새로운 다이아몬드 기술, 더 빠르고 신뢰성 높은 양자 장치 구현 가능성 열어

페삭 벤슨 기자 • 2025년 9월 19일

예루살렘, 2025년 9월 19일 (TPS-IL) — 다이아몬드 기술의 혁신이 양자 통신과 초민감 센서를 실험실에서 현실 세계로 가져올 수 있을 것으로 보인다. 이스라엘과 독일 과학자들은 다이아몬드 내 미세 결함에서 방출되는 거의 모든 빛을 포착하는 방법을 개발했다고 발표했다. 이는 양자 장치를 더 빠르고 안정적이며 기존 시스템에 더 쉽게 통합할 수 있게 하는 발전이다.

예루살렘 히브리 대학교 연구원들은 베를린 훔볼트 대학교와 협력하여 질소-공극(NV) 센터에 초점을 맞췄다. NV 센터는 다이아몬드 결정 내의 작은 결함으로, 양자 정보를 담고 있는 단일 광자(photon)를 방출한다. 이 광자는 차세대 양자 컴퓨터, 보안 통신, 정밀 센서 개발에 필수적이다. 지금까지는 이 빛의 대부분이 모든 방향으로 산란되어 실용적인 응용을 위해 활용하기 어려웠다.

연구원들은 NV 센터를 포함하는 나노다이아몬드를 특별히 설계된 하이브리드 나노안테나에 삽입하여 빛이 소산되도록 내버려두는 대신 정확한 방향으로 유도하는 데 성공했다. 황소 눈 모양으로 금속과 유전체 재료 층으로 구성된 안테나는 나노다이아몬드가 정확히 중심에 위치할 때 가장 잘 작동한다. 그 결과, 실온에서 광자의 최대 80%를 포착하는 극적인 개선을 이루었으며, 이는 이전 방법들에 비해 큰 도약이다.

이 연구 결과는 동료 검토 저널인 APL Quantum에 게재되었다.

예루살렘 히브리 대학교의 카마이클 라파포트 교수는 “이것은 우리를 실용적인 양자 장치에 훨씬 더 가깝게 데려간다”고 말했다. “광자 수집을 더 효율적으로 만듦으로써, 우리는 보안 양자 통신과 초민감 센서와 같은 기술의 문을 열고 있습니다.”

요나탄 루보츠키 박사는 “우리를 흥분시키는 것은 이것이 간단한 칩 기반 설계와 실온에서 작동한다는 점입니다. 이는 이전보다 훨씬 쉽게 실제 시스템에 통합될 수 있다는 것을 의미합니다.”라고 덧붙였다.

이 발전은 오랫동안 반짝임으로 높이 평가되어 온 다이아몬드가 최첨단 기술의 필수 도구가 될 수도 있음을 보여준다. 과학자들이 전례 없는 효율성으로 단일 광자를 제어하고 수집할 수 있게 함으로써, 이 연구는 양자 네트워크의 배포를 가속화하고, 양자 컴퓨터의 성능을 향상시키며, 가장 작은 환경 변화도 감지할 수 있는 센서를 가능하게 할 수 있다.

효율적인 광자 수집은 사실상 해킹이 불가능한 데이터 전송을 가능하게 할 양자 보안 통신에 매우 중요하다. 양자 센서는 전례 없는 정밀도로 자기장, 온도 변화 또는 기타 현상을 감지할 수 있기 때문에, 이 연구는 의료, 항해, 재료 과학을 위한 초민감 장치로 이어질 수 있다.

또한, 칩 기반 설계는 이 기술이 대량 생산되어 기존 전자 제품에 통합될 수 있음을 의미한다.