“전기 없이 작동하는 컴퓨터”…전북대, 노이즈 없는 양자연산 기술 개발

김희대 교수팀, 빛의 힘으로 전기 만드는 ‘광압 발전기’ 성능 3배 향상

전북대학교 김희대 교수(반도체과학기술학과) 연구팀이 전기 없이 작동하는 차세대 양자컴퓨터의 가능성을 제시했다.

연구팀은 빛의 압력(광압) 을 이용해 전기를 생산하는 ‘광압 발전기(LPEG)’의 효율을 3배 이상 높이는 데 성공했으며, 이 연구 결과는 에너지 분야 세계적 학술지 'Carbon Energy'에 게재됐다.

이번 연구는 김희대 교수를 비롯해 이하영 박사(전북대 G-LAMP사업단), 이삼녕·안형수 교수(한국해양대), 황선령 교수(강남대) 등이 공동으로 수행했다.

▲ 전북대학교 반도체과학기술학과 김희대 교수(왼쪽)와 이하영 박사(G-LAMP사업단). ⓒ전북대

연구팀은 은(Ag) 나노입자와 그래핀 옥사이드(GO) 를 결합해 발전 효율을 극대화했다. 그래핀 옥사이드는 은 입자 사이의 미세한 간격을 일정하게 유지시켜, 빛을 받을 때 생기는 전기장을 집중시키는 역할을 한다. 그 결과 발전기 출력이 기존 241mV·3.1μA에서 310mV·9.3μA로 약 3배 향상됐다.

이 과정에서 연구팀은 라만(Raman) 분석과 컴퓨터 시뮬레이션(FDTD, COMSOL) 을 통해 입자 사이에 전기장이 모이는 ‘핫스팟(Hotspot)’ 현상을 규명했다. 이 구조 덕분에 빛 에너지가 더 효율적으로 전기로 바뀌는 원리를 과학적으로 입증했다.

김희대 교수는 “이번 연구는 전기적 노이즈 없이 스스로 에너지를 만들어 쓰는 양자컴퓨터로 나아가는 핵심 단계”라며 “외부 전원 없이 작동하는 ‘노이즈 프리(Noise-Free)’ 하드웨어 구조를 실현해 차세대 양자컴퓨팅 시대를 여는 데 기여하겠다”고 말했다.