국내 연구진이 전기회로 없이 양자 상태를 제어할 수 있는 기술 개발에 성공했다. 전광-통신 기술 구현이 쉬워지면서 양자컴퓨터 상용화가 앞당겨질 것으로 기대된다.
한국연구재단(이사장 조무제)은 김광석 부산대 광메카트로닉스공학과 교수, 송진동 한국과학기술연구원(KIST) 박사팀이 전기 대신 빛으로 양자점 두 개를 중첩시키는 기술을 개발했다고 19일 밝혔다.
양자점은 다양한 파장의 빛을 내뿜는 나노미터(㎚) 크기의 반도체 결정체다. 미래 양자컴퓨터, 양자 통신의 핵심 요소다. 전기가 흐르는 상태(1)와 흐르지 않는 상태(0)를 동시에 갖는 `양자 중첩 현상`으로 한 번에 많은 정보를 효율 높게 처리할 수 있다.
기존의 양자점은 전기로 중첩 현상을 제어해야 했다. 전자가 양자점 사이 벽을 통과하는 `터널링 효과`를 내기 위해서는 전기가 필요하기 때문이다.
그러나 전기를 이용하면 양자점 사이 수십 ㎚ 공간에 전기회로를 구성해야 하기 때문에 제작 공정이 복잡하고 번거롭다. 회로를 통해 전기가 흘러 전압의 방향, 전자 정렬 방향도 바꿀 수 없다.
연구팀은 빛을 쏴 인접한 두 개 양자점 중첩을 선택 유도하는데 성공했다.
빛이 두 개의 양자점 사이를 가로지르면 전자가 결합되지만 빛이 수직으로 가해지면 전자 결합이 이뤄지지 않는다. 이 기술을 적용하면 빛을 지닌 전기장이 기존에 쓰이던 회로를 대신한다.
별도의 전기회로가 없어도 양자 중첩 상태를 만들 수 있다. 이는 편광(빛을 쏘는 방향)만 바꾸면 복수의 양자점을 원하는 방식으로 작동시킬 수 있다는 의미다. 빛을 지닌 전기장이 기존에 쓰이던 회로를 대신한다.
연구팀은 이 기술이 양자점 간 신호 중첩, 정보 전송 과정을 단순화하고 효율화할 수 있을 것으로 보고 있다. 앞으로 양자컴퓨터, 양자통신 구현도 앞당길 수 있다. 파생 기술을 이용하면 현재 쓰이는 퀀텀 디스플레이, 태양전지 소자도 효율성을 높일 수 있을 것으로 기대하고 있다
연구팀은 이 밖에 복수 양자점의 형성 위치, 모습 등을 제어하는 `물방울 성장 방법`도 개발했다.
김광석 교수는 “이번 기술 개발에 따라 편광 방향을 바꾸는 것만으로 양자점 내 전자 결합을 손쉽게 제어할 수 있게 됐다”면서 “효율 높은 신호 중첩이 가능해짐으로써 앞으로 양자통신, 양자컴퓨터 기술을 진보시킬 원천 기술로 자리매김할 것”이라고 기대했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
