백만분의 1의 손실로 소리를 전송하는 작은 양자 드럼헤드 - 기술을 재창조할 준비가 되었습니다.

질화규소 막의 확대도. 색상은 평면 외 방향으로 측정된 막의 움직임을 나타냅니다. 빨간색은 막의 일부가 위로 이동함을, 파란색은 일부가 아래로 이동함을 의미합니다. 출처: Albert Schliesser, Xiang Xi

드러머가 드럼을 연주할 때, 드럼 헤드를 두드려 진동시킵니다. 이 진동에는 우리가 음악으로 해석할 수 있는 신호가 담겨 있습니다. 드럼 헤드가 진동을 멈추면 신호는 사라집니다.

이제 약 10mm 폭의 매우 얇은 드럼헤드에 삼각형 구멍이 많이 뚫려 있는 것을 상상해보세요.

코펜하겐 대학교 닐스 보어 연구소 연구진은 콘스탄츠 대학교, 취리히 연방 공과대학교와 협력하여 진동이 이 막을 거의 손실 없이 통과하도록 하는 데 성공했습니다. 실제로 손실이 매우 적어 전자 회로 신호 처리보다 훨씬 뛰어납니다. 이 결과는 네이처( Nature ) 저널에 게재되었습니다.

포논 - 고체 물질을 통해 전파되는 소리 신호 또는 진동

신호는 포논으로 구성되는데, 이는 고체 물질의 진동이라고 할 수 있는 것으로 해석될 수 있습니다. 원자는 진동하고 서로를 밀어내므로, 주어진 신호는 물질을 통과할 수 있습니다. 신호를 인코딩하여 물질을 통해 전송하는 것은 상상하기 어렵지 않으며, 여기서 신호 손실이 문제가 됩니다.

신호가 약해지거나 신호의 일부가 열이나 잘못된 진동으로 인해 손실되면, 신호를 올바르게 디코딩할 수 없게 됩니다.

시스템 안정성이 중요합니다

연구자들이 막을 통해 전송하는 데 성공한 신호는 거의 손실이 없다는 점이 특징입니다. 막은 정보 전송 플랫폼으로서 매우 신뢰할 수 있습니다.

손실은 음파가 막을 통과할 때 진폭이 감소하는 것으로 측정됩니다. 연구자들이 신호를 물질을 통과시켜 막의 구멍을 통과시키면(신호의 방향이 바뀌는 경우) 손실은 백만 개 중 약 하나의 포논입니다.

비슷한 전자 회로에서 전류 변동의 진폭은 약 10만 배 더 빨리 감소합니다.

관점을 담은 기초 연구

닐스 보어 연구소의 샹 시 조교수와 알베르트 슐리서 교수 연구진은 이 결과가 특정 미래의 응용 분야로만 한정되어서는 안 되지만, 여전히 풍부한 가능성이 있다고 설명합니다. 현재 전 세계적으로 각 부분 간의 초정밀 신호 전송에 의존하는 양자 컴퓨터를 개발하려는 노력이 진행 중입니다.

양자 연구의 또 다른 분야는 센서를 다루는데, 예를 들어 우리 몸에서 일어나는 가장 작은 생물학적 변동을 측정할 수 있는 센서를 다루는데, 여기에서도 신호 전달이 중요합니다.

하지만 샹시와 앨버트 슐리서는 현재 그 가능성을 더욱 탐구하는 데 가장 관심이 많습니다.

"지금 당장 우리는 이 방법을 실험하여 무엇을 할 수 있는지 알아보고 싶습니다. 예를 들어, 더 복잡한 구조를 만들고 포논이 어떻게 그 주위를 돌도록 할 수 있는지, 또는 교차로에서 자동차가 충돌하는 것처럼 포논이 충돌하도록 하는 구조를 만들고 싶습니다. 이를 통해 궁극적으로 무엇이 가능한지, 그리고 어떤 새로운 응용 분야가 있는지 더 잘 이해할 수 있을 것입니다."라고 알베르트 슐리서는 말합니다. "기초 연구는 새로운 지식을 생산하는 것입니다."

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/07/250706230315.htm