KAIST, 자석 활용한 양자컴퓨팅 기술 구현… 새로운 시대 열리나?

KAIST가 자석(자성체)을 활용한 양자컴퓨팅 기술을 실험적으로 구현하는 데 성공하며, 미래 컴퓨팅 기술 발전에 새로운 가능성을 열었습니다. 이번 연구는 자석 내부의 진동(마그논)을 활용한 양자 신호 전송 및 다중 펄스간섭 현상 실시간 구현을 최초로 달성한 사례로, 향후 양자연산과 양자통신 기술 발전에 핵심적인 역할을 할 것으로 기대됩니다.

 

 

 KAIST, 자석 기반 양자컴퓨팅 실험 성공

📌 KAIST 물리학과 김갑진 교수팀은 미국 아르곤 국립연구소, 일리노이대 연구팀과 공동으로 ‘광자-마그논 하이브리드 칩’을 개발하고, 자성체 내 다중 펄스 간섭 현상을 실시간으로 구현하는 데 성공했습니다.

 

✅ 자성체를 활용한 양자 연산의 가능성 최초 실험 입증

✅ 자석 내부의 스핀 진동(마그논)을 활용해 신호 전송 및 조절 성공

✅ 양자정보 처리 소형화 가능성을 확보하여 향후 양자통신 기술 개발 촉진 기대

 

이 연구는 자석이 단순한 물리적 물질을 넘어 양자컴퓨팅의 핵심 부품으로 활용될 수 있다는 점을 입증하며, 향후 양자 스핀트로닉스(quantum spintronics) 분야 발전을 견인할 것으로 보입니다.

 

 마그논 기반 양자컴퓨팅의 가능성

📌 마그논은 자성체 내 전자 스핀들이 집단적으로 진동하는 상태로, 정보를 한 방향으로만 전달하는 특성을 갖고 있어 양자 노이즈 차단 및 신호 전송 효율 개선이 가능합니다.

 

✅ 광 및 마이크로파 결합 가능 → 양자정보 수십 km 거리 전송 가능

✅ 특수자석 물질인 반강자성체 적용 시 기존보다 훨씬 빠른 속도(㎔ 대역) 구현 가능

✅ 냉각장치 없는 양자컴퓨터 개발 가능성 제기

 

이번 연구는 양자 연산과 통신에서 필수적인 다중 펄스를 이용한 양자 게이트 연산이 자성체-초전도 회로 하이브리드 시스템에서 구현 가능하다는 점을 입증하며, 미래 양자컴퓨터 기술 발전에 중요한 전환점을 제공했습니다.

 

 실험 과정 및 주요 성과

KAIST 연구팀은 작은 자석 구슬(이트륨 철 가넷, YIG) 2개를 12mm 간격으로 배치하고, 양자컴퓨터 초전도 공진기를 설치한 후 자성체 내 신호 전달 및 간섭 패턴을 실험적으로 확인했습니다.

 

📌 실험 핵심 성과

✅ 자성체 내부의 마그논이 초전도 회로를 통해 손실 없이 전달되는 것 확인

✅ 여러 펄스 간섭 시 위상 정보 유지 및 신호 보강·상쇄 과정 실시간 관측 성공

✅ 전기 신호를 이용한 마그논의 양자 상태(위상 정보) 제어 가능성 최초 입증

 

이를 통해 연구팀은 양자컴퓨터의 다중 펄스 연산이 자성체 기반 플랫폼에서 가능하다는 점을 입증하며, 양자정보 처리장치 개발에 새로운 가능성을 제시했습니다.

 

 향후 전망

📌 KAIST의 연구 결과는 향후 양자컴퓨터와 양자통신 소자 개발에 핵심적인 역할을 할 전망입니다.

 

✅ 반강자성체를 활용한 초고속 양자연산 기술 개발 가능성 증가

✅ 양자 노이즈 차단을 통한 신호 안정성 확보 및 소형 칩 개발 기대

✅ 양자정보 전송 거리를 획기적으로 증가시킬 수 있는 기술적 진보 예상

 

김갑진 교수는 “이번 연구를 통해 양자 스핀트로닉스라는 새로운 연구 분야를 개척했고, 고효율 양자정보 처리장치 개발을 위한 중요한 전환점을 마련했다”고 밝혔습니다.

 

 

KAIST 연구진이 자석(자성체) 기반 양자컴퓨팅 기술을 최초로 실험적으로 구현하며, 미래 양자정보 처리 기술의 새로운 길을 열었습니다.

 

📌 마그논을 활용한 양자 신호 전송 및 다중 펄스간섭 실험 성공

📌 향후 양자컴퓨터 소형화 및 냉각장치 없는 운영 가능성 제기

📌 양자정보 전송과 처리의 효율성이 크게 향상될 것으로 전망

 

이번 연구는 양자컴퓨터와 양자통신 기술의 진보를 앞당기는 중요한 계기가 될 것으로 기대되며, 앞으로의 연구 결과가 더욱 주목됩니다.