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초전도 회로와 자성체를 결합한 광자-마그논 하이브리드 칩 개발한-미 연구진이 자석을 이용한 양자컴퓨팅 핵심 기술을 상온에서 처음 실증했다.
KAIST(총장 이광형)는 물리학과 김갑진 교수 연구팀이 미국 아르곤 국립 연구소 및 일리노이대 어바나-샴페인(UIUC)과‘광자-마그논 하이브리드 칩’을 개발해 자성체에서 다중 펄스 간섭 현상을 실시간으로 구현하는 데 세계 최초로 성공했다고 6일 밝혔다.
연구팀은‘빛’과‘자석 내부의 진동(마그논)’이 함께 작동하는 특수한 칩을 개발했다.이 칩은 멀리 떨어진 자석 사이에서 신호(위상 정보)를 전송하고,여러 개의 신호가 서로 간섭하는 현상을 실시간 관측하고 조절이 가능하다. 자성체로 양자컴퓨팅을 세계 처음 구현한 KAIST 김갑진 교수(오른쪽)와 송무준 박사.(사진=KAIST) 
김갑진 교수는 "자석이 양자 연산의 핵심 부품으로 활용될 수 있다는 것을 보여준 세계 최초의 실험"이라며 "자성체 기반 양자컴퓨팅 플랫폼 개발의 중요한 전환점이 될 것"으로 기대했다.
자석 N극과 S극은 원자 내부에 존재하는 전자 스핀(spin)에서 나오는데,여러 원자가 모였을 때 나타나는 스핀들의 집단적인 진동 상태를 마그논이라고 한다.
마그논은 정보를 한쪽으로만 전달하는 비상호성 특성이 나타난다.이는 양자 노이즈 차단을 통한 소형 양자 칩 개발에 응용된다.광 및 마이크로파와 동시에 결합할 수 있어 양자 정보를 수십 km 거리로 전송하는 양자 통신 소자로도 응용 가능하다.
또한,마카오 mgm카지노특수한 자석 물질인 반강자성체를 이용하면 양자컴퓨터 작동 주파수를 훨씬 빠른 테라헤르츠(THz) 대역으로 높여 현재 양자컴퓨터 하드웨어 한계를 뛰어 넘을 수 있다.복잡한 냉각 장비 없이도 상온에서 작동하는 양자컴퓨터의 개발이 가능하다는 의미다.
그러나,마그논을 기반으로 한 양자컴퓨팅과 통신 시스템 전반의 구현에 필요한 이 모든 기술을 실현하기 위해서는 마그논 위상 정보,즉 마그논 파동이 언제부터 시작되고 움직이는지에 대한 정보를 실시간으로 전송 및 측정하고,그것을 제어하는 기술이 필수적이었다.
김갑진 교수 연구팀이 이 문제를 해결한 것.연구팀은 작은 자석 구슬인 이트륨 철 가넷(YIG) 2개를 12㎜간격으로 배치하고,그 사이에 구글,IBM 등의 양자컴퓨터에서 사용되는 회로인 초전도 공진기를 설치해 한쪽 자석에 신호(펄스)를 넣어서 다른 자석까지 정보가 잘 전달되는지를 측정했다.
이 결과,수 나노초(ns) 길이의 아주 짧은 하나의 펄스부터 최대 네 개의 마이크로파 펄스를 입력하였을 때 그로 인해 생기는 자석 내부의 진동(마그논)이 초전도 회로를 통해 멀리 있는 다른 자석까지 손실 없이 전달되는 것을 확인했다.
여러 펄스 사이에 간섭을 일으켰을 때 각각의 위상 정보를 유지하며 신호가 예측대로 보강 또는 상쇄되는 것(결맞음 간섭 현상)을 실시간 도메인에서 관측하는 데도 성공했다.
