미국 캘리포니아 대학교 로스앤젤레스(UCLA) 연구팀이 양자 컴퓨팅 분야에 혁신을 가져올 수 있는 새로운 초전도체 개발에 성공했다고 UCLA 뉴스룸이 31일(현지시각) 보도했다.
보도에 따르면 이 초전도체는 기존 초전도체와 달리 특정 조건에서 전기 저항 없이 전류를 흐르게 하는 '초전도성'을 유지하면서도, 양자 컴퓨팅에 활용될 수 있는 독특한 특성을 보인다.
기존 초전도체 한계 뛰어넘는 '키랄 초전도체'
초전도체는 특정 온도 이하에서 전기 저항이 사라지는 물질로, 에너지 손실 없이 전류를 흐르게 할 수 있어 미래 기술의 핵심 소재로 주목받고 있다. 하지만 기존 초전도체는 특정 강도 이상의 자기장에서는 초전도성을 잃는다는 한계가 있었다.
UCLA 연구팀이 개발한 새로운 초전도체는 이러한 한계를 뛰어넘는 '키랄 초전도체'다. 키랄 초전도체는 극저온에서 전자들이 특정 방향으로만 회전하며 쌍을 이루는 독특한 특성을 지닌다. 이러한 특성은 양자 컴퓨터의 핵심 구성 요소인 큐비트의 안정성을 높이는 데 기여할 수 있다.
양자 컴퓨팅 혁신 앞당길 가능성
양자 컴퓨터는 기존 컴퓨터보다 월등히 빠른 속도로 연산을 수행할 수 있어 신약 개발, 금융 모델링, 인공지능 등 다양한 분야에 혁신을 가져올 것으로 기대된다. 하지만 양자 컴퓨터의 핵심인 큐비트는 외부 환경에 매우 민감하여 오류가 발생하기 쉽다는 문제점이 있다.
키랄 초전도체는 큐비트의 안정성을 높여 양자 컴퓨터의 실용화를 앞당길 수 있는 잠재력을 지니고 있다. 연구팀은 키랄 초전도체를 이용해 큐비트를 제작하면 외부 환경 변화에 대한 내성을 높이고, 연산 오류를 줄일 수 있을 것으로 기대하고 있다.
새로운 하이브리드 소재 개발
UCLA 연구팀은 기존 초전도체인 이황화 탄탈륨과 특정 분자층을 교대로 쌓아 새로운 하이브리드 소재를 만들었다. 이 소재는 기존 초전도체보다 높은 자기장에서도 초전도성을 유지하며, 전류 흐름 방향에 따라 다른 전기적 특성을 보이는 '초전도 다이오드 효과'를 나타냈다. 이는 키랄 초전도체의 특징적인 현상이다.
연구팀은 이번 연구 결과가 양자 컴퓨팅뿐만 아니라 초고속 전자기기, 에너지 효율적인 통신 시스템 등 다양한 분야에 응용될 수 있을 것으로 전망했다. 특히 극한 환경에서 작동하는 우주 탐사 장비나 극저온 환경에서 작동하는 의료 장비 등에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
향후 연구 과제
이번 연구는 키랄 초전도체의 실용화 가능성을 보여주는 중요한 성과지만, 아직 극복해야 할 과제도 남아 있다. 연구팀은 키랄 초전도체의 특성을 더욱 향상시키고, 다양한 응용 분야에 적용하기 위한 연구를 계속할 계획이다.
이번 연구 결과는 국제 학술지 '네이처'에 게재됐으며, 양자 컴퓨팅 분야의 새로운 지평을 열었다는 평가를 받고 있다. 앞으로 키랄 초전도체 연구가 어떤 혁신을 가져올지 기대된다.
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