삼성미래기술육성사업이 지원한 포스텍 물리학과 이길호 교수 연구팀이 마이크로파 세기를 이론적 한계인 1초간 측정기준 1아토와트(100경분의 1와트) 수준으로 검출할 수 있는 초고감도 검출기를 개발했다.

4일 삼성전자에 따르면 이 연구는 미국 레이시온 비비엔社, 하버드대, 매사추세츠 공대, 스페인 바르셀로나 과학기술연구소, 일본 물질재료연구기구와 공동 진행했다. 연구 결과는 차세대 양자정보기술 상용화를 위한 원천 연구로 인정받아 국제학술지 '네이처(Nature)' 최근호에 게재됐다.

마이크로파 세기를 기존 대비 10억배 향상된 민감도로 검출할 수 있는 초고감도 검출기를 개발한 포스텍 물리학과 이길호 교수 연구팀. 이길호 교수(우), 정우찬 석박사 통합 과정 학생(좌)

전자기파의 한 종류로 전자레인지에 사용되는 마이크로파는 이동통신·레이더·천문학 등 폭넓은 과학 기술 분야에서 활용된다. 최근 양자컴퓨팅·양자정보통신 관련 기술에 활용이 가능하다고 알려지면서 마이크로파를 초고감도로 검출하려는 연구가 활발히 진행중이다.

현재 마이크로파 검출기로 사용되는 볼로미터는 마이크로파 흡수 소재, 흡수한 마이크로파를 열로 바꿔주는 소재, 발생한 열을 전기 저항으로 변환하는 소재로 구성된다. 전기적 저항의 변화를 이용해 흡수된 마이크로파의 세기를 계산한다.

하지만 볼로미터는 실리콘이나 갈륨비소 등 반도체 소자를 마이크로파 흡수 소재로 사용하기 때문에 검출 한계가 1초간 측정 기준 1나노와트(10억분의 1와트) 수준으로 정밀한 세기 측정이 불가능했다.

이길호 교수 연구팀은 볼로미터의 소재와 구조 혁신을 통해 한계를 돌파했다. 마이크로파 흡수 소재로 반도체가 아닌 그래핀을 사용해 마이크로파 흡수율을 높였다. 그리고 두 개의 초전도체 사이에 그래핀을 끼워 넣는 '조셉슨 접합 구조'를 도입해 그래핀에서 발생하는 전기 저항 변화를 10피코초(1000억분의 1초) 이내로 검출할 수 있게 했다.

이길호 교수는 "차세대 양자소자를 실제로 구현하기 위한 기반 기술을 구축했다는데 의미가 있다"며 "이 기술을 활용하면 양자컴퓨팅 측정효율을 극대화해 대규모 양자컴퓨터 개발도 가능할 것"이라고 말했다.

이길호 교수 연구팀의 이번 연구는 2017년 6월 삼성미래육성사업 과제로 선정돼 지원 받고 있다. 삼성미래기술육성사업은 국산 과학기술 육성을 목표로 2013년부터 1조5000억원을 출연했다. 지금까지 603개 과제에 7729억원을 집행, 국제학술지에 1255건의 논문이 게재됐다.

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