기존 컴퓨터에서는 많은 노력을 해야만 해결할 수 있거나 전혀 해결할 수 없는 문제를 해결할 수 있는 양자 컴퓨터의 개발이 현재 전 세계적으로 점점 더 많은 연구팀이 추구하고 있는 목표입니다. 이유: 가장 작은 입자와 구조의 세계에서 발생하는 양자 효과는 많은 새로운 기술 응용을 가능하게 합니다. 양자역학 법칙에 따라 정보와 신호를 처리할 수 있는 초전도체는 양자컴퓨터 구현에 유망한 부품으로 꼽힌다. 그러나 초전도 나노구조의 문제점은 매우 낮은 온도에서만 기능하기 때문에 실제 적용이 어렵다는 점이다. googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2'); });
뮌스터 대학과 Forschungszentrum Jülich의 연구원들은 이제 처음으로 고온 초전도체, 즉 양자 역학 효과가 지배적인 온도 이하로 상승하는 초전도체로 만들어진 나노와이어에서 에너지 양자화라고 알려진 것을 시연했습니다. 그러면 초전도 나노와이어는 정보를 인코딩하는 데 사용할 수 있는 선택된 에너지 상태만 가정합니다. 연구진은 고온 초전도체에서 정보를 전달하는 역할을 하는 빛 입자인 단일 광자(single photon)의 흡수도 처음으로 관찰할 수 있었다.
“한편으로 우리의 결과는 미래의 양자 기술에서 상당히 단순화된 냉각 기술을 사용하는 데 기여할 수 있으며, 다른 한편으로는 여전히 초전도 상태와 그 역학을 지배하는 프로세스에 대한 완전히 새로운 통찰력을 제공합니다. 이해되지 않았습니다.”라고 뮌스터 대학교 물리학 연구소의 연구 책임자인 Jun. Carsten Schuck 교수는 강조합니다. 따라서 결과는 새로운 유형의 컴퓨터 기술 개발과 관련이 있을 수 있습니다. 이 연구는 Nature Communications 저널에 게재되었습니다.
과학자들은 이트륨, 바륨, 구리 산화물 및 산소, 즉 줄여서 YBCO로 만들어진 초전도체를 사용하여 몇 나노미터의 얇은 와이어를 제작했습니다. 이러한 구조가 전류를 전도할 때 '위상 슬립'이라는 물리적 역학이 발생합니다. YBCO 나노와이어의 경우, 전하 캐리어 밀도의 변동으로 인해 초전류의 변화가 발생합니다. 연구진은 섭씨 영하 253도에 해당하는 20켈빈 미만의 온도에서 나노와이어의 프로세스를 조사했습니다. 모델 계산과 결합하여 그들은 나노와이어의 에너지 상태의 양자화를 입증했습니다. 와이어가 양자 상태에 들어가는 온도는 12~13켈빈으로 나타났습니다. 이는 일반적으로 사용되는 재료에 필요한 온도보다 수백 배 높은 온도입니다. 이를 통해 과학자들은 수명이 훨씬 길고 양자 역학적 상태를 더 오랫동안 유지할 수 있는 특정 주파수에 맞춰진 진동 시스템인 공진기를 생산할 수 있었습니다. 이는 더 큰 규모의 양자 컴퓨터를 장기적으로 개발하기 위한 전제 조건입니다.
양자 기술 개발뿐만 아니라 잠재적으로 의료 진단에도 중요한 구성 요소는 단일 광자까지 등록할 수 있는 검출기입니다. 뮌스터 대학의 Carsten Schuck 연구 그룹은 초전도체를 기반으로 한 단일 광자 검출기를 개발하기 위해 수년 동안 노력해 왔습니다. 이미 저온에서 잘 작동하는 현상을 전 세계의 과학자들은 10년 넘게 고온 초전도체를 사용하여 달성하려고 노력해 왔습니다. 이번 연구에 사용된 YBCO 나노와이어에서는 이러한 시도가 처음으로 성공했다. "우리의 새로운 발견은 실험적으로 검증 가능한 새로운 이론적 설명과 기술 개발의 길을 열었습니다"라고 Schuck 연구 그룹의 공동 저자 Martin Wolff는 말합니다.
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게시 시간: 2020년 4월 7일