부산대·영남대·KIST 공동연구, "전자신호 중첩 통해 양자통신 전송효율 제고"
한국연구재단(이사장 조무제)은 김광석 부산대 교수와 김종수 영남대 교수, 송진동 KIST(한국과학기술연구원) 박사가 공동 연구를 통해 이같은 기술을 개발했다고 19일 밝혔다.
양자점은 자연에 존재하는 원자(H2, O2 등)와 유사하게 두 개의 전자를 결합시킨 인공원자로, 초미세 반도체와 질병진단 시약, 디스플레이 등 다양한 제품에 적용될 수 있다.
양자점 내 존재하는 서로의 양자상태(전자)들이 중첩돼 있는 현상이 양자 통신의 기본 단위다.
중첩이 되는 전자 상태의 신호들이 많을 수록 정보 전송 효율이 기하급수적으로 올라간다. 전자들이 중첩되려면 두 양자점이 나노 크기로 가까이 있어야 한다.
기존에는 양자점 사이 전자 결합을 전기적 제어 기술로 유도, 강력한 전압을 받은 한 양자점 내 전자 파동이 다른 양자점 전자 파동과 결합해 신호를 중첩시켰다.
그러나 이같은 방법은 양자점 사이 수십 나노미터 크기의 작은 공간에 전기회로를 구성해야 하는 번거로움이 따른다. 또 전기회로를 이용 시 전압의 방향을 바꿀 수 없어 전자의 정렬 방향도 변경 불가능했다.
이에 연구팀은 편광(전기장의 방향이 일정한 빛) 방향을 통해 인접한 양자점 간 결합을 선택적으로 유도해 제어하는 기술을 개발했다. 이는 전기회로의 번거로운 제작공정 없이 전기장을 지닌 빛을 비추는 것만으로도 양자점 내 전자 결합을 손쉽게 제어할 수 있다.
양자점에 편광을 비추면 엑시톤(한 단위가 된 전자와 정공의 결합체)이 두 양자점에서 각각 생성되며, 생성된 엑시톤은 비춰진 편광의 방향에 따라 배열이 달라진다.
김광석 교수는 "편광 방향을 바꾸는 것만으로도 양자점 내 전자의 결합을 손쉽게 제어할 수 있게 됐다"며 "더 많은 신호의 중첩이 효율적으로 가능해져, 양자통신·양자컴퓨터 기술을 진보시킬 원천기술이 되기를 기대한다"고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단에서 지원한 일반연구자지원사업을 통해 수행됐으며, 연구성과는 나노분야 국제 학술지인 '나노레터스(Nano Letters)' 12월 14일자에 실렸다.
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