초록 ▼

□ 연구개요
최근 자연의 근본원리인 양자 물리학을 응용한 양자정보기술이 여러 분야에서 많은 형태로 나타나고 발전되고 있다. 특히 현존하는 반도체 기술과의 결합으로 발전하게 될 고체양자정보기술학은 미래 과학기술산업의 중요한 한 축을 담당할 것으로 기대된다. 본 연구 과제에서는 고체양자정보기술에 활용될 수 있는 물질 시스템의 범위를 획기적으로 확장하기 위하여 복합 산화물 내부의 점결함을 기반으로 하는 큐빗 (Quantum Bit, Qubit)을 이론적으로 디자인하고 그들의 특성 예측을 위한 방법론을 개발한다. 이후 제안된 큐빗 후

□ 연구개요
최근 자연의 근본원리인 양자 물리학을 응용한 양자정보기술이 여러 분야에서 많은 형태로 나타나고 발전되고 있다. 특히 현존하는 반도체 기술과의 결합으로 발전하게 될 고체양자정보기술학은 미래 과학기술산업의 중요한 한 축을 담당할 것으로 기대된다. 본 연구 과제에서는 고체양자정보기술에 활용될 수 있는 물질 시스템의 범위를 획기적으로 확장하기 위하여 복합 산화물 내부의 점결함을 기반으로 하는 큐빗 (Quantum Bit, Qubit)을 이론적으로 디자인하고 그들의 특성 예측을 위한 방법론을 개발한다. 이후 제안된 큐빗 후보들을 국내 실험 연구그룹들과의 공동 연구를 통해서 실험적으로 구현함으로써 국내에서 고체양자정보학의 연구수월성 확보 및 저변확대를 이루어 내고, 국제적 연구를 선도하는 연구 그룹으로 도약한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
연차별 연구 목표 대비 주요 연구 결과는 다음과 같음.
- 복합 산화물 점결함에 대한 검증 계산 연구 수행
- 결맞음 시간이 2.0ms 이상인 스핀 큐비트를 가질 수 있는 산화물 선별 기준 마련
- h-BN 호스트 물질 내 스핀 큐비트 후보 제시 (보고서 3 - 4) 참고)
- 들뜬 상태의 성질 파악을 위한 Extended Hubbard Model 구축 및 계산
- 군론을 이용한 양자 점결함 들뜬 상태 성질 분석
- 알려지지 않은 양자 스핀 해밀토니안 요소 계산 방법론 개발 및 응용
- Cluster correlation 전개 방법론의 병렬처리 알고리듬 개발, 코드 구현, 테스트
- 다양한 스핀 해밀토니안 요소들을 기술할 수 있도록 코드에 다양성과 유연성 부여.
- 다이아몬드 점결함 스핀 큐비트 결잃음 메커니즘 규명
- h-BN 스핀 큐비트 결잃음 시간 연장 방법 제안
- 2차원 양자 광원 특성 제어 메커니즘 규명

□ 연구발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
최근 점결함 기반 양자정보 연구는 다이아몬드를 넘어서 다양한 고체 시스템으로 확장하고 있다. 이러한 연구는 보다 더 완벽한 큐비트 레지스터 및 양자 광원의 구현이라는 의미도 있지만, 새로운 양자정보처리 방식과 물리학을 탐구할 수 있는 기회의 확장이라는 점에서도 큰 의의가 있다. 본 연구 과제 수행을 통해서 얻은 제1원리 계산 방법론과 그 응용에 대한 결과들을 활용하여 이러한 혁신적인 고체 점결함 시스템들이 다양하게 발굴되고 확장될 것으로 기대된다. 또한 본 과제 수행을 통해 개발된 이론적인 방법론은 다른 관련 분야로도 확장될 수 있는 일반성과 유연성을 가진다. 특히, 양자 결맞음 예측 알고리듬 및 프로그램 개발은 물리학의 오래된 중요한 문제 중의 하나인 중심 스핀 모델과 깊은 연관성을 가지고 있다. 따라서 이번 연구를 통해 개발된 이론적 방법론 및 도구들은 다른 고체 큐비트의 특성 이해에도 중요한 기여를 할 수 있을 것으로 예상된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• (1) 이론적 접근 방법 및 개발, 응용 과정 요약 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 7
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 7
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
• 3) 목표 달성 수준 ... 11
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 자체점검표 ... 14
• 7. 참고문헌 ... 14
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 21
• 끝페이지 ... 37