더지엠뉴스 김완석 기자 | 중국 과학계가 순도 99.99% 이상의 실리콘-28 동위원소 대량생산에 성공하며 실리콘 기반 양자칩 핵심 소재 공급망을 확보했다. 양자컴퓨팅, 첨단 반도체, 고성능 항법, 계측 표준으로 이어지는 전략 소재의 자주 공급 기반이 마련됐다.

16일 과학기술일보와 중국중앙TV에 따르면, 중국 국유 원자력 산업그룹 중국핵공업그룹(中核集团, 증권번호 없음)은 전날 산하 연구기관이 안정 동위원소 농축과 고순도 실리콘 제조 분야에서 핵심 돌파를 이뤘다고 발표했다. 중국원자능공업유한공사(中国原子能工业有限公司, 비상장) 산하 핵공업리화공정연구원은 순도 99.99%를 넘는 실리콘-28 동위원소의 자주적 대량생산을 처음 실현했다. 제품의 주요 지표는 국제 선진 수준에 도달했다는 설명도 붙었다.

실리콘-28은 실리콘 기반 양자칩 제조에서 핵심 재료로 꼽힌다. 실리콘 기반 양자컴퓨팅은 대규모 확장 가능성이 큰 기술 경로로 평가받아 왔고, 실리콘-28은 이 경로에서 큐비트 안정성을 높이는 소재로 쓰인다. 천연 실리콘 속 실리콘-28 비율은 약 92.2%지만, 양자칩 소재로 쓰려면 순도를 99.99% 이상까지 끌어올려야 한다.

고순도 실리콘-28은 원자핵 스핀이 0에 가까워 양자계산 과정에서 생기는 환경 잡음 간섭을 크게 낮출 수 있다. 실리콘-29는 양자상태에 간섭을 일으킬 수 있어, 실리콘-28을 극도로 높은 비율로 분리·농축하는 기술이 필요하다. 중국이 자주적 대량생산에 성공하면서 실리콘 기반 양자칩 핵심 소재의 원천 공급 공백을 메웠다는 평가가 나왔다.

중국과학원 원사 위다펑은 이번 성과가 실리콘 기반 양자컴퓨팅의 긴급한 소재 공급 병목을 풀었다고 밝혔다. 그는 고순도 실리콘-28 생산이 중국의 대규모 큐비트 조작 실험과 장치 개발을 위한 기반을 넓힌다고 설명했다. 양자칩 연구가 실험실 단위에서 확장형 시스템으로 이동하려면 핵심 소재의 안정 공급이 선행돼야 한다는 뜻이다.

핵공업리화공정연구원 원장 장훙민은 실리콘-28 정제가 화학반응으로 실리콘-29를 실리콘-28로 바꾸는 방식이 아니라고 설명했다. 그는 세 가지 실리콘 동위원소를 콩 고르듯 분리해 한쪽에는 실리콘-28을 농축하고, 다른 쪽에는 실리콘-29와 실리콘-30을 모으는 방식이라고 말했다. 이 과정은 극히 작은 동위원소 차이를 식별하고 대량으로 모으는 물리·공학 복합 기술에 가깝다.

중국 언론은 실리콘-28을 세계에서 가장 순수한 실리콘이라고 표현했다. 이 소재는 실리콘 기반 양자 장치 개발에 필수적이며, 양자칩의 스핀 큐비트 구현에서 잡음 억제와 일관성 유지에 영향을 준다. 실리콘 반도체 제조 기반과 양자칩 연구를 연결할 수 있다는 점에서 산업 확장성도 크다.

성과를 낸 주체는 중국핵공업그룹 계열 연구기관이다. 중국핵공업그룹은 원자력 산업과 동위원소 기술을 축적해 온 국유 과학기술 기업군이며, 중국원자능공업유한공사는 동위원소와 핵기술 응용 분야를 맡는 산하 기업이다. 핵공업리화공정연구원은 안정 동위원소 분리와 고순도 소재 제조 기술을 지속적으로 개발해 왔다.

안정 동위원소는 핵의학 영상, 정밀 방사선 치료, 핵안보 추적, 환경 추적, 기초물리 연구에도 쓰인다. 중국은 실리콘-28 외에도 몰리브덴, 텔루륨, 니켈 등 12개 원소의 26개 안정 동위원소를 생산해 왔다. 핵공업리화공정연구원 연구팀은 안정 동위원소 분리 기술의 공학화와 산업화를 꾸준히 추진했다.

고순도 실리콘-28의 국산화는 첨단 반도체 제조와도 연결된다. 실리콘 기반 양자칩은 기존 반도체 공정과 결합할 여지가 크고, 고순도 소재의 안정 공급은 칩 설계·제조·측정 전 과정을 뒷받침한다. 중국 매체들은 이 성과가 첨단 공정 반도체, 고성능 항법, 계측 표준 분야의 질적 발전에도 기반을 제공한다고 전했다.

중국은 양자컴퓨팅과 반도체 소재를 국가 전략기술의 핵심 축으로 다뤄 왔다. 실리콘-28 대량생산은 양자칩을 둘러싼 소재 의존도를 낮추고, 장기 연구개발에 필요한 반복 공급 체계를 갖췄다는 점에서 중요하다. 연구기관과 산업계가 같은 소재 표준을 공유할 수 있어 양자소자 제작과 성능 검증의 연속성도 높아진다.

핵공업리화공정연구원은 안정 동위원소 농축 기술과 고순도 실리콘 제조 기술을 결합해 제품 주요 지표를 국제 선진 수준까지 끌어올렸다고 설명했다. 중국핵공업그룹은 이 성과가 독립적이고 통제 가능한 안정 동위원소 산업 체계 구축의 실질적 진전이라고 밝혔다. 순도 99.99% 이상의 실리콘-28 동위원소 제품은 실리콘 기반 양자칩 연구와 관련 첨단기술 분야에 공급된다.