국내 연구진이 차세대 양자 컴퓨팅 핵심 소재로 주목받는 양자 스핀 액체가 코발트 기반 벌집 구조 산화물에서 구현 가능하다는 연구 결과를 내놓았다.

UNIST는 물리학과 손창희 교수와 강원대학교 반도체 물리학과 김흥식 교수 공동 연구팀이 코발트 기반 벌집 구조 산화물에서 양자 요동을 증가시키는 데 성공했다고 18일 밝혔다.

일반 자석은 온도가 낮아지면 전자의 스핀이 정렬된다. 물이 얼음으로 변하는 것과 비슷하다.

그러나 양자 스핀 액체는 극저온에서도 스핀이 정렬되지 않고 액체 상태를 유지한다. 이 새로운 물질 상태는 초고속 양자 컴퓨터와 혁신적 통신 기술 개발을 촉진할 수 있다.

연구팀은 코발트 기반 벌집 구조 산화물을 얇은 박막으로 제작해 결정 구조의 변형을 성공적으로 제어했다. 양자 요동을 증가시켜 스핀 정렬 온도를 절반 이하로 낮췄다. 격자 뒤틀림 제어가 양자 요동을 증가시키는 핵심 변수임을 입증한 것이다.

손창희 교수는 “이번 연구로 박막 구조가 양자 스핀 액체 후보 물질의 스핀 상호 작용을 효과적으로 조절할 수 있음을 밝혔다”며 “양자 스핀 액체가 박막 형태로 구현된다면 양자 오류 정정이 필요 없는 위상 양자 컴퓨터 구현이 가능할 수 있다”고 설명했다.

박재권기자 jaekwon@ksilbo.co.kr