24일 경기도에 따르면 한국과학기술원 전기 및 전자공학부 연구팀(김상현 교수·정재용 박사과정)과 한국나노기술원 김종민 박사 연구팀, 한국기초과학지원연구원 박승영 박사 연구팀은 16일(현지시간) 미국 하와이주 호놀룰루에서 열린 VLSI 기술 심포지엄(Symposium on VLSI Technology)에서 이런 내용을 담은 ‘모놀리식 3차원 집적 극저온 초고속 소자’ 연구결과를 발표했다. 

‘반도체 올림픽’이라 불리는 VLSI 기술 심포지엄은 국제전자소자학회(International Electron Device Meetings, IEDM)와 더불어 반도체 소자 분야 최고 권위 학회다.

양자컴퓨터는 큐비트 하나에 0과 1을 동시에 담아 여러 연산을 한 번에 처리할 수 있는 컴퓨터로, 최근에 IBM과 구글 등의 글로벌 기업이 제작에 성공하면서 차세대 컴퓨터로 주목받고 있다. 

기존 컴퓨터의 정보 단위인 ‘비트’의 경우 1비트당 1개의 값만 가지는 것에 반해, 양자컴퓨터의 정보 단위인 ‘큐비트’는 1큐비트가 0과 1, 2개의 상태를 동시에 가진다. 따라서 1큐비트는 1비트에 비해 2배 빠른 계산이 가능하고, 2큐비트, 4큐비트, 8큐비트로 큐비트 수가 선형적으로 커질수록 처리 계산 속도가 4배, 8배, 16배로 증가한다. 

따라서 많은 수의 큐비트를 활용한 대규모 양자컴퓨터 개발이 매우 중요하다. IBM은 큐비트 수를 127개로 늘린 ‘이글’을 작년에 발표했고, 오는 2025년까지 4천 큐비트, 10년 이내에 1만 큐비트 이상을 탑재한 대규모 양자컴퓨터 개발을 목표로 하고 있다.

대규모 양자컴퓨터 개발을 위해서는 큐비트를 제어/해독하는 소자 개발이 필수적이다. 연구팀은 큐비트 회로 위에 저전력, 저잡음 초고속 특성이 매우 뛰어난 *III-V 화합물 반도체 **HEMT를 3차원으로 집적해 수천 혹은 수만 개의 큐비트가 연결 가능한 구조를 제시했다. 

* III-V 화합물 반도체: 주기율표 III족 원소와 V족 원소가 화합물을 이루고 있는 반도체로 전하 수송 특성 및 광 특성이 매우 우수한 소재.

** HEMT: 고전자 이동도 트랜지스터 (High-Electron Mobility Transistor)

안치권 경기도 과학기술과장은 “이번에 개발된 기술은 양자컴퓨터와 차세대 6G 무선통신 등 다양한 분야에서 응용할 수 있어 그 확장성이 매우 큰 기술”이라며 “양자컴퓨터의 실용화를 앞당길 수 있는 기술로 기대된다”고 말했다. 

한편 경기도 시스템 반도체 국산화 연구지원 사업은 시스템 반도체 소재․소자의 국산화를 통한 일본수출 규제 대응과 국내 시스템 반도체 산업의 자생력 강화를 목표로 하고 있다. 

경기도는 연 10억 원의 도비를 지원하고 있으며 이 사업을 통해 한국나노기술원을 비롯한 한국과학기술원, 전북대가 활발히 공동 연구개발을 수행 중이다.

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