.A star is born: Study reveals complex chemistry inside 'stellar nurseries'

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.A star is born: Study reveals complex chemistry inside 'stellar nurseries'

별이 탄생하다: 연구 결과 '별 보육원' 내부의 복잡한 화학 작용 밝혀

볼더에 있는 콜로라도 대학교 다니엘 스트레인(Daniel Strain) 이 모자이크는 ESA의 Herschel 천문대가 수행한 Taurus Molecular Cloud의 여러 관측을 결합한 것입니다. 우리로부터 약 450광년 떨어져 있는 황소자리 황소자리에 위치한 이 거대한 성간 구름 복합체는 무수한 별들이 태어나고 있는 곳이며 별이 형성되는 가장 가까운 넓은 지역입니다. 출처: ESA/Herschel/NASA/JPL-Caltech; 승인: R. Hurt(JPL-Caltech), CC BY-SA 3.0 IGO FEBRUARY 6, 2023

-국제 연구팀이 우주 "별 보육원"에서 분자의 화학적 진화에서 중요한 단계가 될 수 있는 것을 발견했습니다. 우주의 차가운 가스와 먼지로 이루어진 광대한 구름 속에서 수조 개의 분자가 수백만 년 동안 함께 소용돌이치고 있습니다. 이 성간 구름의 붕괴는 결국 젊은 별과 행성을 낳습니다. 인체 와 마찬가지로 항성 보육원 에는 대부분 탄소와 수소 원자로 구성된 많은 유기 분자 가 포함되어 있습니다 . 2월 6일 Nature Astronomy 저널에 발표된 이 그룹의 결과는 특정 대형 유기 분자가 이러한 구름 내부에서 어떻게 형성될 수 있는지를 보여줍니다. 그것은 탄소 원자가 죽어가는 별의 심장에서 형성되어 행성의 일부가 되고 지구와 어쩌면 그 너머에 있는 살아있는 유기체가 되는 영겁에 걸친 화학 여정의 작은 단계입니다.

-"이 차가운 분자 구름에서 결국 별과 행성을 형성할 최초의 빌딩 블록을 만들고 있습니다. University of Colorado Boulder 화학과. 새로운 연구를 위해 Bouwman과 그의 동료들은 특히 황소자리 분자 구름(TMC-1)이라는 별의 보육원에 대해 깊이 파고들었습니다. 이 지역은 황소자리 별자리에 있으며 지구에서 약 440 광년 (2천조 마일 이상) 떨어져 있습니다. 이 화학적으로 복잡한 환경은 천문학자들이 "별이 없는 중심핵"이라고 부르는 것의 한 예입니다. 그 구름은 무너지기 시작했지만 과학자들은 아직 그 안에서 떠오르는 배아 별을 감지하지 못했습니다. 연구팀의 발견은 ortho -benzyne 이라고 불리는 믿을 수 없을 정도로 단순한 분자에 달려 있습니다.

연구자들은 지구에서의 실험과 컴퓨터 시뮬레이션 을 통해 이 분자가 우주에서 다른 분자와 쉽게 결합하여 광범위한 더 큰 유기 분자를 형성할 수 있음을 보여주었습니다. 즉, 작은 빌딩 블록이 큰 빌딩 블록이 됩니다. 그리고 Bouwman은 이러한 반응은 별 보육원이 과학자들이 인정하는 것보다 훨씬 더 흥미롭다는 신호일 수 있다고 말했습니다. "우리는 이러한 작은 빌딩 블록에서 더 큰 분자로 이동하는 방법을 진정으로 이해하는 시작 단계에 있습니다."라고 그는 말했습니다.

