전북대학교 김희대 교수 연구팀(반도체과학기술학과, 교신저자)이 전기가 필요 없는 차세대 양자컴퓨터 구현 가능성을 제시, 학계의 주목을 받고 있다. 이 연구 성과는 에너지 분야의 세계적 권위 학술지인 『Carbon Energy』(영향력 지수 IF 25.28, JCR 상위 3%) 최신호에 실렸다.
이에 따르면 이번 연구는 전북대 이하영 박사(공동 1저자, 전북대 G-LAMP사업단)와 함께 해양대학교 이삼녕 명예교수, 안형수 교수, 강남대학교 황선령 교수 등이 공동으로 참여했다.
연구팀은 빛 압력(Light Pressure)을 이용해 전기를 생산하는 ‘광압 발전기(LPEG)’ 기술을 한 단계 진전시키는 데 성공했다.
은(Ag) 나노입자와 그래핀 옥사이드(GO)라는 소재를 결합해 발전 효율을 크게 높였다. 그래핀 옥사이드를 은 나노입자에 삽입해 나노 크기의 간격 유지재(스페이서)로 활용했다.
그 결과, 기존 광압발전기의 출력이 241mV, 3.1μA에서 310mV, 9.3μA로 약 3배 이상 상승하는 성과를 거뒀다.
또한 Raman 측정과 FDTD, COMSOL Multiphysics 시뮬레이션을 통해 은 나노입자 사이에 강한 전기장이 모이면서(핫스팟) 발전 효율이 개선된다는 핵심 메커니즘을 규명했다.
이번 연구 성과는 외부 전원 연결 없이도 내부에서 에너지를 스스로 생산할 수 있는 양자컴퓨터 구조로 확장될 수 있어 주목받고 있다. 특히 빛을 이용한 에너지 전달 방식은 전기적 노이즈를 일으키지 않아, 정밀한 계산이 필요한 양자컴퓨터 분야에서 매우 중요한 활용 가능성이 있을 것으로 기대되고 있다.
한편 연구팀은 이번 기술을 확장시켜 양자컴퓨터에 외부 전원 연결을 제거하고, 극저온 환경 내부에서 자체적으로 에너지는 생성·활용하는 새로운 하드웨어 아키텍처 개발에 집중하고 있다.
김희대 교수는 “이번 연구 성과는 ‘노이즈 없는(Noise-Free) 양자컴퓨터’ 개발의 핵심 기반이 될 것으로 기대하고 있다”라며 “앞으로 차세대 양자컴퓨팅 시대를 열 수 있도록 연구를 확장해 나가겠다”고 밝혔다.
/장은성 기자
