Q: 국내 연구팀이 양자컴퓨터에 활용할 수 있는 새로운 양자 상태를 발견했다고 하는데, 그게 무엇인가요?
A: 박제근 서울대 교수 연구팀과 김성진 이화여대 교수 연구팀이 삼각격자 구조 자성 반데르발스 물질에서 '키타에프 모델'을 발견한 것입니다. 키타에프 모델은 2차원 물질에서 구현되는 모델로, 원자들의 스핀(전자가 자기장에 대해 회전운동을 하는 물성)이 상호 작용해 이웃하는 스핀끼리 서로 다른 3차원에 수직으로 나온 축에 같은 방향으로 서게 하는 특성을 가지고 있습니다.
Q: 그렇다면, 키타에프 모델이 양자 컴퓨터와 어떤 관계가 있나요?
A: 이 키타에프 모델은 오류 없는 양자 컴퓨터를 만드는데 활용될 수 있습니다. 바닥 상태라고 부르는 가장 낮은 에너지 준위를 해석적으로 구할 수 있는데, 이 바닥 상태가 바로 오류 없는 양자 컴퓨팅을 가능하게 합니다.
Q: 그런데, 왜 삼각 격자 구조에서의 발견이 중요한 거죠?
A: 기존의 벌집 구조에서만 확인되었던 키타에 프모델이 삼각 격자 구조에서도 나타날 수 있다는 사실은 큰 의미를 가집니다. 실제로 삼각 격자 구조를 가진 물질에서 다양한 양자 현상이 나타날 것으로 예상되어 왔으나, 실제 물질에서 이론을 확인한 것은 이번 연구가 처음입니다.
예시로 설명하면, 기존의 벌집 구조만 확인되었다면 한 종류의 '벽돌'만 사용하여 건물을 지어야 하는 것과 같습니다. 그러나 이번 연구를 통해 새로운 형태의 '벽돌'인 삼각 격자 구조도 사용할 수 있다는 것을 알게 되었고, 이로 인해 더 다양한 '건물'을 지을 수 있게 된 것입니다. 여기서 '건물'은 양자 컴퓨터를, '벽돌'은 양자 상태를 의미합니다.
Q: 그럼 이번 연구의 활용 가능성에 대해 설명해줄 수 있나요?
A: 이번에 발견된 키타에프 모델은 응집물질물리 및 양자정보 등에 큰 활용도가 기대됩니다. 즉, 이 모델을 통해 양자 컴퓨터의 구현 방식이나 원리를 더 잘 이해하고, 그것을 바탕으로 실제로 오류 없는 양자 컴퓨터를 만드는 데 사용할 수 있습니다.
Q: 연구 결과는 어디에서 확인할 수 있나요?
A: 이번 연구 결과는 국제학술지인 '네이처 피직스'에 실렸습니다. 관심있으신 분들은 해당 학술지를 참조하시면 좋을 것 같습니다.
이런 복잡한 개념을 좀 더 쉽게 설명하면, 우리가 일상생활에서 자주 사용하는 컴퓨터들이 강력한 건축 도구라면, 발견된 새로운 양자 상태인 키타에프 모델은 그러한 도구들 중 하나인 '드릴'과 같다고 볼 수 있습니다. 그리고 이 드릴을 사용하여 우리는 더욱 강력하고 정교한 건축물인 오류 없는 양자 컴퓨터를 만들어낼 수 있는 것입니다.
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