KAIST 물리학과 김갑진 교수팀미국 아르곤 국립연구소-일리노이대 UIUC 공동연구세상에 없는 기술 제안 아이디어에서 출발극저온 냉각장비 없이 상온 작동 양자컴 개발 토대 마련[이데일리 김현아 기자] KAIST(총장 이광형)가 ‘자석으로 양자컴퓨터를 만든다’는 전례 없는 발상으로 세계 최초 자성체 기반 양자연산 핵심 기술을 실현하는 데 성공했다.KAIST 물리학과 김갑진 교수 연구팀은 미국 아르곤 국립연구소(Argonne National Laboratory), 일리노이대 어바나-샴페인(UIUC)과의 공동 연구를 통해, 자석의 성질을 이용한 ‘광자-마그논 하이브리드 칩’을 개발하고, 양자연산에 필수적인 다중 펄스 간 결맞음 간섭 현상을 실시간으로 구현하는 데 세계 최초로 성공했다고 6일 밝혔다.이 연구는 KAIST의 ‘글로벌 특이점 연구사업’의 일환으로 진행됐으며, “자석으로 양자컴퓨터를 만들 수 있을까?”라는 파격적인 질문에서 출발한 도전적 연구로, 양자 스핀트로닉스(quantum spintronics) 분야의 새로운 지평을 열었다는 평가를 받고 있다.물리학과 송무준 박사(왼쪽), 물리학과 김갑진 교수(오른쪽)이다. 사진=KAIST양자정보 신호, 자석 사이에서 손실 없이 전달연구진은 자성체 ‘이트륨 철 가넷(YIG)’을 활용해 마그논(magnon)이라 불리는 자석 내부의 스핀 집단 진동을 생성하고, 이를 초전도 회로와 결합해 멀리 떨어진 자석 간 위상 정보를 실시간 전송·조절할 수 있음을 입증했다. 두 개의 YIG 구체를 12mm 간격으로 배치하고, 그 사이에 구글·IBM 양자컴퓨터에 쓰이는 초전도 공진기를 설치하여 실험한 결과, 최대 4개의 마이크로파 펄스를 입력했을 때 마그논 신호가 손실 없이 전달되었고, 간섭 제어까지 성공했다.특히 각 펄스 간 시간 차이와 주파수를 정밀 조정함으로써 마그논 위상 정보의 보강 및 상쇄 현상을 실시간으로 관측했고, 이를 통해 마그논 양자 상태 제어가 가능하다는 점을 세계 최초로 입증했다.초전도 회로 기반 마그논-광자 하이브리드 시스템. 출처=KAIST양자 KAIST 물리학과 김갑진 교수팀미국 아르곤 국립연구소-일리노이대 UIUC 공동연구세상에 없는 기술 제안 아이디어에서 출발극저온 냉각장비 없이 상온 작동 양자컴 개발 토대 마련[이데일리 김현아 기자] KAIST(총장 이광형)가 ‘자석으로 양자컴퓨터를 만든다’는 전례 없는 발상으로 세계 최초 자성체 기반 양자연산 핵심 기술을 실현하는 데 성공했다.KAIST 물리학과 김갑진 교수 연구팀은 미국 아르곤 국립연구소(Argonne National Laboratory), 일리노이대 어바나-샴페인(UIUC)과의 공동 연구를 통해, 자석의 성질을 이용한 ‘광자-마그논 하이브리드 칩’을 개발하고, 양자연산에 필수적인 다중 펄스 간 결맞음 간섭 현상을 실시간으로 구현하는 데 세계 최초로 성공했다고 6일 밝혔다.이 연구는 KAIST의 ‘글로벌 특이점 연구사업’의 일환으로 진행됐으며, “자석으로 양자컴퓨터를 만들 수 있을까?”라는 파격적인 질문에서 출발한 도전적 연구로, 양자 스핀트로닉스(quantum spintronics) 분야의 새로운 지평을 열었다는 평가를 받고 있다.물리학과 송무준 박사(왼쪽), 물리학과 김갑진 교수(오른쪽)이다. 사진=KAIST양자정보 신호, 자석 사이에서 손실 없이 전달연구진은 자성체 ‘이트륨 철 가넷(YIG)’을 활용해 마그논(magnon)이라 불리는 자석 내부의 스핀 집단 진동을 생성하고, 이를 초전도 회로와 결합해 멀리 떨어진 자석 간 위상 정보를 실시간 전송·조절할 수 있음을 입증했다. 두 개의 YIG 구체를 12mm 간격으로 배치하고, 그 사이에 구글·IBM 양자컴퓨터에 쓰이는 초전도 공진기를 설치하여 실험한 결과, 최대 4개의 마이크로파 펄스를 입력했을 때 마그논 신호가 손실 없이 전달되었고, 간섭 제어까지 성공했다.특히 각 펄스 간 시간 차이와 주파수를 정밀 조정함으로써 마그논 위상 정보의 보강 및 상쇄 현상을 실시간으로 관측했고, 이를 통해 마그논 양자 상태 제어가 가능하다는 점을 세계 최초로 입증했다.초전도 회로 기반 마그논-광자 하이브리드 시스템. 출처=KAIST양자 스핀트로닉스와 상온 작동 양자컴퓨터의 가능성 제시마그논은 비상호성(nonreciprocity) 특성을 활용해 양자 노이즈를 줄이고, 광 및 마이크로파와 동시 결합이 가능하다는 장점이 있다. 특히 반강자성체(antiferromagnet)를 적용하면 THz 대역에서 작동하는 차세대 양자컴퓨터 구현도 기대된다. 이는 복잡한 극저온 냉각장비 없이도 상온에서 작동 가능한 양자컴퓨터 개발의 토대를 마련하는 성과로, 하드