양자 역학에 기반한 초고속 컴퓨팅 양자 제어를 위한 광유도 초전도체 연구가 나왔다.

미국 아이오와주립대 지강 왕(Jigang Wang) 물리학 및 천문학 교수는 “기가 헤르츠 또는 초당 수십 억 회를 넘는 초전도의 양자 제어를 연구하고 싶다”며 “우리는 초전도체를 가속화하기 위해 테라 헤르츠(terahertz) 빛을 제어 수단으로 사용하고 있다”고 말했다.

왕 연구팀은 슈퍼커런트 퀀텀 비트(supercurrent quantum beats), 테라 헤르츠 속도 대칭 파괴(terahertz-speed symmetry breaking) 등을 연구했다. 테라 헤르츠(초당 수십억의 사이클) 빛과 나노미터 단위 물질로 구성된 에너지의 양자 세계에 대한 그의 연구는 미국 육군 조사국(Army Research Office)의 지원을 받았다.

초전도성(superconductivity)은 저항 없는 특정 물질을 통한 전기의 이동이다. 일반적으로 절대 0도에 가까운 매우 낮은 온도에서 발생한다. 테라 헤르츠 빛은 초당 수조 사이클의 매우 높은 주파수에 해당한다. 근본적으로 매우 강력한 마이크로파 폭발이 매우 짧은 시간에 일어난다.

왕 교수 연구팀은 거시적 초 전류 흐름, 깨진 대칭 및 대칭에 의해 금지된 특정 고주파 양자 진동에 대한 접근을 포함해 초전도 상태의 필수 양자 특성 중 일부를 제어하는 데 이러한 빛을 사용할 수 있음을 밝혔다.

연구팀은 네이처 포토닉스(Nature Photonics) 온라인에 게재된 연구 논문에서 “빛에 의해 유도된 초전류(supercurrents)는 새로운 재료 특성의 전자기 설계 및 양자 엔지니어링 적용을 위한 집합적 결맞음(collective coherent) 진동에 대한 경로를 보여준다.

이 발견은 물리학자들이 초전류를 통해 매우 빠른 양자 컴퓨터를 만드는 데 도움이 될 수 있다.

양자 세계의 특수한 특성을 제어, 액세스 및 조작하고 실제 세계의 문제에 연결하는 방법을 찾는 것이 과학적으로 중요한 시도이다.

미국 국립과학재단(National Science Foundation, NSF)은 미래의 연구 개발을위한 ’10 대 아이디어’에 양자도약(Quantum Leap)을 포함했다.

양자 연구에 대한 NSF재단의 지원 요약에서 양자 시스템의 상호 작용을 활용함으로써 센싱, 컴퓨팅, 모델링 및 의사 소통을 위한 차세대 기술이보다 정확하고 효율적으로 될 것이라고 밝혔다.

연구진은 이러한 능력에 도달하기 위해 머리카락의 너비보다 최소한 백만 배 더 작은 크기에서 입자 및 에너지의 거동을 관찰, 조작 및 제어하기 위해 양자 역학에 대한 이해가 필요하다고 강조했다.

아이오와대 연구진 슈양(Xu Yang), 시락 바스와니(Chirag Vaswani) 및 량 루오(Liang Luo)는 테라 헤르츠 계측 및 실험을 담당했다. 위스콘신 – 매디슨대(University of Wisconsin-Madison)의 크리스 선달(Chris Sundahl), 종훈 강(Jong-Hoon Kang), 우봄 엄(Wu-Bom Eom)은 고품질의 초전도 재료와 그 특성에 대해 책임지고 있다. 모델 구축과 이론적 시뮬레이션을 담당하는 버밍햄의 알라바마대(University of Alabama) 마틴 무즈(Martin Mootz)와 일리아스 페레키스(Ilias E. Perakis)는 새로운 거시적 초전류(supercurrents) 흐름 상태를 찾고 양자를 스위칭하고 변조하는 양자 제어를 개발했다.

연구팀의 연구요약에 따르면, 테라 헤르츠 분광학 장비에서 얻은 실험 데이터는 테라 헤르츠가 초전도 광파 튜닝이 보편적 도구라는 것을 보여 준다. 연구진은”(NSF에 따르면)양자 역학은 횡단 관심사(cross-cutting disciplines)에서 궁극적 한계에 도달하도록 하는 열쇠”라며 “이번 연구는 앞으로 수년 동안 테라 헤르츠 양자 제어를 통한 광전자 초전도 전자의 새로운 영역을 열 것”이라고 밝혔다.