국내 연구진이 상온에서 대규모 양자 얽힘 현상을 구현할 수 있는 양자 소재 후보 물질을 확인했다.

한국원자력연구원 첨단양자소재연구실 김재욱 박사 등이 참여한 국제 공동 연구진은 터븀인듐산화물(TbInO3)이 양자컴퓨터 소자 등에 쓰일 수 있는 양자스핀액상(QSL) 물질이 될 수 있음을 실험적으로 증명했다고 23일 밝혔다.

양자컴퓨터는 양자역학의 고유 특성인 중첩과 얽힘을 이용해 한 번에 많은 정보를 동시에 처리할 수 있다. 또 특정 문제에 대해 기존 슈퍼컴퓨터보다 수백만 배 이상 빠르게 풀 수 있어 양자 기술이 미래 산업의 판도를 바꿀 게임 체인저 기술로 주목받는다.

하지만 양자역학적 중첩과 얽힘 현상은 구현이 어렵다. 온도 변화, 불순물, 외부 전자기장 등 미세한 자극에도 다양한 오류가 발생한다.

취약한 양자 상태를 안정적으로 만들려면 절대영도(-273.15도)에 가까운 극저온 환경을 구현해야 하는 등 까다로운 조건들이 필요하다.

현재까지 수많은 QSL 후보 물질에 대한 검증이 이뤄졌지만, 불순물·무질서한 물질 구성 등으로 인해 광학전도도·주파수 제곱 비례 현상을 실험적으로 확인할 수 없었다.

하지만 공동 연구진은 최초로 QSL 후보 물질 중 하나인 터븀인듐산화물(TbInO3) 단결정에서 이를 실험적으로 확인하는 데 성공했다. 영상 27도 수준의 실온에서도 광학전도도 비례 현상이 나타났다.

이는 TbInO3가 상온에서도 QSL 특성을 구현할 수 있음을 실제 확인한 최초 사례라고 연구진은 설명했다.

김재욱 박사는 "이번 연구 결과는 양자 스핀 액상 물질의 오래된 이론적 예측을 실험적으로 검증한 첫 사례"라며 "향후 양자컴퓨팅과 양자 센서 소자 설계에 큰 도움이 될 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제학술지인 '네이처 피직스'에 지난 17일 온라인 게재됐다.