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[IT뉴스]양자컴 개발 새 돌파구…자기장 아닌 전압만으로 원하는 큐비트 제어

온카뱅크관리자

2026-07-16 11:57:29

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 기초과학연구원(IBS) 
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 원하는 큐비트만 골라 전압만으로 정밀하게 제어하는 기술이 개발됐다. IBS 제공
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 자기장 대신 전압만으로 양자컴퓨터의 정보처리 단위인 '큐비트'를 정밀하게 제어하는 기술이 개발됐다. 여러 큐비트가 연결된 환경에서도 원하는 큐비트만 선택적으로 조절할 수 있어 분자 기반 양자컴퓨터와 양자센서 개발에 활용될 것으로 기대된다.
 기초과학연구원(IBS)은 양자나노과학연구단과 독일 카를스루에공대 공동연구팀이 가까이 있는 전자들이 서로 영향을 주는 '교환 상호작용'을 이용해 단일 분자 큐비트를 제어하는 새로운 원리를 규명했다고 16일 밝혔다. 연구결과는 지난달 29일 국제학술지 '네이처 물리학'에 온라인 게재됐다.
 양자컴퓨터는 원자·분자처럼 작은 입자의 양자상태를 큐비트 단위로 저장·계산한다. 양자컴퓨터의 성능은 수많은 원자와 분자를 얼마나 정밀하게 다룰 수 있는지가 좌우한다.
 현재 주로 자기장을 이용해 큐비트를 제어하지만 자기장은 주변 공간까지 영향을 줘 여러 큐비트가 가까이 모여 있으면 특정 큐비트만 선택적으로 조절하기 어렵다는 한계가 있다.
 연구팀은 산화마그네슘 표면 위에 '철 프탈로시아닌' 단일 분자와 철 원자를 결합한 분자 복합체를 제작했다. 철 프탈로시아닌은 철 원자를 고리 모양의 유기 분자가 둘러싼 안정적인 분자다.
 연구팀은 주사터널링현미경(STM)과 전자스핀공명(ESR) 기술을 결합한 장비로 제작한 복합체의 개별 분자 양자 스핀을 관측했다. 양자 스핀은 전자가 갖는 고유한 양자 성질로 양자컴퓨터는 양자 스핀을 이용해 큐비트를 구현한다.
 분석 결과 STM 바늘 끝 탐침에 가하는 전압을 높이자 큐비트 '스핀 공명 주파수'가 크게 변했다. 양자 스핀이 특정 주파수 자극을 흡수해 상태가 가장 효율적으로 변화하는 고유 주파수를 전압만으로 바꾼 것이다.
 일정 전압 이상에서는 공명 주파수가 전압에 비례해 일정하게 증가하지 않고 특정 구간에서 급격히 변하는 비선형 현상이 나타났다. 공명 주파수 변화는 최대 약 30%에 달했으며 기존 보고된 분자 스핀의 전기적 제어 효과보다 약 30배 컸다.
 연구팀은 이 현상이 전기장 때문에 분자의 구조가 움직여 발생한 것이 아닌 탐침과 분자 사이 교환 상호작용이 전압에 따라 달라지기 때문임을 규명했다. 전압이 증가하면 가까이 있는 전자들의 스핀이 서로 영향을 주고받는 교환 상호작용이 강해져 큐비트 스핀 에너지가 변하고 공명 주파수도 달라지는 것이다.
 연구팀은 두 분자가 서로 결합한 구조에서도 탐침 아래에 있는 큐비트만 선택적으로 제어할 수 있다는 사실을 확인했다. 전압을 변화시켜 다른 스핀에는 영향을 주지 않고 하나의 스핀만 선택적으로 공명 조건을 이동시키는 데 성공했다. 여러 큐비트가 연결된 환경에서도 원하는 큐비트만 제어할 수 있음을 보였다는 평가다.
 연구논문의 교신저자인 크리스토프 울프 연구위원은 "이번 성과는 향후 다수의 큐비트를 집적한 분자 기반 양자소자 구현의 핵심 기술이 될 것"이라며 "차세대 양자컴퓨터·양자센서·양자정보처리 기술 개발에 중요한 전환점이 되기를 기대한다"고 말했다.
 &lt;참고 자료&gt; doi.org/10.1038/s41567-026-03353-w
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 <img alt="크리스토프 울프 양자나노과학 연구단 이론팀 리더. IBS 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202607/16/dongascience/20260716114752048mndv.png" data-org-width="680" dmcf-mid="85rhMVKpnm" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202607/16/dongascience/20260716114752048mndv.png" width="658">
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 크리스토프 울프 양자나노과학 연구단 이론팀 리더. IBS 제공
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 [문혜원 기자 moony@donga.com]
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