양자컴으로 70만개 난제를 풀어냈다

KAIST 안재욱 교수팀, 계산 데이터 공개
전력망 효율적 배분법 등의 해답 찾는데 활용
양자컴 개발 위한 잡음 분석 연구에도 도움돼

한국표준과학연구원이 개발 중인 50큐비트 초전도 양자컴퓨터 모형. 표준과학연구원 제공

[파이낸셜뉴스] 한국과학기술원(KAIST) 물리학과 안재욱 교수팀이 100큐비트급 양자컴퓨터로 70만 종류 이상의 조합 최적화 문제를 계산해냈다. 연구진은 양자컴을 활용한 난제 계산 결과 및 계산 프로그램을 국제 학술지 '사이언티픽 데이터(Scientific data)'에 모두 공개했다.

이를통해 그동안 양자컴퓨터에 접근이 어려웠던 연구자를 비롯한 많은 사람이 양자 컴퓨팅 연구에 참여할 수 있을 것으로 보인다.

13일 KAIST에 따르면, 조합 최적화 문제 중 하나인 최대 독립집합 문제는 SNS상에서 가장 영향력 있는 인물, 전력망을 가장 효율적으로 분배하는 법 등을 다양한 해답을 찾는데 사용된다. 연구진은 지난 2023년 20큐비트급 리드버그 양자컴퓨터를 이용해 최대 독립집합 문제의 풀이를 시연한 바 있다.

우선 연구진은 원자를 가로 18행, 세로 11열의 총 198개의 격자 형태의 광 집게에 배치했다. 각 광 집게 위에서 원자들은 절반의 확률로 잡히며, 각 반복 측정마다 평균적으로 100개 가량의 원자가 잡힌다. 원자가 무작위적으로 잡히기 때문에, 매 반복 측정마다 새로운 형태의 원자 배치가 만들어지고, 새로운 그래프의 실험이 가능하다는 것을 의미한다.

이번 연구에서는 광 집게 격자의 간격을 충분히 가깝게 만들어 가장 가까운 위치인 격자 상의 원자뿐만 아니라, 그다음으로 가까운 대각 상의 원자들도 연결될 수 있도록 하였다. 이렇게 쌍극자 상호작용으로 연결된 원자들은 체스판에서 왕의 말인 '킹'이 움직일 수 있는 경로인 킹 그래프를 이룬다
연구진은 킹 그래프에 원자를 배치한 후 최대독립집합 문제를 단열 양자컴퓨팅 방식을 이용해 계산했다. 이는 기존의 컴퓨터에서의 디지털 계산 방법과는 다른 아날로그 계산 방법이다.

연구진은 "자동차의 핸들을 연속적으로 돌려서 자동차 바퀴의 방향을 조절하는 것처럼, 단열 양자컴퓨팅의 변수들을 연속적으로 변경하며 계산 결과를 구한다"고 설명했다.

킹 그래프 상의 최대독립집합 문제는 일반적인 디지털 컴퓨터로는 효율적으로 푸는 것이 불가능한 '비결정적 다항 문제(NP-문제)'이다.

안재욱 교수는 "이번에 공개한 데이터베이스는 킹 그래프 상의 최대독립집합 문제에 대한 다양한 조건의 계산 결과들이 포함돼 있어 양자 컴퓨터의 효율성 문제에 대한 해답을 구하는 데 도움이 될 것"이라고 말했다.

[e-mail] 김만기 기자