극저온 동작하는 저전력, 저잡음, 초고속 소자, 대규모 양자컴퓨팅 실현 기대
[대전=뉴스봄] 육군영 기자 = 기존 컴퓨터의 문제를 해결하고 여러 연산을 한 번에 처리할 수 있는 차세대 컴퓨터인 양자컴퓨터의 성능은 양자 컴퓨터의 정보 단위인 `큐비트'를 얼마나 처리할 수 있느냐가 핵심이다.
하지만 수천 혹은 수만개 이상의 큐비트를 활용하는 대규모 양자컴퓨팅은 긴 연결거리의 신호손실로 인해 구현에 한계가 있어 큐비트를 제어 해독에 활용할 수 있는 저전력, 저잡음, 초고속 특성의 극저온 소자를 확보하는게 양자컴퓨팅 구현의 과제로 남아있다.
24일 KAIST 전기 및 전자공학부 김상현 교수 연구팀은 반도체 집적기술인 모놀리식 3차원 집적의 장점을 활용해 기존 양자컴퓨팅 시스템의 대규모 큐비트 구현의 한계를 극복했다고 설명했다.
이번 연구는 ‘VLSI 기술 심포지엄(Symposium on VLSI Technology)’에서 발표됐다. (논문명 : 3D stackable cryogenic InGaAs HEMTs for heterogeneous and monolithic 3D integrated highly scalable quantum computing system).
연구팀에 따르면 큐비트 회로 위에 저전력, 저잡음 초고속 특성이 매우 뛰어난 III-V 화합물 반도체와 고전자 이동 트랜지스터(HEMT)를 3차원으로 집적해 수천 혹은 수만개의 큐비트에 아주 짧은 거리에서 일대 일로 연결 가능한 구조를 제시했다.
또 250℃ 이하에서 상부 제어·해독 소자를 집적하는 웨이퍼 본딩 등의 초저온 공정을 활용해 이후 하부 큐비트 회로의 성능저하 없이 3차원 집적을 할 수 있도록 했다.
연구진은 새로운 3차원 집적 형태를 최초로 제시하면서 소자의 성능 면에서도 극저온에서 세계 최고 수준의 차단주파수 특성을 달성했다.
김상현 교수는 "이번 기술은 향후 대규모 양자컴퓨터의 제어 판독 회로에 응용이 가능할 것으로 생각한다ˮ며 “모놀리식 3차원 초고속 소자의 경우 양자컴퓨터뿐만이 아니라 6G 무선통신 등 다양한 분야에서 응용할 수 있다”고 설명했다.
한편 이번 연구는 한국연구재단 지능형반도체기술개발사업, 경기도 시스템반도체 국산화 연구지원 사업, 한국기초과학지원연구원 분석과학연구장비개발사업(BIG사업) 등의 지원을 받아 수행됐다.
