UNIST, '양자광원' 제어 기술 개발

반도체 양자 광원의 위치·파장 동시 제어

제어 가능한 반도체 양자 광소자 모식도

[아시아경제 김철현 기자] 빠른 연산 속도와 높은 보안성을 갖는 차세대 정보처리기술로 '양자 컴퓨팅'과 '양자 통신'이 꼽힌다. 이런 양자 정보기술의 핵심은 고효율 '양자 광원'을 생성하고 제어하는 기술인데, 이를 실현할 연구가 나왔다.

울산과학기술원(UNIST)은 자연과학부의 김제형 교수팀이 원자 한 개 수준의 두께를 갖는 아주 얇은 '이차원 반도체 물질'과 부분적으로 힘 제어가 가능한 '실리콘 미세 소자(MEMS)'를 결합해 '양자 광원'의 위치와 파장을 동시에 제어하는 데에 성공했다고 3일 밝혔다. 제어 가능한 다수의 양자 광원은 광자 기반의 양자 컴퓨팅, 양자 통신, 양자 계측 등 다양한 양자 기술에 쓰인다. 이번 연구결과는 연산 속도와 보안성, 정확성을 기존보다 높이는 양자 정보기술 시대를 앞당길 것으로 전망된다.

연구팀은 접착용 셀로판테이프를 이용해 얇은 반도체 박막을 만들고, 이를 피라미드 구조가 규칙적으로 배열된 실리콘 MEMS 소자에 연결하는 방법을 이용해 광원의 위치와 파장을 동시에 조절했다. 원자층 두께를 갖는 얇은 반도체 물질은 미세한 구조물에 의해 '양자화'될 수 있다는 점에 착안한 것이다.

연구팀에 따르면 피라미드 구조의 뾰족한 꼭짓점에 집중된 힘은 반도체 물질의 전자에너지 구조를 변형시켜 단일 양자광원을 만들어 낸다. 즉 피라미드 구조의 위치를 옮기면 양자 광원의 위치도 자유롭게 바꿀 수 있다. 양자 광원의 파장은 꼭짓점에 집중되는 힘의 크기에 따라 달라지는데 이 힘은 실리콘 MEMS 소자 외부에서 전기로 제어 가능하므로, 양자 광원의 파장도 원하는 대로 조절할 수 있다.

김제형 교수는 "반도체 기반 양자 광원의 위치와 파장을 제어하는 기술이 많이 제시됐지만, 이를 하나의 소자 내에서 동시에 제어하는 기술은 난제로 남았다"며 "이번 연구가 다수 양자 광원 기반의 양자 광학 연구에 도움이 될 것"이라고 했다. 이번 연구결과는 세계적인 학술지 나노 레터스에 최근 온라인 속보로 게재됐다.