[테마 포커스] 2023-08-29 오후 3:02:16

국내 연구진, 양자컴퓨터 상용화 가능한 '양자물질' 발견에 이어 새로운 '양자상태' 발견


국내 연구진이 양자컴퓨터 등 양자정보 분야에서 활용할 수 있는 새로운 양자상태를 발견했습니다.

 

29일 과학기술정보통신부(과기정통부)는 "국내 연구진이 최근 삼각격자 구조 자성 반데르발스 물질(CoI2)에서 양자물질 상태를 일으키는 키타에프 상호작용이 존재함을 확인하고 '키타에프 모델'을 실험적으로 구현하는 데 성공했다"라고 밝혔는데요. 과기정통부 기초연구사업(리더연구) 지원으로 수행된 이번 연구는 서울대학교 박제근 교수 연구팀과 이화여자대학교 김성진 교수 연구팀 등의 협력으로 진행됐습니다.

 

그동안 국내·외 많은 연구자들은 벌집 구조 물질을 이용해 키타에프 모델을 구현하는 데에 그쳤는데, 국내 연구진이 이번 연구를 통해 세계 최초로 2차원 삼각격자에서의 키타에프 모델 구현에 성공했습니다. 키타에프 모델은 양자 시스템에서 가장 낮은 에너지 준위를 가지는 '바닥 상태'를 해석적으로 구할 수 있어 오류 없는 양자 컴퓨터에 활용할 수 있는 것으로 알려져 있습니다.

 

연구팀은 자성 물질인 CoI2(아이오딘화 코발트)에 대해 연구하던 중 기존에 사용하고 있던 물질 니켈(Ni)을 코발트(Co)로 치환할 경우 키타에프 모델이 구현되는 여러 가지 조건을 만족한다는 것을 확인한 뒤, 비탄성 중성자 산란 실험을 통해 이 물질의 스핀파가 전반적인 운동량 공간에 걸친 강한 붕괴를 가지고 있음을 발견했습니다. 연구진에 따르면 이는 비공선형 자기 구조와 키타에프 상호작용의 시너지에 의한 양자 효과로 볼 수 있습니다.

 

이번 연구는 향후 양자 정보 분야에서 높은 활용이 기대되고 있습니다. 박제근 교수는 "2차원 물질에서 양자 얽힘이 있는 양자상태를 발견하는 것은 매우 중요하다"라며 "우리 연구진이 개척해서 세계적으로 중요한 연구 분야로 자리매김한 자성 반데르발스 물질 분야에서 양자 얽힘이 중요한 양자상태를 발견하여 또다시 선도적인 연구 성과를 내서 이 분야를 주도했다"라고 강조했습니다.

 

한편, 양자 물질 상태 및 키타에프 모델을 새로운 삼각격자에 구현하는 새로운 돌파구를 제시한 이번 연구 성과는 이날 물리 분야 세계 학술지인 네이처 피직스(Nature Physics)에 게재됐습니다.