최초의 연결된 시간 결정, 양자 컴퓨팅 및 정밀 센서 기술의 새 지평을 열다

트렌드 키워드

• 시간 결정 (Time Crystal):

  2012년 노벨 물리학상 수상자 프랭크 윌첵이 제안한 양자 시스템의 한 형태로, 외부 에너지 입력 없이도 영구적으로 반복되는 움직임을 보이는 물질의 새로운 상. 기존 결정이 공간에서 원자의 규칙적인 배열을 보이는 것과 달리, 시간 결정은 시간 축에서 주기적인 패턴을 스스로 형성하는 특성을 가짐. 이 특성으로 인해 양자 영역에서의 영구 운동 기계와 유사한 성질을 보이며, 2016년 실험적으로 존재가 확인

  “프랭크 윌첵은 양자 시스템들이 동일한 방식으로, 그러나 공간 대신 시간에 스스로를 구성할 수 있다고 제안했습니다. 그는 이러한 시스템들을 시간 결정이라고 불렀습니다.”
• 연속 시간 결정 (Continuous Time Crystal, CTC):

  시스템의 연속적인 시간 병진 대칭성이 자발적으로 깨지는 현상을 통해 나타나는 시간 결정의 일종. 이는 일반적으로 외부에서 에너지를 지속적으로 펌핑하여 시스템을 비평형 상태로 유지할 때 발생하지만, 유한한 수명을 가진 준입자를 기반으로 하는 펌프 없는 구현 방식도 가능. 이번 알토대학교 연구에서는 헬륨-3 초유체 내 마그논을 이용하여 이 연속 시간 결정을 실현

  “연속 시간 결정은 극저온 상태의 헬륨-3 초유체 위에 형성되었습니다.”
• 광기계 시스템 (Optomechanical System):

  빛과 기계적 진동 사이의 상호작용을 활용하는 물리 시스템으로, 일반적으로 광학적 공명기와 기계적 진동자가 결합된 형태. 광학 캐비티의 거울 중 하나가 움직이는 스프링에 부착되어, 이 기계적 움직임이 캐비티의 공진 주파수를 변화시키고, 반대로 캐비티 내부의 빛이 거울에 복사압을 가하여 기계적 운동에 영향을 미치는 상호작용. 중력파 탐지 등 극도로 정밀한 측정 장치에 사용되는 현상과 유사한 원리

  “연구팀이 시간 결정을 광기계 시스템으로 바꿨으며, 이는 극도로 정확한 센서나 양자 컴퓨터의 메모리 시스템 개발에 사용될 수 있습니다.”
• 마그논 (Magnon):

  자성 물질 내에서 스핀 배열의 집단적인 들뜸 현상을 양자화한 준입자. 이는 여러 개의 입자가 마치 하나의 개별 입자처럼 행동하는 현상으로, 자성 시스템에서 에너지와 스핀을 전달하는 역할을 수행. 이번 연구에서는 극저온으로 냉각된 헬륨-3 초유체에 마그논을 주입하여 시간 결정을 형성하는 핵심 구성 요소

  “물리학자들은 전파를 사용하여 마그논을 헬륨-3 초유체에 주입했습니다.”
• 양자 컴퓨팅 (Quantum Computing):

  양자역학의 핵심 원리인 중첩(superposition)과 얽힘(entanglement)을 활용하여 기존 컴퓨터로는 해결하기 어려운 복잡한 계산 문제를 처리하는 차세대 컴퓨팅 기술. 0과 1의 이진 비트 대신 큐비트(quantum bit)를 사용하여 훨씬 더 많은 정보를 동시에 처리하며, 신약 개발, 신소재 설계, 금융 모델링, 인공지능 등 광범위한 과학 및 산업 분야에서 혁명적인 발전을 가져올 잠재력

  “시간 결정은 양자 컴퓨팅 및 감지 능력을 대폭 향상시키는 데 사용될 수 있습니다.”