위상 초전도현상의 발견은 새로운 양자상의 존재를 규명하는 기초과학적 전환점일 뿐만 아니라, 마요라나(Majorana) 준입자와 같은 위상적으로 보호된 양자 상태를 활용해 외부 잡음에 강한 큐빗을 구현할 수 있는 초석이 됩니다. 이는 기존 큐빗의 결맞음 손실 한계를 극복하고, 신뢰도 높은 양자컴퓨팅을 실현할 핵심 기술이 될 것입니다. 지금까지는 위상 초전도현상의 실험적 구현을 위해 초전도체와 위상물질 두 가지의 이종 물질을 접합하는 방식이 활용되어 왔습니다. 그러나 이러한 접합은 구조적·전자적 불연속성을 수반하며, 경계면에서의 결함과 산란을 유발해 결국 이론적으로 예측된 위상 초전도현상을 저해하는 실험적 한계로 작용하였습니다. 
본 연구에서는 이러한 한계를 극복하기 위해, 본 연구자가 세계 최초로 초전도 상태와 위상 상태가 공존함을 발견한 마름모계(rhombohedral) 그래핀을 활용합니다. 이 물질에서는 게이트 전압 조절만으로 동일한 시료 내에서 초전도 상태와 위상 상태 간의 접합을 형성할 수 있습니다. 구조적 불연속성이 없는 이상적인 경계면을 구현할 수 있기 때문에, 결함이 최소화된(clean-limit) 조건에서 두 양자 상태의 경계를 형성하여 기존 접합 방식의 제약을 근본적으로 극복할 수 있습니다. 또한 그래핀은 매우 낮은 결함 밀도를 가지므로, 각각의 양자 상태를 이상적인 형태로 구현할 수 있습니다. 특히 그래핀에서 나타나는 비정상 양자홀 상태는 외부 자기장 없이도 위상적 특성을 발현하기 때문에, 초전도 상태와의 양립성을 확보할 수 있는 큰 장점을 지닙니다.
이를 기반으로 구축되는 새로운 실험 플랫폼을 통해, 무결함(clean-limit) 경계면에서의 위상 경계 모드와 초전도 근접(proximity) 효과를 연구하고, 안드리브 변환을 활용하여 위상 초전도를 직접 측정할 계획입니다. 궁극적으로 마요라나 준입자를 관측하고 제어함으로써, 준입자의 비가환성을 이용한 위상 큐빗 구현으로 나아가는 것이 본 연구의 목표입니다. 성공적인 위상 초전도체의 구현은 위상 큐빗을 기반으로 한 차세대 양자컴퓨터의 시대를 앞당기는 결정적 전환점이 될 것으로 기대합니다.