-"별 형성의 초기 단계에서도 이 화학 작용이 우리가 생각했던 것보다 훨씬 더 복잡하다는 것을 알게 될 것입니다." 운명적인 관찰 Bouwman은 우주 화학자로서 우주 깊은 곳에서 일어나는 화학 반응을 이해하기 위해 화학과 천문학을 혼합하는 분야를 연구합니다. 표면적으로 차가운 분자 구름은 화학 활동의 온상처럼 보이지 않을 수 있다고 그는 말했다. 이름에서 알 수 있듯이 이 은하의 원시 수프는 매우 추운 경향이 있으며 종종 섭씨 -263도(화씨 약 -440도)에서 맴돌며 절대 영도보다 겨우 10도 높습니다. 대부분의 반응은 시동을 걸기 위해 최소한 약간의 열이 필요합니다. 그러나 춥든 아니든 별의 보육원에서는 복잡한 화학 작용이 일어나는 것 같습니다.

특히 TMC-1은 fulvenallene 및 1- 및 2-ethynylcyclopentadiene과 같은 이름을 가진 상대적으로 큰 유기 분자의 놀라운 농도를 포함합니다. 화학자들은 오각형 모양의 탄소 원자 고리를 각각 포함하기 때문에 "5원 고리 화합물"이라고 부릅니다. "연구자들은 TMC-1에서 이 분자들을 계속 검출했지만, 그 기원은 불분명했습니다."라고 Bouwman은 말했습니다. 이제 그와 그의 동료들은 답이 있다고 생각합니다. 2021년 스페인의 예베스 40미터 전파망원경을 사용하는 연구원들은 TMC-1의 가스 구름에 숨어 있는 예상치 못한 분자인 오르토 - 벤자인을 발견했습니다. Bouwman은 4개의 수소와 6개의 탄소 원자로 이루어진 고리로 구성된 이 작은 분자 가 화학계의 외향적인 분자 중 하나라고 설명했습니다. 그것은 많은 다른 분자들과 쉽게 상호 작용하고 그렇게 하기 위해 많은 열을 필요로 하지 않습니다. "반응에 장벽이 없습니다."라고 Bouwman은 말했습니다. "그것은 그것이 추운 환경에서 복잡한 화학 작용을 일으킬 가능성이 있다는 것을 의미합니다."

범인 식별

미국, 독일, 네덜란드, 스위스에서 온 Bouwman과 그의 동료들은 TMC-1에서 어떤 종류의 복잡한 화학이 일어나고 있는지 알아보기 위해 "광전자 광이온 일치 분광법"이라는 기술을 사용했습니다. 연구팀은 화학 반응 생성물을 식별하기 위해 싱크로트론 광원이라는 거대한 시설에서 생성된 빛을 사용했습니다. 그들은 분자 구름의 또 다른 공통 성분인 오르토 -벤진과 메틸 라디칼이 쉽게 결합하여 더 크고 복잡한 유기 화합물을 형성한다는 것을 확인했습니다. Bouwman은 "우리는 좋은 일을 하고 있다는 것을 알고 있었습니다."라고 말했습니다. 그런 다음 팀은 컴퓨터 모델을 사용하여 우주 깊은 곳에서 수 광년에 걸쳐 펼쳐진 항성 보육원에서 ortho -benzyne의 역할을 탐구했습니다. 그 결과는 유망했습니다. 이 모델은 천문학자들이 망원경을 사용하여 TMC-1에서 관찰한 것과 거의 동일한 유기 분자 혼합물을 포함하는 가스 구름을 생성했습니다. 즉, Ortho -benzyne은 이러한 별의 보육원에서 발생하는 기상 유기 화학을 추진하는 주요 후보인 것 같다고 Bouwman은 말했습니다.

그는 과학자들이 TMC-1에서 일어나는 모든 반응을 완전히 이해하기 위해서는 아직 해야 할 일이 많다고 덧붙였다. 예를 들어, 그는 우주에 있는 유기 분자가 지구 생명체의 DNA와 아미노산의 핵심 구성 요소인 질소 원자를 흡수하는 방법을 조사하고자 합니다. Bouwman은 "우리의 발견은 새로운 별과 새로운 행성을 형성하기 위해 처음에 어떤 성분이 있는지에 대한 견해를 바꿀 수 있습니다."라고 말했습니다. 새로운 논문의 공동저자는 네덜란드 라이덴 대학, 미국 베네딕틴 대학, 독일 뷔르츠부르크 대학, 스위스 폴 셔러 연구소의 연구원들이다.

