꼬인 초전도 다이오드, 효율 27.6% 도달…시뮬레이션은 큐비트에 적합하다고 시사

플로리다대학교, 대만 국립청궁대학교, 슬로바키아 과학아카데미, 뉴욕주립대학교 버펄로 캠퍼스 연구진이 잡음이 더 적은 초전도 양자 회로를 목표로 꼬인 NbSe2로 만든 초전도 다이오드를 소개했다. Han Zhong, Denis Kochan, Igor Žutić, Yingying Wu가 저술한 이 논문은 2026년 10월 10일 Nature Communications에 게재되었다. 학술지 페이지는 이 논문을 동료 심사를 거쳐 채택된 연구로서 조기 공개하는 것이라고 설명한다. 오픈 액세스 버전은 인용할 수 있지만, 최종 Version of Record로 대체되기 전에 수정될 수 있다.

연구팀이 다루는 문제는 초전도 회로에서 신호가 양방향으로 이동할 수 있다는 점이다. 저자들에 따르면, 이로 인해 반사와 역작용(back-action)이 주변 환경의 잡음을 회로의 결맞음 부분으로 되돌려 보내 충실도를 떨어뜨릴 수 있다. 초전도 다이오드는 비상반성, 즉 두 방향을 서로 다르게 취급하는 성질을 지니므로 회로 내부에서 이러한 후방 산란을 억제할 방법을 제공한다. 다만 저자들은 지금까지 이러한 다이오드의 효율과 양자 하드웨어로의 통합이 제한적이었다고 지적한다.

실험에서 연구팀은 NbSe2로 다이오드를 제작하고, 소자 평면 방향과 그에 수직인 방향 모두로 가한 자기장 속에서 작동시켰다. 초록에 따르면, 단 1°의 비틀림을 도입하자 비틀림이 없는 원래 상태의 소자에 비해 다이오드 효율이 높아져 27.6%에 이르렀다.

이 수치는 이상적인 100%에 크게 못 미친다. 저자들은 이것이 단점이 아니라고 주장한다. 이들의 양자 시뮬레이션은 이 중간 범위의 효율이 실험실에서 현실적으로 달성할 수 있는 수준인 동시에, 큐비트의 비조화성을 온전히 유지하고 이준위 시스템을 안정화하는 데 최선의 선택임을 시사한다. 다시 말해, 논문은 가능한 한 가장 강한 정류, 즉 다이오드의 단방향 효과가 양자 정보에 자동으로 가장 도움이 되는 것은 아니라고 말한다.

저자들은 이를 저전력·고충실도 양자 회로를 목표로 한, 꼬인 초전도체의 기본 특성에 관한 새로운 설계 원리로 제시한다. 논문에 명시된 연구 지원 기관으로는 미국 국립과학재단, 미국 에너지부, 슬로바키아 과학아카데미, 슬로바키아 연구개발청, 대만 국가과학기술위원회가 있다. 저자들은 이해 상충이 없다고 밝혔다.