'큐비트'를 위해 설계된 인공 유기분자…'유기물 양자컴' 나올까 작성일 10-29 51 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="ywY3W0EoiK"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="ad64a8dd4537534c7350b098790248dc406a41d7ed5feba6f550f1299511c833" dmcf-pid="WuPn6LpXeb" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="양자정보 처리에 활용할 수 있는 인공 유기분자 '카벤(carbene)' 구조를 묘사한 그림. NVision, Valentin Heinrich 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202610/29/dongascience/20261029040123169zeik.png" data-org-width="680" dmcf-mid="xHMXhZaeMO" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202610/29/dongascience/20261029040123169zeik.png" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 양자정보 처리에 활용할 수 있는 인공 유기분자 '카벤(carbene)' 구조를 묘사한 그림. NVision, Valentin Heinrich 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="e08cb6de3b7f9180e13095b46b8b4721b40b20f6b811595c95dc18be592b849e" dmcf-pid="Y7QLPoUZeB" dmcf-ptype="general">미래 전략기술로 주목받는 양자컴퓨터를 유기물로 구현할 가능성이 제시됐다. 자연에서 발견한 물질이 아니라 설계된 유기분자를 양자컴퓨터의 정보처리 단위인 '큐비트'로 활용하는 아이디어다.</p> <p contents-hash="1e18daeff1366a25f3314b65763255e6209a56e800331237aa608b5f448506a4" dmcf-pid="GzxoQgu5iq" dmcf-ptype="general"> 독일 양자기술 기업 엔비전(NVision) 퀀텀 테크놀로지스 연구팀은 인공적으로 설계한 유기분자를 큐비트로 활용해 빛으로 양자 상태를 읽어내는 기술을 개발하고 연구결과를 국제학술지 '네이처'에 28일(현지시간) 발표했다.</p> <p contents-hash="48b75d6de82fe937f2e15796ef3649a4a44649d0fd9b40f3f9352c87f1a6ff4c" dmcf-pid="HqMgxa71Mz" dmcf-ptype="general"> 양자컴퓨터는 기존 컴퓨터로는 해결이 불가능한 유형의 문제를 풀 수 있는 전략기술이다. 양자 현상을 이용한 정보처리 단위인 큐비트로 계산을 수행한다. 큐비트는 외부 환경의 미세한 변화에도 담고 있는 양자정보가 쉽게 손실되는 문제가 있다. 큐비트 수십만 개 이상을 안정적으로 제어하고 연결하는 기술이 대규모 양자컴퓨터 구현의 핵심 과제로 꼽힌다.</p> <p contents-hash="6303b15bf7dfe80b0286744c92a405e12db80cd45cf51a5e7def2f3be6b59540" dmcf-pid="XBRaMNzte7" dmcf-ptype="general"> 큐비트의 물리적 형태는 구동 방식에 따라 다양하다. 현재 활발히 연구 중인 큐비트 대다수는 보통 중성원자나 이온 등 자연에 있는 물질에서 출발하고 해당 물질의 한계를 극복하는 방식으로 기술을 개발한다. 연구팀은 큐비트에 필요한 양자 특성을 내는 분자를 처음부터 설계하는 전략으로 접근했다.</p> <p contents-hash="6804d92dd3b9a15e2009369b8d3e2e3c46cf2ec68c37d4a469b3ab43f197ac51" dmcf-pid="ZbeNRjqFeu" dmcf-ptype="general"> 연구팀은 큐비트에 적합한 유기분자를 설계하기 위해 시뮬레이션과 실험을 결합했다. 약 4년 동안 200여 개의 후보 분자를 컴퓨터로 모델링하고 그중 40종 이상을 실제로 합성해 검증했다.</p> <p contents-hash="8f2db3c58968efba41e387f6e84420dff4f30610c5012f44f881e2349324cdf6" dmcf-pid="5KdjeAB3MU" dmcf-ptype="general"> 중심의 탄소(C) 원자에 짝을 이루지 않은 전자 2개가 있는 유기분자 유형인 '카벤(carbene)'이 낙점됐다. 