추가 정보: Jordy Bouwman, 성간 조건 하에서 ortho-benzyne + 메틸 라디칼 반응의 5원 고리 화합물, Nature Astronomy (2023). DOI: 10.1038/s41550-023-01893-2 . www.nature.com/articles/s41550-023-01893-2 저널 정보: Nature Astronomy 콜로라도 대학교 볼더 캠퍼스 제공

https://phys.org/news/2023-02-star-born-reveals-complex-chemistry.html

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메모 2302071119 나의 사고실험 oms 스토리텔링

별이 탄생하기 전에 분자우주가 존재하였다고 가정해보면 그곳은 vixxer.band로 가득찬 원형에 가까운 매우 낮은 온도를 가진 vixxer.a 다각형의 수퍼분자가 플라즈마 상태에 있었다고 보여진다.

vixxer는 마치 일벌끼리 모여있다가, 어느날 리더 여왕벌을 내세우는 모습처럼 2D.vixxer 분자구름에서 특별히 3가지 조건을 충족하는 3D.vixer.a.star가 나타난다. 허허.

Samplea.oms (standard)
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0deb00 ac000f
ced0ba 00f000
a0b00e 0dc0f0
0ace00 df000b
0f00d0 e0bc0a

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0000000q000
000000000q0

sample c.oss (standard)
zxdxybzyz
zxdzxezxz
xxbyyxzzx
zybzzfxzy
cadccbcdc
cdbdcbdbb
xzezxdyyx
zxezybzyy
bddbcbdca

-"In these cold molecular clouds, we are building the first building blocks that will eventually form stars and planets. Department of Chemistry, University of Colorado Boulder. For the new study, Bouwman and his colleagues are specifically working on a stellar structure called the Taurus Molecular Cloud (TMC-1). Dig deeper into the nursery: This region is in the constellation Taurus and about 440 light-years (over 2,000 trillion miles) from Earth.This chemically complex environment is an example of what astronomers call a "starless core." The cloud is beginning to collapse, but scientists have yet to detect an embryonic star rising within it.The team's discovery hinges on a deceptively simple molecule called ortho-benzyne.

Researchers have shown through experiments on Earth and computer simulations that these molecules can readily combine with other molecules in space to form a wide range of larger organic molecules. In other words, small building blocks become large building blocks. And Bouwman said these reactions could be a sign that stellar nurseries are far more interesting than scientists give them credit for. “We are at the beginning of truly understanding how to go from these small building blocks to larger molecules,” he said.

-"Even in the early stages of star formation, we may find that this chemistry is much more complex than we thought." A fateful observation Bouwman is an astrochemist whose research blends chemistry and astronomy to understand the chemical reactions that take place deep in space. On the surface, cold molecular clouds may not look like hotbeds of chemical activity, he said. As the name implies, this galaxy's primordial soup tends to be very cold, often hovering around -263 degrees Celsius (about -440 degrees Fahrenheit), barely 10 degrees above absolute zero. Most reactions require at least some heat to start. But cold or not, complex chemistry seems to be taking place in stellar nurseries.

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memo 2302071119 my thought experiment oms storytelling

Assuming that the molecular universe existed before star formation, it would be seen that there was a vixxer.a polygonal supermolecule in a plasma state with a very low temperature close to a circle full of vixxer.band.

The vixxer is like worker bees gathering together, and one day, a 3D.vixer.a.star that satisfies three conditions appears in the 2D.vixxer molecular cloud, just like a leader queen bee. haha.

