‘상온 양자컴퓨터’ 가능성 열었다…한국 연구진이 후보물질 확인

김재욱 한국원자력연구원 첨단양자소재연구실 박사가 고품질의 터븀인듐산화물(TbInO3) 단결정을 합성하기 위해 사용되는 레이저 부유 용융로를 점검하고 있다. 사진 한국원자력연구원

한국 연구진이 상온에서도 대규모 양자 얽힘 현상을 구현할 수 있는 양자 소재 후보물질을 확인했다. 양자컴퓨터는 슈퍼컴퓨터보다 수백만 배 이상 빠르게 정보를 처리할 수 있어, 미래의 ‘게임 체인저(Game Changer‧시장의 흐름을 바꾸는 혁신 기술)’로 꼽힌다.

한국원자력연구원은 23일 “김재욱 박사 등이 참여한 국제 공동 연구진이 터븀인듐산화물(TbInO3)이 양자컴퓨터 소자 등에 쓰일 수 있는 양자스핀액상(QSL) 물질이 될 수 있음을 실험적으로 증명했다”고 밝혔다. 연구 결과는 지난 17일 국제 학술지 ‘네이처 피직스’ 온라인판에 게재됐다.

과학계에선 양자역학적 중첩과 얽힘 현상 구현 등을 한계로 꼽아왔다. 온도 변화와 불순물, 외부 전자기장 등 미세한 자극에도 다양한 오류가 발생하기 때문이다. 또 취약한 양자 상태를 안정적으로 만들려면 절대영도(-273.15도)에 가까운 극저온 환경 등 까다로운 조건을 구현해야 한다.

이 때문에 현재까지 수많은 QSL 후보 물질 검증이 이뤄졌음에도, 양자 특성의 실험적 확인에는 어려움을 겪어왔다. 김 박사 등 공동 연구진은 최초로 QSL 후보 물질 중 하나인 TbInO3 단결정에서 광학 전도도가 주파수의 제곱에 비례하는 현상을 실험적으로 확인하는 데 성공했다.

특히 영상 27도 수준의 실온에서도 광학 전도도 비례 현상이 나타났는데, 이는 TbInO3가 상온에서도 QSL 특성을 구현할 수 있음을 실제 확인한 최초 사례라고 연구진은 설명했다. 김재욱 박사는 “이번 연구 결과는 양자 스핀 액상 물질의 오래된 이론적 예측을 실험적으로 검증한 첫 사례”라며 “향후 양자컴퓨팅과 양자 센서 소자 설계에 큰 도움이 될 것”이라고 말했다.

고석현 기자 ko.sukhyun@joongang.co.kr