ICT/융합

중국과학자 특수 인공필름 제작해 양자컴퓨팅 시대 연다

발행일 : 2012 / 04 / 06

두께가 머리카락의 1만분의 1정도밖에 안되는 특수 인공필름을 제작한 덕분에 물리학계에서 70년간 마요라나 페르미온(Majorana fermion)을 찾았던 ‘마라톤경기’가 종료될 가망이 보인다. 만약 페르미온 입자를 찾는다면 미래 전자기술의 획기적인 혁명을 불러일으킬 것이며 인류는 토폴로지 양자컴퓨팅시대를 열어갈 전망이다.

상해교통대 물리학부의 쟈진펑(賈金鋒), 치엔둥(錢冬) 연구팀은 위상 절연체(topological insulator)재료와 반도체재료를 복합시켜 특수 인공필름을 제작해냈는데, 이 특수재료를 이용해 올 연말까지 마요라나 페르미온를 탐지할 가망이 생겼다고 밝혔다. 이 연구성과는 최근 「사이언스」온라인판에 발표되었다.

페르미온(fermion)과 보손(boson)은 2가지 형태의 기본입자이다. 1937년 이태리 물리학자 에토레 마요라나(Ettore Majorana)가 자연계에 페르미온이라는 특수 입자가 가능하게 존재할 것이라고 예측하였다하여, 사람들은 이를 마요라나 페르미온(Majorana fermion)로 부르게 되었다. 그후 수십년간 전 세계의 과학자들은 마요라나 페르미온 입자를 찾아 나섰다.

위상 절연체/초전도 이질구조가 이상적인 고체물질로 간주되고 있으나 이러한 ‘cross interface’구조의 제작이라는 또 하나의 난제가 대두되었다. 상해교통대 저차원물리 계면공정실험실의 쟈진펑(賈金鋒), 치엔둥(錢冬), 리우찬화(劉燦華), 가오춘레이(高春雷) 4명의 교수는 거듭되는 실험을 통해 위상절연체와 초전도체 사이에 일종의 초박형 전이층(transition layer)을 삽입하는 방법으로 위상 절연체재료와 초전도재료를 복합시켜 두께가 머리카락의 1만분의 1정도 되는 인공필름을 제작함으로써, 최초로 초전도체와 위성절연체와의 ‘완벽한 일치’를 실현하였다. 이 연구성과는 마요라나 페르미온의 탐지와 조종을 위한 실험기반을 제공하였고 토폴로지 양자컴퓨팅을 실현하기 위한 중요한 돌파구를 찾았다.

만약 마요라나 페르미온을 찾아낸다면 고체에서 토폴로지양자컴퓨팅이 가능케 될 것으로 이는 양자컴퓨팅의 결함허용 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라 훨씬 큰 컴퓨팅공간을 가져올 것이다.

정보출처 : 과기일보