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[IT뉴스]상온 양자컴 가능성 열었다…2차원 '스커미온' 생성·제어 첫 성공

온카뱅크관리자

2024-06-11 10:54:12

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        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
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          <figure class="figure_frm origin_fig" dmcf-pid="066jYtDxZv" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="3차원 자석(위)은 표면이 거칠어 스커미온의 제어가 어렵지만 2차원 자석(아래) 표면은 매끄러워 적은 전력으로도 스커미온을 쉽게 이동시킬 수 있다. KRISS 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202406/11/dongascience/20240611105416470uvpf.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="tDPAGFwMYW" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202406/11/dongascience/20240611105416470uvpf.jpg" width="658"></p>
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            3차원 자석(위)은 표면이 거칠어 스커미온의 제어가 어렵지만 2차원 자석(아래) 표면은 매끄러워 적은 전력으로도 스커미온을 쉽게 이동시킬 수 있다. KRISS 제공
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          <p dmcf-pid="pss58e0CHS" dmcf-ptype="general">국내 연구팀이 차세대 전자소자의 재료로 주목받는 입자 '스커미온'을 상온 환경의 2차원 자석 표면에서 생성하고 제어하는 데 세계 최초로 성공했다. 3차원에서 구현된 기존 스커미온과 비교해 저전력·고성능 특성을 나타내고 양자컴퓨터의 기본 단위인 큐비트(Qubit) 구현에 용이해 상온 양자컴퓨터나 인공지능(AI) 반도체 개발의 핵심 기술로 활용될 것으로 기대된다.</p>
          <p dmcf-pid="UOO16dphXl" dmcf-ptype="general"> 한국표준과학연구원(KRISS)은 양자기술연구소 양자자기센싱그룹이 김갑진 KAIST 물리학과 교수팀, 이창구 성균관대 기계공학과 교수팀, 임미영 미국 로렌스 버클리 국립연구소(LBNL) 연구원과 함께 상온의 2차원 자석 표면에서 스커미온을 구현하고 원하는 방향으로 이동시키는 데 성공했다고 11일 밝혔다. 연구결과는 지난달 23일 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼즈'에 공개됐다.</p>
          <p dmcf-pid="uEEY9P5rYh" dmcf-ptype="general"> 스커미온(Skyrmion)은 1961년 영국 물리학자 토니 스커미가 제안한 입자로 방향성을 띤 전자의 물리량인 스핀이 소용돌이 모양으로 배열된 독특한 구조체다. 스핀이 갖는 양방향의 자유도를 이용하면 0 또는 1의 정보를 표현할 수 있기 때문에 각 스커미온을 원하는 위치에 생성·소멸시킬 수 있다면 정보 저장의 기본 단위(bit)로 쓸 수 있다.</p>
          <p dmcf-pid="7DDG2Q1mXC" dmcf-ptype="general"> 스커미온은 외부 환경변화가 있어도 형태나 구조를 유지하려는 성질이 있고 수 나노미터(nm, 10억분의 1미터) 수준의 작은 크기로 구현할 수 있다. 또 매우 적은 전력으로도 이동할 수 있어 메모리, 논리·통신 소자 등 초저전력·초고성능의 차세대 전자소자에 활용될 수 있을 것으로 기대돼 관련 연구가 활발하다.</p>
          <p dmcf-pid="zwwHVxtsHI" dmcf-ptype="general">기존 스커미온 연구는 3차원 자석 위에서 진행됐다. 2017년 2차원 자석이 최초로 보고된 이후 2차원 환경에서도 스커미온 연구가 폭넓게 이뤄졌다.</p>
          <figure class="figure_frm origin_fig" dmcf-pid="qmmZ4R3IHO" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="양승모 KRISS 양자자기센싱그룹 선임연구원(왼쪽)과 황찬용 책임연구원이 2차원에서 구현한 스커미온 소자의 성능을 측정하고 있다. KRISS 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202406/11/dongascience/20240611105417759uzdn.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="FDnO0BSg5y" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202406/11/dongascience/20240611105417759uzdn.jpg" width="658"></p>
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            양승모 KRISS 양자자기센싱그룹 선임연구원(왼쪽)과 황찬용 책임연구원이 2차원에서 구현한 스커미온 소자의 성능을 측정하고 있다. KRISS 제공
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          </figure>
          <p dmcf-pid="Bss58e0C5s" dmcf-ptype="general">3차원 자석 표면은 사포처럼 거칠기 때문에 스커미온이 움직일 때 마찰(열)과 잡음 등이 발생한다. 표면이 매끄러운 2차원 자석 위에서는 이런 현상이 적어 스커미온이 더 적은 전력으로 안정적으로 이동한다. 또 2차원에 있는 스커미온은 3차원에서보다 크기가 작기 때문에 양자 현상이 극대화돼 양자컴퓨터의 큐비트 제작에 더 용이하다.</p>
          <p dmcf-pid="bOO16dph1m" dmcf-ptype="general"> 연구팀은 상온의 2차원 자석 표면에 매우 미세한 전압과 자기장을 공급해 스커미온을 구현하고 전류를 가해 원하는 방향으로 제어하는 데 성공했다. 기존 3차원 스커미온과 비교해 제어에 소비되는 전력이 1000분의 1 정도로 감소했다. 크기는 10배 이상 작아져 안정성이나 속도 측면에서도 유리해졌다는 분석이다.</p>
          <p dmcf-pid="KjjvqfGk5r" dmcf-ptype="general"> 연구팀은 지난해 2월 3차원 스커미온 트랜지스터를 개발한 지 1년 만에 2차원 환경에서도 스커미온 생성·제어에 성공했다. 2차원 스커미온의 상온 발현 기술은 최근 미국과 중국에서도 보고됐지만 전기적 제어까지 성공한 사례는 이번이 최초다.</p>
          <p dmcf-pid="9AATB4HE1w" dmcf-ptype="general"> 이번 2차원 스커미온 제어 성공은 상온 큐비트 제작에 활용될 수 있어 초저온 환경에서만 구동하던 기존 양자컴퓨터의 한계를 넘은 '상온 양자컴퓨터' 개발의 문을 연 것으로 평가된다. </p>
          <p dmcf-pid="288NW1EQGD" dmcf-ptype="general"> 양승모 KRISS 양자자기센싱그룹 선임연구원은 "최근 인공지능(AI)의 발전과 함께 전력 수요가 폭증하며 초저전력 반도체 소자의 필요성이 커지는 추세"라며 "스커미온 제어 기술을 응용하면 차세대 AI 반도체 소자도 설계할 수 있을 것"이라고 밝혔다.</p>
          <p dmcf-pid="V66jYtDxYE" dmcf-ptype="general">[이병구 기자 2bottle9@donga.com]</p>
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        <p class="" data-translation="true">Copyright © 동아사이언스. 무단전재 및 재배포 금지.</p>

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