[이후종 이길호 교수 연구실]그래핀을 이용한 고효율의 양자얽힘 구현

                       (왼쪽) 양자얽힘 소자 개형도, (오른쪽) 교차 Andreev 반사 데이터]

그래핀을 이용한 고효율의 전자쌍 양자얽힘

양자컴퓨터의 구현과 도․감청이 원천적으로 차단되는 양자전송을 위해서는 입자간의 양자역학적 상태얽힘 효율을 최대로 높여야 한다. POSTECH(포항공대, 총장 김무환) 연구팀은 두 개의 겹층그래핀을 십 수 나노미터 간격을 두고 수직으로 쌓은 후 이를 초전도체로 연결한 구조에서 전극 간 강한 연계성과 양자얽힘의 획기적인 향상을 확인하였으며, 이는 양자컴퓨터와 양자통신을 위한 전자쌍 양자얽힘을 실현하는 새로운 장을 제공할 것으로 전망된다. 

 POSTECH 물리학과 이길호․이후종 교수 연구실의 박사과정 박건형 씨는 겹층그래핀을 육방정계질화붕소(hBN) 결정막으로 보호하여 그래핀에서 전자의 무질서한 산란을 최소화하였다. 다시 이의 두 층을 수직으로 쌓고 두 겹층그래핀 가장자리를 초전도물질로 연결한 양자얽힘 소자 제작에 성공하였다. 겹층그래핀 사이의 간격을 초전도 결맞음길이보다 훨씬 얇게 하고 겹층그래핀의 특이한 밴드구조를 이용해 양자얽힘 현상과 함께 일어나는 부수 현상들을 효과적으로 차단하여 순수한 양자얽힘 효율을 획기적으로 향상시켰다.

 초전도체는 온도를 극저온으로 내리면 전기저항이 사라지고 전력 손실 없이 전류를 계속 흐르게 할 수 있어, 전기․전자 분야에서 광범위하게 응용되고 있다.  그래핀은 탄소로 이루어진 현존하는 가장 얇은 도체로 구리보다 수 백 배 전기를 잘 통하며 실리콘보다 수 백 배 전자를 빨리 이동시키는 등 소자 활용이 매우 기대되는 물질이다. 

2차원 물질을 수직으로 쌓아 다양한 기능성을 실현하는 소자 개발이 경쟁적으로 이루어지고 있는 가운데, POSTECH 연구팀이 2차원 물질인 겹층그래핀과 초전도를 결합시켜 전통적으로 연구되어 오던 전자쌍의 양자얽힘 효율을 획기적으로 향상시키는 쾌거를 이룬 것이다. 이 연구팀은 지난 수 년에 걸쳐 그래핀과 초전도를 접합시킨 조셉슨접합에서 새로운 접합 기능을 실현하는 일련의 연구로 국제적인 주목을 받고 있다. 연구를 주도한 이후종 교양자컴퓨터의 구현과 도․감청이 원천적으로 차단되는 양자전송을 위해서는 입자간의 양자역학적 상태얽힘 효율을 최대로 높여야 한다. POSTECH(포항공대, 총장 김무환) 연구팀은 두 개의 겹층그래핀을 십 수 나노미터 간격을 두고 수직으로 쌓은 후 이를 초전도체로 연결한 구조에서 전극 간 강한 연계성과 양자얽힘의 획기적인 향상을 확인하였으며, 이는 양자컴퓨터와 양자통신을 위한 전자쌍 양자얽힘을 실현하는 새로운 장을 제공할 것으로 전망된다. 

 POSTECH 물리학과 이길호․이후종 교수 연구실의 박사과정 박건형 씨는 겹층그래핀을 육방정계질화붕소(hBN) 결정막으로 보호하여 그래핀에서 전자의 무질서한 산란을 최소화하였다. 다시 이의 두 층을 수직으로 쌓고 두 겹층그래핀 가장자리를 초전도물질로 연결한 양자얽힘 소자 제작에 성공하였다. 겹층그래핀 사이의 간격을 초전도 결맞음길이보다 훨씬 얇게 하고 겹층그래핀의 특이한 밴드구조를 이용해 양자얽힘 현상과 함께 일어나는 부수 현상들을 효과적으로 차단하여 순수한 양자얽힘 효율을 획기적으로 향상시켰다.

 초전도체는 온도를 극저온으로 내리면 전기저항이 사라지고 전력 손실 없이 전류를 계속 흐르게 할 수 있어, 전기․전자 분야에서 광범위하게 응용되고 있다.  그래핀은 탄소로 이루어진 현존하는 가장 얇은 도체로 구리보다 수 백 배 전기를 잘 통하며 실리콘보다 수 백 배 전자를 빨리 이동시키는 등 소자 활용이 매우 기대되는 물질이다.
 
 2차원 물질을 수직으로 쌓아 다양한 기능성을 실현하는 소자 개발이 경쟁적으로 이루어지고 있는 가운데, POSTECH 연구팀이 2차원 물질인 겹층그래핀과 초전도를 결합시켜 전통적으로 연구되어 오던 전자쌍의 양자얽힘 효율을 획기적으로 향상시키는 쾌거를 이룬 것이다. 이 연구팀은 지난 수 년에 걸쳐 그래핀과 초전도를 접합시킨 조셉슨접합에서 새로운 접합 기능을 실현하는 일련의 연구로 국제적인 주목을 받고 있다. 연구를 주도한 이후종 교수는 “이번 연구성과는 앞으로 그래핀을 포함한 2차원물질을 이용한 양자얽힘 등 양자소자 개발에 새로운 활로를 열 것으로 기대된다”고 밝혔다.