[더테크=조재호 기자] 카이스트와 포스텍이 공동연구를 통해 중성원자 양자 시뮬레이터의 오류 정정 기술을 개발하고 양자얽힘을 관측하는데 성공했다. 향후 위상 물질과 고온 초전도체 이해를 앞당길 수 있는 발판을 마련했다.

카이스트는 최재윤 물리학과 교수 연구팀이 조길영 포항공대 물리학과 교수 연구팀과 공동연구를 통해 중성원자 양자 시뮬레이터 오류 정정 기술을 개발해 세계 최초로 2차원에서의 비국소 질서 변수를 측정함으로써 향후 위상 물질과 고온 초전도체 물질 특성을 알아낼 수 있도록 하는데 성공했다고 29일 밝혔다.

이번 연구로 양자 시뮬레이터에 비국소 질서 변수가 측정 가능하며 실험적인 결함도 찾아내는 방법을 개발했다. 연구팀은 2차원에서도 양자얽힘과 위상 물질의 물성을 규정지을 수 있다고 밝혔다.

시뮬레이터 과정에서 발생한 결점까지 제거했는데, 위상물질의 2차원 비국소 질서변수가 100배 이상 급격히 증가하는 양상을 보였으며, 원자 수에 무관하게 측정값이 일정하게 유지되는 등 이론적으로 예측된 경향을 모두 확인할 수 있었다.

이전까지 우리가 관측하는 물리량은 국소성을 띄기 때문에 양자역학적 특이성인 양자얽힘은 물성을 지배하는 물질인 위상물질의 비국소 질서 변수를 측정하는 것이 간단치 않았다. 더욱이 2차원, 3차원 물질의 경우 실험적 노이즈에 의해 그 신호가 급격히 약해지기 때문에 실험적으로 관측하기는 매우 어려웠다.

해당 기술은 여러 중성원자 양 시뮬레이터에 활용할 수 있다. 원거리 상호작용이 주요한 양자 시뮬레이터의 경우, 양자 스핀 액상과 같은 2차원 위상 물질의 물성을 규정하는데 사용할 수 있다. 고온 초전도체 물질을 흉내 내내는 양자 시뮬레이터에서도 해당 기법을 응용할 수 있을 것으로 기대된다.

최재윤 교수는 “이번 연구는 중성원자 양자 시뮬레이터에 존재하는 실험적 결함을 보정하는 것이 가능함을 보여준 최초의 연구”라며 “향후 위상 양자 연산에 이용되는 양자 스핀 액상과 같은 고차원 위상 물질 발견 및 물성 규정에 주요하게 활용될 것”이라고 전했다.

이번 연구는 국제 학술지 ‘피지컬 리뷰 X (Physical Review X)’ 14권 1호에 게재돼 지난 8일 출판됐다.