(위, 왼쪽부터) 성균관대 김현수, 권용현, 이재욱, 박태준 연구원 (아래, 왼쪽부터) 박희진 연구원, 서호성 교수, 박준하 연구원(사진=성균관대) 성균관대학교는 서호성 양자정보공학과 및 성균나노과학기술원 교수 연구팀이 미국 위스콘신-매디슨대, 워싱턴대 등과의 국제 공동연구를 통해 산화아연(ZnO) 반도체 내부에 존재하는 특정 원자 결함 구조가 미래 양자컴퓨터의 핵심 요소인 '스핀 큐비트(Qubit)로 활용될 수 있는 특성을 갖추고 있음을 세계 최초로 규명했다고 22일 밝혔다. 이번 연구 결과는 양자정보과학 분야 최고 권위 학술지인 'PRX 퀀텀(PRX Quantum)'에 게재되며 전 세계 학계와 산업계의 이목을 집중시키고 있다. 고체 결정 속 。결함에 갇힌 전자스핀은 상온에서도 동작이 가능하고 양자정보를 오래 유지할 수 있어, 양자컴퓨터는 물론 양자통신과 초정밀 양자센서를 구현할 핵심 기술로 전 세계적으로 활발히 연구되고 있다 바다이야기 배당 . 다이아몬드 내부의 NV센터가 대표적인 후보지만, 다이아몬드는 대면적 고품질 결정을 만들기 어렵고, 반도체 소자 공정도 까다로워, 고성능 양자정보 소자의 집적화와 양산에 큰 걸림돌이 되어 왔다. 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 반도체 산업에서 이미 널리 활용되어 물성이 잘 알려진 '산화아연'에 주목했다. 연구팀은 슈퍼컴퓨터를 활용한 최첨단 양자 시뮬레이션 기법들을 집약해 주기율표 전반의 후보 결함들을 체계적으로 탐색한 끝에, 아연(Zn) 원자 자리에 몰리브데넘(Mo) 원자를 넣고 바로 옆의 산소 원자 하나를 빼낸 '몰리브데넘-산소 공공 복합 결함'을 설계하고 그 특성을 정밀 분석했다. 분석 결과, 이 결함 구조는 빛을 비추면 높은 효율로 가시광선 영역에서 밝고 선명한 빛을 방출하는 것으로 나타났다. 져스트릴게임 특히 빛을 낼 때 결정의 진동으로 에너지가 새어 나가는 정도를 나타내는 후앙-리스(Huang-Rhys) 인자가 기존에 알려진 산화아연 결함들보다 훨씬 작아 양자 광원에 적합한 선명한 빛을 낼 수 있음을 확인했다. 이 결함의 전자스핀은 주변의 자기 노이즈 속에서도 양자정보를 약 4밀리초(ms, 1000분의 4초)에 달하는 매우 오랜 시간 동안 안정적으로 유지하는 것으로 나타났다. 여기에 강한 스핀-궤도 결합과 안정적인 대칭 구조가 더해져, 스핀 큐비트 상태를 단 한 번의 측정으로 정확히 읽어내는 고신뢰도 '단일샷 판독(single-shot readout)'이 가능함을 이론적으로 규명했다. 단일샷 판독은 양자 오류 보정과 양자 네트워크 구현에 반드시 필요한 핵심 기술이다. 이번 연구에는 박태준 성균관대 박사과정 연구원이 위스콘신-매디슨대 연구진과 공동 제1저자로 참여했으며, 서호성 교수는 워싱턴대 카이메이 푸(Kai-Mei C. Fu) 교수, 위스콘신-매디슨대 위안 핑(Yuan Ping) 교수와 함께 교신저자를 맡았다. kr/bbs/boa