양자 컴퓨팅 혁명의 서막?... '반 얼음·반 불' 신물질 상태 발견

물리학계가 '반 얼음, 반 불(half ice, half fire)'이라는 기묘한 이름의 새로운 물질 상태 발견으로 흥분에 휩싸였다. 이 발견은 양자 컴퓨팅을 비롯한 첨단 기술 분야에 혁명적인 진전을 가져올 잠재력을 지녔다는 평가를 받고 있다.

지난 1일(현지 시각) 과학뉴스 사이트 라이브 사이언스에 따르면 미국 브룩헤이븐 국립연구소의 웨이궈잉 박사와 알렉세이 츠벨릭 박사 연구진은 최근 원자 내 전자 스핀의 독특한 배열을 보이는 새로운 물질 상태를 발견했다고 밝혔다. 이 물질은 전자 스핀이 한쪽은 극도로 정렬된 '얼음' 상태를, 다른 쪽은 극도로 무질서한 '불' 상태를 동시에 보이는 독특한 성질을 지녔다. 연구진은 이러한 특성을 반영해 이 물질 상태를 '반 얼음, 반 불'이라고 명명했다.

이번 발견의 핵심은 이 물질이 특정 온도 조건에서 두 상태 사이를 급격히 전환할 수 있다는 점이다. 이러한 급격한 위상 변화는 이전에는 관찰되지 않았던 현상으로, 양자 컴퓨팅 소자 개발에 새로운 가능성을 열어줄 것으로 기대를 모으고 있다.

'반 얼음, 반 불'은 2016년 연구진이 발견했던 '반 불, 반 얼음' 상태의 쌍둥이와 같다. 당시 연구진은 스트론튬, 구리, 이리듐, 산소로 구성된 화합물인 Sr3CuIrO6(스트론튬 구리 이리듐 산소 6)에서 외부 자기장을 가했을 때 이러한 독특한 스핀 배열이 나타나는 것을 관찰했다. '반 불, 반 얼음' 상태에서는 구리 부위에서 높은 에너지 상태의 스핀이, 이리듐 부위에서 낮은 에너지 상태의 스핀이 나타났다.
라이브 사이언스에 따르면 츠벨릭 박사는 "당시에는 이러한 현상을 어떻게 활용할 수 있을지 명확히 알 수 없었다"면서 "마치 퍼즐 조각을 하나 잃어버린 듯한 기분이었다"고 회상했다. 이번 '반 얼음, 반 불' 상태의 발견은 잃어버린 퍼즐 조각을 찾아낸 것과 같다는 것이 연구진의 설명이다.

연구진은 이번 발견이 물리학과 재료과학 분야의 핵심적인 질문들에 대한 해답을 제시하고, 새로운 물질 상태를 발견하고 제어하는 능력을 향상시킬 것으로 기대하고 있다. 특히 양자 컴퓨팅과 스핀트로닉스 분야에서 혁신적인 발전을 이끌 잠재력을 지닌 것으로 평가된다.

웨이궈잉 박사는 "이러한 문제를 해결하면 양자 컴퓨팅 및 스핀트로닉스 분야에서 엄청난 진전을 이룰 수 있을 것"이라고 전망했다. 츠벨릭 박사 역시 "이번 연구 결과는 특정 재료의 위상과 위상 변화를 이해하고 제어하는 새로운 길을 열어줄 것"이라고 덧붙였다.


양자 컴퓨팅은 기존 컴퓨터의 한계를 뛰어넘어 복잡한 계산을 초고속으로 처리할 수 있는 꿈의 기술로 불린다. 하지만 양자 컴퓨터 개발에는 극저온 환경 유지, 양자 상태의 불안정성 등 해결해야 할 난제가 많다.

이번 '반 얼음, 반 불' 물질 상태 발견은 이러한 난제를 해결할 실마리를 제공할 수 있다는 점에서 주목받고 있다. 특히 이 물질의 급격한 위상 변화 특성을 활용하면 양자 정보의 안정성을 높이고 양자 연산 효율성을 극대화할 수 있을 것으로 기대된다.

물론 '반 얼음, 반 불' 물질 상태를 양자 컴퓨팅에 실제로 적용하기까지는 넘어야 할 산이 많다. 그러나 이번 발견은 양자 컴퓨팅 기술 개발에 중요한 전환점이 될 수 있다는 점에서 학계와 산업계의 뜨거운 관심을 받고 있다.


스핀트로닉스는 전자의 스핀(회전)을 이용해 정보를 처리하는 기술이다. 기존 전자 소자의 한계를 뛰어넘어 고성능, 저전력 소자를 개발할 수 있다는 점에서 차세대 기술로 주목받고 있다.

'반 얼음, 반 불' 물질 상태는 스핀트로닉스 분야에도 혁신을 가져올 잠재력을 지녔다. 이 물질의 독특한 스핀 배열과 급격한 위상 변화 특성을 활용하면 기존 스핀트로닉스 소자의 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.

특히 차세대 메모리 소자, 자기 센서 등 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것으로 전망된다.


이번 '반 얼음, 반 불' 물질 상태 발견은 양자 컴퓨팅과 스핀트로닉스뿐 아니라 물리학과 재료과학 분야 전반에 걸쳐 혁신적인 발전을 가져올 잠재력을 지녔다. 연구진은 앞으로 추가 연구를 통해 이 물질의 특성을 심층적으로 분석하고, 다양한 분야에 응용할 수 있는 방안을 모색할 계획이다.

이번 발견이 꿈의 기술로 불리는 양자 컴퓨팅과 스핀트로닉스 분야에 어떤 혁신을 가져올지 전 세계의 이목이 집중되고 있다.


이태준 글로벌이코노믹 기자 tjlee@g-enews.com