국내 최고 연구진들의 협업연구로 미래형 첨단 양자컴퓨터 구현 및 검증 방법 해결한다.(양자정보연구단 조영욱 박사)

국내 최고 연구진들의 협업연구로
미래형 첨단 양자컴퓨터 구현 및 검증 방법 해결
- 개방형 연구사업을 통한 융합연구로 양자물리학의 고정관념 깬 검증방법 개발
- 향후 대규모(Large-scale) 양자컴퓨터 구현 및 검증 적용에 기여할 것으로 기대

 

전 세계적으로 수퍼컴퓨터의 한계를 뛰어넘는 양자컴퓨터(Quantum Computer)의 구현에 높은 관심이 모아지고 있다. 최근 국내 최고 수준의 연구진들이 협업 연구를 통해 양자물리학 법칙에 의해 작동하는 ‘미래형 첨단 컴퓨터’인 양자컴퓨터의 구현 및 검증 방법을 해결했다고 밝혔다.  한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 양자정보연구단 조영욱 박사팀은 새로운 융합연구 형태인 개방형 연구사업(ORP, Open Research Program)의 일환으로 「KIST Joint Research Lab」 포항공대 김윤호 교수팀(POSTECH)과 공동연구를 통해 양자컴퓨터의 연산과정을 효율적으로 검증할 수 있는 새로운 방법을 구현하였다고 밝혔다.
KIST는 국가적으로 중요한 미래성장 동력 확보를 위한 개방형 융합연구 형태인 ORP 사업을 통해 양자정보 분야의 국내외 최고 수준의 전문가들로 컨소시움을 구성하고 4차 산업혁명을 이끌 차세대 최첨단 컴퓨터인 양자컴퓨팅 연구를 수행하고 있다. 본 연구 결과는 KIST 양자컴퓨팅 개방형 융합연구사업(ORP)을 통해 구성된 국내 연구진만으로 수행된 결과로 큰 의의를 가진다.

<그림 1> 양자연산과정을 검증하기 위한 양자회로도

이번 연구 결과는 양립할 수 없는 두 관측량을 동시에 측정할 수 없다는 양자물리학의 고정관념을 깨고 두 관측량을 동시에 측정 가능함을 보이고 이를 활용하여 양자연산 과정을 효율적으로 검증할 수 있는 방법을 보인 것이다.

<그림 2> 양자연산과정 검증 예시

양자역학에서 잘 알려진 불확정성 원리에 따르면 서로 양립할 수 없는 관측량들이 존재한다. 대표적인 예로 어떤 입자의 위치와 운동량 성분의 경우 둘 모두를 동시에 측정할 수 없다는 뜻이다. 이는 ‘양자측정’의 행위가 양자상태를 붕괴시키기 때문인데, 이번 연구에서는 가장 일반화된 양자측정 방법에서 허용되는 약한(weak) 양자측정기법을 통해 양자상태를 완전히 붕괴시키지 않음으로써 양립할 수 없는 관측량들을 동시에 측정하는데 성공하였다. 또한, 이러한 양자측정방법을 이용하여 양자컴퓨터의 연산과정을 효율적으로 검증할 수 있는 새로운 기법이 가능함을 보이고 이를 단일광자 큐비트(qubit)*를 이용하여 실험적으로 규명하였다.
*큐비트(qubit) : 양자정보기술에서 기본 정보단위로 현대 정보기술의 디지털 비트(bit)에 해당
KIST 조영욱 박사는 “최근 최첨단 미래기술 중 하나인 양자정보기술은 전 세계적으로 관심이 증대되고 있다.”고 말하면서, “본 연구결과는 양자컴퓨터 개발을 위한 기초과학 성격의 연구 결과로, 양자물리학의 근본원리를 직접 응용하는 양자정보기술 전반에 활용될 것으로 전망하며, 양자컴퓨팅 연구 기반 확보에 큰 도움이 될 것으로 기대한다.”고 밝혔다.
본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민)지원으로 KIST 개방형 연구사업(ORP, Open Research Program), 한국연구재단 중견연구자 지원사업으로 수행되었으며,  연구결과는 자연과학분야의 국제학술지인 ‘Nature Communications’ (IF:12.124, JCR 상위분야 4.69%) 1월 15일(월)자 온라인에 게재되었다.

* (논문명) Direct quantum process tomography via measuring sequential weak values of incompatible observables
 - (제1저자) 포항공과대학교 김요셉 학생
 - (공동저자) 한국과학기술연구원 김용수, 이상윤, 한상욱, 문성욱 박사 
 - (교신저자) 포항공과대학교 김윤호 교수, 한국과학기술연구원 조영욱 선임연구원