양자컴퓨팅·암호통신 원천기술 실리콘 칩 기반 단일양자광원 개발 작성일 03-23 37 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">UNIST "전압 가해도 파장 변화 거의 없어…비트 같은 정보 최소 단위로 활용 가능"</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="1UC124aeW0"> <p contents-hash="a46029cf88eb8fc3f1eac91c20b099b6e31e0be741844d1b4bd802ac17c8888d" dmcf-pid="tuhtV8NdT3" dmcf-ptype="general">(지디넷코리아=박희범 기자)<span>실리콘 칩 기반 고순도 단일양자광원이 개발됐다. 양자 분야 컴퓨팅이나 센서, 통신 등의 소자를 제작할 수 있는 원천 기술이어서 관심이다.</span></p> <p contents-hash="dcda2f05544944f4a7969ba71996843b035ae38d88d05a0e10d45d03c121b7d7" dmcf-pid="Fqv08QcnCF" dmcf-ptype="general">UNIST는 남궁선·김제형 물리학과 교수 연구팀이 스타크 효과를 억제한 2차원 반도체 물질 기반 고순도 단일양자광원을 개발했다고 23일 밝혔다.</p> <p contents-hash="08570d3bbbf0bad1c9dd6b1daa91f4dae08b16b46b8a33b28e16ec0851c80509" dmcf-pid="3BTp6xkLvt" dmcf-ptype="general">스타크 효과는 광원을 켜고 끄기 위해 전압을 가했을 때 방출되는 광자 에너지가 변하는 현상이다. 양자컴퓨팅이나 양자암호통신에서는 여러 광자가 서로 간섭하면서 정보를 처리하는데, 광자 에너지가 달라지면 간섭과 같은 양자현상이 제대로 일어나지 않는다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="7047e3b91256badf72aae78a9f419133ab39edadfd37ecc886a4ca249c02b9d2" dmcf-pid="0byUPMEoC1" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="단일양자광원을 개발한 UNIST연구진. 왼쪽부터 남궁선 교수, 김제형 교수, 사티아브라트 베헤라 연구원, 문종성 연구원.(사진=UNIST)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/23/ZDNetKorea/20260323080227636pkrx.jpg" data-org-width="637" dmcf-mid="QHSkyGB3C9" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/23/ZDNetKorea/20260323080227636pkrx.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 단일양자광원을 개발한 UNIST연구진. 왼쪽부터 남궁선 교수, 김제형 교수, 사티아브라트 베헤라 연구원, 문종성 연구원.(사진=UNIST) </figcaption> </figure> <p contents-hash="12aef754d2abff902e99e4455d08a752a7cbe3c14628eb78209582bed21f6bba" dmcf-pid="pKWuQRDgS5" dmcf-ptype="general">특히 여러 광원이 집적돼 전압이 불안정한 칩 환경에서는 스타크 효과 같은 광자 에너지 변화가 일어난다.</p> <p contents-hash="226f315f62d15321b06d5b28ba0de70931645177e8c0d4bb54c91feed10fcfaa" dmcf-pid="U9Y7xewaSZ" dmcf-ptype="general">일반적인 형광등에서 1초에 약 10¹⁸개 이상의 빛 입자(광자)가 쏟아져 나온다. 반면, 단일양자광원은 아주 짧은 순간(나노초)에 단 하나의 광자만을 방출한다. 이 단일 광자를 비트(bit)와 같은 정보 최소 단위로 활용, 양자컴퓨팅이나 양자암호통신에 쓸 수 있다.</p> <p contents-hash="489cb5937a0f16d3dba1b42b35fede7881724cd5cfd6c5870d392aa148a61a49" dmcf-pid="u2GzMdrNSX" dmcf-ptype="general">연구팀은 실리콘 나노피라미드 배열을 기반으로 2차원(단층) 반도체 물질인 텅스텐 디셀레나이드(WSe₂)에서 단일 광자 방출기를 원하는 위치에 선택적으로 생성하고, 전기적으로 정밀 제어가 가능한 새로운 플랫폼을 개발했다.</p> <p contents-hash="185173ad65cdf81db4341b05c66b290c446511ced05bb1843868cc671b139071" dmcf-pid="7VHqRJmjWH" dmcf-ptype="general">실리콘을 식각해 만든 나노피라미드 구조(높이~200 nm, 폭~300 nm) 위에 얇은 절연층을 코팅하고, 그 위에 단층 WSe₂를 올려 소자를 제작했다. 나노피라미드의 뾰족한 끝이 WSe₂에 강한 국소 응력을 가해 그 자리에 단일 광자 방출기를 자동으로 만들어내는 원리다.</p> <p contents-hash="d9c3d11db4ca0f4502459c79d82b067e3e50f5e85a65d7a1d8f276903256d43f" dmcf-pid="zfXBeisAvG" dmcf-ptype="general">동시에 나노피라미드 자체를 전극으로 활용하고, 절연층을 양자 터널링 장벽으로 이용해 전압으로 단일 광자 방출을 켜고 끌 수 있도록 설계했다. 전압에 의해 전자가 절연층을 양자역학적으로 통과(터널링)하면서 WSe₂ 광자 방출을 제어하는 구조다.