차세대 양자 컴퓨팅을 위한 소재 식별을 위한 새로운 양자 시각화 기술

아일랜드 코크대학교(UCC)의 과학자들은 대규모 내결함성 양자 컴퓨팅에 필요한 차세대 소재를 찾기 위한 강력한 새로운 도구를 개발했습니다.

이 중요한 혁신은 연구자들이 최초로 특정 양자 컴퓨팅 마이크로칩에 재료를 효과적으로 사용할 수 있는지 여부를 한 번에 확인할 수 있는 방법을 찾았다는 것을 의미합니다.

주요 연구 결과는 오늘 학술지 Science 에 게재되었으며 , 캘리포니아 대학교 버클리의 Dung-Hai Lee 교수가 진행한 선도적인 이론적 연구와 세인트루이스 워싱턴 대학교와 메릴랜드 대학교의 Sheng Ran 교수와 Johnpierre Paglione 교수가 진행한 물질 합성을 포함한 대규모 국제 협력의 결과입니다.

UCC에 있는 데이비스 그룹의 연구진은 전 세계 3개 연구실에서만 발견되는 장비를 사용하여, 알려진 초전도체인 우라늄 디텔루라이드(UTe2)가 본질적인 위상 초전도체가 되는 데 필요한 특성을 가지고 있는지 확실 하게 확인할 수 있었습니다.

위상 초전도체는 표면에 마요라나 페르미온이라는 새로운 양자 입자를 포함하는 독특한 물질입니다. 이론적으로 마요라나 페르미온은 기존 양자 컴퓨터의 문제점인 잡음과 무질서에 영향을 받지 않고 양자 정보를 안정적으로 저장하는 데 사용될 수 있습니다. 물리학자들은 수십 년 동안 고유한 위상 초전도체를 찾아왔지만, 지금까지 발견된 물질 중 모든 조건을 충족하는 것은 없습니다.

UTe 2는 2019년에 발견된 이래로 본질적인 위상 초전도성을 위한 강력한 후보 물질로 여겨져 왔지만 지금까지 그 적합성을 확실하게 평가한 연구는 없었습니다.

UCC 양자물리학과 시머스 데이비스 교수가 발명한 새로운 모드로 작동하는 주사터널링현미경(STM)을 사용하여, 데이비스 그룹의 박사과정 연구원인 조 캐럴과 마리 퀴리 박사후 연구원인 쿠아니시 주수프베코프가 이끄는 팀은 UTe 2가 적합한 종류의 위상 초전도체인지에 대한 결론을 한 번에 내릴 수 있었습니다.

영국의 옥스퍼드 대학 코르크와 뉴욕의 코넬 대학에 있는 데이비스 교수 연구실에서만 발견되는 "안드레예프" STM을 사용하여 수행한 실험에서 UTe 2가 본질적으로 고유한 위상 초전도체라는 사실이 밝혀졌지만, 물리학자들이 찾고 있던 종류의 초전도체는 아니라는 사실이 밝혀졌습니다.

하지만 이런 종류의 최초의 실험 자체가 획기적인 사건이었습니다.

실험에 대한 질문에 캐럴 씨는 다음과 같이 설명했습니다. "전통적으로 연구자들은 금속 탐침을 사용하여 측정함으로써 위상 초전도체를 탐색해 왔습니다. 금속은 단순한 물질이기 때문에 실험에 본질적으로 아무런 역할을 하지 않기 때문입니다. 저희 기술의 새로운 점은 UTe 2 표면을 탐침하기 위해 다른 초전도체를 사용한다는 것입니다 . 이를 통해 측정에서 일반적인 표면 전자를 제외하고 마요라나 페르미온만 남깁니다."

캐럴은 이 기술을 사용하면 과학자들이 다른 재료가 위상 양자 컴퓨팅에 적합한지 여부를 직접 판단할 수 있을 것이라고 강조했습니다.

양자 컴퓨터는 현세대 컴퓨터로는 몇 년이 걸리는 복잡한 수학 문제를 몇 초 만에 해결할 수 있는 능력을 갖추고 있습니다. 현재 전 세계 정부와 기업들은 점점 더 많은 양자 비트를 처리할 수 있는 양자 프로세서 개발에 박차를 가하고 있지만, 양자 계산의 불안정성 때문에 상당한 진전이 지연되고 있습니다.

올해 초 마이크로소프트는 Majorana 1을 발표했는데, 회사 측은 이를 "토폴로지 코어로 구동되는 세계 최초의 양자 처리 장치(QPU)"라고 밝혔습니다.

마이크로소프트는 이러한 발전을 이루기 위해서는 정교하게 설계된 기존 소재를 기반으로 한 합성 위상 초전도체가 필요하다고 설명했습니다.

그러나 데이비스 그룹의 새로운 연구는 과학자들이 이제 이러한 복잡한 회로를 대체할 단일 물질을 찾을 수 있음을 의미하며, 이는 양자 프로세서의 효율성을 높이고 단일 칩에 더 많은 큐비트를 구현할 수 있게 함으로써 차세대 양자 컴퓨팅에 한 걸음 더 다가갈 수 있음을 의미합니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/05/250529145539.htm