Samplea.oms (standard)
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zxezybzyy
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.An extension of FermiNet to discover quantum phase transitions

양자 위상 전이를 발견하기 위한 FermiNet의 확장

잉그리드 파델리, Phys.org FermiNet은 우리가 연구하고자 하는 물리적 시스템의 정의인 Hamiltonian과 외부 매개변수(여기서는 HEG의 밀도와 관련된 매개변수인 rs에 의해 제공됨)를 공급하는 '블랙박스'처럼 작동합니다. ). 시스템의 슈뢰딩거 방정식에 대한 솔루션이 블랙박스 밖으로 나옵니다. 시스템 속성에 대한 추가 정보를 개입할 필요 없이 매개 변수가 변경됨에 따라 시스템의 가능한 여러 단계에 대한 슈뢰딩거 방정식에 대한 정확한 솔루션을 얻을 수 있습니다. 신용: 지노 카셀라. FEBRUARY 6, 2023 

인공 신경망(ANN)을 기반으로 하는 아키텍처는 방대한 양의 데이터를 빠르게 분석하고 정확한 예측을 할 수 있기 때문에 연구 환경에서 매우 유용한 것으로 입증되었습니다. 2020년 Google의 영국 AI 자회사 DeepMind는 Fermionic 신경망(FermiNet)이라는 새로운 ANN 아키텍처를 사용하여 화학 분야의 핵심 문제인 분자 내 전자에 대한 슈뢰딩거 방정식을 풀었습니다. 슈뢰딩거 방정식 은 잘 정립된 에너지 보존 이론을 기반으로 하는 편미분 방정식으로, 전자의 거동에 대한 정보를 도출하고 물질의 특성과 관련된 문제를 해결하는 데 사용할 수 있습니다. 개념적으로 간단한 방법인 FermiNet을 사용하여 DeepMind는 화학의 맥락에서 이 방정식을 풀 수 있었고 매우 정교한 양자 화학 기술을 사용하여 얻은 결과와 비교할 수 있는 매우 정확한 결과를 얻었습니다. 

Imperial College London, DeepMind, Lancaster University 및 University of Oxford의 연구원들은 최근 양자 물리학 문제를 해결하기 위해 FermiNet 아키텍처를 채택했습니다. Physical Review Letters 에 게재된 논문에서 그들은 특히 FermiNet을 사용하여 주기적인 Hamiltonians의 바닥 상태를 계산하고 고체에서 상호 작용하는 전자의 단순화된 양자 역학 모델인 HEG(균질 전자 가스)를 연구했습니다. "분자는 훌륭하지만 물리학자들은 고체 물질에 대한 슈뢰딩거 방정식을 푸는 데 더 관심이 있습니다." 연구를 수행한 연구원 중 한 명인 Gino Cassella가 Phys.org에 말했습니다.

"'응집 물질 물리학' 분야는 책상의 나무에서 전화기에 전원을 공급하는 트랜지스터 내부의 실리콘에 이르기까지 고체 물질 에서 전자의 거동을 계산하는 데 중점을 둡니다 . 당연히 FermiNet이 고체에 대한 슈뢰딩거 방정식에 대해 똑같이 정확한 솔루션을 제공합니다." 처음에 Cassella와 그의 동료들은 HEG 모델을 연구하기 시작했습니다. 실제 고체와 달리 이 단순화된 고체 모델에는 원자가 포함되어 있지 않고 얼룩진 양전하를 띤 배경 위에서 윙윙거리는 전자만 포함되어 있습니다. 양전하 젤리에서). "단순함에도 불구하고 HEG는 응축 물질 물리학 연구에서 가장 중요한 현상 중 하나인 Wigner 전이로 알려진 양자 위상 전이 를 나타냅니다."라고 Cassella는 설명했습니다.

-"HEG의 밀도가 감소함에 따라 '기체' 상태에서 '결정체' 상태로 전이됩니다. 우리는 Wigner 전이의 양쪽에서 FermiNet으로 슈뢰딩거 방정식을 풀고 솔루션이 얼마나 정확한지 확인하고 싶었습니다. 얻은 결과는 현재의 최첨단 방법과 비교됩니다." 물리학 연구에 사용되는 대부분의 딥러닝 방법은 대량의 데이터 분석에 의존하지만 FermiNet은 그렇지 않습니다. 대조적으로 주어진 시스템에서 파동함수에 대한 추측의 에너지는 항상 소위 '바닥 상태 파동함수'의 에너지와 같거나 더 크다는 양자역학의 '변동 원리'를 활용합니다. 추측이 바닥 상태 파동함수와 정확히 같을 때만 동일합니다. "이 바닥 상태 파동 함수와 그에 상응하는 에너지는 우리가 찾고 있는 바로 그 솔루션입니다."라고 Cassella는 말했습니다.

