXDW4" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202505/06/inews24/20250506091329149heum.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> KAIST. [사진=KAIST] </figcaption> </figure> <p contents-hash="98bb09e6965562bb03eb8407153da62e78170d4814c2f2f8f1601d65f80f253f" dmcf-pid="4EUou4g2Cb" dmcf-ptype="general">연구팀은 ‘빛’과 ‘자석 내부의 진동(마그논)’이 함께 작동하는 특수한 칩을 개발해 멀리 떨어진 자석 사이에서 신호(위상 정보)를 전송하고 여러 개의 신호가 서로 간섭하는 현상을 실시간으로 관측하고 조절하는 데 성공한 것이다.</p> <p contents-hash="1508dbb63cf4e57eced0e09cb03069293247ed4de4dcce4cb4a5986a33d00626" dmcf-pid="8Dug78aVWB" dmcf-ptype="general">이는 자석이 양자 연산의 핵심 부품으로 활용될 수 있다는 것을 보여준 세계 최초의 실험으로 꼽힌다. 자성체 기반 양자컴퓨팅 플랫폼 개발의 중요한 전환점이 될 것으로 기대된다.</p> <p contents-hash="6c2d2d7938dfb86555ad951cd63ff241761475c3771497208143e06bffde30cc" dmcf-pid="6w7az6Nfhq" dmcf-ptype="general">자석의 N극과 S극은 원자 내부에 존재하는 전자의 스핀(spin)에서 나온다. 여러 원자가 모였을 때 나타나는 스핀들의 집단적 진동 상태를 마그논(magnon)이라고 한다.</p> <p contents-hash="b7cf52e9d58664e97f9b92d9879c9a075cf0615d48a9fd0dd69ccf2fb5822fba" dmcf-pid="P4OqIHBWTz" dmcf-ptype="general">마그논은 정보를 한쪽으로만 전달하는 비상호성(nonreciprocity) 특성을 가질 수 있어 양자 노이즈 차단을 통한 소형 양자 칩 개발에 응용될 수 있다. 광은 물론 마이크로파와 동시에 결합할 수 있어 양자 정보를 수십 km 거리로 전송하는 양자 통신 소자로도 응용이 가능하다.</p> <p contents-hash="2153a84445836b984a6e92ed3fd5ececc8104b92f2ead6e58dc6a379a32ace46" dmcf-pid="Q8IBCXbYh7" dmcf-ptype="general">특수한 자석 물질인 반강자성체(antiferromagnet)를 이용하면 양자컴퓨터의 작동 주파수를 훨씬 빠른 속도인 THz(테라헤르츠) 대역으로 높여서 현재 양자컴퓨터 하드웨어 한계를 뛰어넘는, 복잡한 냉각 장비 없이도 상온에서 작동하는 양자컴퓨터의 개발이 가능할 수 있다.</p> <p contents-hash="0239a802ae252b9ee318e13aea00e1f2ddef283d19c4914eef486f6d66b0f708" dmcf-pid="x6CbhZKGCu" dmcf-ptype="general">마그논을 기반으로 한 양자컴퓨팅과 통신 시스템 전반의 구현에 필요한 이 모든 기술을 실현하기 위해서는 마그논 위상 정보, 마그논의 파동이 언제부터 시작되고 움직이는지에 대한 정보를 실시간으로 전송, 측정해야 한다. 이를 제어하는 기술이 필수적이었다.</p> <p contents-hash="3ac9be29326a7d752d2c023d9982f87c81abc6090d95c57fda74ada13288329b" dmcf-pid="ySfr4imeCU" dmcf-ptype="general">김갑진 교수 연구팀은 작은 자석 구슬인 이트륨 철 가넷(Yttrium Iron Garnet, YIG) 2개를 12mm 간격으로 배치했다. 그 사이에 구글, IBM 등의 양자컴퓨터에서 사용되는 회로인 초전도 공진기를 설치해 한쪽 자석에 신호(펄스)를 넣어서 다른 자석까지 정보가 잘 전달되는지를 측정했다.</p> <p contents-hash="f97698c804f32d12cc32c826cc860f5761d90f5242469020e5dcde01f516db1d" dmcf-pid="Wv4m8nsdCp" dmcf-ptype="general">그 결과, 수 나노초(ns) 길이의 아주 짧은 하나의 펄스부터 최대 네 개의 마이크로파 펄스를 입력했을 때 그로 인해 생기는 자석 내부의 진동(마그논)이 초전도 회로를 통해 멀리 있는 다른 자석까지 손실 없이 전달되는 것을 확인했다.