한국과학기술원(KAIST)은 물리학과 안재욱 교수 연구팀이 덴마크 코펜하겐 대학과 함께 리드버그 원자 양자 컴퓨터를 이용해 양자 자성체의 극단적 특성을 구현하는 데 성공했다고 11일 밝혔다.

자성체 물질은 하드 디스크 같은 전자제품을 비롯해 전력 발전 등에도 사용되는 핵심 요소다. 상온 자성체를 넘어 양자적 특성이 두드러지는 초저온에서의 양자 자성체 특성에 관한 연구가 최근 활발히 이뤄지고 있다. 초저온에서의 물성 분석 및 계측 연구는 MRI 등의 의학 기기 등에 응용할 수 있을 뿐 아니라, 차세대 초정밀 제어·계측공학을 촉발할 것으로 기대된다.

양자물질 설계에 그 물질 특성을 알아내기 위해 시뮬레이션을 하는 데 중요한 이슈 중 하나는 극단적인 상황 속 양자 물질의 현상을 관찰하는 것이다. 이 같은 양자 시뮬레이션을 수행하는 양자 컴퓨터 플랫폼으로 최근 가장 주목을 받는 것이 리드버그 원자다.

공동연구팀은 리드버그 원자를 이용한 양자 컴퓨터로 양자 자성체를 설명하는 모형 중 하나인 하이젠베르크 모형을 구현했다. 하이젠베르크 모형은 자성체 스핀 간 모든 방향 (x, y, z 방향)의 상호작용을 가정한 모형으로, 양자 자성체의 대표적 모델 중 하나다. 연구팀은 특히 이전과는 다르게, 리드버그 원자의 강한 상호작용을 이용한 극단적 이방성(3차원 중 특정 방향이 다른 방향보다 1천배 이상 강하게 상호작용하는 특성으로, 새로운 연구영역)을 구현하는 데 성공했다.

안재욱 교수는 "리드버그 양자컴퓨터를 이용해 새로운 양자 물성을 연구할 수 있음을 보여줬다"며 "양자컴퓨터를 이용하는 물성 연구가 활발해질 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '피지컬 리뷰 X'에 최근 실렸다.