양자컴퓨터 상용화의 걸림돌인 '대량 생산' 문제가 해결될 전망이다. 국내 연구진이 기존 무작위로 생성되던 양자 큐비트를 원하는 위치에 배열하는 기술을 개발한 영향이다.
한국연구재단에 따르면 영남대하교 김종수 교수 연구팀이 ‘집속이온빔(FIB) 기반 초정밀 반도체 나노구조 정렬 성장 원천기술’을 개발했다. 이 연구팀은 양자 컴퓨터 상용화의 핵심 난제 ‘큐비트 대량 생산’ 가능성을 연 것으로 평가된다.
큐비트는 양자 컴퓨터의 가장 작은 정보 처리 단위다. 양자중첩 원리에 따라 0과 1을 동시에 가질 수 있어 기존 비트보다 더 빠르게 계산한다.
‘자발 형성’ 방식의 양자점 성장 방식은 세계적으로 연구가 활발하다. 이는 소자 구현은 가능하지만 생성 위치와 크기를 조절할 수 없다. 이런 ‘무작위성’은 좋은 벽돌을 두고 쌓을 기술이 없는 셈이다. 복잡한 양자 회로 구현과 대량 생산의 걸림돌로 현대 물리학의 대표적 난제이기도 하다.
연구팀은 물리적 가공(FIB)과 화학적 성장(MBE)을 진공상태에서 연계한 독창적 공정을 거쳤다. 이 방식으로 불순물 오염 없이 고품위 양자 구조를 제작했다. 단일 양자점과 복합 양자구조 모두 구현 가능한 ‘양자 소자 정밀 제작 플랫폼’을 구축했다.
연구팀은 먼저 집속 이온빔을 이용한 전처리 공정 기술을 개발했다. 양자점이 자라나는 ‘초기 핵 생성’ 과정을 제어하기 위함이다. 이어 나노미터(nm) 단위의 정밀도로 기판을 가공해 갈륨(Ga) 액적을 원하는 위치에 배열하는데 성공했다. 갈륨은 양자점의 씨앗 역할을 한다. 우연에 의존하던 기존 성장 방식을 공학적 통제가 가능하게 만들었다.
현재 연구팀은 이 정밀 제어 기술을 바탕으로 분자선박막증착(MBE) 장비와의 연계 공정을 연구하고 있다. MBE 장비가 구축되면 앞서 정렬된 Ga 액적 위에 고순도 반도체 결정을 쌓을 수 있다. 완벽하게 제어된 양자 큐비트 구조 대량 실현도 가능할 전망이다.
박정원 인턴 기자 jason201477@hankyung.com
관련뉴스
