실리콘에서의 단일 전자 스핀 구현

마이크로 전자장치에 들어있는 실리콘 트랜지스터는 양자 효과가 장치의 기능에 영향을 미칠 수 있는 크기까지 사이즈가 줄어들었다. 실리콘은 지금까지 선택할 수 있는 유일한 반도체 물질이었지만, 디자인을 새롭게 함으로써 양자 정보를 처리할 수 있도록 고안하는 것도 가능할 것으로 보인다. 첫 번째 시도는 오랫동안 가간섭성 시간(coherence time)을 가지는 잘 분리된 양자 비트(quantum bit)로 잘 알려져 있는 실리콘에 묻혀있는 인 도펀트 원자(phosphorus dopant atom)에 의해서 생성된 전자 스핀을 이용하는 방법이었다. 지금까지 실리콘 내에 있는 단일 전자를 큐비트로 정밀하게 제어하는 것이 불가능했었지만, 최근 Andrea Morello와 공동연구원들은 실리콘 내에 있는 전자 스핀을 싱글-샷(single shot), 시간에 따른 판독에 대해 보고하였다. 이러한 결과는 인 공여 원자(phosphorus donor atom)를 단일 전자 트랜지스터(single electron transistor)로 불리는 전하 감지 장치 인근에 위치함으로써 해결하였으며, 이를 통해 현재의 마이크로 전자 장치에 견줄 수 있는 장치를 구현할 수 있었다. 이번 연구 결과를 통해서 구현된 고 정밀 싱글-샷 스핀 판독 결과는 차세대 양자 컴퓨터와 스핀트로닉스 장치를 실리콘 위에 제작할 수 있는 기초를 제공하게 되었다.