미래형 첨단 양자컴퓨터에 한 발…국내 연구진 연산과정 검증 방법 구현

국내 연구진이 '꿈의 컴퓨터'라 불리는 양자컴퓨터 개발에 한 발 더 다가섰다. 양자물리학의 고정관념을 깨고 양자컴퓨터의 핵심 프로세스인 연산과정을 효율적으로 검증하는 방법을 찾았다.
한국과학기술연구원(KIST) 양자정보연구단의 조영욱 박사팀은 포항공대 김윤호 교수팀과의 공동연구를 통해 양자컴퓨터의 연산과정을 검증할 수 있는 새로운 방법을 구현했다고 밝혔다. 양자컴퓨터는 기존 컴퓨터로 풀 수 없는 아주 복잡한 연구도 빠른 속도로 해결할 수 있는 미래형 첨단 컴퓨터다.
양자컴퓨터를 제대로 작동시키기 위해서는 깨지기 쉽고 다루기 어려운 양자 상태를 극한으로 유지해야 한다. 때문에 기존 디지털 컴퓨터의 '비트(bit)'에 해당하는 양자컴퓨터의 기본 정보단위 '퀀텀비트(Q-bit)'를 측정하는 기술이 필요하다. 그런데 양자역학에서는 불확정성 원리에 의해 동시에 측정할 수 없는 관측량들이 존재한다. 가령, 어떤 입자의 위치와 운동량 성분 두 가지 모두를 동시에 측정할 수는 없다. 측정하는 순간 양자 상태가 깨지기 때문이다.
이에 연구진은 '약한 양자측정 기법'을 활용해 양자 상태를 완전히 붕괴시키지 않는 방법을 찾아냈고, 서로 양립할 수 없는 두 관측량의 '순차적 약한값(sequential weak value)'을 동시에 측정하는 데 성공했다. 양자 측정이 가능해지면서 양자 프로세스를 효율적으로 분석할 수도 있게 됐다. 특히 이번 연구에 사용된 측정방법은 양자회로 기반으로 구현돼 양자컴퓨터에 직접 적용될 여지가 크다는 게 연구진 설명이다.

이번 연구는 새로운 융합연구인 개방형 연구사업(Open Research Program)의 일환으로 진행됐다. 양자정보 분야의 국내외 최고 수준의 전문가들로 구성된 컨소시움이 차세대 최첨단 컴퓨터인 양자컴퓨팅 연구를 수행 중이다.
조영욱 박사는 "전 세계적으로 최첨단 미래기술 중 하나인 양자정보기술에 대한 관심이 증대되고 있다"면서 "이번 연구는 양자컴퓨터 개발을 위한 기초과학의 성격으로 양자물리학 근본원리를 직접 응용하는 양자정보기술 전반에 활용될 것으로 보인다"고 말했다.
연구 결과는 '네이처 커뮤니케이션' 15일자에 실렸다.
[김윤진 기자]