고체 물성 좌우하는 양자 특성 측정 길 열렸다
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작성자 묵환란 작성일20-08-06 08:13 조회228회 댓글0건관련링크
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양자컴 소재 개발 기대
양범정 기초과학연구원(IBS) 강상관계물질연구단 교수(서울대 교수)와 임준원 책임연구원, 김규 한국원자력연구원 책임연구원팀은 고체의 ‘양자거리’ 측정 가능성을 세계 최초로 이론적으로 제시해 국제학술지 ‘네이처’ 5일자에 발표했다. 과학기술정보통신부 제공 국내 연구진이 고체 소재의 물성을 좌우하는 양자역학적 특성을 정확히 측정할 수 있다는 사실을 최초로 증명했다. 이는 그동안 측정이 불가능하다고 여겨지던 특성으로, 보안성이 높아 미래 통신 기술로 꼽히는 양자통신이나 특정 과제에서 강력한 연산 능력을 발휘할 수 있는 양자컴퓨터 소재 개발에 도움이 될 것으로 기대된다.
양범정 기초과학연구원(IBS) 강상관계물질연구단 교수(서울대 교수)와 임준원 책임연구원, 김규 한국원자력연구원 책임연구원팀은 고체의 ‘양자거리’ 측정 가능성을 세계 최초로 이론적으로 제시해 국제학술지 ‘네이처’ 5일자에 발표했다.
양자는 원자나 전자 등 입자를 에너지나 스핀 등 양자역학적 특성으로 기술한 상태를 의미한다. 양자거리는 두 개의 양자 상태가 갖는 유사성을 비교하는 물리량이다. 양자의 상태는 파동함수라는 수학으로 설명되는데, 두 양자의 파동함수가 같으면 0의 값을, 서로 수직으로 만나면 1의 값을 갖는 식이다.
양자거리는 고체 속 전자의 파동 특성을 아는 데 필수적이다. 하지만 그 동안 고체의 양자거리는 측정할 방법이 없었고, 이는 고체의 물성 역시 정확히 파악하기 힘들었다. 이는 양자컴퓨터나 양자통신 등의 소재를 개발할 때 큰 걸림돌이었다.
양 교수팀은 운동량과 상관없이 일정한 에너지를 갖는 전자로 이뤄진 고체를 준비한 뒤 자기장을 걸었다. 그 결과 전자가 가진 에너지의 영역(준위)이 퍼지는 현상이 발생하며, 여기에 양자거리의 최대값이 영향을 미친다는 사실을 발견했다. 고체 전자의 에너지 준위를 관찰하면 양자거리를 정확히 측정할 수 있다는 뜻이다.
이번 연구는 고체의 물성을 측정하는 분야와 양자컴퓨터, 양자통신 등 양자정보 분야에 큰 도움이 될 것으로 기대된다. 임 책임연구원은 “여러 평면 구조의 물질에서 양자거리를 정확히 측정해 물성을 조절할 수 있을 것”이라고 말했다. 양 교수는 “두 개의 양자 상태가 얼마나 닮았는지 측정해 정보 손실을 정량화하는 ‘신뢰도’는 양자정보 분야에서 매우 중요하다”며 “양자거리가 신뢰도와 매우 밀접한 만큼 이들 분야에 새로운 고체 재료를 응용할 가능성이 높아졌다”고 말했다.
