[나노영챌린지 2017] 물리학도들의 양자컴퓨터 도전기

2017년 11월 30일 16:05

나노기술의 미래를 이끌 젊은 과학도들의 축제 ‘나노영챌린지’가 6개월간의 대장정 끝에 막을 내렸다. 나노기술연구협의회는 나노영챌린지의 본상 시상식을 11월 23일 서울 강남구 라마다호텔에서 개최했다.

 

올해 처음 개최된 ‘나노영챌린지 2017’은 대학생과 대학원생들의 열기로 뜨거웠다. 총 55팀이 지원해 8개 팀이 본선에 올랐고, 그 중 3팀이 최우수상(과학기술정보통신부장관상)과 우수상(나노기술연구협의회장상, 한국과학창의재단이사장상) 수상의 영예를 안았다. 수상팀에게는 상금과 함께 해외 나노기술 관련 행사 탐방 기회가 주어진다. 올해 수상작들을 2회에 걸쳐 소개한다.

 

“학교 수업과 논문 통해 아이디어 얻어”

양자컴퓨터의 정보 처리 단위인 큐비트 구현 가능성을 알아보기 위해 아주대 팀이 만든 소자. - 나노기술연구협의회 제공
양자컴퓨터의 정보 처리 단위인 큐비트 구현 가능성을 알아보기 위해 아주대 팀이 만든 소자. - 나노기술연구협의회 제공

최우수상을 수상한 아주대 팀(노기창, 손주이, 이현승 씨)은 팀원 모두 물리학과 학부생으로 이뤄졌다. 미래 컴퓨터 시스템으로 주목받는 양자컴퓨터를 구현하기 위한 새로운 아이디어를 제시하고 그 가능성을 구현해 높은 점수를 받았다.

 

팀 대표를 맡은 노기창 씨(물리학과 4학년)는 “학교 수업과 논문 읽기 모임이 큰 도움이 됐다”고 말했다. 양자역학 수업에서 양자컴퓨터에 대한 이야기를 듣고 양자컴퓨터의 정보 처리 단위인 큐비트(Qbit)를 구현할 새로운 아이디어를 고민하기 시작했다.

 

현재 양자컴퓨터 연구는 초전도체나 양자점 등 최첨단 기술을 적용해서 연구가 진행되고 있다. 극저온이나 진공상태 등의 극한 환경을 필요로 하기 때문이다.

 

아주대 팀은 논문 읽기 모임을 통해 핵심 아이디어를 얻었다. 전이금속칼코겐화합물(TMDC)이라는 물질이 광학적으로 특수한 성질을 가지고 있다는 데 착안한 것이다. 이 물질은 특정한 에너지(파장)를 가진 빛을 비춰주면 반대되는 편광 상태의 빛을 내놓는다.

 

기존 양자컴퓨터 연구에서 이용하려던 전자의 두 가지 스핀 상태(위, 아래) 대신 빛의 편광 상태를 이용하려는 것이 핵심이다. 이 방식이 가능하다면 극저온이나 진공상태를 만들어줄 필요 없이 양자컴퓨터 시스템을 구현할 수 있다. 노 씨는 “세계적으로 이런 방식으로 양자컴퓨터를 만들어 보려는 시도는 없었던 것으로 알고 있다”고 말했다.

 

절반의 성공이지만 창의적인 아이디어에 높은 점수

 

연구팀의 아이디어를 시제품으로 만드는 과정에는 나노기술연구협의회와 나노종합기술원, 한국나노기술원 전문가들이 멘토로 나섰다. 아주대 팀은 수원에 위치한 한국나노기술원에서 아이디어를 검증해 볼 수 있는 트랜지스터를 만들고 특성을 측정했다. 결과는 절반의 성공이었다. 양자컴퓨터의 정보처리 단위로 사용할 가능성을 확인하려면 원하는 특성이 80% 이상의 수준으로 나타나야 하는데, 그 수준까지 미치지는 못했다.

 

심사를 맡은 신경호 한국과학기술연구원(KIST) 책임연구원은 “전문 연구자의 수준을 뛰어넘는 연구 결과를 학부생이 만들어냈다는 점이 놀라워 처음에는 누군가의 도움을 받은 게 아닌지 의심했을 정도였다”며 “팀원들과 이야기를 나누면서 이 분야에 대해 정말 많이 공부했다는 것을 느낄 수 있었다”고 말했다.

 

 

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