| 연구목표 |
본 연구 개발은 극저온에서 안정적으로 동작이 가능한 RF MEMS 스위치를 개발하고, 이를 변조 소자로 사용하는 FBAR 공진기와 결합하여 고집적, 고성능의 magnet-free 서큘레이터 개발을 목표로 한다. FBAR 공진기의 변조 소자로 사용할 20mK에서 신뢰적으로 동작 가능하며, 초고속 동작(<100ns), 낮은 insertion loss(<0.5dB), 높은 isolation(>60dB) 및 높은 RF power handling(>1μW)을 가지는 RF MEMS 스위치를 개발 후, 이를 FBAR 공진기와 결합한 On-chip 서큘레이터를 제작한다. 최종적으로, 1 GHz의 대역폭과 0 dBm의 P-1dBm compression point를 갖는 4.5 GHz center-frequency 서큘레이터를 개발하고, 이를 Qubit의 Readout 회로에 적용하여 큐빗의 확장과 집적도 향상을 달성하여 경쟁력 있는 양자 컴퓨팅 원천 기술을 확보하고자 한다. |
| 연구내용 |
본 연구진은 극저온에서 동작 가능한 RF MEMS 스위치와 이를 통해 변조되는 FBAR로 구성된 magnet-free 서큘레이터를 개발하고자 하며, 이는 큐빗의 Readout 회로에 사용되던 기존의 페라이트 서큘레이터의 단점(큰 부피, 비싼 가격, CMOS 공정 비호환)을 해결할 것으로 생각된다. 1차년도에는 초고속 동작(<100 ns), 낮은 insertion loss(<0.5dB), 높은 isolation(> 60dB) 및 높은 RF power handling(>1μW) 을 갖는 RF MEMS 스위치를 설계할 것이다. 기계적 설계 및 FEM 시뮬레이션을 통해 MEMS 스위치의 동작 특성을 예측 및 분석하고, 스위치의 구조적 형상 및 수치를 최적화하여 설정한 정량적 목표를 달성할 것이다. 2차년도에는 본 연구진이 보유하고 있는 초정밀 나노 패턴의 제작 기술과 완성도 높은 소자 개발 경험, 최고 수준의 팹/장비 기술적 인프라를 바탕으로 1차년도에 설계한 RF MEMS 스위치를 신뢰적으로 제작할 것이다. 제작한 스위치는 본 연구진이 보유하고 있는 스위치 측정셋업과 Purdue Sunil 교수 연구진이 보유한 극저온 측정 셋업을 활용하여 성능을 검증할 것이다. 3차년도와 4차년도에는 제작한 RF MEMS 스위치와 FBAR을 집적하여 1 GHz의 대역폭과 0dBm의 P-1dBm compression point를 갖는 4.5 GHz center-frequency 서큘레이터를 개발할 것이다. 최종적으로 On-chip MEMS 서큘레이터를 큐빗의 Readout 회로에 집적하여 고성능, 고집적 양자컴퓨팅 Readout 회로를 구현할 것이다. |
| 기대효과 |
본 연구진이 제안하는 RF MEMS 스위치와 FBAR을 병합한 magenet-free MEMS 서큘레이터는 더 완전한 양자 우위에 도달하여 양자 컴퓨터의 상용화를 이루고자 하는 기술적 흐름을 바탕으로 양자 컴퓨터의 큐비트 확장에 활용될 것으로 기대된다. MEMS 서큘레이터는 기존 학계에 보고된 바 없는 새로운 혁신적인 아이디어로, 혁신적인 변화가 없던 기존 서큘레이터 기술에 새로운 파장을 불러일으킬 것이며, 양자 컴퓨팅 관련 기업화 및 기술 이전에 큰 수요가 있을 것으로 예상한다. 본 연구를 통해 큐비트 확장에 적합한 서큘레이터를 구현한다면 양자컴퓨터의 큰 기술적 진보 및 도약을 이루어낼 것으로 예상하며, 양자 컴퓨터에 필수적인 서큘레이터에서 기술적 격차를 만들어내며, 더 나아가 양자 컴퓨팅 분야에서 한국 기술의 영향력을 넓힐 것으로 기대한다. 또한, 양자컴퓨터의 시대로 더 나아가 기존의 슈퍼컴퓨터가 소모하던 대규모 전력을 크게 줄여 전 세계의 에너지 사용 절감 및 환경 보호에도 기여할 수 있을 것이다. |
| 키워드 |
양자 컴퓨터,서큘레이터,RF MEMS 스위치,극저온 회로,Readout |