[윤신영 기자 ashilla@donga.com]
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양범정 기초과학연구원(IBS) 강상관계물질연구단 교수(서울대 교수)와 임준원 책임연구원, 김규 한국원자력연구원 책임연구원팀은 고체의 ‘양자거리’ 측정 가능성을 세계 최초로 이론적으로 제시해 국제학술지 ‘네이처’ 5일자에 발표했다. 과학기술정보통신부 제공 국내 연구진이 고체 소재의 물성을 좌우하는 양자역학적 특성을 정확히 측정할 수 있다는 사실을 최초로 증명했다. 이는 그동안 측정이 불가능하다고 여겨지던 특성으로, 보안성이 높아 미래 통신 기술로 꼽히는 양자통신이나 특정 과제에서 강력한 연산 능력을 발휘할 수 있는 양자컴퓨터 소재 개발에 도움이 될 것으로 기대된다.양범정 기초과학연구원(IBS) 강상관계물질연구단 교수(서울대 교수)와 임준원 책임연구원, 김규 한국원자력연구원 책임연구원팀은 고체의 ‘양자거리’ 측정 가능성을 세계 최초로 이론적으로 제시해 국제학술지 ‘네이처’ 5일자에 발표했다.
양자는 원자나 전자 등 입자를 에너지나 스핀 등 양자역학적 특성으로 기술한 상태를 의미한다. 양자거리는 두 개의 양자 상태가 갖는 유사성을 비교하는 물리량이다. 양자의 상태는 파동함수라는 수학으로 설명되는데, 두 양자의 파동함수가 같으면 0의 값을, 서로 수직으로 만나면 1의 값을 갖는 식이다.
양자거리는 고체 속 전자의 파동 특성을 아는 데 필수적이다. 하지만 그 동안 고체의 양자거리는 측정할 방법이 없었고, 이는 고체의 물성 역시 정확히 파악하기 힘들었다. 이는 양자컴퓨터나 양자통신 등의 소재를 개발할 때 큰 걸림돌이었다.
양 교수팀은 운동량과 상관없이 일정한 에너지를 갖는 전자로 이뤄진 고체를 준비한 뒤 자기장을 걸었다. 그 결과 전자가 가진 에너지의 영역(준위)이 퍼지는 현상이 발생하며, 여기에 양자거리의 최대값이 영향을 미친다는 사실을 발견했다. 고체 전자의 에너지 준위를 관찰하면 양자거리를 정확히 측정할 수 있다는 뜻이다.
이번 연구는 고체의 물성을 측정하는 분야와 양자컴퓨터, 양자통신 등 양자정보 분야에 큰 도움이 될 것으로 기대된다. 임 책임연구원은 “여러 평면 구조의 물질에서 양자거리를 정확히 측정해 물성을 조절할 수 있을 것”이라고 말했다. 양 교수는 “두 개의 양자 상태가 얼마나 닮았는지 측정해 정보 손실을 정량화하는 ‘신뢰도’는 양자정보 분야에서 매우 중요하다”며 “양자거리가 신뢰도와 매우 밀접한 만큼 이들 분야에 새로운 고체 재료를 응용할 가능성이 높아졌다”고 말했다.
[윤신영 기자 ashilla@donga.com]
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평평한 에너지 띠를 갖는 2차원 카고메 격자와 에너지띠
[아시아경제 황준호 기자] 국내 연구진이 고체 물질의 양자거리를 측정하는 방법을 세계 최초로 제시했다. 전자 에너지가 일정한 고체 물질에 자기장을 걸어, 에너지 준위 퍼짐의 정도에 따라 양자거리를 측정하는 방식이다. 향후 양자컴퓨터를 만들 소재를 탐색하는 방법으로 활용될 수 있을 것으로 예상된다.
양범정 기초과학연구원 강상관계 물질 연구단 교수(서울대 물리천문학부), 임준원 책임연구원, 김규 한국원자력연구원 책임연구원 등은 이같은 내용의 연구 결과를 국제 학술지인 네이처에 6일(현지시간) 발표했다.
일반적인 고체의 에너지띠와 란다우 준위
연구팀은 전자 에너지가 평평한 에너지띠를 가지는 고체물질에 자기장을 걸었을 때 에너지 준위 퍼짐이 나타나며 이를 이용해 양자거리를 잴 수 있다는 새로운 사실을 제시했다.
