하버드대 과학자들은 최근 반세기 전에 가정된 물질 형태인 양자 스핀 액체를 관찰했다

50년 전 처음 가정했던 특수물질의 상태가 처음 관찰됐다.하버드대 연구진이 만든 이른바 퀀텀 스핀 액체는 궁극적으로 퀀텀컴퓨터 개선에 도움이 된다.재료를 마그네틱 재료로 만들려면 재료 중 전자의 스핀이 고도가 일정해야 한다.가장 흔한 자성의 유형은 재료 속 모든 전자의 스핀이 같은 방향으로 정렬되기 때문인데, 이웃한 전자의 스핀이 바둑판 격자로 상하로 교체될 때 다른 유형의 자성이 생기기도 한다.
 
하버드대 연구진 미하일 루킨(왼쪽)과 줄리아 세메히니(오른쪽) 팀은 양자 스핀 액체라고 불리는 기이한 물질의 상태를 처음으로 관찰했다.
 
하지만 1973년 물리학자 필립 앤더슨은 양자스핀 액체라는 물질 상태를 가정해 이런 규칙을 따르지 않는다.재료가 냉각되었을 때,그것은 고체를 형성하지 못하는데,중요한 것은 그것들의 전자가 고도가 질서 있는 상태로 안정되지 않는다는 것이다.오히려 끊임없이 전환해 복잡한 양자 상태에서 서로 엉켜 버린다.
 
이제 하버드대가 이끄는 한 과학자 팀이 양자 스핀 액체를 처음 만들어 관찰했다.이를 위해 연구진은 몇 년 전 개발한 프로그래밍 가능한 양자 시뮬레이터를 사용했고, 이 시뮬레이터는 레이저를 사용해 원자 219개를 하나의 격자에 띄웠다.이 원자들의 속성은 전자의 회전을 포함하여 자세하게 조작될 수 있다.
 
이 연구에서 연구팀은 이들 원자를 삼각형 칸에 배치했는데, 이는 각각의 원자가 두 개의 바로 옆에 있다는 것을 의미한다.한 쌍의 전자는 한 방식이나 다른 방식으로 자기 안정을 취할 수 있다.
 
여기서 나오는 양자 스핀 액체는 원자가 먼 거리를 넘어 서로 영향을 주고받거나 정보를 '전송'하는 유용한 양자 현상을 보여 준다.이 두 가지는 양자컴퓨터를 세우는 데 모두 매우 유용하며, 이 컴퓨터들은 반드시 외부 간섭에 더 강한 저항력을 가져야 한다.
 
이 연구의 주저자인 기울리아 세메그니(Giulia Semeghini)는 "우리는 어떻게 이런 위상 양자비트를 만들 수 있는지 첫 걸음을 보였지만, 여전히 당신이 어떻게 실제 코딩을 하고 조종할 수 있는지 증명해야 한다.아직 탐색할 게 많다"고 말했다.
 이 연구는 《사이언스》지에 발표되었다.