한국원자력연구원이 상온에서도 대규모 양자 얽힘 현상을 구현할 수 있는 양자 소재 후보 물질을 찾아냈다.

원자력연구원 첨단양자소재연구실(김재욱 박사)은 터븀인듐산화물(TbInO3)이 양자스핀액상(QSL) 물질이 될 수 있음을 실험적으로 증명했다고 23일 밝혔다.

이번 성과는 김재훈 최영재 연세대 교수, 문은국 한국과학기술원(KAIST) 교수, 정상욱 미국 럿거스대 교수, 김범현 KAIST 부설 고등과학원 박사 등과 공동으로 연구한 결과다.

양자컴퓨터는 양자역학의 고유 특성인 중첩과 얽힘을 이용해 많은 정보를 동시에 처리할 수 있다. 특정 문제에 대해 기존보다 수백만배 이상 빠르게 풀 수 있어 미래 산업의 판도를 바꿀 기술로 주목받고 있다.

하지만 양자역학적 중첩과 얽힘 현상은 상온에서 구현이 어려워 아직까지도 후보 소재들이 연구되고 있으며 QSL이 그 중 하나다.

QSL은 새로운 자기 상태의 물질로 양자 요동에 의한 대규모 양자 얽힘이 가능해 양자 오류를 대폭 줄인 강력한 소재로 여겨진다.

공동 연구진은 세계 최초로 QSL 후보 물질 중 하나인 TbInO3 단결정이 영상 27℃ 수준의 실온에서 광학전도도 비례 현상이 나타나는 것을 확인해 TbInO3가 상온에서 QSL 특성을 구현할 수 있음을 확인했다.

이번 연구를 바탕으로 연구진은 TbInO3이 무오류 양자컴퓨터의 소자로 응용할 수 있는지 더 연구할 계획이다.

김재욱 한국원자력연구원 박사는 "이번 연구 결과는 양자스핀액상 물질의 오래된 이론적 예측을 실험적으로 검증한 첫 사례"라며 "양자컴퓨팅과 양자 센서 소자의 설계에 큰 도움이 될 것으로 보인다"고 말했다.