나노기술 및 정책 정보

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이화학연구소(RIKEN) 응급물성과학연구센터 양자기능 시스템연구그룹 등의 공동 연구그룹이 병렬로 배치된 2 개의 반도체 나노 세선 위에‘조셉슨 접합(Josephson junction)’을 형성, 초전도체 중의‘쿠퍼 쌍(Cooper pair)’을 구성하는 두 개의 전자를 2개의 나노 세선에 고효율·탄도적으로 분리하는 데 성공함. 초전도체 중의 쿠퍼 쌍은 비국소적 성질인‘양자 얽힘’상태를 가지고 있기 때문에 두 개의 전자가 분리가 가능할 시 양자 정보 처리의 고속 성과가 기대됨. 그러나 지금까지 쿠퍼 쌍을 분리하기 위해서는 전자가 갇힌 구조인 양자점을 이용하는 방법 밖에 없었으며 분리된 전자가 갖는 양자 얽힘 상태에 관한 연구는 정체되어 있었음. 연구진은 병렬로 배치한 반도체 나노 세선 인듐비소(InAs)에 초전도체 알루미늄을 접합한 조셉슨 접합 디바이스를 제작했으며, 접합 사이를 흐르는 초전도 전류를 측정한 결과, 양자 얽힘 상태에 있는 쿠퍼 쌍은 2개의 나노 세선 중으로 효율적으로 분리되는 현상을 발견함. 본 연구 성과는 양자 정보 처리 기술의 기반이 되는 양자 얽힘 상태를 두 개의 1차원 전자계를 형성하고 그것을 제어 하여 마요라나 입자(majorana particle) 등의 새로운 양자 물성을 발현 시키고, 고체의 양자 얽힘 상태의 물리를 해명하기 위한 중요한 기반 기술을 제공함.

본 연구 성과는 Science Advances 온라인 판에 게재됨.