상온 동작 양자컴퓨터 개발에 한발 더

KIST "다이아몬드 큐비트를 나노 수준 정밀도로 생성하는데 성공"

한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 양자정보연구단 정호중 박사 연구팀이 양자컴퓨터에 필요한 다이아몬드 큐비트를 나노미터 단위 정밀도로 생성하는 데 성공했다고 29일 밝혔다. 

연구진은 10㎚ 이하 나노 홀 패턴이 새겨진 마스크를 만들었다. 이 나노 홀을 통해서만 이온이 주입되기 때문에 정확한 위치에 다이아몬드 큐비트를 생성할 수 있다. 

KIST는 상온과 대기압에서 작동하는 다이아몬드 큐비트 기반 양자컴퓨터를 개발 중이다. 현재 이 분야를 선도하는 IBM이나 구글 등이 개발 중인 초전도체 기반 양자컴퓨터와 달리 극저온 상태를 유지할 필요가 없다는 장점이 있다. 그러나 다이아몬드 큐비트 여러 개를 원하는 위치에 만들어내는 것이 난제였다. 

이번 큐비트 정밀 생성 기술 개발로 다이아몬드 큐비트 양자컴퓨터 개발에 한 걸음 더 다가설 것으로 연구진은 기대하고 있다.  

연구진은 실리콘과 알루미늄을 동시에 쌓을 때 잘 섞이지 않는 특성을 활용해 나노 홀 마스크를 개발했다. 이는 물과 기름을 나노미터 단위로 촘촘히 가까이 배치해 기름 사이에 얇은 물기둥을 세우는 것에 비유할 수 있다. 물과 기름이 나노 수준으로 가까이 있지만, 둘은 서로 섞이지 않는 성질이 있기 때문에 물기둥의 자리를 확보할 수 있다. 

기름에 해당하는 실리콘 안에 물기둥에 해당하는 나노 알루미늄 기둥을 만든 다음, 알루미늄 기둥만 식각해 제거하면 구멍이 생겨 나노 홀 마스크가 완성된다. 연구진은 실리콘과 알루미늄 사이에 이같은 현상이 나타나는 최적 조건을 찾아냈다. 

다이아몬드 위에 나노 마스크를 제작 과정과 제작된 나노 마스크 (자료=KIST)

나노 홀 마스크를 통해 제작한 큐비트를 측정한 결과, 정밀하게 제어된 3개 이상의 다이아몬드 큐비트를 관측할 수 있었다. 

정호중 박사는 "나노 홀 마스크를 통해 향후 지속해서 큐비트 개수를 늘려나갈 수 있는 확장성을 확보, 현재 KIST에서 진행 중인 다이아몬드 기반 상온 포터블 양자컴퓨터 개발에 한 걸음 더 다가갔다"라며 "향후 공정 최적화를 통해 수율을 높이고 다이아몬드 큐비트 성능을 향상시킬 계획"이라고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 주요사업, 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업, 한국연구재단 양자컴퓨팅기술개발사업, 정보통신기획평가원 정보통신방송기술개발및표준화사업으로 수행됐다. 연구 결과는 나노 분야 학술지 '나노 레터(Nano Letters)' 최신호에 게재됐다.