빛을 생성하고 안정화하는 최초의 양자 칩

미국의 과학자들이 최초로 양자 빛을 생성하고 제어할 수 있는 실리콘 칩을 개발해 양자 기술의 상용화에 전환점을 열었습니다.

과학자들은 최초로 양자 광원(포토닉스)과 전자 제어 회로를 동일한 미세 실리콘 칩에 통합하는 데 성공했습니다. 폭이 1mm²에 불과한 이 칩은 양자 광자 쌍을 생성하고 실시간으로 신호를 조절할 수 있습니다. 이는 마이크로칩 기술 업계에서 전례 없는 일입니다.

이 획기적인 연구는 미국 노스웨스턴 대학교, 캘리포니아 대학교 버클리(UC 버클리), 보스턴 대학교(BU)의 세 주요 대학의 학제간 연구팀에 의해 수행되었습니다. 이 칩은 오늘날 범용 컴퓨터 칩 제조에 사용되는 기술과 유사한 표준 CMOS 공정을 사용하여 상업용 반도체 파운드리에서 제조되었습니다.

현미경으로 관찰한 양자광원과 전자제어회로를 통합한 실리콘 칩.

이전처럼 부피가 큰 장비와 특수 장비를 갖춘 실험실을 필요로 하지 않는 새로운 칩은 링 공진기, 광전 센서, 열 피드백 회로 등 여러 소형 부품을 동시에 통합하여 양자 광을 생성하고 제어할 수 있습니다. 칩 표면에 에칭된 공진기 링에 레이저를 비추면 양자 얽힘을 가진 광자 쌍이 생성되는데, 이는 빛 큐비트의 기반이 됩니다.

온도에 민감하고 외부 요인에 취약했던 기존 시스템과 달리, 이 칩은 내장된 피드백 메커니즘 덕분에 자체 보정이 가능합니다. 센서는 광원을 지속적으로 모니터링하고 히터에 신호를 전송하여 최적의 상태를 유지합니다. 이 모든 과정은 외부 장치의 지원 없이 칩에서 바로 이루어집니다.

더 중요한 것은 이 칩이 45nm CMOS 공정으로 제조된다는 것입니다. 즉, 전용 팹(fab)이 필요 없고, 제조 비용이 낮으며, 확장성이 뛰어납니다. 이는 양자 기술이 실험적 환경을 벗어나 대규모 상용화로 나아가는 데 매우 중요한 단계입니다.

통합 설계 덕분에 양자 칩은 보조 장비가 필요 없이 정밀하게 작동할 수 있습니다.

기존에 별도로 개발되어 온 고전 전자공학, 광자공학, 양자공학의 세 가지 기술 분야를 결합하여 통합적이고 효율적인 아키텍처를 구축했습니다. 연구팀은 처음부터 공동 설계를 통해 구성 요소의 호환성과 상호 작용을 보장하고 칩의 정확하고 안정적인 작동을 보장했습니다.

이 양자 칩은 소형화, 자체 작동 능력, 생산 용이성 등에서 뛰어난 장점을 가지고 있어 도청 방지 통신 네트워크, 차세대 의료 센서, 미래에 슈퍼컴퓨터를 대체할 수 있는 양자 처리 시스템에 이르기까지 많은 실용적 응용 분야의 기반이 될 것입니다.

이는 양자 컴퓨팅이 연구와 응용의 경계를 점차 넘나들고 있음을 보여주는 신호이기도 합니다. 이 칩의 성공적인 개발은 기술적 이정표일 뿐만 아니라, 양자 기술을 현실 세계 로 가져오는 전략적 단계이기도 합니다.

출처: https://khoahocdoisong.vn/con-chip-luong-tu-dau-tien-tu-tao-va-on-dinh-anh-sang-post1554962.html