『이길호 (이후종교수 연구실), Physical Review Letters에 논문 발표』

“Electrically Tunable Macroscopic Quantum Tunneling in a Graphene-Based Josephson Junction”

두 개의 초전도 전극이 일반금속이나 부도체를 사이에 두고 접합을 이루는 형태를 지닌 조셉슨접합은 양자컴퓨팅을 실현하는 기본 단위인 양자비트(규빗)를 고체물질을 이용하여 실현하는 가장 이상적인 방편을 제공한다. 조셉슨접합의 작동은 포텐셜 우물에 갇힌 가상적인 위상입자가 포텐셜 우물을 벗어나 나타내는 운동으로 기술되며, 포텐셜 우물을 벗어나는 방식은 고전적인 ‘열적 여기’와 ‘양자역학적인 투과’로 나뉜다. 또한, 에너지 분산이 증가함에 따라 위상입자가 포텐셜 우물에 갇히거나 풀려남이 반복되는 ‘위상확산’ 행태를 보이기도 하며, 조셉슨접합 강도와 온도를 달리함에 따라 이러한 위상입자의 운동행태가 분리되어 나타난다. 그래핀을 두 초전도 전극 사이에 삽입한 형태의 그래핀 조셉슨접합은 게이트 전위를 이용하여 그 접합 강도를 임의로 변화시킬 수 있다는 큰 장점을 가진다.

본 연구에서는 게이트 전위를 이용하여 동일 그래핀 조셉슨접합에서 위상입자의 ‘양자투과’, ‘열적 여기’, ‘위상확산’ 영역을 모두 관측 가능함을 최초로 제안하고 확인하였다. 또한 마이크로파를 조사함에 따라 광자의 흡수에 의해 포텐샬 우물에 존재하는 양자화된 에너지 준위 사이에서 일어나는 위상입자 상태의 양자 전이를 관측함으로써 두 개의 준위를 이용하여 게이트전위로 임의 조정이 가능한 위상 큐빗을 실현하는 것이 가능함을 입증하였다.

본 연구는 9월 30일 물리학분야의 세계적인 권위지를 가진 Physical Review Letters에 게재되었다.