서울대 공대, 빛으로 동작하는 컴퓨팅 시대 이끌 격자 매질 개발
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서울대 공대, 빛으로 동작하는 컴퓨팅 시대 이끌 격자 매질 개발
  • 방제일 기자
  • 승인 2020.07.31 18:19
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[테크월드=방제일 기자] 차세대 기술로 각광받고 있는 광학/양자 컴퓨팅 실용화를 위한 원천 기술이 국내 연구진에 의해 세계 최초로 개발됐다.
 
서울대 공대는 전기정보공학부 박남규 교수 연구팀이 동작 조건과 공정 에러에 강하면서도 광학적 상태를 쉽게 변조할 수 있는 새로운 광 매질 설계 기법을 세계 최초로 개발했다고 밝혔다. 연구팀이 개발한 새로운 광 매질 설계 기법은 무한에 가까운 구조적 자유도로 최근 재료과학, 화학, 고체물리, 광학 등의 연구주제에서 주목받고 있는 비유클리드적 특성을 적용한 것이다. 

연구팀은 쌍곡기하학의 특성을 유클리드 평면상에서 광학적으로 새롭게 구현할 방법을 제안하고, 해당 구조에서 흐르는 빛에 유효자기장을 발생시키는 방법을 구현함으로써 새로운 광 매질을 얻을 수 있음을 세계 최초로 증명했다.

이번 연구는 쌍곡기하 영역에서 빛의 위상학적 특성을 세계 최초로 관찰한 연구이며, 전자의 위상학적 특성을 나타내는 ‘호프스태더의 나비’를 광학 분야에서 쌍곡기하구조 영역까지 확장한 이론적 가치를 갖는다. 특히 광학적으로 구현한 새로운 격자 매질에 유효 자기장을 가했을 때, 구조에 무질서나 에러가 있어도 빛의 투과 특성은 거의 100%에 가깝게 유지된다는 것을 확인했다. 동시에 자기장의 세기에 따라 에러에는 매우 강하면서도 매우 민감하게 빛의 투과를 제어할 수 있음을 검증해 기존의 성능을 뛰어넘는 고성능의 광신호처리가 가능함을 확인했다.
 
논문의 제1저자인 유선규 박사는 “해당 매질로 구성된 광소자에서는 동작 조건과 공정 에러가 들어가더라도 거의 100%에 가까운 투과 특성이 유지되며, 동시에 이러한 투과 특성이 유효자기장의 세기에는 매우 민감하다는 점이 유클리드 공간에서 정의된 매질과의 가장 큰 차이점”이라고 말하며, “이러한 에러 저항성과 민감도는 동시에 얻기 힘들다는 점에서 소자로서의 장점이 있으며, 해당 특성은 효율적이면서도 안정적으로 동작이 가능한 광학 스위치와 트랜지스터, 궁극적으로는 빛을 이용한 컴퓨팅 기법과 양자 컴퓨터 기술에 적용가능하다”고 말했다.
 
박남규 교수는 “본 연구는 쌍곡기하 영역에서 빛의 위상학적(Topological) 특성을 처음으로 관찰한 연구라는 의의가 있다.”고 말하고 “실제로는 구현이 거의 불가능에 가까운 쌍곡기하구조가 아니라 우리에게 친숙하면서도 쉽게 구현 가능한 유클리드 평면 상에서 구현할 수 있다는 점, 그와 동시에 기존 소자들의 성능을 뛰어넘는다는 점에서 실용적인 가치가 있다. 특히, 위상학적 특성이 양자 컴퓨팅 분야에서 관심을 받음에도, 그 특성의 제어가 어려운 한계를 보완해준다는 점에서 미래 기술로서의 가치를 보여주고 있다”고 설명했다.
 
연구팀은 “차후 다른 비유클리드 영역에서의 다양한 광학 현상들을 관찰할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.



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