양자 시뮬레이터는 양자 역학의 원리를 기반으로 하는 하드웨어의 여러 플랫폼 중의 하나로서, Top-down방식으로 문제의 해답을 모색하고자 합니다. 어느 특정 문제를 선택하여, 그에 최적화한 하드웨어를 준비하고 그 문제의 해답을 모색하는 것을 목적으로 합니다. 본 연구실에서는 반도체물질들을 기반으로 하여 양자 시뮬레이터를 제작하고 있습니다. 반도체 물질을 molecular beam epitaxy방법으로 웨이퍼를 준비한 후, 나노 소자 공정방법을 이용하여 양자 구조를 제작합니다. 광자와 엑시톤이 결합하여 엑시톤 폴라리톤을 구현하고 photoluminescence spectroscopy를 이용하여 그 광학적 성질을 연구하고 있으며, 이를 기반한 양자 시뮬레이터를 제작하고 있습니다. 현재, 이차원에 존재하는 양자상을 이해함으로 물질의 작동 원리를 이해하려는 목표를 가지고 있습니다.
그림 1. (왼쪽) 주사 전자 현미경 사진으로 찍은, GaAs/AlGaAs 반도체물질을 기반으로 제작된 광자 공명기와 양자 우물 합체된 구조. (오른쪽) 광자와 엑시톤이 강하게 작용했을 때, 엑시톤 폴라리톤이 생성되었을 때 나타나는 Photoluminescence 스펙트럼.
2. 나노 전자광학 소자 개발
최근 다양한 나노 물질들이 개발되었고, 우리 그룹에서는 탄소를 기반으로 한 여러 물질들 (그래핀, 탄소 나노 튜브)과 반도체 성질을 가지는 이차원 물질들을 결합하여 전자광학 소자들을 개발하고 있습니다. 특별히 이차원 물질 합성과 다양한 전자 광자 소자 제작을 하는 그룹들과 협업을 통해 과제를 수행하고 있습니다. 우리 그룹은 반도체, 양자, 전자기 물리 지식을 기반으로 하여 소자의 전자적 광학적 성질들을 수치 시뮬레이션을 통해 그 동작 원리를 이해하고 설명하는 연구를 하고 있습니다. 최근, MoTe2/BP/Graphene을 기반으로 하는 광대역 광자 다이오드 (그림 2 왼쪽)를 개발하였고, 수치 시뮬레이션을 통해 , 소자의 에너지 밴드 다이어그램을 통해 전자와 홀들의 흐름 (그림2 오른쪽) 을 그림으로 전류-전압 추세를 이해하고 있습니다.
그림 2. (왼쪽) MoTe2/BP/Graphene 을 기반한 수직적 광자 다이오드 구조 (오른쪽) 광자 다이오드안에 그려 놓은 에너지 밴드 다이어그램과 전자와 홀들의 흐름 방향을 표기하여 전류수송 관계를 표현한 그림 (Nano Letters 16, 3278 (2016)).
3. 하이브리드 고전 양자 알고리즘 개발
양자 컴퓨터는 양자 역학을 기반으로 다양한 연산을 수행하고, 고전적 컴퓨팅과는 전혀 다른 구동 방식을 작동합니다. 현재 개발된 양자 컴퓨터에서 구동하는 알고리즘들은 고전과 양자 알고리즘들로 구성됩니다. 최근에 고전 머신 러닝 알고리즘들과 양자 알고리즘을 접합하여 기능성을 향상시키는 분야가 활발한 연구 대상입니다. 우리 그룹에서는 하이브리드 고전 양자 알고리즘들이 양자 하드웨어에서 구현되었을 때 향상된 정도를 수치화 할 수 있는지를 현재 연구의 목표로 하고 있습니다.
본 그룹이 속해 있는 워터루 대학교는 토론토 피어슨 국제 공항에서 서쪽 방면으로 약 90 km로 떨어진 워터루 도시에 위치하고 있습니다. 한국에서는 인천공항 토론토 직항편을 이용할 수 있고, 공항에서 자동차로 약 1시간 거리이기에 접근이 용이합니다.
■ 주소 : 200 University Ave West, Waterloo, ON, N2L 3G1, Canada■ 웹페이지 : https://research.iqc.uwaterloo.ca/quinkim
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국가
캐나다
소속기관
University of Waterloo (학교)
연락처
519-888-4567 https://research.iqc.uwaterloo.ca/quinkim/
책임자
김나영 nayoung.kim@uwaterloo.ca
