학교에서 화학 시간에 배우는 주기율표에서나 봤을 법한 물질인 루비듐이 최근 양자 컴퓨터 개발과 관련하여 주목받고 있다고 합니다. 어떤 물질인지 같이 알아봅시다.
루비듐이란?
루비듐은 원자 번호 37번인 화학 원소로, 알칼리 금속에 속하는 부드러운 은백색 금속입니다. 주요 특징을 알아봅시다.
1. 물리적 특성
- 녹는점: 39.3°C
- 원자량: 85.4678
- 밀도: 1.53g/cm³
2. 화학적 특성
- 매우 반응성이 높아 불안정한 물질입니다. 공기 중의 수분이나 물과 격렬하게 반응하여 폭발할 수 있습니다.
- 강한 양전기를 띠며, 비방사성 알칼리 금속 중 두 번째로 양전기가 강합니다.
- 물과 반응 시 수소 기체를 발생시키며, 이는 자연 발화할 수 있을 정도로 강력합니다.
양자 컴퓨터 때문에 주목 받고 있다는데…
원래 루비듐은 리튬을 생산할 때 부산물로 많이 생기는데, 쓰임새가 별로 없어서 많이 폐기가 되었다고 합니다. 그런데, 양자 컴퓨터에 쓰이기 시작하면서 주목 받고 있다고 하는데요. 그 내용 정리해 보겠습니다.
1. 루비듐 기반 양자 컴퓨터 개발
러시아에서는 2025년 1월 중성 루비듐 원자를 이용한 50 큐비트 양자 컴퓨터 프로토타입을 공개했습니다. 이 양자 컴퓨터는 다음과 같은 특징을 가집니다.
- 광학 집게(optical tweezers)라 불리는 고도로 집중된 레이저 빔을 이용해 중성 루비듐 원자를 조작합니다.
- 초고진공 챔버 내에서 레이저 배열을 통해 원자들을 냉각하고 제어합니다.
2. 루비듐 원자의 장점
- 긴 코히어런스 시간: 냉각원자 방식의 양자 컴퓨터는 양자 상태가 유지되는 시간이 상대적으로 깁니다.
- 초고속 연산 가능: KAIST 연구팀은 루비듐 원자를 이용해 1 THz의 연산 속도를 실험적으로 구현했습니다.
- 유연한 제어: 레이저를 이용해 루비듐 원자를 하나씩 던지고 받는 기술이 개발되어, 양자 정보를 유지하면서 원자를 효과적으로 이동할 수 있습니다.
3. 루비듐 기반 양자컴퓨터 연구 동향
- KAIST 연구팀은 루비듐 원자의 기저 상태와 첫 번째 여기 상태를 큐비트로 사용하여 양자 논리소자를 구현했습니다.
- 러시아는 현재 프로토타입에서 100 큐비트를 초과하는 시스템으로 확장하는 것을 목표로 하고 있습니다.
맺음말
루비듐은 지금까지는 생산 공정의 부산물로 폐기 대상이었지만, 양자 컴퓨터라는 새로운 기술에 활용되면서 주목받고 있습니다. 루비듐 기반 양자 컴퓨터 기술은 아직 초기 단계이지만, 그 잠재력으로 인해 계속해서 주목받고 있으며 향후 발전이 기대됩니다.