포스텍硏, 미래형 컴퓨터 응용 미지의 입자 ‘마요라나 페르미온’ 세계 첫 관측

첨단 미래형 컴퓨터의 기본 단위로 응용할 수 있는 입자가 세계 최초로 국내에서 관측됐다. 막스플랑크 한국·포스텍 연구소는 18일 지성대 박사와 박재훈 교수팀이 중앙대 최광용 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 양자컴퓨터 개발을 앞당길 ‘마요라나 페르미온’ 입자를 세계 최초로 관측하는 데 성공했다고 밝혔다.

마요라나 페르미온은 이탈리아 천재 물리학자 에토레 마요라나가 양자이론을 토대로 그 존재를 예측했던 것으로 물질과 반물질의 경계에 있는, 스스로 자신의 반입자를 겸하는 미지의 입자로 알려졌다. 힉스 입자는 50년 만에 규명됐지만, 마요라나 페르미온 입자는 1937년 존재 가능성이 처음 예측된 후 80년이 지나도록 증명되지 않았다. 이 입자가 낮은 차원의 응집물질계에서 준입자 형태로 존재한다면 양자컴퓨터의 기본 단위로 응용이 가능하다는 점 때문에 최근 들어 학계의 관심이 쏠리고 있었다.

양자컴퓨터는 반도체가 아닌 원자를 기억소자로 활용하며, 슈퍼컴퓨터의 한계를 뛰어넘는 첨단 미래형 컴퓨터다. 병렬로 연결된 1천600여 대의 고성능 컴퓨터를 이용해 8개월이 걸리는 129자리 숫자 소인수분해를 양자컴퓨터는 단 몇 시간 만에 해결할 수 있는 것. 비트 방식으로는 감히 엄두도 못 내는 처리능력이다.

연구팀은 실험을 통해 양자 스핀 액체 상태에서 스핀이 쪼개질 수 있는 특이한 현상을 확인했으며, 나아가 쪼개진 입자가 마요라나 페르미온에 해당한다는 것을 검증했다. 또 입자가 갖는 열역학·동역학적 성질 등 구체적인 물리적 성질까지 규명했다. 이를 양자컴퓨터 기본 단위로 응용하면 기존 양자컴퓨터의 가장 큰 난제인 온도, 노이즈 등 외부 자극에 따른 시스템 오류를 해결할 수 있어 한층 발전된 양자컴퓨터를 개발할 가능성이 커졌다.

지 박사는 “이전에 발표됐던 다른 실험적 검증이 논란의 여지가 있는 데 반해 이번 관측은 명확히 마요라나 입자를 입증했을 뿐만 아니라 구체적인 물리적 성질까지 규명했다는 데 의의가 있다”고 말했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부, 한국연구재단, 경북도, 포항시, 포스텍이 지원했으며 결과는 물리학 분야 학술지인 네이처 피직스(Nature Physics) 온라인판 18일 자에 실렸다.

포항=김기태기자 ktk@yeongnam.com|

김기태 기자

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