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미래형 ‘양자컴퓨터’ 개발 성큼… 고성능 양자광원 개발

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미래형 ‘양자컴퓨터’ 개발 성큼… 고성능 양자광원 개발

2016.10.18 18:31

미래형 컴퓨터로 불리는 ‘양자 컴퓨터’ 실용화를 앞당길 차세대 반도체 원천 기술을 국내 연구진이 개발했다.

 

조용훈 KAIST 물리학과 교수팀은 피라미드 모양의 고효율 ‘양자점(Quantum dot)’ 기술을 새롭게 개발했다고 18일 밝혔다.

 

양자점은 광자(빛의 입자)를 내뿜는 나노미터(nm·10억 분의 1m) 크기의 초소형 반도체다. 광자를 이용해 정보를 저장하고, 연산을 처리하는 양자컴퓨터에는 양자점이 필수다.

 

일반적인 양자점은 광자가 불규칙하게 퍼져나가기 때문에 연구자들은 광자점을 피라미드 형태로 만든다. 피라미드 구조의 꼭짓점에 광자를 내뿜는 ‘광자원’을 만들면, 광자 역시 한곳에 모을 수 있기 때문이다. 하지만 이렇게 발생한 광자는 피라미드 구조체를 빠져나오기 힘들어 빛의 추출 효율이 낮다는 한계가 있었다.

 

연구팀은 광학 시뮬레이션을 통해 실험한 결과 양자점이 피라미드 꼭짓점을 통해 내뿜는 광자는 매우 적고, 피라미드 밑면 방향으로 대부분 방출된다는 사실을 알아냈다. 지금까지는 복잡한 기판 등이 가리고 있어 이곳에서 광자를 추출할 생각은 하지 못했다.

 

이 사실에 착안한 KAIST 연구진은 기존 방법을 포기하고, 양자점 반도체를 기판에서 떼어낸 다음, 피라미드 아랫부분에서 양자를 포집하는 방법을 개발했다. 이렇게 만든 피라미드 반도체 소자는 쉽게 다른 광학 소자들과 결합할 수 있어 응용분야 역시 확대할 수 있을 것으로 기대된다.

 

조 교수는 “양자 광원뿐만 아니라 LED 등 광원 소자에도 다양하게 활용할 수 있는 원천기술을 개발한 것”이라고 말했다.

 

이 연구 결과는 학술지 '나노 레터스(Nano Letters)’ 10월 12일자에 게재됐다.

 

KAIST 연구팀이 개발한 피라미드 모양의 고효율 양자점의 모식도. - KAIST 제공
KAIST 연구팀이 개발한 피라미드 모양의 고효율 양자점의 모식도. - KAIST 제공

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