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표준연, 세계 최초로 니오븀 기반 초전도 나노소자 개발

송고시간2021-04-14 14:39

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한국표준과학연구원은 세계 최초로 양자컴퓨터에 쓸 수 있는 니오븀(Nb) 기반 초전도 나노소자를 개발했다고 14일 밝혔다.

알루미늄과 니오븀 모두 극저온에서 초전도 특성을 나타내며, 특히 니오븀은 온도·자기장 등 주변 환경의 영향을 상대적으로 덜 받아 초전도 나노소자로 활발하게 연구된다.

차진웅 표준연 책임연구원은 "니오븀 나노소자를 활용해 다양한 양자 정보 장치를 원격으로 연결하는 광신호 변환장치를 개발할 계획"이라며 "양자컴퓨터용 소자, 고정밀 스핀 감지 기술 등에 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.

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"양자컴퓨터용 소자로 활용 기대"

니오븀 나노소자 측정하는 표준연 연구팀
니오븀 나노소자 측정하는 표준연 연구팀

[한국표준과학연구원 제공. 재판매 및 DB 금지]

(대전=연합뉴스) 박주영 기자 = 한국표준과학연구원은 세계 최초로 양자컴퓨터에 쓸 수 있는 니오븀(Nb) 기반 초전도 나노소자를 개발했다고 14일 밝혔다.

양자컴퓨터는 기존 2진법 컴퓨터가 정보를 '0' 또는 '1'의 두 가지 상태로 표시하는 것과 달리 서로 중첩이 가능한 여러 상태가 존재하는 '큐비트'(quantum bit)로 정보를 다룬다.

기존 컴퓨터로는 풀 수 없는 문제를 양자 중첩과 같은 양자역학적 현상을 활용해 빠른 속도로 풀 수 있어, 차세대 정보통신 인프라 기술로 주목받고 있다.

양자 상태 제어를 위해서는 절대온도 0도(영하 273.15도)에 가까운 극저온에서 전기저항이 '0'이 되는 초전도체 소자가 필요하다.

초전도 나노소자 개념도
초전도 나노소자 개념도

[한국표준과학연구원 제공. 재판매 및 DB 금지]

알루미늄과 니오븀 모두 극저온에서 초전도 특성을 나타내며, 특히 니오븀은 온도·자기장 등 주변 환경의 영향을 상대적으로 덜 받아 초전도 나노소자로 활발하게 연구된다.

강한 전기역학 상호작용을 만들어내기 위해 기판 전극으로부터 나노소자를 100㎚(나노미터·100만분의 1㎜) 이상 띄워 유지해야 하는데, 나노 구조로 인해 발생하는 잔류 응력(물체 내부 분자 간 끌어당기는 힘) 때문에 제어가 어려웠다.

연구팀은 2년의 연구 끝에 니오븀의 기판 위 증착 조건을 최적화해 니오븀 나노소자를 개발하는 데 성공했다.

니오븀 나노소자는 절대온도 4K(영하 269.15도), 외부자기장 0.8T(테슬라) 환경에서 사용할 수 있다.

이는 기존 알루미늄 소자의 작동 환경인 절대온도 1K(영하 272.15도), 외부자기장 0.01T보다 훨씬 양호한 조건이라고 연구팀은 설명했다.

차진웅 표준연 책임연구원은 "니오븀 나노소자를 활용해 다양한 양자 정보 장치를 원격으로 연결하는 광신호 변환장치를 개발할 계획"이라며 "양자컴퓨터용 소자, 고정밀 스핀 감지 기술 등에 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.

jyoung@yna.co.kr

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