컴퓨팅
페로브스카이트가 광자 컴퓨팅의 열쇠가 될 수 있을까?
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태양 에너지에서 광자 컴퓨팅으로
페로브스카이트는 태양 에너지 분야에서 그 잠재력이 점점 더 많이 연구되는 새로운 종류의 물질입니다. 반도체 결정은 기존의 실리콘 기반 태양 전지보다 빛을 전기로 변환하는 데 훨씬 더 강력할 수 있습니다.
Source: iRocks
이는 우리가 “태양 에너지 시대—인류를 위한 밝은 미래“에서 논의한 태양 전지 기술을 개선할 수 있는 한 가지 가능한 방법입니다. 이제 페로브스카이트가 실리콘과 경쟁할 수 있는 또 다른 분야, 즉 컴퓨팅에서도 가능할 것으로 보입니다.
전통적인 실리콘 프로세서가 점점 작아짐에 따라, 업계는 계산을 다르게 수행할 방법을 찾고 있습니다. 한 가지 고려되는 방법은 광자 기술(포톤닉스)으로, 전기 대신 빛을 데이터 전달 매체로 사용하여 계산을 수행하는 방식입니다. 이렇게 하면 계산을 빛의 속도로 수행할 수 있어 기존 전자 계산에 필요한 트랜지스터 수를 크게 줄일 수 있습니다.
이를 위해 제안된 광자 컴퓨팅 시스템 구축 방법에는 실리콘의 레이저 기반 나노스케일 조작과 보다 나은 빛-소리 변환 시스템이 포함됩니다.
대부분의 광자 기술은 칩 제조 산업에서 가장 잘 이해되는 실리콘 기반 솔루션에 초점을 맞추어 왔습니다.
그럼에도 불구하고, 빛과 전기를 동시에 다룰 수 있는 능력으로 알려진 페로브스카이트는 광자 컴퓨팅의 훌륭한 기반이 될 수 있습니다.
페로브스카이트 결정 자유롭게 형태 만들기
이것은 폴란드, 이탈리아, 아이슬란드, 호주 등 여러 기관과 협력한 워르샤 대학 물리학부 연구진이 따랐던 논리였습니다. 페로브스카이트 기반 광자 기술의 진전을 촉진하기 위해, 그들은 페로브스카이트 결정을 정밀하게 “절단”할 수 있는 방법을 만들었습니다. 그들은 이 방법을 “예정된 페로브스카이트 결정 파이버 가이드, 실온 엑시톤‑폴라리톤 응축 및 가장자리 레이저 발진“라는 기사에 상세히 기술했습니다.
그들이 사용한 물질은 CsPbBr3(세슘‑납‑브롬화물)이라는 종류의 페로브스카이트입니다. 비선형 광 증폭에 필요한 에너지가 낮아 광학 응용에 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 이는 이 물질이 매우 적은 에너지 소비로 빛을 증폭하고 변조할 수 있음을 의미하며, 전자공학에 비해 광자 기술의 핵심 장점 중 하나입니다.
그들의 방법은 CsPbBr3 결정을 단순한 모서리부터 부드러운 곡선까지 어떤 형태로도 만들 수 있게 했습니다. 이는 결정학에서 일반적으로 달성하기 매우 어려운 일입니다.
또한, 이러한 결정은 어떤 기판 위에서도 제작할 수 있어 기존 광자 장치와 호환됩니다. 따라서 혁신적이지만 완전히 새로운 광자 기술 분야를 개발할 필요 없이 바로 활용할 수 있습니다.
그들이 어떻게 했는가
연구진이 페로브스카이트 결정을 성장시키기 위해 사용한 많은 방법은 반도체 산업에서 알려진 방법을 파생한 것입니다. 예를 들어, 용액 농도와 성장 온도를 엄격히 제어하고 포화된 용매 증기의 분위기를 유지합니다.
그들은 이후 전자빔 리소그래피와 플라즈마 식각을 이용해 거의 원자 수준으로 매끄러운 갈륨 비소 템플릿을 사용했습니다. 갈륨 비소는 특히 LED 조명 생산에 사용되는 잘 알려진 물질입니다.
마이크로플루이딕 접근 방식을 사용해, 그들은 템플릿에서 원하는 어떤 형태든 인쇄할 수 있는 좁은 폴리머 몰드 안에서 결정을 성장시켰습니다.
광자 페로브스카이트가 할 수 있는 일
빛에 대한 전력 제어
이 결정들은 강한 비선형 광학 효과도 보여주었습니다. 비선형 광학은 빛의 색과 형태를 시간과 공간에서 변화시켜 인간이 만든 가장 짧은 이벤트를 생성할 수 있게 해줍니다—이 모든 현상은 광자 계산에 매우 유용합니다.