</p> <p contents-hash="8a0e71be2b3d3cc65b6e7edbb15c9c3dc7cf35225f95bd17f7797a0a7aeef588" dmcf-pid="YT8s6LOJy0" dmcf-ptype="general">여러 펄스 사이에 간섭을 일으켰을 때 각각의 위상 정보를 유지하며 신호가 예측대로 보강 또는 상쇄되는 것(결맞음 간섭 현상)을 실시간 도메인에서 관측하는 데 성공했다.</p> <p contents-hash="13368ffcfb4e5ab7197bb2e84078e250eba58ecfaefeaad5ba4e2c2a1ffbbbfd" dmcf-pid="Gy6OPoIiy3" dmcf-ptype="general">연구팀은 여러 펄스(신호)의 주파수와 이들 간의 시간 간격을 조절해 자석 안에 생기는 마그논의 간섭 패턴을 임의로 제어할 수 있음을 입증했다. 전기 신호 입력을 통해 마그논의 양자 상태(위상 정보)를 자유롭게 제어할 가능성을 처음으로 알아낸 것이다.</p> <p contents-hash="f80595e50ffc6aeb19941d1fd63e4e196200b0d093a108d31c6be5837897c148" dmcf-pid="HWPIQgCnyF" dmcf-ptype="general">이번 연구는 양자 정보 처리 분야에서 필수인 여러 개의 신호(다중 펄스)를 활용한 양자 게이트 연산이 자성체-초전도 회로 하이브리드 시스템(자성체의 마그논과 초전도 회로를 결합, 서로의 장점을 살린 새로운 양자 연산 시스템)에서도 구현될 수 있음을 보여줬다.</p> <p contents-hash="561d39ca89eb7492e0ab22820d010a5b4082c8070644cc051511c233105b19ca" dmcf-pid="XYQCxahLht" dmcf-ptype="general">이번 결과는 자성체 기반 양자 소자가 실질적으로 양자컴퓨팅에 활용될 수 있는 가능성을 열어준다는 점에서 중요한 의미를 가진다.</p> <p contents-hash="a8ca73cb1bcf65ef7fec03eb5ddd4567ab640be526841957974bffa6c96b8e76" dmcf-pid="ZGxhMNloC1" dmcf-ptype="general">김갑진 교수는“이번 연구는‘세상에 없는 기술을 제안하라’는 KAIST 글로벌 특이점 연구사업에‘자석으로 양자컴퓨터를 개발할 수 있을까’라는 조금은 엉뚱한데 모험적 아이디어를 제안하며 시작됐다”며 “이번 연구 결과는 양자 스핀트로닉스(quantum spintronics)라는 새로운 연구 분야의 가능성을 열었을 뿐만 아니라 고효율 양자정보 처리 장치 개발을 위한 중요한 전환점이 될 것으로 기대된다”고 말했다.</p> <p contents-hash="d5e45c8bca3147fd2da288e37742efaf818df1479cbe8bb73731273c658dce9c" dmcf-pid="5HMlRjSgh5" dmcf-ptype="general">물리학과 송무준 박사후연구원이 제1 저자로 참여하고 미국 아르곤 국립 연구소(Argonne National Laboratory)의 이 리(Yi Li) 박사, 발렌틴 노보사드(Valentine Novosad) 박사, 일리노이주립대(University of Illinois Urbana-Champaign, UIUC)의 악셀 호프만(Axel Hoffmann) 교수 연구팀이 참여한 이번 연구는 네이처 출판 그룹이 출간하는 국제 학술지 ‘엔피제이 스핀트로닉스(npj spintronics)’와 `네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 4월 1일, 4월 17일에 각각 실렸다.</p> <address contents-hash="7c079c562fbf21c89274d481ec7abb2f47acabc052fb88774f0fe71af25c24f7" dmcf-pid="1ZevdcTNhZ" dmcf-ptype="general">/정종오 기자<span>(ikokid@inews24.com)</span> </address> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 아이뉴스24. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 ‘과학고→카이스트’ 윤소희, 두뇌싸움 살아남을까 05-06 다음 "차세대 발사체, 일회용으로 기획해도 예산 대수술은 불가피" 05-06 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