"이것이 의미하는 바는 우리가 가능한 한 낮게 만들고자 하는 목적 함수로 에너지를 사용할 수 있다는 것입니다. 이것은 기계 학습 실무자가 '손실 함수'라고 부르는 것입니다. 본질적으로 우리 는 양자 역학의 기본 원리." 연구원들이 사용 하는 신경망 은 DeepMind가 분자 연구에 적용한 원래 FermiNet과 매우 유사합니다. 이전 버전과의 주요 차이점은 시스템에서 전자의 좌표를 읽는 방식에 있으며, 이는 Hamiltonian의 주기적인 특성을 설명하기 위해 수정되어야 합니다. 연구원들은 FermiNet이 슈뢰딩거 방정식에 대한 매우 정확한 솔루션을 제공할 뿐만 아니라 고체 연구를 위한 기존 방법에 비해 고유한 이점을 제공한다는 사실을 발견했습니다.

"슈뢰딩거 방정식을 풀기 위한 기존 방법을 사용하면 파동 함수의 질적 특성 중 일부를 미리 알아야 합니다."라고 Cassella는 말했습니다. "'기체' 파동함수를 기대한다면 '기체'인 함수를 사용하여 계산을 설정해야 합니다. 매우 흐릿한 많은 함수를 함께 추가하여 파동함수를 표현한다고 상상해 보십시오. 마찬가지로 '결정질' 파동함수를 기대한다면 지역화된 피크가 많은 파동 함수를 사용하려면 지역화된 함수를 사용하여 계산을 설정해야 합니다." 크게 번진 함수의 합으로 매우 국지화된 파동 함수를 작성하려면 방대한 계산 리소스와 긴 처리 시간이 필요합니다. 합리적인 시간 내에 필요한 계산을 수행하려면 연구원이 올바른 기능을 선택해야 합니다.

Cassella는 "이것은 상전이를 연구하는 데 문제가 됩니다. 이제 전환의 양쪽에서 수행하는 계산을 변경해야 하기 때문입니다."라고 말했습니다. "더 나쁜 것은 전환이 있다는 사실조차 모른다면 어떻게 될까요? 잘못된 기능 집합을 선택하면 전환을 완전히 놓칠 수 있습니다. 여기에서 FermiNet이 구조에 올 수 있다는 것을 깨달았습니다." 슈뢰딩거 방정식을 풀기 위한 기존의 계산 기반 방법과 달리 신경망은 사용자가 함수 집합을 선택할 필요가 없습니다. 따라서 Cassella와 그의 동료들이 사용하는 FermiNet의 수정된 버전은 상전이의 양쪽에서 슈뢰딩거 방정식에 대한 정확한 솔루션을 얻을 수 있습니다. "우리는 정확히 동일한 계산으로 '기체' 상태와 '결정질' 상태를 정확하게 얻었으며 HEG의 밀도만 변경했습니다."라고 Cassella는 설명했습니다.

"이것은 슈뢰딩거 방정식을 풀기 위한 신경망 접근 방식의 독특하고 놀라운 이점입니다." 이 연구팀의 최근 연구는 이색적이고 잘 이해되지 않은 상전이를 겪는 재료에 대한 프로브로서 FermiNet의 엄청난 잠재력을 강조합니다. 그들은 지금까지 그것을 HEG 모델을 연구하는 데 사용했지만 곧 고온 초전도체에서 발생하는 상전이와 물질의 이국적인 상호 작용 위상 위상 연구에도 적용될 수 있습니다. "Wigner 전환에 관한 우리의 결과는 매우 유망하지만 우리가 정말로 연구하고 싶은 것은 단순화된 모델이 아닌 실제 재료입니다."라고 Cassella는 덧붙였습니다. "실험과 비교할 수 있는 실제 재료에 대한 계산을 수행하려면 계산의 효율성을 개선해야 하므로 앞으로 나아가는 것이 우리의 주요 초점이 될 것입니다. 장기적으로 우리는 실제 고체에서 상전이를 연구하기를 기대합니다. !"

