한국표준과학연구원(KRISS)과 한국과학기술원(KAIST)은 양자정보기술에 활용할 수 있는 새로운 방식의 단일 전자원을 개발했다고 22일 밝혔다.

단일 전자원은 반도체 소자를 이용해 전자 입자를 하나씩 내보낼 수 있는 장치로, 양자정보기술이나 양자컴퓨팅에 필요한 양자 상태를 구현하려면 이처럼 독립적인 입자를 제어할 수 있어야 한다.

그동안 움직이는 입자를 기반으로 하는 양자기술 연구는 단일 전자가 아닌 단일 광자(최소 에너지를 갖는 빛의 기본 단위)를 활용한 방식이 주를 이뤘다.

기존 단일 전자원은 사용되는 에너지가 너무 높거나 낮아 양자 현상을 관측하거나 전자와 정공(전자들로 채워져야 할 곳에 전자 부족으로 생기는 구멍)을 분리하기 어려웠기 때문이다.

이번에 개발된 단일 전자원은 이차원 화합물 반도체에 전기장을 가해 양자 우물을 만든 뒤, 양자 우물에 흡수된 전자를 에너지 필터를 거쳐 일정한 시간·간격으로 원하는 채널에 내보내는 원리다.

해당 단일 전자원을 양자 기술에 접목하면 단일 광자원을 활용하는 양자 광학에 비해 상대적으로 양자 상태를 제어하기 쉽다.

확장성과 집적성도 우수해 하나의 웨이퍼 위에 여러 개 전자원을 붙이거나 작은 면적 소자에 수십 개의 큐비트(qubit)를 구현할 수 있다.

큐비트는 전자·광자와 같은 기본 양자 입자에 저장된 정보로, 양자암호통신과 양자컴퓨팅에서 사용되는 기본 정보 단위다.

KRISS 단일전자양자소자팀 배명호 책임연구원은 "이번 연구 결과는 국내 양자 컴퓨팅·정보기술 연구의 시간과 비용을 대폭 단축할 성과"라며 "단일 전자원을 양자컴퓨팅에 적용하면 초전도나 스핀을 이용한 양자컴퓨팅에 비해 연산속도가 월등히 빨라질 것"이라고 전망했다.