KAIST( 총장 이광형 ) 전기및전자공학부 김상현 교수 연구팀이 * 모놀리식 3 차원 집적 의 장점을 활용해 기존 양자 컴퓨팅 시스템의 대규모 큐비트 구현의 한계를 극복하는 3 차원 집적된 화합물 반도체 해독 소자 집적 기술을 개발했다고 16일 밝혔다 . ‘ 모놀리식 3 차원 집적 초고속 소자 ’ 연구 (2021 년 VLSI 발표 , 2021 년 IEDM 발표 , 2022 년 ACS Nano 게재 ) 를 활발하게 진행해 온 연구팀은 양자컴퓨터 판독 / 해독 소자를 3 차원으로 집적할 수 있음을 처음으로 보였습니다 .
☞ 모놀리식 3 차원 집적 : 하부 소자 공정 후 , 상부의 박막층을 형성하고 상부 소자 공정을 순차적으로 진행함으로써 상하부 소자 간의 정렬도를 극대화할 수 있는 기술로 궁극적 3 차원 집적 기술로 불린다 .
KAIST 전기및전자공학부 김상현 교수 연구팀의 정재용 박사과정이 제 1 저자로 주도하고 한국나노기술원 김종민 박사 , 한국기초과학지원연구원 박승영 박사 연구팀과의 협업으로 진행한 이번 연구는 반도체 올림픽이라 불리는 ‘VLSI 기술 심포지엄 (Symposium on VLSI Technology)’ 에서 발표됐다 . ( 논문명 : 3D stackable cryogenic InGaAs HEMTs for heterogeneous and monolithic 3D integrated highly scalable quantum computing system ).
큐비트는 비트에 비해 2 배 빠른 계산이 가능하고 , 2 큐비트 , 4 큐비트 , 8 큐비트로 큐비트 수가 선형적으로 커질수록 처리 계산 속도는 4 배 , 8 배 , 16 배로 지수적으로 증가한다 . 따라서 많은 수의 큐비트를 활용한 대규모 양자컴퓨터 개발이 매우 중요하다 . IBM 에서는 큐비트 수를 127 개로 늘린 ‘ 이글 ’ 을 작년에 발표했고 , IBM 로드맵에 따르면 오는 2025 년까지 4000 큐비트 , 10 년 이내에 10000 큐비트 이상을 탑재한 대규모 양자컴퓨터 개발을 목표로 하고 있다 .
특히 큐비트의 수가 많은 대규모 양자컴퓨터 개발을 위해서는 큐비트를 제어 / 해독하는 소자에 대한 개발이 필수적이다 .
연구진은 이러한 3 차원 집적 형태의 제어 / 해독 소자를 최초로 제시 및 구현했을 뿐 아니라 소자의 성능에서도 3 차원 집적을 했음에도 불구하고 성능 저하 없이 극저온에서 세계 최고 차단 주파수 특성을 달성했다 .
이번 연구는 한국연구재단 지능형반도체기술개발사업 , 경기도 시스템반도체 국산화 연구지원 사업 , 한국기초과학지원연구원 분석과학연구장비개발사업 (BIG 사업 ) 등의 지원을 받아 수행됐다 .