마이크로파 흡수 소재 열용량 낮은 ‘그래핀’ 사용
'조셉슨 접합 구조' 도입해 전기 저항 빠른 측정
차세대 양자정보기술에 활용 기대
이길호 포스텍 물리학과 교수팀이 미국 하버드대, 메사추세츠공대, 레이시온비비엔사 등과 공동으로 마이크로파 세기를 이론적 한계인 1초간 측정기준 1아토와트(aW. 1aW는 100경 분의 1W) 수준으로 검출할 수 있는 초고감도 검출기를 개발했다고 4일 밝혔다.

최근 마이크로파는 양자컴퓨팅, 양자정보통신 등 양자정보기술에 활용 가능하다고 알려지면서, 초고감도로 검출하려는 연구가 활발히 진행 중이다.
현재 마이크로파 검출기로 사용되는 볼로미터는 마이크로파 흡수 소재, 흡수한 마이크로파를 열로 바꿔주는 소재, 발생한 열을 전기 저항으로 변환하는 소재로 구성되며, 전기적인 저항의 변화를 이용해 흡수된 마이크로파의 세기를 계산한다.

그러나, 볼로미터는 실리콘이나 갈륨비소 등 반도체 소자를 마이크로파 흡수 소재로 사용하기 때문에 검출 한계가 1초간 측정 기준 1나노와트((nW, 1nm는 10억 분의 1W) 수준에 머무는 등 정밀한 세기 측정이 불가능했다.

이 교수팀은 상용 적으로 사용하는 반도체가 아닌 그래핀을 사용해 마이크로파 흡수율을 높였다. 그리고 두 개의 초전도체 사이에 그래핀을 끼워 넣는 '조셉슨 접합 구조'를 도입해 그래핀에서 발생하는 전기 저항 변화를 10피코초(ps. 1ps는 1000억 분의 1초)이내로 검출할 수 있게 했다.

그 결과 마이크로파 검출을 이론적 한계인 1초간 측정 기준 1아토와트(aW) 수준으로 높일 수 있었다.

이 교수는 "차세대 양자소자를 실제로 구현하기 위한 기반 기술을 구축했다는데 의미가 있다"며 "이 기술을 활용해 양자컴퓨팅 측정효율을 극대화하고 대규모 양자컴퓨터 개발도 가능할 것"이라고 말했다.