초록 ▼

□ 연구개요
초전도 기반 양자컴퓨터 시스템의 다중물리역학해석 관점에서의 에너지 및 양자정보 소산 메커니즘 분석 기법 개발을 진행함. 초전도 큐비트의 에너지 소산에는 다양한 원인이 존재하나, 이번 연구에서는 초음파 방출, 극저온 열 소산 및 유전체 손실로 인한 초전도 큐비트 시스템의 에너지 소산을 모델링하였음. 해당 모델을 기반으로 각 에너지 손실을 일으키는 비가역성 원인들의 영향을 정량화하는 연구를 진행하였으며, 이와 관련한 내용을 학회에 발표하였고 연구 논문을 작성 중임

□ 연구 목표대비 연구결과
1. 1차

□ 연구개요
초전도 기반 양자컴퓨터 시스템의 다중물리역학해석 관점에서의 에너지 및 양자정보 소산 메커니즘 분석 기법 개발을 진행함. 초전도 큐비트의 에너지 소산에는 다양한 원인이 존재하나, 이번 연구에서는 초음파 방출, 극저온 열 소산 및 유전체 손실로 인한 초전도 큐비트 시스템의 에너지 소산을 모델링하였음. 해당 모델을 기반으로 각 에너지 손실을 일으키는 비가역성 원인들의 영향을 정량화하는 연구를 진행하였으며, 이와 관련한 내용을 학회에 발표하였고 연구 논문을 작성 중임

□ 연구 목표대비 연구결과
1. 1차년도 기간의 주된 연구 목표는 초전도 큐비트 시스템의 다물리해석 모델 개발 및 검증임
• 초전도 큐비트 시스템의 Free energy를 양자역학적 Hamiltonian 표현과 연계하여 수식 형태로 구체화한 뒤, 이를 비탄성 퍼텐셜 개념을 바탕으로 다중물리역학해석 기반의 통합된 구성방정식을 제안하였음. 이를 바탕으로 성균나노과학기술원과 논의하고, 초전도 큐비트 시스템의 실제 구동 환경을 고려하여 초전도 큐비트의 큐비트 거동 해석을 논의하였고 이는 대표적 연구실적 1에 나와있으므로 연구 목표를 충분히 달성함
2. 2차년도 기간의 주된 연구 목표는 초전도 큐비트 시스템의 극저온 물성 평가 및 이에 기반한 큐비트 제작을 위한 적정 소재 선정임
• 초전도 큐비트 시스템은 고온에서 제조되어 극저온으로 냉각되기에 회로와 기판간의 열 물성 차이로 인한 열 응력이 걸려 이는 소성 변형 및 파손 등을 발생시킬 수 있음. 이를 해석하기 위해 microstructural vector에 기반한 Eulerian formulation의 소성 변형 모델을 제안하였고 이는 대표적 연구실적 2에 나와있으며 인천대학교와의 협업을 통해 극저온 물성 시험을 진행하고 큐비트용 소재도 선정하였음. 이에 연구 목표를 충분히 달성함
3. 3차년도 기간의 주된 연구 목표는 실험 및 모델링 검증을 통한 불안정성의 시스템적 원인 규명 및 최적 설계 진행임
• 실제 실험의 Q factor가 예상보다 많이 낮게 나오는 것으로 추정되었고, 이는 유전체 손실로 인한 지배적이지만, 실제 초음파 방출과 극저온에서의 열 소산도 에너지 손실에 영향을 미치는 것으로 분석함. 이를 바탕으로 연구 결과를 정리하여 학회에 발표하였고, 관련 논문 작성 중에 있으므로 연구 목표를 충분히 달성함

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
￭ 초전도 큐비트 시스템 분야의 인력 양성과 국내 기술의 세계적 선도 및 여러 학문 분야간의 융합 연구를 통한 타 분야 응용 가능성 확보
• 초전도 큐비트 시스템 분야는 세계적으로 연구 경쟁이 매우 치열한 분야로, 다양한 나라 및 기업에서 연구를 진행중에 있음. 이에 대한 다중물리역학적인 새로운 관점에서의 연구로 국내 양자 기술의 세계적인 경쟁력을 확보하는데 기여할 수 있음.
• 본 연구를 통해 양자 정보 기술 분야 인력 양성(박사과정 2명, 석사과정 2명 참여)에 기여하였음. 또한, 기존의 공학 분야와 물리학 기반 양자 정보 분야와의 협업을 통해 여러 학문 분야간의 융합 연구를 진행하였으며, 이를 바탕으로 다양한 요소 기술개발을 도출하여 타 분야(반도체 패키징 등)에 응용할 수 있음

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 1) 연구개발과제 수행 과정 및 내용(1차년도) ... 6
• 2) 연구개발과제 수행 과정 및 내용(2차년도) ... 7
• 3) 연구개발과제 수행 과정 및 내용(3차년도) ... 8
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 11
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 14
• 6. 자체점검표 ... 15
• 7. 참고문헌 ... 15
• 끝페이지 ... 35