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이화학연구소(RIKEN) 창발물성과학연구센터 양자전자디바이스연구팀, 산업기술종합연구소(AIST) 물리측정표준연구부문, 독일 루르(Ruhr)대학 등의 국제 공동 연구그룹이 음파에 의해 수송되는 단일 전자의 양자 역학적 운동을 제어, 전자의 궤도 상태로 정의되는 양자 비트의 전기적 조작을 최초로 실현함.

‘비행 양자 비트’라 불리는 광자나 전자가 전반(傳搬)하는 양자 비트를 이용하여 양자 컴퓨터를 구성하면, 고체를 이용한 다른 양자 컴퓨터 시스템에 비해 시스템 구축에 필요한 하드웨어가 극적으로 줄어듦. 그러나 양자 컴퓨터 시스템 구축에 적합한 전자를 이용한 고체의 비행 양자 비트의 전기적 조작은 실현 불가능했음.

연구진은 갈륨비소(GaAs) 반도체 기판에 두 개의 경로(전자 채널)를 마련하고, 전자가 양자 역학적 ‘터널 효과’에 의해 경로 사이를 왕래할 수 있게 함. 그리고 음파의 일종인‘표면 탄성파’에 단일 전자를 가두어 안정적으로 수송, 수송된 단일 전자가 두 경로 어디에 존재하는지로 정의되는 비행 양자 비트에 대한 전기적 양자 연산 소자인‘빔 스플리터(beam splitter)’를 실현함.

본 연구 성과는 전파 전자를 이용한 양자 컴퓨터의 실현을 향한 첫 걸음으로 평가됨.

본 연구 성과는 Physical Review Letters(Coherent beam splitting of flying electrons driven by a surface acoustic wave)에 게재됨.