추가 정보: Gino Cassella 외, Fermionic Neural Networks로 Quantum Phase Transitions 발견, Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.036401 저널 정보: Physical Review Letters

https://phys.org/news/2023-02-extension-ferminet-quantum-phase-transitions.html

 

 

 

.Discovery of new quantum materials... Could it be a qubit?

새로운 양자물질 발견…큐비트 역할 가능할까

정종오 기자 입력 2023.02.07 01:00

국내 연구팀, 스핀구름 응축 통한 새로운 양자물질 발견 국내 연구팀이 양자컴퓨터의 ‘큐비트’ 역할을 할 수 있을 것으로 기대되는 새로운 양자물질을 발견했다. [사진=과기정통부] 국내 연구팀이 양자컴퓨터의 ‘큐비트’ 역할을 할 수 있을 것으로 기대되는 새로운 양자물질을 발견했다. [사진=과기정통부] [아이뉴스24 정종오 기자]

“기존의 모든 암호체계를 깨트릴 만큼 강력한 컴퓨터이다.” 양자컴퓨터를 설명할 때 전문가들이 자주 인용하는 ‘문장’이다. 양자컴퓨터를 기술적으로 설명하면 전문가들조차 이해하지 못하는 경우가 있다. 일반인들에게 설명하기란 훨씬 어렵다. 이 때문에 ‘기존 암호체계를 깨트리는’이란 표현을 쓴다. 그만큼 빠르고 기존 암호체계를 무너뜨릴 만큼 강력하다는 뜻이다. 국내 연구팀이 양자컴퓨터의 ‘큐비트’ 역할을 할 수 있을 것으로 기대되는 새로운 양자물질을 발견했다. 큐비트(qubit)는 양자컴퓨터에서 사용하는 기본 단위를 뜻한다. 퀀텀 비트(quantum bit)의 줄임말이다. 과학기술정보통신부(장관 이종호)는 임현식 동국대 교수 공동연구팀이 극저온 실리콘 금속에서 스핀구름들의 응축 현상을 통해 새로운 양자 물질을 발견하고 규명했다고 7일 발표했다. 스핀구름(콘도구름)이란 금속이나 반도체 내에 자성을 가리기 위해 형성된 자유 전자들을 말한다. 전기 저항이 없어 자기부상열차, 자기공명영상장치(MRI) 등에 활용이 가능한 고온 초전도 현상에서 스핀구름의 역할이 매우 중요하다고 알려져 있다. 높은 이론·실험적 관심에도 응집물질물리학 분야에서 스핀구름 형성과 더 나아가 이들 사이 상호작용에 의한 새로운 양자 물질에 대한 연구는 아직 풀리지 않은 난제가 많다. 연구팀은 양자컴퓨터 소자관련 연구를 하던 중 우연히 실리콘 금속에서 그동안 학계에 보고되지 않은 특이한 신호를 발견했다. 이를 소자나 측정기기의 오류가 아닌 새로운 양자역학적 물질일 것이라고 생각하고 연구를 시작했다. 스핀구름에 관한 연구는 극저온에서 측정해야하는 제약 등 여러 실험적 어려움과 해석의 한계가 있다. 이 때문에 선행 연구가 매우 적었는데도 연구팀은 포기하지 않고 2015년부터 수년 동안 연구를 지속했다. 그 결과, 실리콘 금속에서 관측된 것은 물질의 상(相) 중 고체, 액체, 기체, 플라스마(Plasma)에 이어 1990년대에 발견된 ‘보스·아인슈타인 응축’ 상태 특성을 갖는 새로운 물질임을 분광학, 전기 전도도 측정을 통해 밝혀냈다. 실리콘 금속을 이용해 극저온(섭씨 영하 272.15도)에서 스핀 구름들을 응축하면 새로운 양자 물질이 존재할 수 있음을 발견한 것이다. 초록색 화살표(불순물 자성)에 대해 작은 화살표(전자)가 극저온으로 갈수록 응축되면서 자성을 없애려는 방향으로 움직인다. 응축되면서 새로운 양자물질이 만들어진다. [사진=과기정통부]

