오류없는 양자컴퓨터 나오나…초전도 120% 증폭 현상 세계 첫 발견

국내 연구진이 거대 음의 스핀분극 초전도 현상을 세계 최초로 발견했다. 오류없는 양자컴퓨터 구현이 가능해질 전망이어서 고체 물리학 교과서를 다시 써야한다는 평가도 나온다. 경희대학교는 이종수 응용물리학과 교수 연구팀(주저자 라마툴 히다야티 박사, 김진희 연구교수)이 자기에너지를 증폭시키는 거대 음의 스핀분극 초전도 현상을 세계 최초로 발견했다고 16일 밝혔다. 연구 결과는 소재 분야 국제 학술지 '어드밴스트 펑셔널 머티어리얼즈'(IF=19)』에 내부 표지논문으로 게재됐다. 이종수 교수는 지디넷코리아와의 전화통화에서 "외부에서 가한 자기장이 역방향으로 형성되는 현상을 스핀 트리플랫 상태라고 하는데, 이 상태가 되면 마요나라 초전도 현상을 보일 것으로 학계는 보고 있다"며 "만약 마요나라 초전도가 구현된다면, 양자컴퓨터 구현의 가장 큰 애로인 외부 잡음에 따른 불안정성과 무관하게 위상적으로 불변인 양자 구현이 가능해진다"고 말했다. 학계는 이번 발견으로 양자컴퓨터의 새로운 응용 가능성을 포착하는 것은 물론, 고체물리학 교과서를 다시 써야 하는 새로운 현상이라는 평가도 내놨다. 초전도체는 전기 저항이 '0'이 되는 물질로, 한 번 흐른 전류가 손실 없이 유지된다. 외부에서 가한 자기장을 모조리 바깥으로 밀어내는 마이스너(Meissner) 효과를 갖는다. 이 때문에 초전도는 자석 위에서 공중 부양을 하게 된다. 자석 위에서 일어나는 공중 부양은 초전도의 100% 음의 자화라는 특성 때문에 일어난다. 이종수 교수는 "초전도의 음의 자화가 120% 이상 될 수 있음을 발견한 것"이라며 "기존 고체물리학 교과서에서는 외부 자기장의 에너지보다 더 큰 에너지로 자기에너지를 축적할 수 없다"고 설명했다. 연구팀은 철계 고엔트로피 합금 초전도에서 초거대 음의 자화 현상을 발견하고, 원인을 파악하기 위해 포항공대 심지훈, 김지훈 교수와 공동연구를 진행했다. 다양한 실험 이론적 방법으로 초전도 내부의 스핀들이 외부에서 가해준 자기장의 방향과 반대 방향으로 정렬하는 특이한 현상을 규명했다. 이러한 특성으로 초전도성이 외부 자기장을 100% 밀어냄과 동시에 자기장과 반대 방향으로 정렬하는 스핀의 자기화 성질이 더해져 120% 이상의 자기에너지가 축적된다는 사실을 확인했다. 이종수 교수는 "초전도 현상의 새롭고 놀라운 발견”이라고 강조하며 “향후 물리학의 꿈이라고 불리는 마요라나 초전도 발견과 연관되기 때문에 양자컴퓨터의 응용에도 연결될 것”이라고 말했다. 이번 연구는 산업통상자원부 알키미스트 과제의 지원을 받아 수행됐다.