국내 연구팀이 전자기파의 한 종류인 마이크로파의 세기를 종전대비 10억 배 이상 향상한 초고감도 검출기 개발에 성공했다.

포스텍 물리학과 이길호 교수가 주도한 이번 연구는 마이크로파의 세기를 이론적 한계인 1초간 측정기준 1 아토와트(100경분의 1와트) 수준으로 검출하는 것이다.

미국 레이시온 비비엔과 하버드대, 매사추세츠 공과대, 스페인 바르셀로나 과학기술연구소, 일본 물질재료연구기구 등이 이번 연구에 참여했다.

연구 결과는 차세대 양자 정보기술 상용화를 위한 원천 연구로 인정받아 지난달 30일 국제학술지인 네이처(Nature)에 게재됐다.

전자레인지에 사용돼 익숙한 마이크로파는 이동통신, 레이더, 천문학 등 폭넓은 과학 기술 분야에서 활용되고 있다. 최근에는 양자컴퓨팅, 양자 정보통신 등 양자 정보기술에도 활용할 수 있다고 알려져 마이크로파를 초고감도로 검출하려는 연구가 활발히 이루어지고 있다.

마이크로파 검출에 사용되는 볼로미터는 전기적인 저항의 변화로 흡수한 마이크로파의 세기를 계산한다. 그러나 볼로미터는 실리콘, 갈륨비소 등 반도체 소자를 마이크로파 흡수 소재로 사용해 검출 한계가 1초간 측정 기준 1 나노와트(10억 분의 1와트) 수준에 머물러 정밀하게 세기를 측정할 수는 없었다.

이 교수 연구팀은 이를 보완하기 위해 마이크로파 흡수 소재로 그래핀을 사용했다. 또한 두 개의 초전도체 사이에 그래핀을 끼워 넣는 '조셉슨 접합 구조'를 도입해 그래핀에서 발생하는 전기 저항 변화를 10피코초(1천억 분의 1초) 이내로 검출할 수 있도록 만들었다.

그 결과 마이크로파 검출을 이론적 한계인 1초간 측정 기준 1 아토와트로 높일 수 있었다.

이길호 포스텍 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.

차진희 기자 postmoneynews@gmail.com