초록색 화살표(불순물 자성)에 대해 작은 화살표(전자)가 극저온으로 갈수록 응축되면서 자성을 없애려는 방향으로 움직인다. 응축되면서 새로운 양자물질이 만들어진다. [사진=과기정통부]

‘보스-아인슈타인 응축’은 보존 입자(대표적으로 광자 또는 He4)들이 극저온에서 같은 에너지 상태를 공유해 새로운 물질 상태가 되는 현상을 의미한다. 이번 연구 성과는 금속과 반도체에서 스핀-스핀 상호 작용을 이해하고 고온 초전도체를 포함한 다양한 강상관계 물질을 연구하는 데 이바지할 것으로 기대된다. 강상관계 물질이란 구성 입자들이 강하게 상호작용을 해 일반적 도체나 부도체에서 보이지 않는 특이한 현상을 나타내는 물질이다. 임현식 교수는 “이번 연구를 통해 또 다른 양자 응축상태를 생성하고 제어할 수 있다면 양자 소자 기술에 적용 가능할 것으로 기대된다”며 “후속 연구를 통해 순수 금속에서 스핀 구름들의 농도 변화에 대한 다양한 스핀 구름의 물성을 이해하는 것이 중요하다”고 말했다. 스핀 구름들의 응축상은 온도, 자기장과 주변 환경에 민감하다. 이 때문에 센서로 사용이 가능할 것으로 기대된다. 나아가 스핀-스핀 사이 양자 얽힘을 조절할 수 있다면 양자 정보 기술 분야에 활용될 수 있을 것으로 전망된다. 연구 성과(논문명: Observation of Kondo condensation in a degenerately doped silicon metal)는 국제학술지 ‘네이처 피직스(Nature Physics)’ 2월 7일자에 실렸다. 공동교신저자는 김은규·신상진 한양대 교수, 정연욱 성균관대 교수 등이다.

◆다음은 임현식 교수와 일문일답 임현식 동국대 물리반도체과학과 교수. [사진=과기정통부] 임현식 동국대 물리반도체과학과 교수. [사진=과기정통부]

-우리나라와 다른 나라의 양자컴퓨터 개발의 차이점이 있다면.

“우리나라에서는 집단연구를 통한 양자컴퓨터를 개발하는 그룹이 없다는 점이다. 선진국은 집단연구를 통해 접근하고 있다. 양자컴퓨터는 소자 싸움이다. 현재 초전도체와 이온을 큐비트로 하는 양자컴퓨터가 있다. 이 또한 완벽하지는 않다.”

-양자에 대한 근본적 이해가 필요하다는 것인지. “그렇다. 양자컴퓨터는 기술적 문제보다 근본적 시스템에 대한 이해가 필요하다. 대규모 집단 연구가 중요한 분야이다. 제약회사 등이 양자컴퓨터에 관심을 가질 수 있는 배경이다. 신약을 개발할 때 복잡한 계산과학이 필요하다. 이는 슈퍼컴퓨터를 이용하더라도 시간이 꽤 걸린다. 양자컴퓨터를 이용하면 달라진다. 이 때문에 돈과 시간이 많이 필요한 제약회사들이 양자컴퓨터에 관심이 매우 높은 편이다.”

-나노기술이 발전하면 양자물질도 더 많이 찾을 수 있나.

“꼭 그런 것은 아니다. 나노기술을 이용하는 것은 나노 분야에서 양자역학적 현상이 많이 나타나기 때문이다. 벌크(나노가 아닌)에서도 양자물질은 있을 수 있다. 나노 기술이 반드시 양자컴퓨터의 해답은 아닌 셈이다. 양자역학적 특성을 잘 따르는 물질을 나노기술을 통해 찾든지, 이제까지 알려져 있지 않은 물질의 근본적 특성을 이용해서 찾든 지가 관건이다.” -양자를 한 마디로 설명한다면. “양자는 물리량의 최소단위를 일컫는다. 에너지든, 운동량이든 최소의 단위를 뜻한다.”

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