초전도체 기반 양자소자로 니오븀(Niobium) 나노소자가 개발돼 향후 양자 네트워크 구현에 도움을 줄 것으로 기대된다. 니오븀 소자를 활용하면 다양한 양자정보장치를 원격으로 연결하는 마이크로파-광신호변환 장치 개발이 가능하다. 

한국표준과학연구원(원장 박현민)은 니오븀 초전도 나노전기역학 소자를 개발하고 그 특성을 검증하는 데 성공했다고 14일 밝혔다. 

표준연 양자기술연구소 연구팀인 김학성 선임기술원, 차진웅 선임연구원, 서준호 책임연구원, 김지환 박사후연구원, 심승보 책임연구원, 차진웅 선임연구원과 서준호 책임연구원의 연구 성과다. 

니오븀 기반 나노전기역학 소자는 기존의 알루미늄을 기반으로 한 소자보다 더 실용적인 온도와 자기장 환경에서 활용할 수 있다. 이는 마이크로파-광파 변환장치, 양자컴퓨터용 소자, 고정밀 스핀감지 기술 등에 응용될 전망이다.

초전도 양자소자는 마이크로파를 이용해 양자 상태를 제어한다. 알루미늄과 니오븀 모두 극저온에서 초전도 특징을 가진다. 니오븀은 알루미늄보다 온도와 자기장의 영향을 덜 받아 활용성이 더 좋다. 

하지만 기판 전극으로부터 니오븀 소자를 100나노미터(nm) 수준으로 띄우는 기술이 부재해 소자 개발이 어려웠다. 표준연 양자기술연구소 양자역학계팀은 약 2년의 연구 끝에 니오븀 증착 조건을 최적화하여 잔류응력을 제어하고, 최초로 니오븀 나노전기역학 소자를 제작하는 데 성공했다.

연구팀이 개발한 소자를 이용하면 비가역 마이크로파 소자 소형화도 앞당길 수 것으로 전망된다. 비가역 소자는 마이크로파 신호를 한 방향으로 투과시켜 외부 소자가 유입되는 것을 차단한다. 

연구팀은 "소규모 양자 네트워킹을 넘어, 다양한 양자 시스템 간 양자정보를 자유롭게 전송하는 양자 인터넷을 구현하는 데 도움을 줄 것으로 기대한다"고 말했다. 

이번 연구는 한국연구재단 선도연구센터지원사업, 삼성미래기술육성재단과 표준연 주요사업의 지원을 받아 이뤄졌다. 연구결과는 나노 분야의 세계적 학술지인 나노 레터스(Nano Letters)에 게재됐다.

출처 : 헬로디디(https://www.hellodd.com)