양자나노과학 연구단

양자나노과학 연구단은 (Center for Quantum Nanoscience) 2017년에 한국의 기초과학 연구를 확대하고자 하는 목적으로 설립되었다. 위치는 서울 이화여자대학교이며 기초과학연구원의 외부 연구단으로 분류된다. 표면과 계면의 원자와 분자가 지닌 양자의 특성을 연구하는 데 주력하면서, 이 영역의 양자를 감지하고 계산하는 것을 장기적인 목표로 삼고 있다.

양자나노과학 연구단의 실험실인 이화여자대학교 연구합력관은 2018년에 착공해 2019년에 완공되었다. 2022년에 양자나노과학연구단이 소재한 이화여자대학교 연구협력관이 한국건축문화대상 우수상을 수상하였다. 양자나노과학연구단은 기초과학연구원에서 수행한 첫 5개년에 대한 성과평가에서 최고등급을 수여하였다.

연구 결과
양자 나노과학은 최근 각광받고 있는 분야인데, 양자나노과학 연구단은 설립된 지 2년도 되지 않아 몇몇 결과물을 내며 이 분야에서 주도권을 점점 더 확보해가고 있다. 예를 들어, 주사 터널링 현미경을 이용해 디지털 메모리를 산화마그네슘(MgO) 표면의 단 하나의 홀뮴 원자 단위로 줄였다. 이 결과가 발표될 당시 상업화되고 있던 자기 메모리 장치는 같은 양의 데이터를 기록하기 위해 약 백만 개의 원자가 필요했다. 이렇게 데이터 저장을 축소하는 능력은 양자컴퓨팅의 토대가 될 잠재력 또한 내포한다. 또한 연구자들은 원자의 핵스핀과 전자의 핵스핀을 연구를 결합했고, 그 결과 에너지 분해능이 만 배나 향상된 상태로 철과 티타늄의 단일 원자의 핵스핀을 측정할 수 있었다. 이 정도로 정밀하게 제어한다면 양자 컴퓨팅의 기초 단위의 후보군이 나올 수도 있다. IBM 알마덴 연구소와의 협력을 통해 개별 원자의 MRI 촬영에 성공했다.

연구 방향과 목표

양자나노과학 연구단은 깨끗한 표면과 계면의 원자와 분자의 양자 상태를 완전히 제어하겠다는 계획을 밝혔다. 이 목표가 이루어질 경우, 고감도 양자 센서와 단일 원자와 분자를 컴퓨팅의 양자비트(quantum bit)로 사용하는 것의 기초 연구로 활용될 수 있다. 또한 기체에서 고체 상태로 바뀔 때 원자와 분자의 양자적 성질이 어떻게 변하며 전도 전자와 어떤 상호작용을 하는지에 대한 이론적 틀을 세우고자 한다. 또 다른 목표는 고체 상태일 때 양자 결집 상태에서 보다 고전적인 상태로 변하는 과정을 알아내는 것이다.

또한 양자나노과학 연구단은 2019년에 서울에서 양자나노과학에 관한 국제 학술회의를 최초로 주관했다.

수상 경력
2018 미국 물리학회, Joseph F. Keithley Award for Advances in Measurement Science
2018 Foresight Institute Feynman Prize: For advances in manipulating atoms and small molecules on surfaces and employing them for data storage and computation
2018 과학기술정보통신부, 국가연구개발 우수성과 100선
2018 Austrian Physical Society, Max-Auwaerter Award, Fabio Donati

각주

외부 링크 
 양자나노과학 연구단 (영어)
 
 유튜브 - New Building Teaser & Construction Time Lapse 연구협력관 타임랩스
 Nature Index - 양자나노과학 연구단 (영어)

서울특별시의 단체
기초과학연구원 연구단
이화여자대학교