NVision Quantum, 카르벤 분자 큐비트 T2 2.2 ms 달성…HyperLight TFLN 칩 통합 협력

카르벤 분자 스핀 큐비트의 구조와 동작 원리

NVision Imaging Technologies GmbH, 울름대학교, 예루살렘 히브리대학교 공동 연구팀은 방향족 바이페닐 고리에 결합된 이가 탄소 단위인 카르벤 분자를 유기 결정 격자 내 개별 고정 큐비트로 구현하는 실험을 수행했다. 전구체 화합물에 집속 레이저를 조사해 질소를 제거하면 카르벤 분자가 제자리에 생성되는 방식이다. 이 큐비트는 4.5 K에서 동작하며 희석 냉동기 없이 헬륨 냉각조만으로 운용할 수 있다.

주변 수소 원자에서 비롯되는 자기 잡음은 영점 분리 파라미터 |D| = 11.16 GHz, |E| = 0.54 GHz라는 큰 에너지 분리로 억제된다. 파장 595.04 nm 레이저를 통해 영점 포논선(ZPL) 경로로 스핀 초기화와 판독이 이루어지며, 단일 광자 반군집 dip 값 g²(0) = 0.142가 측정되어 단일 분자 발광임이 확인됐다. 펄스 마이크로파에 동적 디커플링 시퀀스를 결합한 결과 스핀 결맞음 시간 T2는 2.2 ms, 스핀-격자 이완 시간 T1은 21 ms로 나타났다.

TFLN 칩렛 통합과 HyperLight 파트너십

NVision는 HyperLight Corporation의 박막 리튬 나이오베이트(TFLN) 칩렛 플랫폼 위에 카르벤 박막을 직접 증착하는 방향의 협력을 체결했다. TFLN 기판의 온칩 도파관을 통해 개별 큐비트 사이를 광학적으로 연결하면 기존 고밀도 고체 소자의 물리적 배선 병목과 누화 문제를 구조적으로 우회할 수 있다.

이 플랫폼은 클린룸 공정 없이 용액 기반 증착만으로 제조 라인 호환성을 확보하는 것이 핵심 목표다. 분자 스핀 전이가 스펙트럼 상 명확히 분리되어 있으며, 설계 구조상 최대 70%의 광학적 손실도 허용 가능하다는 점은 현실적 이점으로 평가된다.

남은 기술 과제와 로드맵

현 단계는 단일 큐비트 수준의 실험실 시연에 머물러 있으며, 실용화까지 여러 장벽이 존재한다. 대면적 웨이퍼 전반에 걸친 균일한 분자 박막 증착 기술, 분자-도파관 간 광학 결합 손실 최소화, 서로 다른 큐비트 간 고충실도 얽힘 게이트 구현이 핵심 관문으로 꼽힌다.

NVision는 2026년 말까지 온칩 프로토타입 시연을 계획하고 있으며, 2030년 내 오류 허용 논리 시스템 구현을 장기 로드맵으로 제시했다.

기술적 맥락과 의미

다이아몬드 NV 중심, 탄화규소 결함 등 기존 고체 색심 방식과 비교할 때, 유기 분자 스핀 큐비트는 화학 합성으로 분자 구조를 정밀 조정할 수 있고 용액 공정 증착이 가능하다는 제조 이점을 갖는다. 다만 결맞음 유지, 웨이퍼 스케일 균일도, 큐비트 간 게이트 충실도 검증은 실용화 이전에 반드시 해결해야 할 과제로 남아 있다.