양자 컴퓨터 냉각 효율 개선하는 첨단 2D 소재 활용 장치 개발 연구 발표

SeoulEPFL의 나노전자 및 구조 연구소(LANES) 연구진은 양자 비트(큐비트)를 매우 효율적으로 냉각하는 새로운 장치를 개발했다. 공과대학의 안드라스 키스가 이끄는 팀이 개발한 이 장치는 양자 컴퓨팅에 필수적인 극저온 환경에서 큐비트를 보다 쉽게 사용할 수 있도록 한다.

양자 컴퓨터는 원자 운동을 줄이고 노이즈를 감소시키기 위해 큐비트를 섭씨 -273도에 가깝게 매우 낮은 온도로 유지해야 합니다. 그러나 이러한 컴퓨터에서 사용되는 전자기기는 열을 생성하며, 그 열을 이렇게 낮은 온도에서 제거하는 것은 매우 어렵습니다. 현재의 기술로는 이 문제를 처리하는 것이 어려워서, 이는 노이즈와 비효율성을 초래합니다.

LANES 팀은 뛰어난 전기 전도성을 지닌 그래핀과 반도체 특성을 지닌 인듐 셀렌화물을 사용하여 새로운 장치를 개발했습니다. 이 장치는 몇몇 원자 두께로, 2차원 물체로 작동합니다.

다음은 이 장치의 주요 특징들입니다:

• 최저 100 밀리켈빈의 온도에서도 작동 가능.
• 열전 변환에 너른스트 효과 사용.
• 고효율을 위해 그래핀과 인듐 셀레나이드를 결합.
• 현재 실온 기술의 효율성과 동등한 성능.
• 기존 저온 양자 회로에 통합될 가능성 있음.

이 장치는 Nernst 효과를 활용하며, 이는 서로 다른 온도를 가진 물체에 수직으로 자기장이 가해질 때 전압을 생성합니다. 이차원 구조는 이 과정의 효율성을 전기적으로 제어할 수 있게 합니다.

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과학자들은 레이저 열원과 희석 냉장고를 사용하여 장치를 실험했습니다. 이 장치는 낮은 온도에서 열을 전압으로 변환하는데, 이는 보통 어려운 작업입니다. 이 새로운 장치는 이 문제를 해결하며, 양자 기술에 있어 중요한 역할을 합니다.

LANES 박사 과정의 가브리엘레 파스콸레는 이 장치의 중요성을 강조합니다. 양자 시스템에서는 열 간섭이 문제가 될 수 있으며, 이 장치는 열을 관리하기 위한 냉각 기능을 제공합니다.

물리학자 파스콸레는 이번 연구의 중요성을 강조합니다. 이 연구는 낮은 온도에서 열을 전기로 변환하는 방법을 이해하는 데 도움을 줍니다. 이 주제는 그동안 많이 연구되지 않았습니다. 이 장치는 매우 효율적이며, 생산하기 쉬운 부품들로 제작할 수 있기 때문에 현재의 양자 회로에 추가될 수 있습니다.

이 혁신은 양자 컴퓨팅에 중요한 의미를 지닙니다. 냉각 시스템은 큐비트의 안정성을 유지하는 데 필수적이며, 이 장치는 이를 효과적으로 해결합니다. 이는 양자 컴퓨터가 연구실을 넘어 일상 생활에서 더 유용하고 널리 사용되는 미래를 예고하고 있습니다.

LANES 팀은 양자 컴퓨터를 위한 보다 나은 냉각 시스템 개발에서 중요한 진전을 이루었습니다. 그들의 연구 결과는 Nature Nanotechnology에 게재되었으며, 이는 나노기술에서의 중대한 도약을 의미합니다. 이는 미래의 양자 기술을 위한 냉각 시스템의 작동 방식에 큰 변화를 가져올 수 있습니다.