KIST 연구진, 양자컴퓨터 큐비트 메커니즘 규명

국내 연구진이 슈퍼컴퓨터를 능가하는 양자컴퓨터 연구를 통해 양자 연산단위인 큐비트의 상태나 프로세스 검증에 활용할 수 있는 연구결과를 발표했다.

한국과학기술연구원(KIST) 양자정보연구단 조영욱 박사팀은 POSTECH 김윤호 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 양자 컴퓨터의 기본 단위인 큐비트의 상태를 측정할 때, 기하학적 위상이 발생한다는 사실을 규명했다고 밝혔다.

KIST 조영욱 박사는 "이번 연구결과는 큐비트 양자상태 및 프로세스 검증에 직접적으로 활용될 전망"이라고 말했다.

그는 또 "기하학적 위상은 큐비트의 양자적 특성을 유지하는데 도움이 되는 것으로 잘 알려져 있어 향후 양자컴퓨팅 분야 등 양자정보처리연구에 기여할 것"이라고 밝혔다.

양자컴퓨터는 기존 컴퓨터와 달리 수많은 계산을 동시에 처리할 수 있어 슈퍼컴퓨터로 150년에 걸쳐 계산할 분량을 단 몇 분 만에 끝낼 수 있다.

큐비트에 조작을 가하면 어떤 운동을 한 뒤 다시 기존의 출발했던 위치로 돌아왔을 때, 그 과정을 기억하는 현상이 발생하는데, 이를 양자 상태와 과정을 위상의 방식으로 기억하게 되는 '기하학적 위상' 현상이라고 한다.

기하학적 위상은 일반적으로 양자상태가 느리게 변화하는 단열과정에서만 발생한다고 여겨졌으나, 즉각적으로 상태가 변화하는 '양자측정' 과정에서도 나타날 수 있음이 예견됐다. 하지만 그 메커니즘은 아직까지 명확하지 밝혀지지 않고 있었는데, 이번 연구에서 KIST 연구진은 양자정보의 기본 단위인 큐비트의 양자측정 과정에서 발생하는 기하학적 위상의 발생 메커니즘을 실험적으로 규명해 주목을 끌고 있다.

양자역학의 원리에 의하면 측정은 반드시 반작용을 동반하며 이를 '측정반작용'이라고 한다.

즉, 양자측정에 의해 양자정보의 변화가 일어나게 된다. 연구진은 양자물리계 이해를 위한 중요한 두 개념인 '기하학적 위상'과 '측정반작용'이 서로 간 밀접한 관계를 가짐을 최초로 규명했다.

특히, 이번 연구는 큐비트 기반 양자회로를 활용해 이뤄졌으며, 국내 연구진의 큐비트 제어 및 측정기술이 한걸음 더 나아갔다는 평가를 받고 있다.

[e-mail] 김만기 기자