기초과학연구원(IBS) 연구진이 국내 공동 연구로 원자 양자 상태를 정밀 제어하고 관측할 수 있는 기술 개발에 성공했다. 기술이 고도화 되면 양자 기술을 활용한 정보 처리 기술력을 높일 수 있다.
IBS는 양자나노과학연구단(단장 안드레아스 하인리히)이 미국 IBM 알마덴 연구소 연구팀과 함께 순간적인 마이크로파를 활용해 원자 양자 상태를 정밀하게 제어하고 정확한 사진을 촬영할 수 있는 기술을 개발했다고 24일 밝혔다.
이번 연구에는 산화마그네슘 표면에 티타늄 원자를 올려 실험을 진행했다. 기존에는 마이크로파를 고체 표면 위 티타늄 원자에 연속으로 투사하는 방법을 측정에 활용했는데, 이 경우 스핀을 원하는 방향으로 바꾸거나 특정 방향에 멈추게 하는 것이 힘들었다. 관측도 어려웠다. 우리가 일상을 사는 거시세계와 달리 양자역학이 지배하는 미시세계에서는 관측 행위만으로 측정 대상에 영향을 주기 때문에 정확한 관측도 어렵다.
연구팀은 나노 초 단위로 마이크로파를 티타늄 원자에 가하는 방법으로 문제를 해결했다. 마이크로파는 파장별로 티타늄 스핀에 영향을 주는데, 순간적인 투사로 이를 제어하면 스핀 방향 역시 잠시나마 멈출 수 있다는 설명이다.
이 원리를 활용해 관측 과정에서 생기는 영향도 최소화할 수 있다. 마이크로파를 연속으로 쏘지 않기 때문에 대상이 받는 영향이 줄어들 수밖에 없다.
안드레아스 하인리히 단장(이화여대 물리학과 석좌교수)은 “이 연구는 표면 위 원자의 양자 시스템을 제어하는데 중요한 발판이 된다”며 “이 시스템을 양자 컴퓨팅 큐비트에 활용하게 되기를 기대한다”고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
