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한국표준과학연구원
국내 연구팀이 '상온 양자컴퓨터'를 현실화하기 위한 핵심 기술을 확보하는 데 성공했다.향후 상온 양자컴퓨터 및 AI(인공지능) 반도체 개발의 핵심 기반 기술로 활용될 전망이다.
한국표준과학연구원(표준연·KRISS)은 황찬용 양자자기센싱그룹 책임연구원이 이끄는 연구팀이 김갑진 KAIST 물리학과 교수,임미영 미국 로렌스버클리국립연구소(LBNL) 박사와 함께 2차원 상온에서 '스커미온(Skyrmion)'을 생성하고 제어하는 데 세계 최초로 성공했다고 11일 밝혔다.
스커미온은 소용돌이 모양으로 배열된 독특한 입자.1961년 영국 물리학자 토니 스커미가 처음 제안했다.외부 환경이 변해도 형태와 구조를 유지하려는 성질이 있어,나노미터(nm) 수준의 작은 크기로 만들 수 있다.또 아주 적은 전력만 가해도 입자가 이동한다.
스커미온의 특성은 메모리,논리 소자,통신 소자 등 차세대 전자소자에 적용하기에 매우 유용하지만,이를 구현하기 위해선 각각의 스커미온 입자를 원하는 위치에 정확히 생성했다가 없애는 등 자유자재로 조작하는 기술이 필요하다.
연구팀은 상온 상태의 2차원 자석에서 스커미온을 생성하고 제어하는 데 성공했다.2차원 자석은 원자 한 개 수준의 두께를 갖는 매우 얇은 소재로,고스톱 룰 2명자성을 갖는다.표면이 사포처럼 거친 3차원 자석과 달리 표면이 얼음같이 매끄럽다.그만큼 마찰이 덜 발생하기 때문에 적은 전력으로도 스커미온 입자를 안정적으로 움직일 수 있다는 장점이 있다.
연구팀은 자석 표면에 매우 미세한 전압과 자기장을 공급해 스커미온을 구현했다.이후 생성된 스커미온에 전류를 가해 원하는 방향으로 움직이도록 제어했다.
그 결과 스커미온 제어에 소비되는 전력이 기존 3차원 자석에 비해 약 1000분의 1 정도인 것으로 확인됐다.입자의 크기도 10배 이상 작아져 안정성과 속도 측면에서 유리해졌다는 설명이다.
표준연은 "상온 상태의 2차원 자석에서 스커미온을 만드는 기술은 비슷한 시기에 미국과 중국에서도 보고됐지만,고스톱 룰 2명생성을 넘어 전기적 제어까지 성공한 사례는 이번이 세계 최초"라고 밝혔다.
연구팀은 이번 기술을 상온 큐비트(양자컴퓨터 계산에 쓰이는 기본 단위) 제작에 활용할 수 있다고 설명했다.상온 큐비트를 실제로 만든다면,고스톱 룰 2명초저온 환경에서만 구동하던 양자컴퓨터의 한계를 넘어 '상온 양자컴퓨터'까지 개발할 수 있을 것으로 내다봤다.
양승모 선임연구원은 "최근 AI의 발전과 함께 전력 수요가 폭증하면서 초저전력 반도체 소자의 필요성이 커지고 있다"며 "스커미온 제어 기술을 응용하면 차세대 AI 반도체 소자도 설계할 수 있을 것"이라고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부 나노및소재기술개발사업의 지원을 받았다.관련 논문은 지난 5월 저명 학술지 '어드밴스드 머티리얼스'에 게재됐다.
고스톱 룰 2명황찬용 표준연 양자자기센싱그룹 책임연구원(오른쪽) /사진=표준연" >
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