먼저 연구진은 평평한 에너지띠와 곡선 에너지띠가 교차하는 물질에 자기장을 걸면 전자들의 에너지 준위(란다우 준위)가 퍼짐을 발견했다. 두 띠가 교차하는 고체물질은 평면 형태의 순환 그래핀, 카고메 격자물질 등이다.
이 물질들은 에너지띠끼리 교차하는 점에서의 양자상태에 따라 자기장을 걸었을 때 에너지준위 퍼짐 현상이 나타났다. 양자거리를 결정하는 양자상태가 실제 물성에 영향을 미친 것이다. 연구팀은 양자거리의 최대값이 에너지 준위 퍼짐을 결정한다는 것도 입증했다.
연구팀은 이번 연구가 고체 전자의 에너지 준위를 관찰해 양자거리를 정확히 측정할 수 있음을 이론적으로 증명한 연구라고 밝혔다.
임준원 책임연구원은 "여러 이차원 물질에서 파동함수의 양자거리를 정확히 측정하고, 관련 물성을 조절할 수 있게 됐다"고 밝혔다. 양범정 교수는 "고체를 양자기하학으로 분석한 기존 연구들은 곡률에 국한돼 있었는데, 이번 연구로 양자거리를 측정해 물성을 밝힐 수 있게 됐다"며 "나아가 양자정보 분야에 쓰일 새로운 재료를 찾는 데 기여할 것"이라고 전망했다.
자기장 하에서 평평한 에너지띠의 란다우 준위 변화
황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr
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평평한 에너지 띠를 갖는 2차원 카고메 격자와 에너지띠[아시아경제 황준호 기자] 국내 연구진이 고체 물질의 양자거리를 측정하는 방법을 세계 최초로 제시했다. 전자 에너지가 일정한 고체 물질에 자기장을 걸어, 에너지 준위 퍼짐의 정도에 따라 양자거리를 측정하는 방식이다. 향후 양자컴퓨터를 만들 소재를 탐색하는 방법으로 활용될 수 있을 것으로 예상된다.
양범정 기초과학연구원 강상관계 물질 연구단 교수(서울대 물리천문학부), 임준원 책임연구원, 김규 한국원자력연구원 책임연구원 등은 이같은 내용의 연구 결과를 국제 학술지인 네이처에 6일(현지시간) 발표했다.
일반적인 고체의 에너지띠와 란다우 준위연구팀은 전자 에너지가 평평한 에너지띠를 가지는 고체물질에 자기장을 걸었을 때 에너지 준위 퍼짐이 나타나며 이를 이용해 양자거리를 잴 수 있다는 새로운 사실을 제시했다.
먼저 연구진은 평평한 에너지띠와 곡선 에너지띠가 교차하는 물질에 자기장을 걸면 전자들의 에너지 준위(란다우 준위)가 퍼짐을 발견했다. 두 띠가 교차하는 고체물질은 평면 형태의 순환 그래핀, 카고메 격자물질 등이다.
이 물질들은 에너지띠끼리 교차하는 점에서의 양자상태에 따라 자기장을 걸었을 때 에너지준위 퍼짐 현상이 나타났다. 양자거리를 결정하는 양자상태가 실제 물성에 영향을 미친 것이다. 연구팀은 양자거리의 최대값이 에너지 준위 퍼짐을 결정한다는 것도 입증했다.
연구팀은 이번 연구가 고체 전자의 에너지 준위를 관찰해 양자거리를 정확히 측정할 수 있음을 이론적으로 증명한 연구라고 밝혔다.
임준원 책임연구원은 "여러 이차원 물질에서 파동함수의 양자거리를 정확히 측정하고, 관련 물성을 조절할 수 있게 됐다"고 밝혔다. 양범정 교수는 "고체를 양자기하학으로 분석한 기존 연구들은 곡률에 국한돼 있었는데, 이번 연구로 양자거리를 측정해 물성을 밝힐 수 있게 됐다"며 "나아가 양자정보 분야에 쓰일 새로운 재료를 찾는 데 기여할 것"이라고 전망했다.
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