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포스텍, 그래핀 활용 양자통신소자 가능성 열어

  • 입력 2019.12.08 12:11 | 수정 2019.12.08 12:11
  • 이돈주 기자 (likethat99@ebn.co.kr)

이길호·이후종 교수팀, 그래핀 이용 고효율 양자얽힘 구현

수직으로 쌓은 상부와 하부 그래핀층에 초전도전극이 접합돼 있다.ⓒ포스텍수직으로 쌓은 상부와 하부 그래핀층에 초전도전극이 접합돼 있다.ⓒ포스텍

포스텍은 최근 이길호·이후종 물리학과 교수와 박사과정 박건형씨 연구팀이 그래핀을 이용해 고효율 양자얽힘을 구현했다고 8일 밝혔다.

양자 얽힘이란 두 양자상태가 공간적으로 멀리 떨어져 있어도 그것이 양자역학적인 상관관계로 묶여 있는 것을 말한다.

양자정보 통신은 정보사회의 패러다임을 바꿀 신기술로 여겨진다. 양자컴퓨터는 얽힘이나 중첩 같은 양자역학적인 현상을 활용해 연산을 처리하는 컴퓨터다.

한 번의 연산으로 여러 계산을 동시에 처리할 수 있어 정보처리능력이 우수하며 정보처리량이 늘어날수록 연산처리속도가 빠르다. 이런 양자컴퓨터를 구현하기 위해서는 입자 간 양자역학적 상태얽힘 효율을 최대로 높여야 한다.

포스텍 연구팀은 양자얽힘을 유도하기 위해 겹층그래핀을 육방정계질화붕소(hBN) 결정막으로 보호해 그래핀에서 무질서하게 산란되는 전자를 최소화했다. 또 겹층그래핀을 수직으로 쌓고 이 두 개의 겹층그래핀 가장자리를 초전도물질로 연결한 양자얽힘 소자를 제작하는데 성공했다.

연구팀은 그래핀이 탄소로 이루어진 현존하는 가장 얇은 도체이면서 구리나 실리콘보다 수백 배 더 전자를 잘 이동시키는 점에 주목했다.

겹층그래핀 사이의 간격을 초전도 결맞음 길이보다 훨씬 얇게 하고 겹층그래핀의 특이한 밴드구조를 이용해 양자얽힘 현상과 함께 일어나는 부수 현상들을 효과적으로 차단해 순수한 양자얽힘 효율을 획기적으로 향상했다.

연구팀은 지난 수년에 걸쳐 학계에서 높은 관심을 받았던 그래핀과 초전도를 접합시킨 조셉슨 접합에 대한 연구로도 국제적인 주목을 받았으며 이는 이번 후속 연구의 근간이 됐다.

조셉슨 접합이란 두 개의 초전도를 접합시켜 그 사이를 전자쌍이 전기저항 없이 통과하게 만든 소자로 이를 이용해 결맞음 특성이 우수한 양자소자를 만들 수 있다.

연구를 주도한 이후종 교수는 "이번 연구성과는 앞으로 그래핀을 포함한 2차원물질을 이용한 양자얽힘 등 양자 소자 개발에 새로운 활로를 열 것으로 기대된다"고 말했다.


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