삼성전자 '양자 컴퓨터의 초전도 큐빗 메모리' 특허 대표도삼성전자가 양자컴퓨터의 기억 장치를 칩 바닥에 나란히 깔지 않고, 층층이 쌓는 구조를 연구 중인 것으로 확인됐다. 추후 기술 발전으로 양자컴퓨터 큐빗 수가 늘어날 때 '기억부는 어디에 둘 것인가'를 고려해 먼저 확보해 둔 선행 권리로 해석된다.
27일 업계에 따르면 삼성전자가 양자컴퓨터용 초전도 큐빗 메모리를 수평이 아닌 수직으로 쌓는 구조 특허(KR102778201B1)를 등록한 것으로 확인됐다. 미국에서도 동일 계열 특허(US12062826B2, US12381298B2)가 등록됐다.
양자컴퓨터는 일반 컴퓨터의 비트(0 또는 1)과 달리 큐빗(0과 1이 겹친 상태, 중첩)으로 정보를 다룬다. 매우 낮은 온도에서 전기 저항이 사라지는 성질을 이용한다. 삼성전자가 양자컴퓨팅을 다루는 방식은 이 큐빗을 칩 위 회로 소자로 구현하는 '초전도 회로'다.
기존에는 계산하는 부분(트랜스몬)과, 계산 결과를 잠시 맡아 두는 부분(초전도 공진기) 둘을 칩 바닥에 나란히 깔았다. 방이 옆으로만 늘어나는 것과 같아서, 기억 공간을 늘리려면 칩이 커지고 부품 사이 연결도 약해지며 바깥 잡음에도 쉽게 흔들렸다. 큐빗은 온도·전자기 잡음·진동에도 상태가 흐트러지기 쉽다.
삼성전자의 등록 특허는 기억부를 수직으로 쌓는 방식으로 해법을 마련했다. 기판 위에 얇은 초전도 배선층(공진기)을 올리고 그 위에 전기를 막는 절연층, 다시 그 위에 잡음을 막는 초전도 덮개층을 올린다. 이 세 겹을 여러 단 반복한다. 두께는 배선층·덮개층이 각각 약 50~100나노미터, 절연층이 약 200~600나노미터 수준이다. 홀수 층과 짝수 층은 덮개를 넣는 방향을 서로 반대로 둔다.
이 방식을 활용하면 △같은 면적에 기억을 더 넣을 수 있고 △층과 층이 매우 가까워 서로 잘 맞물리며 △위쪽 덮개가 바깥 전자기파를 막아 신호가 덜 흐트러진다.
이 해법은 삼성의 본업과도 맞닿아 있다. 낸드를 수직으로 쌓고 HBM을 적층해 용량을 늘려 왔는데 초전도 박막과 절연막, 차폐층을 겹겹이 올리는 그림은 반도체 적층 공정의 연장에 가깝다.
앞서 삼성종합기술원(SAIT) 역시 초전도 멀티큐빗 칩과 극저온에서 돌아가는 제어칩을 붙여, 확장 가능한 양자 프로세서를 연구 중이다. 이번 특허는 그 연구 라인에서 “기억은 어떻게 집적할 것인가”에 대한 해법 중 하나에 가깝다.
업계 관계자는 “해당 연구는 완성된 양자컴퓨터를 겨냥한다기 보다, 반도체 공정으로 초전도 큐빗을 얼마나 균일하고 빽빽하게 찍을 수 있는지를 시험하는 선행 연구 단계로 볼 수 있다”고 설명했다.