양자 효과
페로브스카이트 결정에서 방출되는 빛은 보스‑아인슈타인 응축이라는 매우 특수한 물질 상태에 의해 생성됩니다.
Source: UCSB 물리학부
이것은 고체, 기체, 액체, 플라즈마에 이어 다섯 번째 물질 상태이며, 많은 원자들이 일반 물질이 아닌 파동처럼 행동할 수 있게 합니다. 이로 인해 여러 원자가 보통은 아원자 입자에서만 나타나는 양자 효과를 거의 거시적인 규모에서 볼 수 있게 됩니다.
이 페로브스카이트 결정의 상태는 엑시톤‑폴라리톤 응축을 생성했으며, 이는 보스‑아인슈타인 응축의 특정 하위 유형입니다.
따라서 관찰된 비선형 효과는 응축 내부의 상호작용과 연관될 가능성이 높습니다.
페로브스카이트 구조의 고유한 특성 덕분에 응축은 결정 내부를 장거리로 이동할 수 있으며, 방출된 빛은 공기 간극을 통해 인접 구조로 전파될 수 있습니다.
이러한 보스‑아인슈타인 응축을 자유롭게 생성하고 조작할 수 있게 되면 과학자들은 빛을 매우 정밀하게 방출하고 산란시킬 수 있는 가능성을 얻게 됩니다.
이는 신뢰성 높고 고성능인 광자 칩을 개발하는 데 크게 도움이 될 것입니다.
예측을 위한 시뮬레이션
연구 논문은 복잡한 계산 덕분에 복잡한 형태의 3D 구조와 그 구조가 광자 모드에 미치는 영향을 시뮬레이션하고 이미지 형성을 보여줄 수 있었다고 설명합니다.
“이 발견은 고전 및 양자 컴퓨팅 작업을 모두 처리할 수 있는 소형 ‘온‑칩’ 시스템에 활용될 수 있게 합니다.
우리는 우리의 발견이 단일 광자 수준에서 작동하고, 나노 레이저와 파이버 가이드 및 기타 요소를 하나의 칩에 통합할 수 있는 미래 장치의 문을 열 것이라고 예측합니다.
따라서 향후 연구는 전기 신호 없이도 광자와 데이터 전송에 유용한 광학 효과를 예측할 수 있게 될 것입니다.
미래 응용
광자‑양자 컴퓨터
이러한 페로브스카이트 발견의 핵심 장점 중 하나는 이 결정들을 실온에서 사용할 수 있다는 점입니다.
이는 매우 중요한데, 보스‑아인슈타인 응축 효과는 일반적으로 절대 영도에 거의 근접한 온도에서만 관찰되기 때문입니다. 따라서 일반적인 컴퓨팅에 적용하기엔 실용성이 크게 떨어집니다.
이는 양자 컴퓨팅과 광자를 연결하는 경계를 흐리게 할 수 있으며, 미래의 컴퓨터 시스템이 두 기술을 동시에 활용할 가능성을 열어줍니다.
여기에는 비선형 광자를 파이버 가이드, 커플러, 스플리터, 변조기 등으로 활용하는 매우 고급 개념이 포함됩니다.
실리콘‑페로브스카이트 컴퓨팅
이 새로운 정밀 조정된 페로브스카이트 결정의 또 다른 장점은 실리콘 및 갈륨‑비소 기판과의 호환성입니다. 따라서 기존 실리콘 및 기타 반도체 기술과 쉽게 결합할 수 있습니다.
이는 현재 컴퓨팅 기술과 광자 채택 사이의 격차를 크게 줄일 수 있으며, 광자는 제한된 응용 분야부터 먼저 개발·채택되어 완전히 새로운 병렬 기술 세트를 먼저 구축할 필요가 없게 됩니다.
페로브스카이트 및 광자 분야에 투자하기
태양광 및 컴퓨팅 분야에서 이미 활용되고 있는 페로브스카이트와 광자는 물질 과학 및 컴퓨팅 혁신의 최전선에 있지만, 이미 투자할 수 있는 상태입니다.
여러 중개업자를 통해 광자 기업에 투자할 수 있으며, securities.io에서 미국, 캐나다, 호주, 그리고 영국을 포함한 최고의 중개업자에 대한 우리의 추천을 확인할 수 있습니다(다른 많은 국가도 포함).
