‘동전 크기’ 양자 컴퓨터 문 열리나…'마그논' 수명 100배 늘렸다

국내외 과학계가 주목해 온 차세대 양자 기술의 핵심 준입자인 ‘마그논(Magnon)’의 수명을 기존보다 100배 이상 늘리는 획기적인 연구 결과가 나왔다. 이에 따라 향후 1센트 동전 크기만 한 초소형 양자 컴퓨터를 실제 구현할 수 있는 길이 열릴 것으로 기대된다.
최근 글로벌 과학 기술 전문매체 사이테크데일리(SciTechDaily)에 따르면 오스트리아 비엔나 대학교의 안드리 추마크 교수가 이끄는 국제 물리학자 공동 연구팀은 최근 자성 고체 내부의 자기화 파동인 마그논의 수명을 수백 나노초 수준에서 최대 18마이크로초까지 늘리는 데 성공했다고 세계적 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’를 통해 발표했다.

마그논은 고체 자성 물질 내부를 이동하는 특성을 지니며, 파장을 나노미터 규모까지 줄일 수 있어 스마트폰 칩 크기의 미세 회로 구축이 가능하다는 점에서 양자 기술의 유망한 구성 요소로 꼽혀왔다. 그러나 생성 직후 거의 곧바로 사라지는 짧은 수명 탓에 양자 정보를 안정적으로 전달하기 어려워 실용화에 큰 난제를 겪어왔다.

사이테크데일리에 따르면 비엔나대 연구팀은 두 가지 혁신적인 접근법으로 이 한계를 극복했다. 결정 표면의 결함에 영향을 덜 받는 ‘단파장 마그논’을 채택하고, 초고순도 이트륨 철 가넷(YIG) 구체를 절대 영도에 가까운 30밀리켈빈까지 냉각해 마그논을 파괴하는 열적 과정을 차단한 것이다.
특히 이번 연구에서 가장 주목할 만한 발견은 마그논 수명의 한계가 근본적인 물리 법칙이 아니라 ‘물질의 순도’에 의해 결정된다는 사실이다. 연구팀이 순도가 다른 샘플들을 테스트한 결과, 물질의 결함과 불순물을 제거할수록 수명이 명확하게 길어지는 패턴을 확인했다. 이는 향후 소재 정밀 제어 기술이 발전함에 따라 마그논의 수명을 한층 더 연장할 수 있음을 시사한다.

이번 성능 개선을 통해 마그논은 단순한 신호 전달자를 넘어, 초전도 큐비트처럼 수명이 길고 안정적인 양자 정보 전달자이자 내구성이 뛰어난 ‘양자 메모리’로 활용될 가능성이 높아졌다. 아울러 하나의 경로로 수백 개의 큐비트를 연결하는 ‘양자 버스’ 역할을 수행할 수 있어, 서로 다른 양자 시스템을 잇는 범용 번역기로서 하이브리드 양자 아키텍처 발전에 기여할 전망이다.


이인수 글로벌이코노믹 기자 tjlee@g-enews.com