오류 적은 양자컴퓨터 길 열었다…'위상 초전도' 단서 발견

오류에 강한 '위상 양자컴퓨터' 개발의 실마리가 될 수 있는 양자 상태가 독일 연구진에 의해 관측됐다.

2일(현지시간) 독일 쾰른대학교 연구팀은 위상 양자컴퓨팅의 이론적 예측과 일치하는 양자 상태를 관측했다고 밝혔다. 이번 연구 결과는 국제학술지 '사이언스 어드밴시스'에 게재됐다.

위상 양자컴퓨팅은 외부 방해에 강한 특별한 양자 상태를 이용해 정보 저장의 오류 가능성을 줄이는 접근법이다. 연구팀은 이 접근법에 유망한 물질로 꼽히는 '위상절연체'와 초전도체를 결합한 '조셉슨 접합' 구조를 연구했다.

위상절연체는 내부에서는 전기가 통하지 않지만 표면에서는 전기가 흐르는 물질이다. 초전도체와 결합하면 표면에서 '위상 초전도'라는 특별한 초전도 현상이 나타날 것으로 예측된다. 이는 위상 큐비트(qubit)에 사용될 수 있는 양자 상태인 '마요라나 제로 모드' 구현의 경로가 될 수 있다.

연구팀은 '터널링 분광법'을 이용해 조셉슨 접합 내부의 양자 상태를 측정했다. 그 결과, 이론적 예측과 일치하는 '안드레예프 상태'가 다양한 전하 운반자 밀도 범위에서 나타나는 것을 확인했다. 또한 자기장을 가했을 때 이 상태들이 접합의 특정 영역에 집중되는 현상도 관측했다.

요이치 안도 교수는 "위상절연체의 독특한 전자적 특성과 초전도 현상이 어떻게 상호작용하는지 이해하는 것은 위상 양자컴퓨팅의 잠재력을 평가하는 데 필수적"이라고 말했다.

다만 이번 실험에서 위상 초전도로의 전환을 알리는 신호인 '에너지 갭'의 닫힘과 열림 현상은 아직 확인되지 않았다. 연구팀은 향후 실험의 에너지 및 시간 분해능을 향상시켜 이를 증명하는 것을 다음 목표로 삼고 있다.