특정 광자 기업을 직접 선택하고 싶지 않다면, Global X Cloud Computing ETF (CLOU), Defiance Quantum ETF (QTUM) 또는 ProShares Nanotechnology ETF (TINY)와 같은 ETF를 통해 보다 다양하게 광자 산업에 노출될 수 있습니다.
또한 “실리콘이 아닌 컴퓨팅 기업 Top 10”에 관한 기사도 읽어볼 수 있습니다.
광자 기업
1. JABIL
JBL 가격 차트
2023년 말, 인텔은 광자 사업을 반도체 제조업체인 Jabil(JBL)에게 매각하기로 결정했습니다.
구체적으로는 인텔의 실리콘 포톤닉스 트랜시버 기술을 인수했으며, 이는 실리콘 위에서 광신호와 전기 신호를 연결하는 역할을 합니다.
“인텔의 모듈은 대형 데이터 센터에서 이더넷 스위치를 연결하는 데 사용되지만, 대역폭 수요가 증가함에 따라 실리콘 포톤닉스와 스위치 ASIC이 결합된 공동 패키징이 미래 데이터 센터 네트워크를 확장하는 데 필요한 대역폭 밀도를 제공할 것으로 기대됩니다.
Jabil은 인공지능에 의해 촉발되는 전력 및 냉각 요구 사항을 충족하기 위해 고객이 혁신적인 기술을 데이터 센터에 도입하도록 지원하는 데 매우 유리한 위치에 있습니다.
이로써 회사의 광자 부문에 추가적인 IP가 확보되었으며, 이미 광자 기반 기술을 상용화하고 있습니다:
- 섬유 연결 솔루션: 액티브 정렬, 패시브 정렬, 단일 섬유, 섬유 어레이.
- 조립 솔루션: 픽‑앤‑플레이, 다이 본드, 와이어 본드, 플립 칩, 리플로우.
- 에폭시 적용 및 관리: 선택, 특성화, 디스펜싱.
- 캡슐화 솔루션: 골드 박스, 댐‑앤‑필, 글롭‑탑.
- 프리‑스페이스 광학: 렌즈/렌즈 어레이, 빔 쉐이퍼, 스플리터, 디퓨저, 파이버 가이드.
Jabil은 자동차 제조업체, 의료·포장, 산업 기업, 5G 무선 등에서 수십억 달러 규모의 매출을 올리는 다각화된 사업을 운영하고 있으며, 2024년 총 매출은 275억 달러에 달합니다.
회사는 이미 분할기, 쉐이퍼 등 광 배열을 위한 부품을 생산하고 있어 향상된 광자 기술로부터 큰 혜택을 받을 수 있습니다.
인텔 IP는 페로브스카이트 결정이 방출하는 빛과 실리콘 사이의 격차를 메우는 데에도 도움이 될 수 있습니다.
AI 애플리케이션을 위한 칩 상호 연결 수요가 증가함에 따라, 이는 실리콘 기반 컴퓨팅과 광자 기반 광 네트워킹을 연결하는 최초의 큰 돌파구가 될 수 있습니다.
2. II-VI Marlow / Coherent
COHR 가격 차트
Coherent는 26,000명 이상의 직원을 보유한 대형 산업 콘글로머리트이며, 레이저 기술 분야의 선두주자입니다. 이는 고급 소재 기업 II‑VI Marlow와 레이저 제조업체 Coherent의 합병 결과입니다.
(INTC )이 회사는 인듐 인산화물, 에피택셜 웨이퍼, 갈륨 비소 등 레이저, 광학 및 광자 분야에 사용되는 고급 소재에 대한 전문가입니다.
지난 10년간 다수의 인수를 통해 크게 성장했습니다.
(COHR )
Source: Coherent
이 회사는 매출의 29%를 레이저에서 발생시키며, 나머지는 광섬유, 전자제품 및 계측 장비와 같은 연관 장비에서 발생합니다.
Source: Coherent
이 회사가 열광전지(thermophotovoltaics)와 같은 고급 소재, 실리콘 카바이드, 레이저 및 전자 분야에 존재함으로써 정밀 제조, 적층 제조(3D 프린팅), 전동화 및 재생 에너지와 같은 구조적 트렌드의 성장 혜택을 누릴 수 있습니다.
최근 이 회사는 실리콘 카바이드 사업을 새로운 법인으로 분리했으며, 이 법인의 75%는 Coherent가 소유하고 나머지 25%는 파트너인 Mitsubishi Electric(실리콘 카바이드 전력 IP 제공)과 Denso(전동화 및 전력 반도체 분야의 자동차 공급업체 활동 제공)가 각각 동등하게 소유하고 있습니다.
