독특한 특성을 가진 양자 입자에 대한 새로운 연구결과

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-01-05

뉴욕 시립 대학(City College of New York)의 Vinod Menon 박사가 이끄는 연구팀은 빛과 물질의 양자 특성을 기반으로 하는 계산 및 통신 기술을 개발하는데 새로운 진전을 이루었다. 이번 연구팀은 그래핀과 동일하게 배열된 몰리브덴과 황 원자들의 2차원 층으로 구성된 원자적으로 매우 얇은 반도체(단일 종이 시트의 백만 분의 1의 두께) 속에 절반은 빛이고 절반은 물질인 새로운 입자를 발견하는데 성공했다. 그들은 이런 복합물 양자 입자를 구현하기 위해서 빛을 포집한 구조 속에 이런 2차원 재료를 삽입했다. “이것은 빛과 물질의 장점을 가진 장치들을 만들 수 있는 가능성을 열어준다”고 Menon이 말했다. 예를 들어, 빛과 질량의 최고의 특성을 가진 논리 게이트와 신호 프로세서를 제조할 수 있게 될 것이다. 또한 이 연구결과는 양자 계산을 위한 실용적인 플랫폼을 지속적으로 개발하는데 큰 기여를 할 것이다. 양자 컴퓨터는 데이터에 대한 작업을 수행하기 위해서 중첩과 얽힘과 같은 양자 기계적 현상을 직접적으로 이용하는 계산 장치이다. 양자 계산에 대한 기본 원리는 양자 특성들이 데이터에 대한 작업을 수행하는데 사용될 수 있다는 것이다. 양자 컴퓨터가 아직 초기 단계이지만, 이것을 개발하기 위한 실험들은 양자 계산적 작업이 매우 작은 수의 큐비트(qubit)에서 실행될 수 있게 한다. 많은 국가 정부와 군사 자금 지원 기관들은 실용적 및 이론적 연구들에 지속적인 관심을 가지고 있고, 암호 해독과 같은 민간 및 국가 보안을 위한 양자 컴퓨터를 개발하기 위해서 양자 계산 연구를 지원하고 있다. 대규모 양자 컴퓨터를 구축할 수 있다면, 그들은 현재의 어떤 고전적인 시스템의 것(예를 들어, Shor의 알고리즘)보다 훨씬 더 빠르게 특정 문제들을 해결할 수 있을 것이다. 양자 컴퓨터는 DNA 컴퓨터와 트랜지스터 기반의 전통적인 컴퓨터와 완전히 다르다. 광 컴퓨터와 같은 일부 계산 구조들은 전자파의 중첩을 사용할 수 있다. 그러나 얽힘과 같은 특정 양자 기계적 자원을 이용하는 것은 아직까지 불가능하다. 이번 연구진은 반도체와 광 시스템을 기반으로 하는 양자 기술들에 초점을 맞추어서 연구를 수행하고 있다. 이 연구에서 매우 놀랍고 흥미로운 것은 이런 강한 커플링이 실제로 달성될 수 있는지를 아는 것이다. 그들은 이황화몰리브덴(molybdenum disulphide)의 단일층 속의 엑시톤(excition)-폴라리톤(polariton)에 표준 유전체 공동(dielectric cavity)을 결합함으로써 그들이 매우 큰 결합 강도를 가진 강한 결합 영역에 실제로 도달할 수 있다는 것을 증명했다“고 그가 말했다. 이 연구에는 예일 대학(Yale University), 국립 칭화 대학(National Tsing Hua University), Ecole Polytechnic(Montreal)의 연구진이 포함되었다. 이 연구결과는 저널 Nature Photonics 1월호에 게재되었다. 그림. 그래핀과 동일하게 배열된 몰리브덴과 황 원자들의 2차원 층으로 구성된 원자적으로 매우 얇은 반도체. noname017.bmp http://phys.org/news/2014-12-unveils-half-light-half-matter-quantum-particles.html