삼성전자 지원 받은 이길호 교수팀, 10억배 향상 마이크로파 검출기 개발

삼성전자 미래기술육성사업 성과
차세대 양자소재 구현 기반 마련

4일 이길호(오른쪽) 포스텍 물리학과 교수와 정우찬 석박사과정 학생이 초고감도 검출기에 대해 설명하고 있다. /사진제공=삼성전자

[서울경제] 국내 연구팀이 이동통신 등에 쓰이는 마이크로파의 세기를 기존 대비 약 10억배 향상된 수준으로 잴 수 있는 기술을 개발했다.

4일 삼성전자는 삼성미래기술육성사업으로 지원한 이길호 포스텍 물리학과 교수 연구팀이 마이크로파의 세기를 이론적 한계인 1초간 기준 1아토와트(100경분의1와트) 수준으로 측정하는 초고감도 검출기를 개발했다고 밝혔다.

전자기파의 한 종류로 전자레인지에도 사용되는 마이크로파는 이동통신·레이더·천문학 등에서 폭넓게 활용되고 있으며 최근에는 양자컴퓨팅·양자정보통신 등 양자정보기술에도 활용 가능성이 알려지면서 마이크로파를 초고감도로 검출하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 현재 마이크로파 검출기로 사용되는 볼로미터는 마이크로파 흡수 소재, 흡수한 마이크로파를 열로 바꿔주는 소재, 발생한 열을 전기 저항으로 변환하는 소재로 구성되며 전기적인 저항의 변화를 이용해 흡수된 마이크로파의 세기를 계산한다.

그러나 볼로미터는 실리콘이나 갈륨비소 등 반도체 소자를 마이크로파 흡수 소재로 사용해 검출 한계가 1초간 측정 기준 1나노와트(10억분의1와트) 수준에 머물러 정밀한 세기 측정이 불가능했다.

이 교수 연구팀은 마이크로파 흡수 소재로 반도체가 아닌 그래핀을 사용하고 두 개의 초전도체 사이에 그래핀을 끼워 넣는 이른바 ‘조셉슨 접합 구조’를 도입해 그래핀에서 발생하는 전기 저항 변화를 10피코초(1,000억분의1초) 이내로 검출할 수 있도록 했다. 그 결과 마이크로파 검출을 이론적 한계인 1초간 측정 기준 1아토와트(100경분의1와트) 수준으로 높이는 데 성공했다.

이 교수는 “이번 연구는 차세대 양자 소자를 실제로 구현하기 위한 기반 기술을 구축했다는 데 의미가 있다”며 “이 기술을 활용하면 양자컴퓨팅 측정효율을 극대화해 대규모 양자컴퓨터 개발도 가능할 것”이라고 말했다.

이 교수팀은 미국 레이시온 비비엔과 하버드대, 매사추세츠공과대, 스페인 바르셀로나 과학기술연구소, 일본 물질재료연구기구와 함께 공동으로 연구를 진행했다. 연구 결과는 차세대 양자정보기술 상용화를 위한 원천 연구로 인정받아 지난달 30일 국제학술지인 ‘네이처’에 게재됐다. /전희윤기자 heeyoun@sedaily.com