[KAIST 제공. 재판매 및 DB 금지]

(대전= 박주영 기자 = 한국과학기술원(KAIST)은 정상권 교수 연구팀이 값비싼 냉매를 사용하지 않고도 절대온도 0도(영하 273.15도)에 가까운 초저온을 달성할 수 있는 소형 냉각장치를 개발했다고 19일 밝혔다.

우주 방사선을 검출하는 우주용 센서나 양자컴퓨터에 설치된 초전도 큐비트(qubit·0과 1의 값을 동시에 갖는 상태)의 양자 상태를 안정적으로 유지하기 위해서는 절대온도 1K(영하 272.15도) 이하로 온도를 매우 낮게 유지해야 한다,

초저온 냉각을 위해 일반적으로는 동위원소 헬륨-3과 헬륨-4의 혼합물을 이용한 희석식 냉동기(헬륨-3이 희석되는 과정에서 열을 흡수하는 원리를 이용한 냉각 방식)가 주로 쓰이는데 헬륨-3은 값이 비싼 데다 밀도가 낮아 기체 순환 장치가 필요해 시스템이 대형화되는 문제가 있다.

연구팀은 단열 탈자 냉동기와 흡착식 냉동기를 통합해 절대온도 0.3K(영하 272.85도)의 초저온 상태를 구현할 수 있는 냉각 장치를 개발했다.

흡착식 냉동기는 활성탄 등 흡착제 표면에 기체가 달라붙는 흡착 현상을 이용해 흡착제의 온도를 조절함으로써 액체 헬륨을 증발시켜 냉각 효과를 내는 방식이다.

여기에 초전도 자석을 사용해 헬륨-3과 기체 순환 장치를 사용하지 않고도 자성 물질의 자기적 압축과 팽창을 통해 냉각을 가능하게 하는 소형 단열 탈자 냉동기 구조를 통합했다.

정상권 교수는 "개발한 기술을 이용해 양자 컴퓨터를 구성하기 전 큐비트의 불량을 사전에 판별하거나, 양자 통신 등 소형 시스템의 냉각기로 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 내년 5월 미국 항공우주국(NASA)이 주관하는 권위 있는 학회인 '우주 극저온 워크숍'(SCW)에서 발표된다.

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