이미지 확대보기기술과 과학 뉴스 웹사이트 사이테크데일리 닷컴은 캘리포니아 대학교 리버사이드 캠퍼스 펭 웨이 교수 연구팀이 삼방정계(3개의 동일한 길이의 축이 서로 120도 각도로 교차하고, 나머지 한 축은 이들과 수직인 결정 구조) 텔루륨과 금 박막 결합을 통해 혁신적인 초전도체 개발에 성공했다고 23일(현지시각) 보도했다.
보도에 따르면 연구팀은 삼방정계 텔루륨이라는 키랄 물질을 금 박막과 결합시켜 2차원 인터페이스 초전도체를 만들었다. 키랄 물질은 왼손과 오른손처럼 거울상에 겹쳐지지 않는 독특한 특성을 가진다.
이렇게 만들어진 초전도체는 기존 초전도체보다 6배 강화된 스핀 에너지 환경에서 작동하며, 자기장 하에서도 안정적인 '삼중 초전도체'로 변환되는 특징을 보인다. 이는 외부 환경 변화에도 견고한 양자 정보 처리를 가능하게 해 양자 컴퓨팅의 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.
'위상 초전도체' 후보 물질, 견고한 양자 정보 처리 가능
사이테크데일리 닷컴에 따르면 이번에 개발된 초전도체는 '위상 초전도체'의 후보 물질로도 주목받고 있다. 위상 초전도체는 전자나 홀의 비국소화된 상태를 이용해 양자 정보를 전달하고 데이터를 처리하는 방식으로, 외부 환경 변화에도 견고한 양자 정보 처리를 가능하게 한다.
연구팀은 이 초전도체가 자기장 하에서도 안정적인 '삼중 초전도체'로 변환되는 특징을 보인다는 사실을 확인했다. 이는 외부 환경 변화에도 견고한 양자 정보 처리를 가능하게 해 양자 컴퓨팅의 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.
양자 컴퓨팅 핵심 과제 '디코히어런스' 극복
양자 컴퓨팅에서 가장 큰 과제 중 하나는 '디코히어런스' 현상이다. 디코히어런스는 양자 시스템이 외부 환경과 상호 작용하면서 양자 정보가 손실되는 현상으로, 양자 컴퓨터의 실용화를 가로막는 주요 걸림돌이다.
이번 연구에서는 미국 국립표준기술원(NIST)과의 협력을 통해 이 초전도체가 디코히어런스의 주요 원인인 재료 결함을 자연스럽게 억제한다는 사실을 밝혀냈다. 이는 품질 계수가 100만에 달하는 고품질 저손실 마이크로파 공진기를 만들 수 있음을 의미하며, 양자 컴퓨팅의 핵심 구성 요소인 큐비트 시스템의 안정성을 획기적으로 높일 수 있다.
확장 가능하고 안정적인 양자 컴퓨팅 구성 요소 개발 기대
연구팀은 이번에 개발된 초전도체가 더 확장 가능하고 안정적인 양자 컴퓨팅 구성 요소 개발에 유망한 후보가 될 수 있다고 밝혔다.
특히 기존 방법과 달리 비자성 재료를 사용해 더 깨끗한 인터페이스를 구현함으로써 양자 시스템의 안정성을 더욱 높였다. 또한, 더 얇은 소재를 사용해 확장성 문제도 해결할 수 있을 것으로 기대된다.
양자 컴퓨팅 시대 앞당길 혁신적인 기술
이번 연구 결과는 양자 컴퓨팅 기술의 발전을 앞당길 혁신적인 기술로 평가받고 있다. 큐비트의 안정성과 확장성 문제를 해결함으로써 양자 컴퓨터의 실용화를 앞당기고, 신약 개발, 재료 과학, 인공지능 등 다양한 분야에 혁신을 가져올 수 있을 것으로 기대된다.
하지만 아직은 실험실 수준의 연구 결과이므로 상용화까지는 좀 더 시간이 필요하다. 앞으로 추가 연구를 통해 이 소재의 성능을 더욱 향상시키고 실제 양자 컴퓨터에 적용할 수 있도록 기술을 발전시켜나가는 것이 중요하다.
이태준 글로벌이코노믹 기자 tjlee@g-enews.com