전자의 자기적 성질인 '스핀'은 방향성이 있어 스핀의 상태에 따라 정보를 구분하면 연산에 활용할 수 있다. 양자정보는 짝이 없는 두 전자의 스핀에 저장되며 분자는 정보를 담는 용기 역할을 한다.</p> <p contents-hash="60f0516923b27ee971d2cde0a95fb019105c567625ad2d5d90f9bc75db74e9c8" dmcf-pid="19JAdcb0np" dmcf-ptype="general"> 레이저를 조사해 유기분자 결정 내부 특정 지점을 카벤으로 변환하면서 개별 큐비트가 생성된다. 큐비트가 유사한 유기분자 결정 주변에 둘러싸여 있기 때문에 진동 등 주변 환경으로 인한 교란이 최소화된다.</p> <p contents-hash="f6a6945be8ab46e59cbf7e39920a0c8ac7a9400740c7a336ed0c8e93e8da70bb" dmcf-pid="t2icJkKpL0" dmcf-ptype="general"> 연구팀은 약 영하 269℃의 극저온 환경에서 단일 큐비트 분자가 방출하는 빛을 관측했다. 전자의 스핀 상태에 따라 서로 다른 형광 신호가 나타나는 현상을 확인하고 전자기파인 마이크로파를 가해 스핀 상태를 조작하는 데 성공했다.</p> <p contents-hash="6abde83718a063efd37ce44df5ced4945dd73e78f6ca6b5a5bc56fb5d53c352e" dmcf-pid="FVnkiE9Ue3" dmcf-ptype="general"> 서로 다른 스핀 상태에 대응하는 빛의 주파수는 최소 1.555기가헤르츠(㎓, 주파수의 단위) 이상 차이가 나 상태를 구별할 수 있었다. 양자정보를 유지하는 기간인 결맞음 시간은 최대 2.2밀리초(ms, 1ms는 1000분의 1초)로 안정적인 수준이라는 설명이다.</p> <p contents-hash="1e082bc73b6da654f6fea01d17587e83386b1b15cc5643a463a08911f5db10f9" dmcf-pid="3fLEnD2uLF" dmcf-ptype="general"> 연구팀은 "한 스핀 상태를 다른 상태로 바꾸는 데 50나노초(ns, 1ns는 10억분의 1초)도 걸리지 않기 때문에 양자정보가 사라지기 전까지 이론적으로 수만 번의 스핀 전환 연산을 수행할 수 있다"고 밝혔다.</p> <p contents-hash="64639c463488dea263c34624079d12c54e94e7d3e91058a8b7da5d4635402aef" dmcf-pid="0uPn6LpXnt" dmcf-ptype="general"> 분자 결정은 얇은 박막 형태로 구현할 수 있다. 광자 기반의 칩 형태와 통합해 구현하는 것이 다음 과제다. 연구팀은 "화학 합성을 통해 동일한 구조의 큐비트를 대량으로 제작하고 빛을 이용해 서로 연결할 수 있다는 점에서 분자 기반 양자컴퓨터의 확장 가능성을 제시했다"고 설명했다.</p> <p contents-hash="c5ca2bfebbca8f890f2e61cc2c40bcfb17628bc16b26165bc84bc991b6130710" dmcf-pid="p7QLPoUZd1" dmcf-ptype="general"> 이번 연구는 단일 분자에서 양자상태를 제어하고 판독하는 데 성공한 단계다. 서로 다른 분자 큐비트 사이의 양자얽힘이나 실제 양자 연산을 구현한 것은 아니기 때문에 다중 큐비트 연결 기술을 검증해야 한다는 점도 숙제로 남아 있다.</p> <p contents-hash="feb389b1d332ec362d8b79ed5d0111645afad3a51461f95644914893dc46f930" dmcf-pid="UzxoQgu5i5" dmcf-ptype="general"> <참고 자료><br> - doi.org/10.1038/s41586-026-11147-6</p> <p contents-hash="e20777700dba62506151d983697d1cd6793e4a37456186e123437e70a228ae3c" dmcf-pid="uqMgxa71RZ" 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 "U+one의 최종목표는 스스로 진화하는 앱 서비스죠" 10-29 다음 중력장도 끊어졌다가 다시 붙는다…'중력 재결합' 이론 규명 10-29 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
