펜실베이니아 대학(University of Pennsylvania), 존스 홉킨스 대학(Johns Hopkins University), 가우처 대학(Goucher College)의 연구진은 내결함성 양자 컴퓨팅이 가능한 새로운 토폴로지 재료를 개발했다. 이것은 현재의 컴퓨터보다 훨씬 빠른 계산을 수행할 수 있게 하고, 약물 개발 및 기타 복잡한 시스템의 발전을 이끌 수 있을 것이다.

초전도 물질을 냉각시키면, 전기 저항이 0인 상태로 에너지 손실 없이 전류를 전달할 수 있다. 초전도 특성을 가진 토폴로지 절연체는 내결함성 양자 컴퓨터를 만들 수 있는 큰 잠재력을 가지고 있다. 그러나 토폴로지 절연체와 초전도체 간의 양호한 전기 접촉이 어렵다. 이번 연구진이 개발한 신소재는 이러한 어려움을 극복할 수 있게 한다.

양자 컴퓨터 분야의 주요 문제점 중의 하나는 큐비트(qubit)가 매우 안정적이지 않고 양자 상태를 쉽게 파괴할 수 있다는 것이다. 이번에 개발된 토폴로지 재료는 데이터를 판독할 수 있을 정도로 이런 상태를 충분히 오래 존재할 수 있게 만든다.

이번 연구진은 장치의 재현성을 높이기 위해서 이것을 열처리하였다. 이 새로운 방법을 사용하면, 금속은 나노구조를 가지게 되고, 이로 인해서 우수한 전기 접촉을 제공한다.

초전도 토폴로지 물질을 만들 수 있는 능력은 이미 가지고 있었지만, 이 두 개의 물질을 함께 넣을 때 균열이 생겨서 전기 접촉이 감소하는 문제가 발생했다. 이번 연구진은 초전도체를 결정 속에 직접 패터닝함으로써 이러한 접촉 문제를 해결했다.

이 장치의 장점 중의 하나는 확장성이 있고 기존의 컴퓨터의 것과 유사한 칩을 장착할 수 있다는 점이다. 양자 컴퓨팅은 정보의 암호 해독 및 암호화를 매우 빠르게 할 수 있게 한다. 한 번에 많은 작업을 수행할 수 있다면 작업 속도도 엄청나게 향상될 것이다. 우주의 다양한 변수들을 계산하는 것은 매우 어렵다. 그러나 양자 컴퓨팅을 사용하면 몇 분 안에 작업을 수행할 수 있다.

이 연구결과는 저널 ACS Nano에 “Patterning Superconductivity in a Topological Insulator” 라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1021/acsnano.7b01549).