양자기술 기초 '단일 양자 광원' 전기 스위치로 딸깍…"순도 94%" 작성일 03-23 37 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="ppMgAnOcFX"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="671f16b81db3c716735cd34b4d559c6476823a2972e17d7e1d649d1753304ec2" dmcf-pid="UURacLIkuH" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="왼쪽부터 남궁선 울산과학기술원(UNIST) 물리학과 교수, 김제형 교수, 사티아브라트 베헤라 연구원, 문종성 연구원. UNIST 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/23/dongascience/20260323142804135fvln.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="3JXUq38BU5" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/23/dongascience/20260323142804135fvln.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 왼쪽부터 남궁선 울산과학기술원(UNIST) 물리학과 교수, 김제형 교수, 사티아브라트 베헤라 연구원, 문종성 연구원. UNIST 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="b9d1361cffe79c92e0009be7ad3bce81e144d9d10fccc0b0395596432e9a4021" dmcf-pid="uueNkoCE0G" dmcf-ptype="general">양자 과학기술 대다수는 양자 상태의 광자(빛의 입자) 하나를 제어하는 데서 출발한다. 국내 연구팀이 그동안 전기 스위치로 단일양자광원을 켜거나 끌 때 광원 품질이 떨어지는 고질적 문제를 해결하는 데 성공했다. 성능 지표인 단일 광자 순도는 94%를 달성했다.</p> <p contents-hash="366dfa812942f7b7087503b9aa90b1a3a8c8b28983d67b3cf2813d58c05992fa" dmcf-pid="78cISmZv3Y" dmcf-ptype="general"> 울산과학기술원(UNIST)은 남궁선·김제형 물리학과 교수팀이 '스타크 효과'를 억제한 2차원 반도체 기반 고순도 단일 양자 광원을 개발했다고 23일 밝혔다. 연구결과는 11일(현지시간) 국제학술지 '나노 레터스'에 공개됐다.</p> <p contents-hash="059028eb5c21ec43afa28da3afafabbe86e4afe09edbee60708fee9ebfa70f47" dmcf-pid="z6kCvs5TUW" dmcf-ptype="general"> 단일 양자 광원은 나노초(ns, 10억분의 1초) 단위로 짧은 순간에 단 하나의 광자를 방출하는 장치다. 형광등 같은 일반적인 광원은 보통 1초에도 셀 수 없이 많은 광자를 내놓는다. 양자컴퓨팅이나 양자암호통신 등 차세대 양자 기술은 단일 광자의 양자 상태를 제어하는 것이 관건이다.</p> <p contents-hash="93c7450f12c6fd51e974db12f8cdb0f9d5458baa1b66c1a546c2da17170d9ed9" dmcf-pid="qPEhTO1yFy" dmcf-ptype="general"> 단일 양자 광원 실용화를 위해서는 전기적 신호로 개별 광원을 독립적으로 켜고 끌 수 있는 양자광 스위칭 기술이 필수로 평가된다.</p> <p contents-hash="fc0c3c5f1a67504ffe962927fb47003a2af6d79e777af18909454afc2a1175cb" dmcf-pid="BQDlyItW7T" dmcf-ptype="general"> 스타크 효과는 광원을 켜고 끄기 위해 전압을 가했을 때 방출되는 광자의 에너지가 변하는 현상이다. 광자 에너지가 달라지면 의도와 다른 광자로 취급돼 원하는 양자 현상이 제대로 일어나지 않는다. 여러 광원이 집적될수록 스타크 효과로 인한 장벽이 높아진다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="bb22643f40d5c6a8cef77cd3f3e67b4c0bff1942e12489fc51e5d24a8a6ff0e8" dmcf-pid="bxwSWCFYzv" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="연구팀이 개발한 단일양자광원 모식도. 피라미드 모양 구조체 끝부분에서 단일 광자가 방출된다. UNIST 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/23/dongascience/20260323142805373zirc.jpg" data-org-width="408" dmcf-mid="0UytpZ9UzZ" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/23/dongascience/20260323142805373zirc.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 연구팀이 개발한 단일양자광원 모식도. 피라미드 모양 구조체 끝부분에서 단일 광자가 방출된다. UNIST 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="2ce6feedd4e55e91e2a175770f135077cd57dcc70cc841018c230716688f6eba" dmcf-pid="KMrvYh3GFS" dmcf-ptype="general">연구팀은 광원 내부에 미세한 공기층을 만들어 스타크 효과를 억제했다. 피라미드 모양의 뾰족한 실리콘 구조체 위에 얇은 산화알루미늄 절연층을 코팅하고 그 위에 2차원 반도체인 텅스텐 디셀레나이드(WSe2)를 올린 형태다.</p> <p contents-hash="58175b23f3fd6afbf9d21bf27b532c43d3e238ab88ae5ebda498788ad09fff7b" dmcf-pid="9RmTGl0Hpl" dmcf-ptype="general"> 실리콘의 뾰족한 끝부분과 반도체 사이에 구현된 미세 공기층이 반도체로 전달되는 전기장을 약 20분의 1 수준으로 줄여 광자의 에너지 변화를 억제하는 원리다.</p> <p contents-hash="373a1f55b8940f4276b443f36a136847fab559fc631e4a6f03e8c3e0689417ee" dmcf-pid="2esyHSpXph" dmcf-ptype="general"> 단일 양자 광원에서는 여러 광자가 동시에 방출될 가능성이 존재해 성능을 저해한다. 확률이 0.5 이하기만 해도 단일 양자 광원으로 간주하고 0에 가까울수록 단일 광자 순도가 높다. </p> <p contents-hash="11a94b111c6f52292e9fa4dc4738d973abbb95432edb74a504d57f35551da5b6" dmcf-pid="VcG07tfz0C" dmcf-ptype="general"> 연구팀이 개발한 구조체에 육방정계 질화붕소(h-BN) 박막을 추가하자 주변 결함에서 발생하는 배경 발광이 크게 줄어 다중 광자 방출 확률이 0.37에서 0.06까지 줄었다. 94% 순도로 단일 광자를 생성한다는 의미다.</p> <p contents-hash="35729c61610025213020dc8879ec649f7d9c05d5ffa0d4219a07b6c1b99fec75" dmcf-pid="fkHpzF4q7I" dmcf-ptype="general"> 연구팀은 "전기 신호로 단일 광자를 제어하면서도 광자의 에너지를 안정적으로 유지하고 순도까지 함께 개선한 구조를 제시했다"며 "실리콘 반도체 공정과 호환돼 향후 칩 기반 양자 통신, 광자 양자컴퓨팅, 양자 광학센서 개발에 직접 활용될 수 있을 것"이라고 밝혔다.</p> <p contents-hash="bf494bb0278893f9c3a39b1c48bdb0c302bd807c1dce5f26f2b5a653ba24ad65" dmcf-pid="4EXUq38BUO" dmcf-ptype="general"> <참고 자료><br> - doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c05425</p> <p contents-hash="719c37d0df2d94f7b16b81d187493386675776ed7b52deee9b1d91f0dc4d736d" dmcf-pid="8DZuB06b7s" dmcf-ptype="general">[이병구 기자 2bottle9@donga.com]</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 동아사이언스. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 '짠돌이' 김종국, 터보 재결성 위해 사비 3억 원 부담…"모든 결정권 일임" 03-23 다음 예블로예프, 머피 꺾고 UFC 10연승... 20승 무패 신화 완성 03-23 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
