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IBS·서강대·연세대·KIAS 공동 연구팀 "양자정보 혁명 기대"
양자정보통신 핵심 매개체 ‘엑시톤’ 새로운 현상 첫 발견

왼쪽부터 박제근 IBS 전 부연구단장, 정현식 서강대 교수, 김재훈 연세대 교수, 손영우 KIAS 교수./IBS 제공
국내 연구진이 양자정보통신의 전달 수단으로 주목받는 ‘엑시톤’의 새로운 현상을 발견, 관련 연구를 위한 토대를 마련했다.

박제근 기초과학연구원(IBS) 강상관계물질연구단 전 부연구단장 연구팀은 정현식 서강대 교수·김재훈 연세대 교수·손영우 고등과학원(KIAS) 교수 등과 함께 2차원 물질에서 전자 1개가 여러 원자에 나뉘어 존재하는 새로운 양자 상태를 발견했다고 21일 밝혔다. 연구결과는 이날 국제 학술지 네이처에 게재됐다.

양자정보통신은 빛을 이루는 최소 단위 입자인 ‘광자’의 양자역학적 성질(스핀)을 이용해 정보를 처리하는 차세대 정보통신기술(ICT)이다. 광자 1개로 1비트(bit)를 구현하기 때문에 통신기기의 소형화·저전력화를 가능하게 할 것으로 기대되고 있다.

학계는 양자정보통신을 매개할 광자를 내뿜는 ‘엑시톤’에 대한 연구에 집중하고 있다. 엑시톤은 전자와 양공(陽孔)을 합쳐서 부르는 말이다. 음(-) 전기를 띠는 전자가 움직이면 전자의 원래 위치에는 상대적으로 양(+) 전기를 띠는 구멍이 생기는데, 이 구멍을 양공이라 한다. 전자와 양공이 결합하면 광자가 발생한다.

엑시톤은 그래핀 같은 2차원 물질에서 자주 발견된다. 연구팀은 2차원 물질의 한 종류인 ‘삼황화인니켈’에서 전자 하나가 여러 양공과 동시에 결합해있는 새로운 양자역학 현상을 발견했다. 서로 다른 여러 실험과 계산을 통해 엑시톤의 에너지값을 매우 높은 정확도로 얻을 수 있다는 의미다. 실제로 연구팀은 엑시톤의 에너지값이 1.5전자볼트(eV)라는 사실을 알아냈다.

이번 발견을 시작으로 이같이 새로운 형태의 엑시톤을 계속 연구함으로써 엑시톤의 특성들을 구체적으로 규명하면 양자정보통신으로의 응용까지 가능할 것으로 기대된다.

연구팀은 "엑시톤을 양자컴퓨터에 활용하기 위한 후속 연구를 통해 양자정보통신 혁명을 앞당길 것"이라고 밝혔다.

2차원 물질 삼황화인니켈의 구조./IBS 제공

[김윤수 기자 [email protected]]




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