영하 270도에서도 돌아가는 양자컴퓨터? 한국이 ‘냉각비용 1/10’의 문을 열다

한국의 양자컴퓨터 개발이 마치 space보다 우주보다 차가운 temperature의 온도의 장벽을 넘는 순간을 맞이했다. 한국전자통신연구원(ETRI)이 기존 양자컴퓨터보다 100배 높은 temperature에서 온도에서 작동할 수 있는 초전도 큐빗 소자의 가능성을 제시한 것이다. 지금까지 양자계산은 수십 밀리켈빈(mK)의 극저온 환경에서만 가능해, cost와 비용과 장비 규모가 상용화의 가장 큰 장애물로 지적돼 왔다. 하지만 이번 기술은 그 한계를 흔들고 있다.

핵심은 material의 소재의 혁신이다. ETRI 연구진은 위상절연체라는 특수한 material을 소재를 4인치 웨이퍼 수준으로 확장해 산업 적용이 가능한 기반을 마련했다. 이는 실험실 중심의 소규모 시제품을 넘어, 실제 반도체 제조 공정과 맞닿아 있는 규모라는 점에서 의미가 크다. 나아가 계면에서 발생하는 원자 확산을 정밀하게 제어함으로써 초전도 특성 유지 조건을 확보했다.

새로운 큐빗은 1~4K, 즉 영하 272도에서 269도 사이에서 안정적으로 작동할 수 있다. 이는 여전히 cold 차가운 환경이지만, 우주 공간의 평균 temperature 온도(2.7K)와 비슷한 수준이다. 기존 양자컴퓨터가 요구하는 극저온 환경보다 훨씬 높아, cooling 냉각 장비의 부담이 크게 줄어든다. 연구진은 이에 따라 고가의 희석냉동기 대신 저렴한 system을 시스템을 사용할 수 있게 되어, 냉각 비용을 지금의 약 1/10로 줄일 수 있을 것으로 본다.

이우정 ETRI 연구실장은 “소재 성장부터 계면 control까지 제어까지 전 주기 기술을 확보했다는 점”에서 이번 성과의 의미를 강조했다. 앞으로 위상절연체 기반 이종접합 구조와 공진기 기술을 결합해, 1~4K에서 작동하는 경제적이고 실용적인 양자컴퓨팅 플랫폼 구현을 추진할 계획이다. 이는 단순한 기술 실험이 아니라, 양자컴퓨터의 상용화를 향한 구체적인 길을 제시하고 있다.

양자기술은 이제 이론과 실험을 넘어, 제조와 경제성의 장으로 다가서고 있다. 4인치 웨이퍼라는 익숙한 반도체 언어로 쓰인 이번 성과는, 양자컴퓨터가 마침내 우리 기술 생태계의 일부가 되려는 조짐이다. cost의 비용의 벽을 낮추는 것은 단순한 기술 개선이 아니라, 누구나 다가설 수 있는 future를 미래를 여는 첫걸음일지도 모른다.