[IT동아 차주경 기자] 양자컴퓨터의 핵심 부품이자 국가 전략 부품인 TWPA(Traveling Wave Parametric Amplifier, 진행파 파라메트릭 증폭기)를 우리나라 연구진이 독자 개발해 화제를 모은다. 주인공은 성균관대학교(총장 유지범) 양자정보공학과 정연욱 교수 연구팀(정연욱 교수, 김영두·고영우·박종원 연구원)이다.

성균관대학교 양자정보공학과 정연욱 교수 연구팀이 만든 TWPA 소자 / 출처=성균관대학교

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연산 시 0과 1을 사용하는 기존 컴퓨터와 달리, 양자컴퓨터는 0과 1을 중첩해서 데이터를 읽고 쓰는 큐비트를 쓴다. 이 때 쓰는 양자 신호는 아주 미세해서 잡음이 없는 초고정밀 신호 증폭기를 써야 원활하게 다룬다. TWPA는 양자역학의 이론 하에서 가장 잡음이 없는 신호 증폭기다. 미국을 포함해 세계 선진국 극히 일부만 TWPA를 독자 개발, 제작할 역량을 가졌다. 이에 선진국은 첨단 반도체 기술과 함께 TWPA를 포함한 파라메트릭 증폭 기술에 엄격한 수출 통제 조치를 적용한다.

정연욱 교수 연구팀이 만든 TWPA는 조셉슨 접합(Josephson Junction, 초전도체를 이용한 터널링 양자소자. 반도체의 트랜지스터 역할을 하는 초전도 회로의 기본 구성 요소) 2980개로 구성됐다. 성균관대학교측은 독자 개발한 TWPA의 성능이 증폭률 20dB 이상에 주파수 대역폭 1GHz 이상, 포화 세기 -100dBm 이상과 삽입손실 1dB 이하 등 세계 최고 수준이라고 밝혔다. 이어 설계와 제작, 패키징과 극저온 평가 분석, 양산과 수율 확보 기술 모두를 자체 확보해 우리나라 양자 기술의 역량을 끌어올린 동시에 세계 무대에서 겨룰 준비를 마친 셈이라고도 강조했다.

성균관대학교 양자정보공학과 정연욱 교수 연구팀이 만든 TWPA 소자의 패키지 / 출처=성균관대학교

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연구팀은 2025년 12월 첫 워킹다이(WD) 웨이퍼를 얻은 이후 엔지니어 샘플(ES)을 우리나라 내외 연구자들에게 배포, 성능을 검증하며 기술개발을 마무리 중이다. 김영두 연구원은 “연구팀은 초전도 큐비트와 양자 프로세서 칩 공정, 극저온 마이크로파 패키징 등 관련 기술을 수 년간 꾸준히 연구했다. 성균관대학교 연구진은 이미 세계 수준의 초전도 양자칩 제작 역량 전반을 가졌고, 이미 20~50큐비트 규모의 양자 프로세서(QPU)를 공급한 실적도 있다. 이런 역량에 우리나라의 반도체 기술을 더한 덕분에 TWPA 설계부터 칩 제작까지 매우 빠른 속도로 진행 가능했다. 세계 선두권 나라와 어깨를 나란히 할 만한 초전도 양자기술 개발 역량을 증명한 데 이어 양자 칩 세계 1등의 주역으로 발돋움하겠다."고 밝혔다.

성균관대학교 양자정보공학과 정연욱 교수 연구팀이 TWPA 소자를 측정하는 모습 / 출처=성균관대학교

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정연욱 교수는 “세계 각국이 양자 기술을 빠르게 산업화한다. 양자 컴퓨터의 핵심 부품 기술을 순수 국내 기술로 자체 확보하고 전략부품의 수출통제에 대응할 역량을 키운 점, 상용화를 위한 수율과 양산성을 확보한 점에서 이번 성과는 우리나라 양자 소재·부품·장비 산업의 전기가 될 것으로 생각한다."고 밝혔다.

이어 "이번 성과를 기술이전이나 창업으로 이어가 본격 상용화를 추진할 예정이다. 성균관대학교 연구팀은 그 밖에도 세계 수준의 양자 기술 경쟁력을 갖도록 연구 개발을 이어가겠다. 세계 양자기술 협력 생태계의 일원으로 인재를 양성하고 양자 기술을 선도하는 연구와 교육의 중심 역할을 강화하겠다."고 강조했다.

IT동아 차주경 기자(racingcar@itdonga.com)

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