[굿모닝 사이언스] 전기없이 전자파만으로 움직이는 컴퓨터를 만든다

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[파이낸셜뉴스] 매사추세츠 공과 대학(MIT) 연구진은 29일(한국시간) 전기가 필요 없는 전자파로 컴퓨팅을 정밀하게 제어할 수 있는 새로운 회로 설계를 고안했다. 전자기기보다 효율적으로 계산할 수 있는 실용적 자기 기반 장치를 향해 한 걸음 나아갔다.

컴퓨터의 성능이 올라갈 수록 기존의 반도체도 성능향상의 한계에 이르게 된다. 세계 과학자들은 이를 극복하기 위해 다양한 시도와 연구를 지속해오고 있다.

MIT 전자연구소 스핀트로닉 소재 및 장치 연구단의 루치아오 리우 교수는 "사람들은 실리콘을 뛰어넘는 컴퓨팅을 찾기 시작했고 전자파형 컴퓨팅은 유망한 대안"이라고 말했다.

일반적인 컴퓨터는 컴퓨팅 및 데이터 저장을 위해 막대한 양의 전기를 사용하며 많은 열을 방출한다. 연구자들은 보다 효율적인 대안을 찾기 위해 상대적으로 적은 전기를 사용하고 열을 거의 발생시키지 않는 자기 기반 '스핀 트로닉' 장치를 설계하기 시작했다.

스핀트로닉스는 전자가 서로 다른 방향으로 회전하는 것을 '0과 1' 디지털 신호로 인지해 데이터를 저장하는 데 쓴다. 전자를 컴퓨팅 정보 최소 단위 비트(bit)로 삼기 때문에 실리콘을 이용한 기억 소자보다 훨씬 많은 데이터를 빨리 처리할 수 있다.

스핀트로닉 장치는 격자 구조를 가진 자성 물질에서 전자의 양자 특성인 '스핀 파'를 활용한다. 스핀파는 작은 파장을 가진 에너지의 파동이다. 이 접근법은 계산과 상관관계가 있을 수 있는 측정 가능한 출력을 생성하기 위해 스핀파 특성을 변조하는 것을 포함한다. 지금까지 스핀파를 변조하려면 신호 노이즈가 발생하고 성능이 저하되는 부피가 큰 구성요소를 사용해 전기를 주입해야 했다.

MIT의 연구원들은 추가 요소나 전류없이 지나가는 스핀파를 변조하기 위해 층층이 쌓인 자성 물질에 나노미터 넓이의 자벽만 사용하는 회로 구조를 개발했다. 차례로 스핀파를 조정해 필요에 따라 벽의 위치를 제어할 수 있다.

이것은 일반적인 컴퓨팅에 사용되는 1과 0에 해당하는 두 개의 변화된 스핀파 상태를 정확하게 제어한다.

향후 한쌍의 스핀파가 이중 채널을 통해 회로로 공급될 수 있고 서로 다른 속성에 맞게 변조되며 광자파 간섭이 양자 컴퓨팅에 사용되는 것과 유사한 측정 가능한 양자 간섭을 생성하기 위해 결합할 수 있다.

연구진은 양자 컴퓨터와 같은 간섭 기반의 스핀트로닉 장치가 기존 컴퓨터가 어려움을 겪고 있는 매우 복잡한 작업을 실행할 수 있다고 전망하고 있다.

[e-mail] 김만기 기자