곽근희(왼쪽부터) KAIST 석박통합과정, 라영식 교수, 노찬 박사후 연구원, 윤영도 석박통합과정. 김명식(왼쪽 위)임페리얼 칼리지 런던 교수KAIST 제공.


국내 연구진이 여러 개의 빛 신호가 얽혀 작동하는 양자컴퓨팅의 복잡한 연산 과정을 컴퓨터단층촬영(CT)처럼 볼 수 있는 기술을 개발했다.
KAIST는 라영식 물리학과 교수 연구팀이 빛을 이용해 연산하는 양자컴퓨터 내부에서 일어나는 다중광학모드 양자연산의 특성을 빠르고 정확하게 파악할 수 있는 ‘양자연산 토모그래피’ 기술을 개발했다고 17일 밝혔다.
광학 사이다릴게임 기반 양자컴퓨팅은 빛이 가진 주파수, 공간, 편광 등 수많은 광학모드를 활용해 확장성 있는 양자연산을 구현한다. 이런 양자 연산 중 대규모 양자 얽힘 연산은 양자 컴퓨팅 성능 향상에 필수적이지만, 양자 단위(큐비트 또는 모드)가 많아질수록 작업량이 기하급수적으로 증가해 실험으로 정확히 규명하기 어려운 한계가 있다.
토모그래피는 의료용 C 황금성슬롯 T처럼 보이지 않는 내부 구조를 다양한 데이터를 바탕으로 복원하는 기술로, 양자컴퓨팅에서 여러 실험 데이터를 이용해 양자연산 내부의 작동 원리를 재구성하는데 요구된다.
양자컴퓨터 안에서는 여러 개의 빛 신호가 서로 영향을 주며 복잡하게 얽혀 움직인다. 연구팀은 증폭 행렬(양자연산에서발생하는 빛의 진폭과 위상 변화)과 잡음 행렬(환경과의 상 바다이야기룰 호작용으로 생기는 잡음 정보)을 도입해 여러 종류의 빛신호(양자상태)를 입력하고, 그 결과가 어떻게 바뀌는지를 정밀하게 관찰했다.
또 실제 내부에서 어떤 연산이 일어났는지를 통계기법을 이용해 역으로 추적했다.
그 결과, 기존 기술로는 5개 이상의 광학모드까지 분석이 가능하던 것을 16개의 광학모드가 서로 얽혀 작동하는 대 야마토게임장 규모 양자연산을 실험적으로 규명했다.
라영식 KAIST 교수는 “양자컴퓨팅의 필수 기반기술인 양자연산 토모그래피의 효율을 획기적으로 높인 성과로, 앞으로양자컴퓨팅·양자통신·양자센싱 등 다양한 양자기술의 확장성과 신뢰성을 높이는 데 기여할 것”이라고 말했다.
이 연구결과는 국제 학술지 ‘네이처 포토닉스’ 지난 11일 온라인 바다이야기무료 에 실렸다.
이준기 기자 bongchu@dt.co.kr 기자 admin@slotmega.info