</p> <p contents-hash="0c8a286ed51a35a960d92aa7dc436fea129fb6c1a1196a371a54eaf03043d689" dmcf-pid="q4ZbdnOcyY" dmcf-ptype="general">연구팀은 인가 전압을 통해 WSe₂ 내부 광여기 전자가 절연층을 강제로 통과해(파울러-노르트하임 터널링) 빠져나가면서 단일 광자 방출이 꺼지는 원리로, 단순한 전압 조절만으로 단일 광자 방출기를 정밀하게 스위칭할 수 있음을 확인했다.</p> <p contents-hash="3aaf121e39876f7e9b0cd641f29bd8b06bcd431a3c988d4851b879c1fb6ed8bf" dmcf-pid="ByaCt06bvW" dmcf-ptype="general">연구팀은 전압을 가해도 단일 광자의 파장이 거의 변하지 않는다는 점을 강조했다. 나노피라미드의 뾰족한 끝단과 WSe₂ 사이에 형성되는 미세한 에어갭(공기층)으로 인해, 단일 광자 방출기가 위치한 끝단에서의 전기장이 옆면보다 약 20배 낮게 형성돼 스타크 효과가 자연스럽게 억제된다.</p> <p contents-hash="3bca43e2a405d3b7d77c54f4cd768e31baa409ed079d34b8de77fd1da45e3ea8" dmcf-pid="bWNhFpPKly" dmcf-ptype="general">이 덕분에 전압을 인가해도 광자 에너지 변화가 기존 연구 대비 현저히 작아, 파장 안정성을 유지하면서 밝기만을 독립적으로 조절할 수 있다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="9f53383f90b84237b03f5c6193e0f4338ef1a5448507dffb47b58632b57b5ed1" dmcf-pid="KYjl3UQ9WT" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="단일양자광원 구조와 스타크 효과 억제 성능을 나타낸 그림. 왼쪽은 실리콘 나노 피라미드에 위치한 단일양자광원에서 단일 광자가 방출되는 모식도. 가운데는 양자광원 구조 도식. 오른쪽은 개발된 양자광원(빨간별)의 스타크효과(그래프 Y축)이 가장 낮음을 볼 수 있다. (그림=UNIST)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/23/ZDNetKorea/20260323080228880silh.jpg" data-org-width="640" dmcf-mid="5Yjl3UQ9lp" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/23/ZDNetKorea/20260323080228880silh.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 단일양자광원 구조와 스타크 효과 억제 성능을 나타낸 그림. 왼쪽은 실리콘 나노 피라미드에 위치한 단일양자광원에서 단일 광자가 방출되는 모식도. 가운데는 양자광원 구조 도식. 오른쪽은 개발된 양자광원(빨간별)의 스타크효과(그래프 Y축)이 가장 낮음을 볼 수 있다. (그림=UNIST) </figcaption> </figure> <p contents-hash="c28d733b09a69044705cd5f441f0dc61c5566c204279839684ba008b3e21b51e" dmcf-pid="9GAS0ux2Sv" dmcf-ptype="general">연구팀은 또 h-BN(육방정계 질화붕소) 박막을 추가, 유전체 결함으로 인한 단일 광자가 꺼지는 문제를 해결했다. 이를 통해 94%의 단일 광자 순도 구현에도 성공했다.</p> <p contents-hash="ebd47f0f2ae65293d2b97995ff5545fe10227f24fb2be84052792a824b5b232d" dmcf-pid="2Hcvp7MVvS" dmcf-ptype="general">이번 연구에는 사티아브라트 베헤라 연구원과 문종성 연구원이 제1저자로 참여했다.</p> <p contents-hash="6270d8cbbf3c807405e29752bd6fbcea740b0370cf60ec0f78484af683bc8f44" dmcf-pid="VXkTUzRfvl" dmcf-ptype="general">공동 연구팀은 “전기 신호로 단일광자를 제어하면서도 광자 에너지를 안정적으로 유지하고, 순도까지 함께 개선한 구조를 제시한 것에 의미가 있다”며 “실리콘 반도체 공정과 호환돼 향후 칩 기반 양자 통신, 광자 양자 컴퓨팅, 양자 광학 센서 개발에 직접 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.</p> <p contents-hash="28b3769c2d4d8b1ff7c3af8c7357fec8a7e5b33877d9754e42b6dc22679ab5ed" dmcf-pid="fZEyuqe4Wh" dmcf-ptype="general">연구결과는 국제 학술지 나노 레터스에 온라인으로 게재됐다.</p> <p contents-hash="d7c3de965be9bc895758c86c37347bbb3ec5bb37253993f32837e5897ba90ac9" dmcf-pid="45DW7Bd8yC" dmcf-ptype="general">박희범 기자(hbpark@zdnet.co.kr)</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 지디넷코리아. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 에피유즈랩스, ERP 데이터로 AI 성과 높인다…선택적 전환 전략 전면에 03-23 다음 머스크판 '반도체 굴기'?…AI칩 공장 '테라팹' 건설 추진 03-23 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
