연구소소개
상온에서 동작하는 양자컴퓨터, 길이 보인다.
- 등록일 : 22-03-29
- 양자정보연구단 정호중 박사팀
- 조회수 : 13540
- 다이아몬드 기반 양자컴퓨터의 큐비트를 나노미터 정밀도로 생성하는 기술 개발
- 책상 위에서 상온으로 동작하는 양자컴퓨터 제작에 응용 기대
양자컴퓨터는 큐비트(qubit)를 양자 계산 기본단위로 쓰는 새로운 개념의 컴퓨터다. 기존 컴퓨터의 비트(bit)는 0과 1중 한 번에 하나의 값만 나타낼 수 있지만, 양자컴퓨터의 큐비트는 0과 1을 동시에 나타낼 수 있어(중첩) 여러 계산을 병렬로 처리할 수 있다. 또한, 큐비트가 늘어날수록 양자컴퓨터의 정보처리 능력은 기하급수적으로 늘어난다.
현재 양자컴퓨터 분야에서 가장 앞서나가는 곳은 IBM, 구글 등 글로벌 기업으로, 초전도체를 이용해 큐비트를 개발하고 있다. 하지만 초전도체 기반 양자컴퓨터는 극저온 환경에서 동작하므로 온도를 유지하기 위한 부수 장치가 필요하다. KIST는 상온, 대기압에서 동작이 가능한 다이아몬드 큐비트 기반 양자컴퓨터를 개발하고 있으나 큐비트를 여러 개, 정확히 원하는 위치에 만들어내지는 못하고 있었다.
한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 양자정보연구단 정호중 박사 연구팀은 나노 홀 마스크를 이용해 다이아몬드 큐비트를 나노미터 단위 정밀도로 생성하는 데 성공했다고 밝혔다. 본 연구에서 개발한 나노 홀 마스크는 10 nm 이하 사이즈로, 이온이 마스크의 나노 홀을 통해서만 주입되기 때문에 정확한 위치에 다이아몬드 큐비트 생성이 가능하다.
연구진은 실리콘과 알루미늄을 동시에 쌓을 때 잘 섞이지 않는 특성을 이용하여 나노 홀 마스크를 개발하였다. 이는 물과 기름을 나노미터 단위로 촘촘히 가까이 배치해 기름 안에 물기둥을 만드는 것에 비유할 수 있다. 기름에 해당하는 실리콘 안에 물기둥에 해당하는 나노 알루미늄 기둥을 만든 다음 알루미늄 기둥만 제거하면 구멍이 생겨 나노 홀 마스크가 완성된다. 연구진은 나노 홀 마스크를 통해 제작한 큐비트를 측정하여 정밀하게 제어된 3개 이상의 다이아몬드 큐비트를 관측하였다.
정호중 박사는 “나노 홀 마스크를 통해 향후 지속해서 큐비트 개수를 늘려나갈 수 있는 확장성을 확보함으로써 현재 KIST에서 진행 중인 다이아몬드 기반 상온 포터블(portable) 양자 컴퓨터 개발에 한 걸음 더 다가간 것이 이번 연구성과의 의의”라며, “향후 공정 최적화를 통해 수율을 높이고 다이아몬드 큐비트 성능을 향상시킬 계획”이라고 밝혔다.
이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙)의 지원으로 KIST 주요사업, 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업, 한국연구재단 양자컴퓨팅기술개발사업, 정보통신기획평가원 정보통신방송기술개발및표준화사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 나노 분야 국제저널인 ‘Nano Letters ’ (IF: 11.19, JCR 분야 상위 9.1%) 최신 호에 게재되었다.
* (논문명) Sub-10 nm Precision Engineering of Solid-State Defects via Nanoscale Aperture Array Mask
- (제1저자) 한국과학기술연구원 황태연 박사후연구원
- (제1저자) 한국과학기술연구원 이정현 박사후연구원
- (교신저자) 한국과학기술연구원 정호중 선임연구원
그림 설명
다이아몬드 위에 나노 마스크 제작 과정과 제작된 나노 마스크
제작된 나노 마스크를 이용해 생성한 큐비트의 특성 분석 결과